片上磁性结构及其形成方法技术

本公开涉及片上磁性结构及其形成方法，其中一种片上磁性结构包括磁性材料，包括基于磁性材料的总原子数、在从约80至约90原子百分比范围中的钴，基于磁性材料的总原子数、在从约4至约9原子百分比范围中的钨，基于磁性材料的总原子数、在从约7至约15原子百分比范围中的磷，以及基本上分散遍布磁性材料的钯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性材料，并且更具体地涉及用于小型化功率转换器的磁性材料。
技术介绍
用于功率转换器件的技术正从分立部件的板上聚集过渡至越来越小尺寸的功率转换部件的紧凑型封装聚集。然而，可能需要采用额外的分立电感性部件补充小型化紧凑型封装。片上电感性部件包括高能量密度的材料，诸如磁性材料。基于铁氧体的材料和金属合金是磁性材料的示例。这些材料可以具有范围从数百纳米(nm)至几个微米的厚度。然而，铁氧体材料通常在高温(例如高于800℃)下处理，这与互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片布线处理温度不兼容。NiFe、CoFe和CoZrTa是磁性合金的示例。可以由真空沉积技术(例如溅射)、电极沉积、以及水性溶液中化学沉积而沉积磁性材料。真空沉积方法可以用于沉积大量各种磁性材料。因为其高沉积速率、保形覆盖率和低成本，电极沉积用于厚金属薄膜的沉积。然而，真空方法可以遭受低沉积速率、不良的保形覆盖率，并且得到的磁性薄膜难以图案化。与铁氧体材料相比，磁性合金可以具有较高的磁导率和磁通量密度，这对于实现用于片上器件的高能量密度是必需的。然而，磁性合金的电阻率可以是低的(例如小于50微欧姆(μΩ)·厘米(cm))。此外，因为许多片上器件工作在高频率(例如高于10兆赫兹(MHz))下，可以在磁性核心内感应出大的涡流电流。涡流电流是在导体内由改变的磁场感应生成的圆环电流并且导致在高频下的高AC损耗。
减小涡流电流的一种方法是增大软磁材料的电阻率以使得涡流电流被限制在每个单独磁性层内。此外较薄的磁性层具有较大的有效磁阻，这导致较小的涡流电流。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，一种片上磁性结构包括磁性材料，包括基于磁性材料的总原子数目的在从约80至约90原子百分比(at.％)范围内的钴、基于磁性材料的总原子数目的在从约4至约9at.％范围内的钨、基于磁性材料的总原子数目的在从约7至约15at.％范围内的磷、以及基本上分散遍布磁性材料的钯。根据另一实施例，一种用于形成片上磁性结构的方法包括，采用钯激活磁性种子层，磁性种子层位于半导体衬底之上；以及将磁性合金化学镀至钯上以形成Pd/CoWP层；其中Pd/CoWP层包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90at.％范围内的钴、基于磁性材料的总原子数的在从约4至约9at.％范围内的钨、基于磁性材料的总原子数的在从约7至约15at.％范围内的磷、以及基本上分散遍布磁性材料的钯。此外，根据另一实施例，一种用于形成片上磁性结构的方法包括，采用钯激活磁性种子层，磁性种子层位于半导体衬底之上；以及在磁场偏置的存在下将磁性合金化学镀至钯上以形成薄膜；其中薄膜包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90at.％范围内的钴、基于磁性材料的总原子数的在从约4至约9at.％范围内的钨、基于磁性材料的总原子数的在从约7至约15at.％范围内的磷、以及基本上分散遍布磁性材料的钯。附图说明在说明书的结论处特别地指出并在权利要求中清楚地要求保护了视作本专利技术的主题。结合附图从以下详细说明书使得本专利技术的前述和其他特征以及优点变得明显，其中：图1是具有粘附层、种子层和保护层的衬底的截面图；图2是具有图案化在种子层上的光刻抗蚀剂掩模的图1的衬底的截面图；图3是具有已图案化的保护层、种子层和粘附层的图2的衬底的截面图；图4是已经移除了抗蚀剂层和保护层的图3的衬底的截面图；图5是已经钯激活了种子层的图4的衬底的截面图；图6是具有形成在已钯激活的层上的化学镀层的图5的衬底的截面图；图7A是示出了对于所沉积的Pd/CoWP层作为所施加场的函数的磁矩的曲线图；图7B是示出了在以200℃退火1小时之后对于Pd/CoWP层作为所施加场的函数的磁矩的曲线图。具体实施方式本文公开了化学镀方法以及由该方法形成的材料。方法和材料用于形成片上磁性结构，诸如片上电感器或变压器结构，例如闭合磁轭(yoke)或屏蔽板片结构。在一个实施例中，片上磁性结构包括磁性材料，包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90at.％范围内的钴、基于磁性材料的总原子数的在从约4至约9at.％范围内的钨、基于磁性材料的总原子数的在从约7至约15at.％范围内的磷、以及基本上分散遍布磁性材料的钯。材料称作Pd/CoWP材料或层。以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如在此所使用的，术语“包括”(\comprises,\\comprising,\\includes,\\including,\)、“具有”(\has,\\having,\)、“包含”(\contains\or\containing,\)或其任何其他变形，意在覆盖非排他性的包含物。例如，包括要素的列表的合成物、混合物、工艺、方法、物品、或设备不必仅限定于这些要素，而是可以包括未明确列出或这些合成物、混合物、工艺、方
法、物品、或设备所固有的其他要素。如在此所使用的，在要素或部件之前的冠词“一”(\a\和\an\)意在非限制性的涉及要素或部件的多个示例(也即发生的事件)。因此，“一”(\a\和\an\)应该解读为包括一个或至少一个，并且要素或部件的单数形式也包括复数形式，除非数目明显地意味着为单数。如在此使用的，术语“专利技术”或“本专利技术”是非限定性术语，并且并非意在涉及特定的本专利技术任何单个特征方面，而是包括如说明书和权利要求书中所述的所有可能特征方面。如在此所使用的，修饰所采用的本专利技术的成分、组分或反应物的数量的术语“约”涉及数值数量的变化，其可以例如通过标准测量和用于制造浓缩物或溶液的液体处理工序而发生。此外，变化可以由测量工序中无意的误差、用于制造成分或执行方法等等的反应物的制造、来源或纯度中的差异而发生。在一个特征方面中，术语“约”意味着在所记录的数值的10％内。在另一特征方面中，术语“约”意味着在所记录数值的5％内。另外，在另一特征方面中，术语“约”意味着在所记录数值的10、9、8、7、6、5、4、3、2或1％内。如在此所使用的，术语“原子百分比”、“原子％”和“at.％”意味着纯物质的原子数除以化合物或合成物的原子总数再乘以100。应该理解的是，片上磁性结构将根据具有晶圆或半导体衬底的给定示意性体系结构而描述。然而，其他体系结构、结构、衬底材料、工艺特征和步骤可以改变。也应该理解的是，当诸如层、区域或衬底的元件被称作是在另一元件“上”或“之上”时，其可以直接地在另一元件上或者也可以存在插入元件。相反地，当元件被称作“直接地在另一元件上”或“直接地在另一元件之上”时，不存在插入的元件。也应该理解的是，当元件被称作“连接”或“耦合”至另一元件时，其可以直接地连接或耦合至另一元件，或者可以存在插入元件。相反地，当元件被称作“直接地连接”或“直接地耦合”至另一元件时，不
存在插入元件。可以以图形计算机编程语言而创建用于集成电路芯片的设计并且存储在计算机存储媒介中，诸如盘、带、物理硬驱动或虚拟硬驱动(例如存储存取访问网络)。如果设计者并未制造芯片或者用于制造芯片的光刻掩模，设计者可以通过物理机制(例如通过提供存储了设计的存储媒介的副本)或电子地(例如通过互联网)将得到的设计直接地或间接地发送至这些实体。所存储的设计随后转换为用于制造光刻掩模的合适的格式(例如GDS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片上磁性结构，包括：磁性材料，包括基于所述磁性材料的总原子数的在从约80至约90原子百分比范围内的钴、基于所述磁性材料的总原子数的在从约4至约9原子百分比范围内的钨、基于所述磁性材料的总原子数的在从约7至约15原子百分比范围内的磷、以及基本上分散遍布所述磁性材料的钯。

【技术特征摘要】
2015.03.24 US 14/666,6241.一种片上磁性结构，包括：磁性材料，包括基于所述磁性材料的总原子数的在从约80至约90原子百分比范围内的钴、基于所述磁性材料的总原子数的在从约4至约9原子百分比范围内的钨、基于所述磁性材料的总原子数的在从约7至约15原子百分比范围内的磷、以及基本上分散遍布所述磁性材料的钯。2.根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磁性材料是基本上非晶的。3.根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磁性材料的电阻率至少是100微欧姆·厘米。4.根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磁性材料进一步包括一个或多个金属的种子层。5.根据权利要求4所述的片上磁性结构，其中所述一个或多个金属是镍、钴、钯、铜、钛、或其任意组合。6.根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磷在从约9至约11原子百分比的范围内。7.根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述片上磁性结构是磁轭或线圈。8.一种用于形成片上磁性结构的方法，所述方法包括：采用钯激活磁性种子层，所述磁性种子层位于半导体衬底之上；以及将磁性合金化学镀至所述钯上以形成Pd/CoWP层；其中所述Pd/CoWP层包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90原子百分比范围内的钴、基于所述磁性材料的总原子数的在从约4至约9原子百分比范围内的钨、基于所述磁性材料的总原子数的在从约7至约15原子百分比范围内的磷、...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·迪利吉安尼，W·J·加拉格，A·J·科洛克，E·J·奥苏利万，L·T·罗曼基乌，王乃刚，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US