专利名称：电感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种在形成于半导体基板上的绝缘膜上以螺旋状形成金 属层来实现的电感器及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着便携式电话、PDA (便携式信息终端)的普及，使具备 无线接口的高频电路小型化的需求越来越高。因此，至今除了半导体装置 外、例如将安装在印刷基板部分的(即为外置部件)电感器等的无源元件 收容在半导体装置内的例子逐渐增加。另外，电感器是在设计LNA (Low Noise Amplifier )、 PA (Power Amplifier)、 RF (Radio Frequency)振荡器 等的RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit)的应用中所需的部件。然 而，将电阻元件和电容元件形成在芯片内是比较容易的，相比之下，对电 感器而言，作为产生感性的结构有各种各样的结构，未必容易地将电感器 形成在芯片内。
下面，参照图7 (a)和(b)，说明现有技术。图7 (a)表示螺旋状 的电感器的平面图、图7 (b)表示图7 (a)的沿着Vllb—VIIb'截断的截面。
如图7 (a)所示，电感器20具有电感器布线11成为螺旋状的线圈形 状的结构。另外，其外侧端子lla连接于通孔(via) 12和布线14、内侧 端子llb连接于通孔13和布线15，由此实现电提取。另外，如图7 (b) 所示，电感器20 (电感器布线11)设置在半导体基板1上所形成的层间 绝缘膜10中，在宽度方向上切断电感器布线11的截面形状是矩形。
接下来，说明螺旋状的电感器的特性。 一般作为表示电感器特性的指 标，采用Q值。例如、在串联谐振LC电路中，Q值是根据谐振频率中的 电感器值除以电路的串联电阻而得到的值来决定的，Q值以下面的(式1) 的形式来表示。Q=wL7R......(式1)
在(式l)中，CO是27Tf、 7T是圆周率、f是频率、L是电感值、R是
电阻值。
如果Q值越大，则电感器的电特性越好。另外，如果Q值大，则会 贡献于电路的低耗电化。
图8表示一般的电感器的Q特性(Q值相对频率的变化)。如图8所 示，Q值随着频率的增加而姑且变大，但是在高频下由于电感器与基板之 间的电容耦合所产生的电容损耗而降低。其结果，Q特性表示上方凸状的 波形形状。
另外，根据(式l)可以判断出增大Q值的有效的方法是减少电感器 的串联电阻成分以及抑制电容损耗。
专利文献日本特开2004—207602号公报(尤其参见第28页、图25) 然而，在上述的现有结构中，存在如下问题。
首先，随着驱动频率变高，因表面效应(skin effect)而有电流集中在 电感器布线的表面(当如图7 (b)的电感器布线11那样截面是方形时， 上面、下面和两侧面)附近的倾向。另外，在电感器的通电动作时发生磁 场，因此，当螺旋状的电感器的情况下，磁通量密度在电感器的内侧比外 侧高，有电流集中在电感器布线中的平面形状的内部侧的倾向。由于如果 在电感器布线的内部侧，局部发生电流集中，则实质性串联电阻成分增大， 因此电感器的Q值降低。
另外，在电感器的制造工序中，当利用CMP (Chemical Mechanical Polishing)法形成电感器布线时，如果其布线宽度宽(20/mi以上)，则受 到凹形变形的影响而中央附近的布线膜厚变薄。这也是成为串联电阻成分 增加、电感器的Q值降低的原因。
从而，解决上述问题成为课题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种防止电感器布线内部中实质性串 联电阻成分的增加，并且减少布线膜厚的工序偏差、提高Q值的电感器及 其制造方法。为了达到上述目的，本发明所涉及的电感器，具备由金属层构成且形 成为螺旋状的平面形状的电感器布线，在电感器布线的宽度方向的截面形 状中，至少平面形状的内部侧端部的膜厚比中央部的膜厚更厚。在此，电 感器布线也可以形成在基板上形成的绝缘膜上。
换言之，通过在宽度方向的截面中至少一方的端部比中央部更厚的电 感器布线，形成螺旋状的平面形状。
此外，优选地，在电感器布线的宽度方向的截面形状中，平面形状的 内部侧端部的膜厚比外部侧端部的膜厚更厚。
根据上述结构，即使因电感器的通电动作时产生的磁场的影响、以及 在高频下驱动时的表面效应等而电流集中在电感器布线中的电感器内部 侧的表面附近，由于该部分中膜厚变厚，因此也能够抑制实质性串联电阻 成分的增加。
另外，优选地，在电感器布线的宽度方向的截面形状中，平面形状的 内部侧端部的膜厚和外部侧端部的膜厚均比中央部的膜厚更厚。
通过这样，即使因电感器的通电动作时产生的磁场的影响、以及在高 频下驱动时的表面效应等而电流集中在电感器布线中的电感器内部侧和 外部侧的表面附近，由于该部分中膜厚变厚，因此也能够实质性串联电阻 成分的增加。
为了达到上述目的，本发明所涉及的电感器的制造方法，包括在半 导体基板上形成绝缘膜的工序(a);在绝缘膜形成具有螺旋状的平面形状 的第一沟的工序(b);通过由第一金属层填埋第一沟，来形成第一电感器 图案的工序(C);和在绝缘膜上利用第二金属层来形成沿着第一电感器图 案的上面延伸且宽度比第一电感器图案宽的第二电感器图案的工序(d); 在工序(d)中，在第一电感器图案上配置第二电感器图案中的平面形状 的内部侧端部，来构成由第一电感器图案和第二电感器图案构成的电感器 布线。
根据本发明的电感器的制造方法，能够制造具有螺旋状的平面形状的 内部侧端部变厚的电感器布线的本发明的电感器。根据这样的电感器，如 上所述，在动作时能够抑制的实质性串联电阻成分的增加。
再有，根据该电感器的制造方法，在不同的工序中分别形成由填埋在
6第一沟的第一金属层构成的第一电感器图案、和宽度比第一沟宽的第二电 感器图案。从而，通过蚀刻等形成第二电感器图案，由此不需要作为避免 CMP工序中的凹形变形(凹陷)的对策而限制电感器布线的线宽度的对 策，能够减少膜厚的工序偏差。
另外，将用于形成第一电感器图案的第一沟、与通孔同时形成，并且 将成为第二电感器图案的第二金属层与其他布线同时形成，从而不需要追 加用于电感器制造的工序。由此，能够防止制造成本的增加，以低价格制 造电感器。
此外，优选地，在工序(b)中，进一步形成第二沟，所述第二沟与 第一沟并排且具有螺旋状的平面形状，在工序(c)中，通过由第一金属
层填埋第二沟，进一步形成第三电感器图案，在工序(d)中，在第三电 感器图案上配置第二电感器图案中的平面形状的外部侧端部，来构成由第 一电感器图案、第二电感器图案和第三电感器图案构成的电感器布线。
通过这样，第一电感器图案和第三电感器图案分别与平面形状的内部 侧端部和外部侧端部一致地形成第二电感器图案，来构成具有螺旋状的平 面形状的电感器布线。即、在宽度方向上，由具有两端部分的膜厚比中央 部分的膜厚厚的截面形状的电感器布线构成的电感器。由此，能够制造出 即使电流集中在电感器布线的宽度方向的截面中的两端部也能够抑制实 质性串联电阻成分的增加的本发明的电感器。
另外，优选地，第一金属层和第二金属层由相同的金属材料构成。通 过这样，能够降低第一金属层与第二金属层的接触电阻。
发明效果
根据本发明所涉及的电感器及其制造方法，即使因受到在电感器的通 电动作时产生的磁场的影响、以及高频下的表面效应等而电流集中在电感 器布线中的电感器内部侧端部的表面附近，也能够抑制此部分中的实质性 串联电阻成分的增加。另外，能够降低膜厚的工序偏差。由此，能够实现
提高了Q值的电感器。
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的电感器100的平面形状的
7图。
图2 (a) (c)是例示均沿着电感器100的II—n'线的截面结构的图。 图3是表示本发明的第二实施方式所涉及的电感器100a的平面形状 的图。
图4 (a) ~ (c)均例示沿着电感器100a的IV—IV'线的截面结构的图。 图5 (a) (d)是说明本发明的第三实施方式所涉及的电感器的制造
方法的图。
图6 (a) (d)是说明本发明的第四实施方式所涉及的电感器的制造 方法的图。
图7 (a)和(b)是表示现有电感器20的平面形状及其沿着VIIb— VIIb'截断的截面结构的图。
图8是表示电感器的Q值与频率之间的相关的图。 图中
100…电感器
100a…电感器
101…半导体基板
102…层间绝缘膜
103…下层布线
104…绝缘膜
105…第一沟
105a…第一沟
105b…第二沟
106…通孔
107…第一电感器图案
107a…第一电感器图案
107b…第三电感器图案
108…第二电感器图案
109…上部布线
111…电感器布线
111a…外侧端子111b…内侧端子
112…通孔(外侧端子的引出用) 113…通孔(内侧端子的引出用)
114…布线(外侧端子的引出用) 115…布线(内侧端子的引出用) 117…通孔塞(viaplug) 121…内部侧部分 122…外部侧部分
具体实施例方式
(第一实施方式)
下面，参照附图，说明本发明的第一实施方式所涉及的电感器。图1 是表示本实施方式的电感器100的平面形状的图。
如图1所示，电感器100具有电感器布线111呈螺旋状的线圈形状的 结构。电感器布线111在外侧的末端具有外侧端子llla，外侧端子llla 经由通孔112而连接到布线114。同样，电感器布线111在内侧的末端具 有内侧端子lllb，内侧端子lllb经由通孔113而连接到布线115。
在此，电感器布线111的宽度方向截面中的平面形状的内部侧端部121 的膜厚比其他的部分更厚。下面对此进行说明。
关于如图1所示的具有螺旋状的平面形状的电感器100，在图2 (a)
~ (c)中例示沿着n—n'线的三种截面。在任何情况下，形成为在形成于
半导体基板101上的层间绝缘膜110中、填埋电感器布线111的结构。另 外，由于示出了将形成为螺旋状的电感器布线lll横切三次的截面，因此 在图2 (a) ~ (c)中出现三个电感器布线111的截面。
在图2 (a)的情况下，电感器布线111的截面形状是电感器100的内 部侧端部121向下凸出而变厚的形状。在图2 (b)的情况下，是电感器 100的内部侧端部121向上凸出而变厚的的形状。在图2 (c)的情况下， 是电感器100的内部侧端部121向上和向下均凸出而变厚的形状。
此外，在任何情况下，各自出现三个的电感器布线lll的截面均具有 相同形状。但是，并不限定在这样均为相同截面形状的情况。另夕卜，这些凸出的部分，如后所述，通过在利用CMP法设置在绝缘膜的沟中填埋金
属材料来形成。
如上所述，本实施方式的电感器100具有在电感器布线111的宽度方 向截面中，使电感器100的内部侧端部121的膜厚比中央部和外部侧端部 的膜厚更厚的结构。因此，即使因电感器100的通电动作时产生的磁场的 影响、以及高频下驱动时的表面效应等而电流集中电感器布线111中的电 感器100的内部侧(内部侧端部121的表面附近)，也能够抑制实质性串 联电阻成分的增加。其结果，本实施方式的电感器100成为提高了Q值的 电感器。
此外，在上述的截面形状(图2 (a) (c))的情况下，是内部侧端 部121及其他的部分分别具有一定的膜厚，在这些边界上有阶梯差且内部 侧端部121较厚的结构。然而，不限于此。在电感器布线111的宽度方向 的截面中，只要内部侧的膜厚比电感器100的平面形状的外部侧更厚即可， 也可以是从外部侧向内部侧无阶梯差地连续变厚的截面形状。 (第二实施方式)
下面，参照附图，说明本发明的第二实施方式所涉及的电感器。图3 是表示本实施方式的电感器100a的平面形状的图。在图3所示的电感器 100a中，对于与图1所示的第一实施方式的电感器100同样的结构要素赋 予相同符号。电感器100a与电感器100的区别在于电感器布线111的宽 度方向的截面形状。在电感器100a中，除了电感器布线111中的平面形 状的内部侧端部121之外，对于平面形状的外部侧端部122而言膜厚也增 大。下面对此进行说明。
图4 (a) ~ (c)是沿着图3的IV—IV'线的截面的三个例子。
在第一实施方式的情况下，具有在电感器布线111的宽度方向的截面 中电感器100的内部侧端部121的膜厚变厚的结构。与此对应，本实施方 式的电感器具有除了电感器布线111中的电感器的内部侧端部121以外， 外部侧端部122也比中央部更厚的形状。即，在电感器布线111的宽度方 向的截面形状中，两端部的膜厚比中央部的膜厚厚。
尤其在图4 (a)的情况下，电感器布线111的截面形状是电感器布线 111的宽度方向的两端部(内部侧端部121分和外部侧端部122)向下方
10凸出而变厚的形状。在图4 (b)的情况下，是两端部向上方凸出而变厚的 形状。在图4(C)的情况下，是两端部均向下方和上方凸出而变厚的形状。
如上所述，本实施方式的电感器100a具有在电感器布线111的宽度 方向截面中电感器100a的内部侧端部121的膜厚和外部侧端部122的膜 厚比中央部的膜厚更厚的结构。因此，即使因在电感器100a的通电动作 时产生的磁场的影响、以及高频下驱动时的表面效应等而电流集中在电感 器布线lll中的宽度方向的两端部的表面附近，也能够抑制实质性串联电 阻成分的增加。其结果，本实施方式的电感器100a成为提高了 Q值的电 感器。
此外，在上述的截面形状(图4 (a) ~ (c))的情况下，是内部侧端 部121、外部侧端部122和中央部分分别具有一定的膜厚，在这些部分的 边界上有阶梯差，内部侧端部121和外部侧端部122比中央部分厚的结构。 然而，不限于此。在电感器布线111的宽度方向的截面中，只要电感器100a 的两端部分的膜厚比中央部分厚即可，也可以是从中央部分向内部侧和外 部侧分别无阶梯差地连续变厚的截面形状。 (第三实施方式)
下面，参照附图，作为第三实施方式说明本发明所涉及的电感器的制 造方法。图5 (a) (d)是说明作为电感器的具体例的具有图2 (a)所 示的截面结构的电感器的制造工序的图。
首先，形成图5 (a)所示的结构。即，在半导体基板101上形成层间 绝缘膜102，在该层间绝缘膜102上形成有绝缘膜104。另外，在半导体 基板IOI中设置有用于形成电感器的电感器部A、和用于形成布线的布线 部B。在布线部B中，下层布线103形成在层间绝缘膜102中。
接下来，进行图5 (b)所示的工序。在此，在电感器部A中，对于 绝缘膜104，形成用于形成第一电感器图案的第一沟105。并且，在布线 部B中，对于绝缘膜104，形成通孔106。
此时，第一沟105形成为与图1所示的电感器布线111的内部侧端部 121对应的平面形状。
接下来，进行图5 (c)所示的工序。在此，通过在第一沟105和通孔 106分别填埋第一金属材料，来形成由第一金属层构成的第一电感器图案107和通孔塞117。
接下来，进行图5 (d)的工序。在此，在包含第一电感器图案107 上和通孔塞117上的绝缘膜104上堆积第二金属膜之后，利用光刻法除去 不需要的部分，由此在电感器部A中形成第二电感器图案108，并且在布 线部B中形成上部布线109。
由此，由第一电感器图案107和沿着该第一电感器图案107延伸的第 二电感器图案108来构成电感器布线111 (参照图1等)。在此，由第二金 属膜构成的第二电感器图案108，将其宽度形成为比第一电感器图案107 宽，并且，将螺旋状的平面形状的内部侧端部对准第一电感器图案107上 而形成。其结果，形成了电感器布线111的宽度方向截面中的电感器的内 部侧端部121的膜厚比外部侧端部的膜厚更厚的电感器。
然后，如果在绝缘膜104上形成不同的绝缘膜以使其覆盖电感器布线 111，则可得到与图2 (a)所示的同样的结构。
如上所述，根据本实施方式的电感器的制造方法，通过不同的工序形 成增加电感器布线111的膜厚的部分(增厚部)即第一电感器图案107、 除此以外的部分(主体部)即第二电感器图案108。另外，第二电感器图 案108通过光刻等来形成。通过这样，不需要作为CMP工序中的凹形变 形(凹陷)对策而限制电感器布线的宽度的对策，另夕卜，还能够降低膜厚 的工序偏差。
再有，通过分别同时形成第一沟105和通孔106、第一电感器图案107 和通孔塞117、第二电感器图案108和上部布线109，因此不需要为了形 成本实施方式的结构的电感器而追加新的工序。从而，不会发生追加工序 的的成本，能够以低价格制造电感器。 (第四实施方式)
下面，参照附图，作为第四实施方式说明本发明所涉及的別的电感器 的制造方法。图6 (a) (d)是说明作为电感器的具体例的具有图4 (a) 所示的截面结构的电感器的制造工序的图。
首先，形成图6 (a)所示的结构。此与第三实施方式中的图5 (a) 的结构同样，因此省略说明。
接下来，进行图6 (b)所示的工序。在此，在电感器部A中，对于绝缘膜104，形成用于形成第一电感器图案107a的第一沟105a、和用于 形成第三电感器图案107b的第二沟105b。并且，在布线部B中，对于绝 缘膜104，形成通孔106。
此时，第一沟105a形成与图3所示的电感器布线111的内部侧端部 121对应的平面形状。另外，第二沟105b同样形成为与图3所示的电感器 布线111的外部侧端部122对应的平面形状。因此，第一沟105a和第二 沟105b形成为并排並走双重螺旋状的平面形状。
接下来，进行图6 (c)所示的工序。在此，通过在第一沟105a、第 二沟105b和通孔106分别填埋第一金属材料，来形成由第一金属层形成 的第一电感器图案107a、第三电感器图案107b和通孔塞117。
接下来，进行图6 (d)所示的工序。在此，在包含第一电感器图案 107a、第三电感器图案107b上和通孔塞117上的绝缘膜104上堆积第二 金属膜之后，利用光刻法除去不需要的部分，由此在电感器部A中形成第 二电感器图案108，并且在布线部B中形成上部布线109。
由此，由第一电感器图案107a和第三电感器图案107b以及沿着第一 电感器图案107a和第三电感器图案107b延伸的第二电感器图案108，构 成电感器布线lll (参照图3等)。在此，由第二金属膜构成的第二电感器 图案108的宽度形成为比第一电感器图案107a和第三电感器图案107b宽。 另夕卜，将螺旋状的平面形状的内部侧端部配置在第一电感器图案107a上， 将外部侧端部配置在第三电感器图案107b上。其结果，形成电感器布线 111中的电感器的内部侧端部121和外部侧端部122的膜厚均比中央部分 的膜厚更厚的电感器。
然后，如果在绝缘膜104上形成不同的绝缘膜以使其覆盖电感器布线 111，则可得到与图4 (a)所示的同样的结构。
如上所述，根据本实施方式的电感器的制造方法，通过不同的工序形 成增加电感器布线111的膜厚的部分(增厚部)即第一电感器图案107a 和第三电感器图案107b、除此以外的部分(主体部)即第二电感器图案 108。另外，通过蚀刻等形成第二电感器图案108。通过这样，不需要作为 CMP工序中的凹形变形(凹陷)对策而限制电感器布线的宽度的对策， 另外，还能够降低膜厚的工序偏差。再有，通过分别同时形成第一沟105a和第二沟105b与通孔106、第 一电感器图案107a和第三电感器图案107b与通孔塞117、第二电感器图 案108与上部布线109，因此不需要为了形成本实施方式的结构的电感器 而追加新的工序。由此，不会发生追加工序的成本，能够以低价格制造电感器。
此外，在第三实施方式和第四实施方式中，第一金属层和第二金属层 既可以采用不同的金属材料来形成，也可以采用相同的金属材料来形成。 但是，如果采用相同的金属材料则能够降低接触电阻，因此最好采用相同 的材料。
再有，在第三实施方式和第四实施方式中，不会对下层布线103等的 形成工序进行任何限定。另外，对于半导体基板IOI、层间绝缘膜102之 外的各种构成要素、材料、形成方法、形成条件、尺寸等，不会特别限定。
此外，如图2 (b)和(c)、图4 (b)禾n (c)所示，当形成具有因向 上方凸出而膜厚增大的部分的电感器布线时，只要在形成第二电感器图案 108之后，再形成向上方凸出的部分(增厚部)即可。
例如，在第三实施方式中，在图5 (d)的工序之后形成不同的绝缘膜 来覆盖第二电感器图案108，接着进行平坦化直到第二电感器图案10S的 上面露出为止。然后，与形成第一电感器图案107的情况同样，通过依次 进行绝缘膜形成、对于该绝缘膜的(第一电感器图案107的上方中的)沟 形成、对于该沟的金属材料填埋，在第二电感器图案108的内部侧部分上 形成增厚部。由此，能够形成图2 (c)所示的结构。
工业实用性
如上所述，本发明的电感器作为提高了 Q值的在高频用集成电路的半 导体装置中内置的电感器、尤其是要求提高高频动作的性能的电感器及其 制造方法而有用。
1权利要求
1、一种电感器，具备由金属层构成且形成为螺旋状的平面形状的电感器布线，在所述电感器布线的宽度方向的截面形状中，至少所述平面形状的内部侧端部的膜厚比中央部的膜厚更厚。
2、 根据权利要求l所述的电感器，其特征在于，在所述电感器布线的宽度方向的截面形状中，所述平面形状的内部侧 端部的膜厚比外部侧端部的膜厚更厚。
3、 根据权利要求l所述的电感器，其特征在于，在所述电感器布线的宽度方向的截面形状中，所述平面形状的内部侧 端部的膜厚和外部侧端部的膜厚均比中央部的膜厚更厚。
4、 一种电感器的制造方法，包括在半导体基板上形成绝缘膜的工序(a);在所述绝缘膜形成具有螺旋状的平面形状的第一沟的工序(b); 通过由第一金属层填埋所述第一沟，来形成第一电感器图案的工序 (C);和在所述绝缘膜上利用第二金属层来形成沿着所述第一电感器图案的 上面延伸且宽度比所述第一电感器图案宽的第二电感器图案的工序(d);在所述工序(d)中，在所述第一电感器图案上配置所述第二电感器 图案中的所述平面形状的内部侧端部，来构成由所述第一电感器图案和所 述第二电感器图案构成的电感器布线。
5、 根据权利要求4所述的电感器的制造方法，其特征在于， 在所述工序(b)中，进一步形成第二沟，所述第二沟与所述第一沟并排且具有螺旋状的平面形状， .在所述工序(c)中，通过由所述第一金属层填埋所述第二沟，来进 一步形成第三电感器图案，在所述工序(d)中，在所述第三电感器图案上配置所述第二电感器 图案中的所述平面形状的外部侧端部，来构成由所述第一电感器图案、所 述第二电感器图案和所述第三电感器图案构成的电感器布线。
6、根据权利要求4或5所述的电感器的制造方法，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层由相同的金属材料构成。
全文摘要
提供一种防止电感器布线内部中实质性串联电阻成分的增加，并且减少膜厚的工序偏差、提高Q值的电感器及其制造方法。特征是，电感器(100)具备由金属层构成且形成为螺旋状的平面形状的电感器布线(111)，在电感器布线(111)的宽度方向的截面形状中，至少平面形状的内部侧端部(121)的膜厚比中央部的膜厚更厚。
文档编号H01L23/522GK101465335SQ200810186080
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月22日 优先权日2007年12月20日
发明者岩馆秀典, 松永朋弘, 梶山正兴, 锅岛有 申请人:松下电器产业株式会社