包括多部件通孔层电感器元件的集成电感器

相关专利申请

本申请要求于2021年10月27日提交的共同拥有的美国临时专利申请63/272,542号的优先权，该临时专利申请的全部内容据此以引用方式并入以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及集成电路(IC)器件，并且更具体地涉及包括多部件通孔层电感器元件的集成电感器。

背景技术

随着集成电路已经变得越来越复杂和昂贵，半导体工业已经采用新技术来管理大芯片中固有的增加的复杂性。一种此类技术是“片上系统(SoC)”概念，其中与在共同的印刷电路板(PCB)上制造和安装多个器件相比，完整的系统是在单个硅芯片上单片地制造的。SoC允许用户基于单个芯片来构建更小且更简单的系统，从而经常导致功率使用、成本和形状因数的显著降低，以及改善的器件可靠性和电池寿命。

SoC可包括一种或多种类型的电子器件，例如晶体管、电容器、电阻器和/或电感器。形成在SoC中的电感器称之为“集成电路电感器”或简称为“集成电感器”。集成电感器具有广泛的应用。例如，与经常受寄生效应影响的PCB安装的电感器相比较而言，集成电感器在高频操作在其中要求小电感的射频(RF)电路和(例如，在移动设备中使用的)毫米波电路中是有用的。集成电感器还特别适用于低噪声放大器(LNA)、谐振负载和匹配网络应用，以及RF滤波器。又如，集成电感器对于例如在功率管理器件(例如，DC-DC转换器)中构造片上电源(PowerSoC)非常有用。例如，此类集成电感器可用于集成稳压器(IVR)和开关模式电源(SMPS)，诸如降压-升压转换器。

然而，虽然集成电感器在许多不同的应用中有用，但它们通常难以制造，例如，与在SoC中构造的电阻器或电容器相比较而言。

常规集成电感器通常使用定制工艺用厚导线构造，即，用专用额外厚金属层构造，并且因此相对昂贵。厚导线电感器提供了特定性能有益效果。特别地，增加的导线厚度减小了电阻，这改善了典型集成电感器的品质因数(Q)。电感器的品质因数Q可由公式1表示：

Q＝ω*L/R

(1)

其中ω表示角频率，L表示电感，并且R表示串联电阻。根据公式1，减小电阻增加了电感器品质因数Q。存在对具有低导线电阻且低成本的高性能集成电感器的需求，例如，通过与其它互连结构同时构造此类集成电感器。

发明内容

本公开提供了一种集成电感器，该集成电感器具有形成在包括交替的金属层和通孔层的集成电路层堆叠中的电感器导线，该电感器导线是低电阻的。电感器导线的至少一部分由电感器元件堆叠限定，该电感器元件堆叠包括形成在相应金属层中的金属层电感器元件和形成在相应通孔层中并且导电地连接到金属层电感器元件的通孔层电感器元件，其中通孔层电感器元件在至少一个侧向方向(例如，垂直于竖直z方向的x方向和/或y方向)上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的长度。在一些示例中，集成电感器与金属互连结构同时形成，该金属互连结构包括形成在相应金属层中的金属层互连元件和形成在相应通孔层中的互连通孔。

在一些示例中，相应通孔层电感器元件形成有多个部件，并且因此称之为“多部件通孔层电感器元件”。通孔层电感器元件可基于用于如下文讨论的那样构造相关器件的特定材料(例如，钨)的材料属性而形成为多部件通孔层电感器元件。

例如，如上所述，集成电感器可与金属互连结构同时形成，该金属互连结构包括(a)与集成电感器的金属层电感器元件一起形成在共同的金属层中的金属层互连元件，以及(b)与集成电感器的通孔层电感器元件一起形成在共同的通孔层中的互连通孔。通孔层电感器元件相对于互连通孔而言可以很大，以允许形成低电阻集成电感器导线，例如，具有小于10mΩ/sq或小于3mΩ/sq的片电阻，具体取决于特定示例。例如，通孔层电感器元件(以及金属层电感器元件)可在至少一个侧向方向(例如，垂直于竖直z方向的x方向和/或y方向)上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的长度，而互连通孔可具有较窄的形状，例如，其长度在两个侧向方向(例如，x方向和y方向)上小于0.5μm。如本文所用，“长度”是指在相应的方向上，例如，在x方向(与x轴平行)、y方向(与y轴平行)、z方向(与z轴平行)或其它限定方向上的线性距离。

在一些示例中，用于形成(窄)互连通孔的金属可能不适用于在同一通孔层中形成(较大)通孔层电感器元件。例如，互连通孔可由钨形成，但钨可能不适用于通孔层电感器元件，因为当被沉积在较大体积中时，沉积的钨中的固有应力可导致结构问题。因此，为了避免或减少此类问题，通孔层电感器元件可形成为“多部件通孔层电感器元件”，其包括(a)与互连通孔的形成同时形成的薄(例如，小于

在一些示例中，多部件通孔层电感器元件和互连通孔可通过包括以下步骤的过程一起形成在相应通孔层中：

(a)沉积第一金属(例如，钨)以(i)在互连通孔开口中形成互连通孔并且(ii)部分地填充独立的桶式开口以限定在桶式开口中的通孔层电感器元件的杯状部件(“通孔层电感器元件杯状部件”)，以及

(b)在第一金属(例如，钨)上方沉积第二金属(例如，铝或氮化钛)以填充由通孔层电感器元件杯状部件限定的开口，其中沉积的第二金属限定“通孔层电感器元件填充部件”。

因此，所得的多部件通孔层电感器元件(与互连通孔同时形成)包括通孔层电感器元件杯状部件(例如，包括钨)和通孔层电感器元件填充部件(例如，包括铝或氮化钛)。

在一些示例中，铝可作为用于形成通孔层电感器元件填充部件的填充金属提供各种优点。在一些示例中，铝可提供优于铜的优点，以用于作为填充金属使用(即，用于形成通孔层电感器元件填充部件)。例如，相比于铜，使用铝作为填充金属可提供显著的成本节约。例如，使用铜作为填充金属可能存在粘附困难，这可能需要添加阻挡层(例如，Ta/TaN双层)或其它特征来改善不同金属部件之间的粘附。又如，构造中所涉及的CMP工艺可引入附加的挑战，因为铜通常比铝更易受腐蚀影响。例如，可能有必要在铜CMP工艺之后立即盖以铜填充元件。此外，对于被配置用于铝互连能力的制造设备或设施，使用铝(例如，而不是铜)用于通孔层电感器元件填充部件可提供显著的成本节约，例如，通过避免添加用于铜功能性的各种模具和工艺步骤的成本，因为铝后段工艺(BEOL)工具和铜BEOL工具通常是不兼容的或不可互换的。

然而，在其它示例中，铜可作为用于形成通孔层电感器元件填充部件的填充金属使用(例如，代替铝)。

在一些示例中，集成电感器的电感器导线可限定平行于下面的硅衬底延伸的磁性B场。在其它示例中，集成电感器的电感器导线可限定垂直于下面的硅衬底延伸的磁性B场。

在一些示例中，电感器导线可包括(a)形成在IC层堆叠中的侧向延伸的下部导线段，(b)形成在IC层堆叠中的侧向延伸的上部导线段，以及(c)形成在IC层堆叠中的将侧向延伸的下部导线段与侧向延伸的上部导线段导电地连接的竖直延伸导线段。竖直延伸导线段包括电感器元件堆叠，该电感器元件堆叠包括(a)在IC层堆叠中形成在至少一个相应金属层中的至少一个金属层电感器元件，以及(b)形成在与相应金属层相邻的至少一个相应通孔层中的至少一个多部件通孔层电感器元件。在一些示例中，此类电感器导线可具有螺旋形状，该螺旋形状限定平行于下面的衬底(例如，硅衬底)延伸的磁性B场。如上文讨论的，每个多部件通孔层电感器元件可包括由第一金属(例如，钨或其它共形金属)形成的通孔层电感器元件杯状部件，以及(b)由第二金属(例如，铝或氮化钛)形成的通孔层电感器元件填充部件。

在一些示例中，可在不将光刻掩模步骤添加到背景IC制造过程的情况下形成集成电感器。例如，集成电感器可与铝互连结构同时构建，而无需将任何附加的掩模步骤添加到背景IC制造过程。

一个方面提供了一种包括IC结构的器件，该IC结构包括在竖直方向上以交替方式形成的多个金属层和多个通孔层，其中相应通孔层位于相应的成对的金属层之间。该器件包括集成电感器，该集成电感器包括电感器导线，其中电感器导线的至少一部分由电感器元件堆叠限定，该电感器元件堆叠包括(a)在IC结构中形成在相应金属层中的金属层电感器元件，以及(b)在IC结构中形成在与相应金属层竖直相邻的相应通孔层中的多部件通孔层电感器元件，该多部件通孔层电感器元件导电地连接到金属层电感器元件。多部件通孔层电感器元件包括(a)由第一金属形成的通孔层电感器元件杯状部件，以及(b)由不同于第一金属的第二金属形成的通孔层电感器元件填充部件，该通孔层电感器元件填充部件形成在由该通孔层电感器元件杯状部件限定的开口中。金属互连结构包括(a)形成在相应金属层中的金属层互连元件，以及(b)形成在相应通孔层中并且导电地耦接到金属层互连元件的互连通孔，该互连通孔由第一金属形成。

在一些示例中，第一金属包括钨，并且第二金属包括铝或氮化钛。

在一些示例中，金属层电感器元件、金属层互连元件和通孔层电感器元件填充部件由铝或氮化钛形成。

在一些示例中，多部件通孔层电感器元件在彼此正交且垂直于竖直方向的两个侧向方向中的每个方向上具有至少1μm的长度。例如，在一些示例中，互连通孔在两个侧向方向中的至少一个方向上具有小于1μm的长度。

在一些示例中，多部件通孔层电感器元件在彼此正交且垂直于竖直方向的两个侧向方向中的每个方向上具有大于2μm的长度，并且互连通孔在两个侧向方向中的至少一个方向上具有小于0.5μm的长度。

在一些示例中，电感器导线具有小于10mΩ/sq的片电阻。在一些示例中，电感器导线具有小于3mΩ/sq的片电阻。

在一些示例中，包括金属层电感器元件和多部件通孔层电感器元件的电感器元件堆叠限定电感器导线的对角延伸导线段，该对角延伸导线段相对于竖直方向对角地延伸。

在一些示例中，集成电感器包括螺旋电感器，其中电感器导线具有螺旋形状。

在一些示例中，电感器元件堆叠形成在硅衬底上方，并且集成电感器的磁性B场平行于硅衬底延伸。

在一些示例中，电感器元件堆叠形成在硅衬底上方，并且集成电感器的磁性B场垂直于硅衬底延伸。

另一方面提供了一种方法，该方法包括(a)在集成电路(IC)结构的金属层中形成(i)金属互连结构的金属层互连元件和(ii)集成电感器的金属层电感器元件，以及(b)于在竖直方向上与金属层相邻的通孔层中形成(i)金属互连结构的互连通孔和(ii)集成电感器导线的多部件通孔层电感器元件。互连通孔和多部件通孔层电感器元件通过包括以下步骤的过程形成：(a)在介电区域中形成多个通孔层开口，该多个通孔层开口包括互连通孔开口和桶式开口，其中桶式开口在彼此正交且垂直于竖直方向的两个侧向方向中的每个方向上具有至少1μm的长度，并且互连通孔在两个侧向方向中的至少一个方向上具有小于1μm的长度；(b)在介电区域上方沉积共形金属以及(a)延伸到互连通孔开口中以形成互连通孔并且(b)延伸到桶式开口中以形成通孔层电感器元件杯状部件，(c)在共形金属上方沉积填充金属并且延伸到由通孔层电感器元件杯状部件限定的内部开口中以形成通孔层电感器元件填充部件，以及(d)去除共形金属和填充金属在通孔层开口之外的部分。

在一些示例中，该方法包括通过单镶嵌工艺在相应通孔层中形成互连元件和多部件通孔层电感器元件。

在一些示例中，共形金属包括钨，并且填充金属包括铝或氮化钛。

在一些示例中，该方法包括在位于相应通孔层之上的另一金属层中形成另一金属层电感器元件，该另一金属层电感器元件与多部件通孔层电感器元件导电地连接。该另一金属层电感器元件可完全覆盖多部件通孔层电感器元件的顶表面的外周，并且在两个侧向方向中的至少一个方向上延伸超过多部件通孔层电感器元件的顶表面的外周至少1μm。

另一方面提供了一种器件，该器件包括形成在硅衬底上方的IC层堆叠，该IC层堆叠包括在竖直方向上以交替方式形成的多个金属层和多个通孔层，其中相应通孔层位于相应的成对的金属层之间。该器件包括集成电感器，该集成电感器包括形成在IC层堆叠中的下部侧向延伸导线段、形成在IC层堆叠中的上部侧向延伸导线段，以及形成在IC层堆叠中并且将下部侧向延伸导线段与上部侧向延伸导线段导电地连接的竖直延伸导线段。竖直延伸导线段包括电感器元件堆叠，该电感器元件堆叠包括(a)在IC层堆叠中形成在相应金属层中的金属层电感器元件，以及(b)形成在与相应金属层相邻的相应通孔层中并且导电地连接到金属层电感器元件的多部件通孔层电感器元件。多部件通孔层电感器元件包括(a)由第一金属形成的通孔层电感器元件杯状部件，以及(b)由第二金属形成的通孔层电感器元件填充部件，该填充部件形成在由该杯状部件限定的开口中。

在一些示例中，竖直延伸导线段相对于竖直方向对角地延伸。

在一些示例中，多部件通孔层电感器元件在彼此正交且垂直于竖直方向的两个侧向方向中的每个方向上具有至少1μm的长度。

在一些示例中，电感器导线限定平行于硅衬底延伸的磁性B场。

附图说明

下文结合附图描述了本公开的示例性方面，其中：

图1A和图1B示出了包括示例性集成电感器和示例性金属互连结构的IC器件；

图2A和图2B示出了包括另一示例性集成电感器和示例性金属互连结构的IC器件；

图3A至图3C示出了包括示例性螺旋集成电感器和示例性金属互连结构的IC器件；

图4A和图4B示出了包括另一示例性螺旋集成电感器和示例性金属互连结构的IC器件；

图5A至图5G示出了用于与典型互连结构同时构造竖直延伸的电感器元件堆叠的示例性过程；并且

图6A至图6G示出了用于与典型互连结构同时构造对角延伸(例如，竖直和侧向延伸)的电感器元件堆叠的示例性过程。

应当理解，出现在多个不同附图中的任何所示元件的参考标号在多个附图中具有相同含义，并且本文在任何特定附图的上下文中提及或讨论任何所示元件也适用于每个其他附图(如果有的话)，其中示出了相同的所示元件。

具体实施方式

图1A和图1B示出了包括示例性集成电感器102和示例性金属互连结构104的IC器件100。图1A示出了IC器件100的大体从上面观察的三维透视图，并且图1B示出了IC器件100的通过图1A中所示的平面P

如图1A和图1B中共同地示出的，IC器件100包括形成于在x-y平面(例如，垂直于z方向)中延伸的衬底116(例如，硅衬底)上方的IC层堆叠110。IC层堆叠110可直接形成在衬底116上，或者IC器件100可在衬底116与IC层堆叠110的底部之间的区域117中包括任何数量的居间层或结构。

IC层堆叠110包括IC层111的堆叠，该IC层包括在竖直方向(z方向)上以交替方式形成的多个金属层112

参考图1B，金属层112

在一个示例中，每个金属互连层112

图1B中所示的金属层112和通孔层114的数量仅为示例。在其它示例中，IC层堆叠110可包括任何其它数量的金属层112和通孔层114。此外，在一些示例中，IC层堆叠110可由以任何深度选定的一组金属层112和通孔层114限定在IC器件100的顶部下方(在z方向上)。

仍然参考图1B，示例性金属互连结构104包括多个互连元件105，该多个互连元件包括(a)形成在接合垫层112

在例示的示例中，横剖平面P

示例性集成电感器102包括电感器导线130，该电感器导线具有限定平行于衬底116延伸的磁性B场的螺旋形状(如图1A中最佳示出的)，与具有垂直于器件衬底延伸的磁性B场的集成电感器相比较而言，这可减少衬底损耗。

电感器导线130包括串联连接以形成螺旋形状的多个导线段132

图1B的横剖视图(通过图1A中所示的平面P

(a)电感器端子导线段132

(b)第一竖直延伸导线段132

(c)侧向延伸的下部导线段132

(d)第二竖直延伸导线段132

(e)侧向延伸的上部导线段132

在一些示例中，电感器导线130表现出低电阻特性。例如，在一些示例中，电感器导线130具有小于10mΩ/sq的片电阻。在一些示例中，电感器导线130具有小于3mΩ/sq的片电阻。

在一些示例中，电感器导线130的低电阻特性至少由电感器导线130的导线厚度限定。电感器导线(例如，电感器导线130)的导线厚度可由电感器导线在与沿着电感器导线的电流路径正交的平面(称之为“电流正交平面”)中的规定尺寸来限定。图1B示出了通过电感器导线130的一部分的电流路径CP。例如，电感器导线的导线厚度可由(a)在电流正交平面中的面积和/或(b)在电流正交平面中的两个正交方向中的每个方向上的长度来限定。

在一些示例中，电感器导线130在电流正交平面中沿着电感器导线130的全长(即，从导线段132

例如，对于导线段132

又如，对于导线段132

又如，对于导线段132

参考图1B，在一些示例中，包括每个金属层电感器元件134和每个MC通孔层电感器元件136的每个导电电感器元件133在x方向和y方向两者上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的长度，具体取决于特定示例。

在一些示例中，接合垫层112

如下文参考图5A至图5G讨论的，每个MC通孔层电感器元件136可通过以下双金属沉积工艺与互连通孔124(或多个互连通孔124)一起形成：

(a)沉积第一金属(例如，钨或其它共形金属)以形成(i)互连通孔开口中的互连通孔124和(ii)电感器元件桶式开口中的通孔层电感器元件杯状部件150，以及

(b)在第一金属上方沉积第二金属(例如，铝或氮化钛)并且延伸到由通孔层电感器元件杯状部件150限定的开口中，以限定通孔层电感器元件填充部件152。

在典型IC器件中，钨适用于形成互连通孔，例如，形成为竖直伸长结构，其长度在至少一个侧向方向(例如，x方向和/或y方向)上小于0.5μm，但可能不适用于填充较大的开口，例如，其长度在两个侧向方向(例如，x方向和y方向)上至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的宽开口。例如，钨以共形方式填充，这在较大的填充结构(例如，MC通孔层电感器元件136)中产生高拉伸应力，从而潜在地导致IC器件100在其上形成的晶片的钨剥离或破损。因此，上述(并且下文参考图5A至图6G更详细讨论的)双金属沉积工艺可用于同时形成互连通孔124和MC通孔层电感器元件136，同时避免与使用钨或其它共形金属来形成较大开口(例如，电感器元件桶式开口)相关联的潜在问题。

在一些示例中，铝(或氮化钛)可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件152的第二金属。如上文讨论的，铝可作为填充金属提供各种优点，例如相对于使用铜作为填充金属提供成本节约。然而，在其它示例中，铜或其它金属可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件152的第二金属。

在一些示例中，每个电感器元件桶式开口(以及因此形成在其中的MC通孔层电感器元件136)在x方向和y方向两者上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm、或至少100μm的长度，而每个互连通孔开口(以及因此形成在其中的互连通孔124)在x方向和y方向两者上具有小于0.5μm的长度。

在一些示例中，电感器导线130的每一对竖直相邻的电感器元件133彼此具有至少1μm

图2A和图2B示出了包括另一示例性集成电感器202和示例性金属互连结构204的IC器件200。图2A示出了IC器件200的顶视图，并且图2B示出了IC器件200的通过图2A中所示的切割线2B-2B的侧视横剖视图。

参考图2A，集成电感器202是螺旋电感器，其包括具有五个电感器导线线圈202

参考图2A和图2B，电感器导线230可包括串联连接以形成螺旋形状的多个导线段232

(a)形成在相应金属层212中的侧向延伸的上部导线段(例如，导线段232

(b)形成在相应金属层212中的侧向延伸的下部导线段(例如，导线段232

(c)将选定的侧向延伸的上部导线段与选定的侧向延伸的下部导线段导电地连接的竖直延伸导线段(例如，导线段232

图2B的横剖视图示出了选定的电感器导线线圈202

IC层堆叠210包括IC层211的堆叠，该IC层包括在竖直方向(z方向)上以交替方式形成的多个金属层212

在该示例中，金属层212

图2B中所示的金属层212和通孔层214的数量仅为示例。在其它示例中，IC层堆叠210可包括任何其它数量的金属层212和通孔层214。此外，在一些示例中，IC层堆叠210可由以任何深度选定的一组金属层212和通孔层214限定在IC器件200的顶部下方(在z方向上)。

仍然参考图2B，示例性金属互连结构204包括多个互连元件205，该多个互连元件包括(a)形成在接合垫层212

在例示的示例中，横剖切割线2B-2B(图2A中所示)切割通过IC层堆叠210的每个IC层211中的接合垫220、金属层互连元件222和互连通孔224。在其它示例中，金属互连结构204可包括形成在x方向和/或y方向上的各种侧向位置处的多个互连元件205(而不是如图2B的示例中那样在共同的竖直平面中对准)。

如图2B所示，电感器导线线圈202

第一电感器元件堆叠238

在例示的示例中，第一电感器元件堆叠238

相似地，第二电感器元件堆叠238

如本文所用，如果金属层电感器元件234侧向地延伸超过通孔层电感器元件234的外周限定的距离，则金属层电感器元件234在相应的侧向方向(例如，x方向)上“侧向地悬伸出”下面的MC通孔层电感器元件236。在一些示例中，第一电感器元件堆叠238

如图2B所示，电感器导线230中的每个MC通孔层电感器元件236可包括(a)由第一金属(例如，钨或其它共形金属)形成的通孔层电感器元件杯状部件250，以及(b)由第二金属(例如，铝或氮化钛)形成的通孔层电感器元件填充部件252。

在一些示例中，接合垫层212

如下文参考图6A至图6G讨论的，每个MC通孔层电感器元件236可通过以下双金属沉积工艺与互连通孔224(或多个互连通孔224)一起形成：

(a)沉积第一金属(例如，钨或其它共形金属)以形成(i)互连通孔开口中的互连通孔224和(ii)电感器元件桶式开口中的通孔层电感器元件杯状部件250，以及

(b)在第一金属上方沉积第二金属(例如，铝或氮化钛)并且延伸到由通孔层电感器元件杯状部件250限定的开口中，以限定通孔层电感器元件填充部件252。

在一些示例中，铝(或氮化钛)可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件252的第二金属。如上文讨论的，铝可作为填充金属提供各种优点，例如相对于使用铜作为填充金属提供成本节约。然而，在其它示例中，铜或其它金属可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件252的第二金属。

在一些示例中，电感器导线230表现出低电阻特性。例如，在一些示例中，电感器导线230具有小于10mΩ/sq的片电阻。在一些示例中，电感器导线230具有小于3mΩ/sq的片电阻。

在一些示例中，电感器导线230的低电阻特性至少由电感器导线230的导线厚度限定。如上文关于电感器导线130讨论的，电感器导线230的导线厚度可由电感器导线在电流正交平面COP中的规定尺寸来限定，例如，(a)电流正交平面中的面积和/或(b)电流正交平面中的两个正交方向中的每个方向上的长度。

在一些示例中，电感器导线230在电流正交平面COP中沿着电感器导线230的全长(即，沿着线圈202

在一些示例中，电感器导线230的每一对竖直相邻的电感器元件233彼此具有至少1μm

参考图2B，在一些示例中，包括每个金属层电感器元件234和每个MC通孔层电感器元件236的每个导电电感器元件233在x方向和y方向两者上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的长度，具体取决于特定示例。如下文参考图5A至图6G讨论的，MC通孔层电感器元件236可与相应的互连通孔224同时形成，其中每个MC通孔层电感器元件236在x方向和y方向两者上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的长度，而每个互连通孔224在x方向和y方向两者上具有小于0.5μm的长度。

图3A至图3C示出了包括具有螺旋电感器导线330的另一示例性集成电感器302和示例性金属互连结构304的IC器件300。图3A示出了IC器件300的顶视图，示出了集成电感器302的螺旋电感器导线330以及示例性金属互连结构304。如图所示，螺旋电感器导线330包括三个线圈308

图3B示出了通过图3A中所示的切割线3B-3B的侧视横剖视图，示出了螺旋电感器导线330在第一位置处的全厚度(z方向上的全深度)构造以及金属互连结构304。图3C示出了通过图3A中所示的切割线3C-3C的侧视横剖视图，示出了螺旋电感器导线330在WC位置处的分割导线结构。如图3A至图3C所示，集成电感器302的螺旋电感器导线330的取向生成垂直于下面的衬底316延伸的磁性B场。

如图3B所示，IC器件300包括于在x-y平面中延伸的衬底316(例如，硅衬底)上方形成的IC层堆叠310。IC层堆叠310可直接形成在衬底316上，或者IC器件300可在衬底316与IC层堆叠310的底部之间包括任何数量的居间层或结构(未示出)。

IC层堆叠310包括IC层311的堆叠，该IC层包括在竖直方向(z方向)上以交替方式形成的多个金属层312

在该示例中，金属层312

图3B中所示的金属层312和通孔层314的数量仅为示例。在其它示例中，IC层堆叠310可包括任何其它数量的金属层312和通孔层314。此外，在一些示例中，IC层堆叠310可由以任何深度选定的一组金属层312和通孔层314限定在IC器件300的顶部下方(在z方向上)。

仍然参考图3B，示例性金属互连结构304包括多个互连元件305，该多个互连元件包括(a)形成在接合垫层312

如上所述，在除了WC位置之外的位置处，即被称为全厚度线圈导线段332

如上所述，图3C示出了电感器导线330在WC位置(图3A中所示)的分割导线结构的横剖视图。电感器导线330的分割导线结构包括(a)由第二电感器元件堆叠338

在其它示例中，第一电感器元件堆叠338

在一些示例中，接合垫层312

如下文参考图5A至图5G讨论的，每个MC通孔层电感器元件336可通过以下双金属沉积工艺与互连通孔324(或多个互连通孔324)一起形成：

(a)沉积第一金属(例如，钨或其它共形金属)以形成(i)互连通孔开口中的互连通孔324和(ii)电感器元件桶式开口中的通孔层电感器元件杯状部件350，以及

(b)在第一金属上方沉积第二金属(例如，铝或氮化钛)并且延伸到由通孔层电感器元件杯状部件350限定的开口中，以限定通孔层电感器元件填充部件352。

在一些示例中，铝(或氮化钛)可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件352的第二金属。如上文讨论的，铝可作为填充金属提供各种优点，例如相对于使用铜作为填充金属提供成本节约。然而，在其它示例中，铜或其它金属可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件352的第二金属。

在一些示例中，电感器导线330表现出低电阻特性。例如，在一些示例中，电感器导线330具有小于10mΩ/sq的片电阻。在一些示例中，电感器导线330具有小于3mΩ/sq的片电阻。

在一些示例中，电感器导线330的低电阻特性至少由电感器导线330的导线厚度限定。如上文关于电感器导线130和230讨论的，电感器导线330的导线厚度可由电感器导线在电流正交平面COP中的规定尺寸来限定。

参考图3B和图3C，在一些示例中，每个电感器元件333(包括每个金属层电感器元件334和每个MC通孔层电感器元件336)在电流正交平面COP中沿着电感器导线330的全长(例如，沿着线圈308

在一些示例中，电感器导线330在电流正交平面COP中沿着电感器导线330的全长(例如，沿着线圈308

图4A和图4B示出了包括另一示例性螺旋集成电感器402和示例性金属互连结构404的IC器件400。图4A示出了IC器件400的顶视图，图4B示出了IC器件400的通过图4A中所示的切割线4B-4B的侧视横剖视图。如图4A所示，螺旋集成电感器402包括电感器导线430，该电感器导线包括在x-y平面中限定螺旋形状并且在z方向上限定导线厚度(深度)的五个导线线圈408

如图4B所示，IC器件400包括于在x-y平面中延伸的衬底416(例如，硅衬底)上方形成的IC层堆叠410。IC层堆叠410可直接形成在衬底416上，或者IC器件400可在衬底416与IC层堆叠410的底部之间包括任何数量的居间层或结构(未示出)。

IC层堆叠410包括IC层411的堆叠，该IC层包括在竖直方向(z方向)上以交替方式形成的多个金属层412

在该示例中，金属层412

图4B中所示的金属层412和通孔层414的数量仅为示例。在其它示例中，IC层堆叠410可包括任何其它数量的金属层412和通孔层414。此外，在一些示例中，IC层堆叠410可由以任何深度选定的一组金属层412和通孔层414限定在IC器件400的顶部下方(在z方向上)。

仍然参考图4B，示例性金属互连结构404包括多个互连元件405，该多个互连元件包括(a)形成在接合垫层412

如上所述，图4B还示出了五个导线线圈408

在一些示例中，接合垫层412

如下文参考图5A至图5G讨论的，每个MC通孔层电感器元件436可通过以下双金属沉积工艺与互连通孔424(或多个互连通孔424)一起形成：

(a)沉积第一金属(例如，钨或其它共形金属)以形成(i)互连通孔开口中的互连通孔424和(ii)电感器元件桶式开口中的通孔层电感器元件杯状部件450，以及

(b)在第一金属上方沉积第二金属(例如，铝或氮化钛)并且延伸到由通孔层电感器元件杯状部件450限定的开口中，以限定通孔层电感器元件填充部件452。

在一些示例中，铝(或氮化钛)可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件452的第二金属。如上文讨论的，铝可作为填充金属提供各种优点，例如相对于使用铜作为填充金属提供成本节约。然而，在其它示例中，铜或其它金属可用作用于形成通孔层电感器元件填充部件452的第二金属。

在一些示例中，电感器导线430表现出低电阻特性。例如，在一些示例中，电感器导线430具有小于10mΩ/sq的片电阻。在一些示例中，电感器导线430具有小于3mΩ/sq的片电阻。

在一些示例中，电感器导线430的低电阻特性至少由电感器导线430的导线厚度限定。如上文关于电感器导线130、330和430讨论的，电感器导线430的导线厚度可由电感器导线在电流正交平面COP中的规定尺寸来限定。

参考图4B，在一些示例中，每个电感器元件433(包括每个金属层电感器元件434和每个MC通孔层电感器元件436)在电流正交平面COP中沿着电感器导线430的全长(例如，沿着线圈408

在一些示例中，电感器导线430在电流正交平面COP中沿着电感器导线430的全长(例如，沿着线圈408

如上文讨论的，示例性集成电感器102、302、402和402中的每个集成电感器包括厚电感器导线，该厚电感器导线由包括宽金属层电感器元件和宽通孔层电感器元件的电感器元件堆叠来限定，例如，每个金属层电感器元件和每个通孔层电感器元件在至少一个侧向方向上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的长度。如下文讨论的，金属层电感器元件可与金属层互连元件同时形成在相应的金属互连层中，并且通孔层电感器元件可与互连通孔同时形成在相应的互连通孔层中。在一些示例中，宽通孔层电感器元件(例如，在至少一个侧向方向上具有至少1μm、至少2μm、至少5μm、至少10μm或至少100μm的长度)可与常规大小的互连通孔(例如，在两个正交侧向方向上具有小于0.5μm的长度)同时形成。

图5A至图5G示出了示例性IC器件500的一系列侧视横剖视图，示出了用于与典型互连结构502的构造同时构造竖直延伸电感器元件堆叠538(例如，用于构造上文讨论的示例性集成电感器102、302或402)的示例性过程。该示例性过程涉及镶嵌工艺步骤，如下文讨论的。

首先，如图5A所示，在衬底516(例如，硅衬底)上方构造金属互连层M

如图5B所示，在金属层互连元件522

接下来，如图5C至图5F所示，使用单镶嵌工艺在通孔层Via

首先，如图5C所示，介电区域542被图案化和蚀刻(例如，使用等离子体蚀刻)以同时形成暴露金属层互连元件522

接下来，如图5D所示，在互连通孔开口550和桶式开口552中沉积阻挡层548，例如，包括钛/氮化钛(Ti/TiN)双层。共形金属层554(例如，钨或其它共形金属)然后沉积在阻挡层548上方并且延伸到互连通孔开口550和桶式开口552中，以(a)在互连通孔开口550中形成互连通孔524，并且(b)在桶式开口552中形成通孔层电感器元件杯状部件556。在一个示例中，共形金属层554可包括钨。由于沉积的钨中的固有拉伸应力，约

接下来，如图5E所示，填充金属层560沉积在共形金属层554上方并且形成通孔层电感器元件填充部件564，该通孔层电感器元件填充部件填充由通孔层电感器元件杯状部件556限定的内部开口562。在一些示例中，填充金属层560可包括铝、氮化钛(TiN)或其它合适的填充金属。如上文讨论的，在一些示例中，铝作为填充金属层560可提供各种优点，例如相对于铜提供成本节约。然而，在其它示例中，填充金属层560可包括铜或其它金属。

接下来，如图5F中所示，可执行CMP工艺以去除共形金属层554和填充金属层560在互连通孔开口550和桶式开口552之外的部分，并且使该结构的顶表面齐平。剩余的通孔层电感器元件杯状部件556和通孔层电感器元件填充部件564共同地限定通孔层Via

该过程可通过在下一个金属互连层M

可重复该过程以分别在附加的通孔层和金属互连层中形成附加的通孔层电感器元件536和金属层电感器元件534，以形成相应的电感器元件堆叠538的期望的竖直厚度(z方向)。

图6A至图6G示出了示例性IC器件600的一系列侧视横剖视图，示出了用于与典型互连结构602的构造同时构造竖直且侧向延伸的电感器元件堆叠638(例如，用于构造上文讨论的示例性集成电感器202)的示例性过程。该示例性过程涉及镶嵌工艺步骤，如下文讨论的。

首先，如图6A所示，在衬底616(例如，硅衬底)上方构造金属互连层M

如图6B所示，在金属层互连元件622

接下来，如图6C至图6F所示，使用单镶嵌工艺在通孔层Via

首先，如图6C所示，介电区域642被图案化和蚀刻(例如，使用等离子体蚀刻)以同时形成暴露金属层互连元件622

如图所示，桶式开口652可在x方向上仅部分地在金属层电感器元件634

接下来，如图6D所示，在互连通孔开口650和桶式开口652中沉积阻挡层648，例如，包括钛/氮化钛(Ti/TiN)双层。共形金属层654(例如，钨或其它共形金属)然后沉积在阻挡层648上方，延伸到互连通孔开口650和桶式开口652中，以(a)在互连通孔开口650中形成互连通孔624，并且(b)在桶式开口652中形成通孔层电感器元件杯状部件656。在一个示例中，共形金属层654可包括钨。例如，金属层654可包括使用CVD工艺沉积的具有在

接下来，如图6E所示，填充金属层660沉积在共形金属层654上方并且填充由通孔层电感器元件杯状部件656限定的内部开口662，以形成通孔层电感器元件填充部件664。在一些示例中，填充金属层660可包括铝、氮化钛(TiN)或其它合适的填充金属。如上文讨论的，在一些示例中，铝可作为填充金属层660提供各种优点，例如相对于铜提供成本节约。然而，在其它示例中，填充金属层660可包括铜或其它金属。

接下来，如图6F中所示，可执行CMP工艺以去除共形金属层654和填充金属层660在互连通孔开口650和桶式开口652之外的部分，并且使该结构的顶表面齐平。剩余的通孔层电感器元件杯状部件656和通孔层电感器元件填充部件664共同地限定通孔层Via

该过程可通过在下一个金属互连层M

如图所示，金属层电感器元件634

可重复该过程以分别在附加的通孔层和金属互连层中形成附加的通孔层电感器元件636和金属层电感器元件634，以形成相应的电感器元件堆叠638的期望的竖直厚度(z方向)和侧向长度(x方向)。