專利名稱：用于具有集成能量存儲(chǔ)器件的集成電路的方法和裝置的制作方法
用于具有集成能量存儲(chǔ)器件的集成電路的方法和裝置
背景技術(shù)：
如本領(lǐng)域所公知的，存在對(duì)于特定應(yīng)用有用的各種傳感器。例如，磁傳感器對(duì)于檢 測感興趣對(duì)象的移動(dòng)，例如旋轉(zhuǎn)是有用的。傳感器器件可以包括提供到用于向器件上的電 路供電的調(diào)節(jié)器的電源電壓。電壓供應(yīng)的小規(guī)模功率中斷能夠?qū)е缕骷牟环€(wěn)定輸出狀 態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供用于集成電路的方法和裝置，所述集成電路具有集成 功率存儲(chǔ)元件以在相對(duì)小的功率中斷期間維持所述集成電路的輸出。利用這種設(shè)置，可以 在由于松散的線路、連接、用戶操控、振動(dòng)等等導(dǎo)致的功率中斷存在時(shí)維持傳感器/器件的 輸出狀態(tài)。盡管結(jié)合某些電路、傳感器和配置表示和描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是應(yīng) 理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可用于通常期望在電源電壓中斷期間維持功率的集成電路。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種集成電路包括傳感器，用于提供傳感器輸出；集成 電路模塊，至少部分地形成在襯底上以接收所述傳感器輸出并且提供IC輸出信號(hào)；輸出電 路，具有用于經(jīng)由開關(guān)元件接收電壓供應(yīng)信號(hào)的電壓輸入端、用于接收所述IC輸出信號(hào)的 信號(hào)輸入端以及用于提供電壓輸出信號(hào)的輸出端；以及集成功率存儲(chǔ)元件，耦合到所述輸 出電路的所述電壓輸入端以在所述電壓供應(yīng)信號(hào)的中斷期間提供功率，其中所述功率存儲(chǔ) 元件包括通常與所述襯底平行的至少一層。所述集成電路可以進(jìn)一步包括下面特征中的一個(gè)或者多個(gè)所述至少一層包括通 常與所述襯底平行的第一和第二導(dǎo)電層以及設(shè)置在所述第一和第二導(dǎo)電層之間的電介質(zhì) 層，使得所述第一和第二導(dǎo)電層以及所述電介質(zhì)層形成電容器，其中所述集成功率存儲(chǔ)元 件包括所述電容器，所述集成功率存儲(chǔ)元件包括形成在所述至少一層中用于形成電感器的 線圈，用于接收電源電壓并且向所述輸出電路提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的電壓調(diào)節(jié)器，在所 述第一和第二導(dǎo)電層中鄰近磁場傳感器的至少一層中形成槽，以用于降低所述第一和第二 導(dǎo)電層中的渦電流，所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽以及所述第二導(dǎo)電層中的第二 槽，其中所述第一和第二槽具有不同的幾何形狀，所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽 以及所述第二導(dǎo)電層中的第二槽，其中所述第一和第二槽具有基本上類似的幾何形狀，所 述傳感器包括霍爾元件，所述傳感器包括磁阻元件，所述電容器與所述襯底的至少百分之 三十的面積重疊，并且所述電容器在大約1. 0平方毫米中提供從大約50pF到大約500pF的 電容。在本發(fā)明的另一方面中，一種方法包括提供用于提供傳感器輸出的傳感器；提 供集成電路模塊，所述集成電路模塊至少部分地形成在襯底上以接收所述傳感器輸出并且 提供IC輸出信號(hào)；提供輸出電路，所述輸出電路具有用于經(jīng)由開關(guān)元件接收電壓供應(yīng)信號(hào) 的電壓輸入端、用于接收所述IC輸出信號(hào)的信號(hào)輸入端以及用于提供電壓輸出信號(hào)的輸 出端；并且提供集成功率存儲(chǔ)元件，所述集成功率存儲(chǔ)元件耦合到所述輸出電路的所述電 壓輸入端以在所述電壓供應(yīng)信號(hào)的中斷期間提供功率，其中所述功率存儲(chǔ)元件包括通常與所述襯底平行的至少一層。所述方法可以包括下面特征中的一個(gè)或者多個(gè)所述至少一層包括通常與所述襯 底平行的第一和第二導(dǎo)電層以及設(shè)置在所述第一和第二導(dǎo)電層之間的電介質(zhì)層，使得所述 第一和第二導(dǎo)電層以及所述電介質(zhì)層形成電容器，其中所述集成功率存儲(chǔ)元件包括所述電 容器，所述集成功率存儲(chǔ)元件包括形成在所述至少一層中用于形成電感器的線圈，用于接 收電源電壓并且向所述輸出電路提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的電壓調(diào)節(jié)器，在所述第一和第二 導(dǎo)電層中鄰近磁場傳感器的至少一層中形成槽，以用于降低所述第一和第二導(dǎo)電層中的渦 電流，所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽以及所述第二導(dǎo)電層中的第二槽，其中所述 第一和第二槽具有不同的幾何形狀，所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽以及所述第二 導(dǎo)電層中的第二槽，其中所述第一和第二槽具有基本上類似的幾何形狀，所述傳感器包括 霍爾元件，所述傳感器包括磁阻元件，所述電容器與所述襯底的至少百分之三十的面積重 疊，并且所述電容器在大約1. 0平方毫米中提供從大約150pF到大約400pF的電容。在本發(fā)明的另一方面中，一種車輛包括傳感器，用于提供傳感器輸出；集成電路 模塊，所述集成電路模塊至少部分地形成在襯底上以接收所述傳感器輸出并且提供IC輸 出信號(hào)；輸出電路，所述輸出電路具有用于經(jīng)由開關(guān)元件接收電壓供應(yīng)信號(hào)的電壓輸入端、 用于接收所述IC輸出信號(hào)的信號(hào)輸入端以及用于提供電壓輸出信號(hào)的輸出端；以及集成 功率存儲(chǔ)元件，所述集成功率存儲(chǔ)元件耦合到所述輸出電路的所述電壓輸入端以在所述電 壓供應(yīng)信號(hào)的中斷期間提供功率，其中所述功率存儲(chǔ)元件包括通常與所述襯底平行的至少 一層。


通過下面的附圖描述，將更加充分地理解本發(fā)明的前述特征以及本發(fā)明本身，在 附圖中圖1是具有用于功率中斷的集成能量存儲(chǔ)的器件的示意性表示；圖IA是具有用于功率中斷的集成能量存儲(chǔ)的器件的進(jìn)一步示意性表不；圖2是設(shè)置在管芯上方的功率電容器的示意性表示；圖2A是設(shè)置在管芯上方的功率電感器的示意性表示；圖3A是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例具有片上功率電容器的器件的俯視圖；圖;3B是圖3A的器件沿著線A-A截取的截面圖；圖4是具有多個(gè)片上功率電容器的器件的示意圖；圖5是示出了制造具有片上功率電容器的器件的示例性步驟序列的流程圖；圖6A是具有包括至少一個(gè)各自片上功率電容器的多個(gè)芯片的集成電路的示意性 描述；圖6B是圖6A的集成電路的側(cè)視圖；圖6C是交叉指型的(interdigitated)片上功率電容器的圖解表示；圖7是具有包括第一片上功率電容器的第一襯底以及具有第二片上功率電容器 的第二襯底的集成電路的圖解表示；圖8A是倒裝芯片配置的多芯片多片上功率電容器集成電路的側(cè)視圖；圖8B是圖8A的集成電路的俯視圖9是具有包括用于渦電流降低的槽的片上功率電容器的器件的示意性描述；圖9A是具有包括用于渦電流降低的槽的片上功率電容器的器件的側(cè)視圖；以及圖10是示出了用于提供具有包括渦電流降低的片上功率電容器的器件的示例性 步驟序列的流程圖。
具體實(shí)施例方式通常，本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供包括集成能量存儲(chǔ)器的的集成電路(例如傳感 器)，所述集成能量存儲(chǔ)器在相對(duì)小的功率中斷期間存儲(chǔ)用于維持所述傳感器/器件的輸 出狀態(tài)的本地功率。在某些應(yīng)用中，例如含鐵對(duì)象的磁場感測，期望在短時(shí)間的功率中斷期 間維持傳感器器件的輸出狀態(tài)。通過利用相對(duì)大的集成電容器，所述集成電容器具有位于 所述電容器下方的電路，更多的管芯面積可用，同時(shí)存儲(chǔ)在所述電容器或者其它能量存儲(chǔ) 元件中的能量能夠維持短功率中斷期間的輸出狀態(tài)。示例性的功率中斷包括在受到由于例 如移動(dòng)、或者手持消費(fèi)類電子器件的用戶的操控、或者例如在遇到碰撞或者不平坦道路時(shí) 車輛運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的振動(dòng)時(shí)松散的線路或者連接器導(dǎo)致間歇性連接。應(yīng)理解的是，本發(fā)明的示例性實(shí)施例可用于寬范圍的集成電路、諸如磁場傳感器 和加速度計(jì)的傳感器、以及諸如車輛傳感器和消費(fèi)類器件的產(chǎn)品。存在對(duì)于功率中斷期間 可用的本地能量源的需要的寬范圍應(yīng)用對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。圖1示出了用于具有集成本地能量存儲(chǔ)器以在電源電壓中斷期間提供功率的傳 感器的示例性電路器件10。所述器件包括用于接收電源電壓信號(hào)Vsupply并且輸出經(jīng)調(diào) 節(jié)的電壓Vreg的電壓調(diào)節(jié)器2。由經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)Vreg供電的傳感器4向集成電路模 塊6提供傳感器輸出信號(hào)，所述集成電路模塊6也接收經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)。提供用于所述 器件的輸出信號(hào)Vout的輸出電路8經(jīng)由二極管Dl接收經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)Vreg。集成功率 電容器Cp耦合到二極管Dl的陰極與輸出電路8輸入端之間的點(diǎn)。圖IA示出了與圖1的實(shí)施例10類似的另一實(shí)施例10’，其增加了功率損失管理模 塊12、振蕩器14和邏輯電路16。邏輯電路16在功率損失期間保持邏輯狀態(tài)并且在功率返 回時(shí)允許所述電路恢復(fù)。振蕩器14能夠在功率損失期間被停止以保存邏輯電路16中的功 率。功率管理電路12輸出在功率損失期間有效的保持信號(hào)。將所述保持信號(hào)提供到振蕩 器14和邏輯電路16。在其它實(shí)施例中，所述邏輯狀態(tài)可以用于在公知的位置重新啟動(dòng)集成 電路6。應(yīng)理解的是，代替二極管，可以使用任何適合的開關(guān)元件來隔離輸出電路。還應(yīng) 理解的是，應(yīng)該將開關(guān)元件更廣泛地理解為包括二極管、晶體管以及適合于在功率中斷期 間選擇性地從功率存儲(chǔ)元件向期望的一個(gè)或者多個(gè)電路元件導(dǎo)電能量的任何類型的開關(guān)。 圖1示出了能夠以本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易意識(shí)到的方式通過增加和/或刪除元件、改 變連接以及以其它方式改變以滿足特定應(yīng)用需要而容易地進(jìn)行修改的示例性電路配置。例 如，可以將經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓間接地提供到IC電路。應(yīng)理解的是，電源電壓Vsupply的任何功率中斷的持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，例如小于 幾百毫秒，并且通常小于幾十到幾百微秒的數(shù)量級(jí)。通常，在電源電壓Vsupply存在時(shí)，調(diào) 節(jié)器2提供恒定電壓Vreg以對(duì)整個(gè)電路供電。如果電源電壓Vsupply關(guān)閉，則經(jīng)調(diào)節(jié)的電 壓信號(hào)Vreg下降到期望水平以下的某一值。在這種情況下，集成功率電容器Cp向輸出電路提供恒定電壓，Vcap = Vreg- 0. 7V。應(yīng)理解的是，除了二極管以外的各種其它配置也可以用于實(shí)現(xiàn)類似的功能，具有 比二極管的0.7V下降更低的電壓下降。從集成電路模塊4到輸出電路8的連接是用于向 輸出塊傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入。應(yīng)理解的是，在經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓Vreg關(guān)閉時(shí)由將被供電的電路確定在電源中斷期 間本地功率所需的電容器Cp的尺寸。通常，與集成電路中的傳統(tǒng)電容器相比較，該電容器 尺寸相對(duì)較大。在示例性實(shí)施例中，功率電容器Cp處于幾百pF的數(shù)量級(jí)，例如IOOpF到 2000pF。取決于所利用的電容器層的數(shù)量，電容可以更大。典型地，對(duì)于1.0平方毫米面積 的電容器中2kA到4kA的電介質(zhì)厚度來說，電容處于大約50pF到大約500pF的數(shù)量級(jí)。在 其它實(shí)施例中，電容范圍從大約150到大約400pf。面積的示例性范圍是大約0. 5mm2到大 約1.5mm2。應(yīng)理解的是，所述面積可以比這些面積更小和更大。圖2示出了管芯52的示例性實(shí)施例50，管芯52在所述管芯上方具有集成功率電 容器M。在一個(gè)實(shí)施例中，集成功率電容器M覆蓋所述管芯面積的30%以上。通常，可以通過向電路制造工藝增加附加的金屬和電介質(zhì)層來實(shí)現(xiàn)集成功率電容 器Cp。由于集成功率電容器對(duì)于某些應(yīng)用來說對(duì)其電容值不要求很高的精確度，所以可以 利用低成本的光刻工藝來降低附加層的成本。在一些情況下，在電路上放置集成功率電容 器電極之前，可以期望使用諸如CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)的工藝以平坦化集成電路的表面。CMP 步驟可以允許較薄的電介質(zhì)厚度層，這又將實(shí)現(xiàn)器件電容的增加或者在較小面積中實(shí)現(xiàn)相 同電容。還應(yīng)注意到，可以執(zhí)行多層的電容器工藝以實(shí)現(xiàn)較小管芯面積中的較大電容值。 例如，對(duì)于三層金屬BiCMOS工藝來說，該器件將增加金屬4、電介質(zhì)和金屬5、以及隨后的最 終管芯鈍化層。在其它實(shí)施例中，電容器可以由金屬4、電介質(zhì)、金屬5、電介質(zhì)、金屬6以及 隨后的最終鈍化制成。通常，將最接近該工藝的法向金屬層的金屬層接地以防止在任何下 層的電路中任何不期望的效應(yīng)，例如柵極泄露效應(yīng)。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可用于電路，通常在該電路中可以將電路設(shè)置為睡眠以節(jié) 約功率，但是輸出級(jí)應(yīng)該維持在最新已知狀態(tài)。在使用可能例如由于松散的線路或者松散 的連接器導(dǎo)致的具有間歇性功率連接的電子連接器的某些汽車應(yīng)用或者消費(fèi)類電子器件 中，這可能也是被期望的。應(yīng)注意到，盡管圖1示出了電容器僅向輸出級(jí)提供功率，但是對(duì) 于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，在某些其它應(yīng)用中，可以期望為存儲(chǔ)器電路 或者也位于管芯上的其它子電路供電。再次參考圖1，集成功率電容器Cp位于經(jīng)調(diào)節(jié)電壓的內(nèi)側(cè)，從而保護(hù)電容器Cp免 受任何ESD，或者可能損壞電容器的電介質(zhì)的其它電壓事件。在其它實(shí)施例中，集成功率電 感器能夠在功率突變或者功率去除事件期間為子電路供電。如圖2A所示，在另一實(shí)施例中，可以將集成能量存儲(chǔ)元件設(shè)置為功率電感器M’ 而不是圖2的功率電容器M。集成電感器M’的制造可以與電容器制造類似，除了產(chǎn)生電 感器的線路的幾何形狀通常比電容器具有更小的特征尺寸。應(yīng)理解的是，將鐵磁材料應(yīng)用 到集成電感器能夠改善電感值。還應(yīng)理解的是，如果實(shí)現(xiàn)鐵磁材料結(jié)合磁場傳感器的使用， 應(yīng)該在設(shè)計(jì)中考慮鐵磁材料對(duì)要感測的場或者傳感器本身的效應(yīng)。該器件還可用于一個(gè)或 者多個(gè)換能器元件位于隔離襯底而不是用于調(diào)節(jié)換能器信號(hào)并且提供集成電路輸出的集成電路上的情況，所述換能器元件包括但不限于霍爾效應(yīng)、GMR、AMR、MTJ、加速度計(jì)、壓力、 化學(xué)、生物或者溫度。電感器或者交叉指型的電容器(參見下面的圖6C)的優(yōu)點(diǎn)包括僅利 用位于下層電路頂部上的一個(gè)附加金屬層來實(shí)現(xiàn)。圖3A-B示出了根據(jù)本發(fā)明具有用于功率中斷的片上功率電容器102的磁傳感器 100實(shí)施例的示例性實(shí)施例。在所示出的實(shí)施例中，傳感器100是具有VCC端子104和接地 端子106的兩線路霍爾效應(yīng)類型傳感器。電容器102能夠存儲(chǔ)能量以在電壓供應(yīng)功率中斷 期間向輸出電路8 (圖1)或者其它電路提供功率。應(yīng)理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可用于期望解決功率中斷的寬范圍的集成電路和傳 感器，例如加速度計(jì)、壓力傳感器、磁場傳感器。第一金屬層116設(shè)置在襯底116上并且介于第一和第二絕緣層120、122之間的可 選的第二層118設(shè)置在第一金屬層116上方。第一和第二金屬層116、118為器件層112提 供例如互連和路由。第一和第二絕緣層120、122可以例如設(shè)置為層間電介質(zhì)和/或鈍化層。第一和第二導(dǎo)電層124、126由電介質(zhì)材料1 分隔開以在襯底上方形成片上電容 器102。電容器102由另一絕緣層130覆蓋。在示例性實(shí)施例中，電容器102通過第二絕緣 層122與第二金屬層118分隔開并且電隔離。在示例性實(shí)施例中，襯底或者管芯110(例如硅)包括層112、116、120、118和/或 122中的集成電路(IC)，其中以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方式形成電路。器件層112可 以包括形成磁傳感器100的一部分的霍爾元件114。器件層可以包括形成集成電路所需的 各種層，包括但不限于植入或者摻雜層、多晶硅、外延層、氧化物或者氮化物層。盡管示出和描述了特定的層堆疊，但是應(yīng)理解的是，具有不同的分層順序以及更 多和更少金屬和其它層的其它實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可以增加附加的導(dǎo)電層 以形成附加電容器來滿足特定應(yīng)用的需要。功率電容器Cp可以使用各種電介質(zhì)材料，包括但不限于硅氮化物、例如二氧化硅 的硅氧化物、鉭氧化物、鋁氧化物、陶瓷、玻璃、云母、聚酯(例如聚酯薄膜)、ΚΑΡΤ0Ν、聚酰亞 胺(例如HD微系統(tǒng)公司的玻璃增強(qiáng)聚酰亞胺(Pyralin))、苯并環(huán)丁烯(BCB，例如陶氏化學(xué) 公司的甲基環(huán)戊烯醇酮)和聚降冰片烯(例如I^romerus公司的Avatrel)。以較高的介電 常數(shù)和在亞微米范圍內(nèi)生成例如厚度為3000到5000埃的一致薄膜的能力為基礎(chǔ)，無機(jī)電 介質(zhì)可能對(duì)于一些應(yīng)用是優(yōu)選的。在對(duì)于層間電介質(zhì)或者最終的鈍化材料合適的情況下可以使用這些相同電介質(zhì)。 在層間電介質(zhì)的情況下，選擇平坦性好并且對(duì)于在第二金屬層118和導(dǎo)電層IM之間的使 用具有低介電常數(shù)的材料是有利的。這將降低從金屬層118上的線路到例如可以是接地平 面的導(dǎo)電層124的信號(hào)的任何不期望的耦合。對(duì)于包括硅、砷化鎵、絕緣體上硅(SOI)等的傳感器，可以使用各種適合的材料提 供器件層。此外，可以使用各種材料來提供形成電容器的金屬層和導(dǎo)電層。示例性金屬和 導(dǎo)電層材料包括銅、鋁、合金和/或其它適合的金屬。還應(yīng)理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括磁阻元件的使用。對(duì)于磁阻器件來說，可 以在襯底的頂部上增加傳感器材料。如這里所使用的，術(shù)語管芯是指具有相關(guān)聯(lián)的電路或者電子器件元件的襯底，該 襯底可以是絕緣體上的半導(dǎo)體或者半導(dǎo)體層，例如SOI襯底。管芯上的電路可以包括例如二極管和晶體管的半導(dǎo)體器件以及例如電阻器、電感器和電容器的無源器件。如圖4所示，可以分離第二導(dǎo)電層304以形成多個(gè)電容器，示出為第一和第二電 容器306、308(在第一導(dǎo)電層302對(duì)于該第一和第二電容器306、308處于相同電勢(shì)的情況 下)。同樣顯而易見的是，也可以分割第一導(dǎo)電層302以形成單獨(dú)的電容器，盡管根據(jù)應(yīng)用 情況可能要求增加鍵合焊盤。應(yīng)理解的是，可以進(jìn)行第一和第二導(dǎo)電層302、304的分配以實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用的電容 要求。此外，可以分割第一和第二導(dǎo)電層以在管芯上方形成任何實(shí)際數(shù)量的電容器。圖5示出了用于制造具有集成功率電容器的器件的示例性步驟序列。通常，在執(zhí) 行集成電路工藝之后執(zhí)行集成電容器的制造，這也可以被稱為基礎(chǔ)工藝。在步驟400中，在襯底上方形成第一和第二金屬層。在一個(gè)特定實(shí)施例中，基礎(chǔ)工 藝包括用于互連和路由的兩個(gè)金屬層以及最終的鈍化。可以期望改變基礎(chǔ)工藝上的最終鈍 化，這可能典型地包括氧化物和氮化物層。在第二金屬層之后，在步驟402中，沉積層間電 介質(zhì)。而且，這是要在基礎(chǔ)工藝中執(zhí)行最終鈍化的位置。層間電介質(zhì)可以是氧化物、氮化物 或者諸如聚酰亞胺或BCB的有機(jī)電介質(zhì)。諸如BCB的材料的優(yōu)點(diǎn)在于其很好地平坦化下層 襯底并且實(shí)現(xiàn)平的表面以用于隨后的電容器沉積。在步驟404中，然后對(duì)層間電介質(zhì)進(jìn)行 構(gòu)圖以打開至下層集成電路中的鍵合焊盤的連接。在步驟406中，然后在晶圓上沉積導(dǎo)電層并且對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖以形成電容器電極中 的一個(gè)。在所示出的實(shí)施例中，下電容器電極連接到鍵合焊盤，而不是下層電路的任何其它 部分。在一些情況下，可以期望在集成電路的其它鍵合焊盤上具有下電容器層，盡管這些焊 盤不連接到電容器電極。在步驟408中，沉積且構(gòu)圖電容器電介質(zhì)。電介質(zhì)材料可以是氮 化硅或者其它適合的材料。在步驟410中，在晶圓上沉積電容器的第二導(dǎo)電層并且對(duì)其進(jìn) 行構(gòu)圖以形成電容器的頂部電極。使電容器的上層作為獨(dú)立焊盤允許在具有片上電容器的 集成電路的最終測試期間測試電介質(zhì)擊穿。在步驟412中，向具有電容器以及用于鍵合焊 盤的構(gòu)圖開口的集成電路涂敷最終的鈍化層。圖6A和6B示出了具有包括第一片上功率電容器504的第一管芯502和包括第二 片上功率電容器508的第二管芯506的示例性集成電路500?？梢栽O(shè)置在器件層507上方 的第一電容器504包括其間具有電介質(zhì)材料514的第一和第二導(dǎo)電層510、512?？梢栽诘?一管芯502中形成可選的傳感器元件516。第二電容器508可以類似地包括第三和第四導(dǎo)電層518、520以及絕緣層522。對(duì) 于第二管芯506來說，第三導(dǎo)電層518可以設(shè)置在器件層5M上方。第一和第二電容器504、508可以由各自的可選絕緣層(未示出)覆蓋。盡管將第一和第二片上功率電容器表示為位于各自襯底上方，但是應(yīng)理解的是， 在其它實(shí)施例中，片上電容器的一個(gè)或者多個(gè)位于各自襯底下方。通常，形成片上電容器的 導(dǎo)電層通常與各自襯底平行。應(yīng)理解的是，電容器的幾何形狀可以發(fā)生變化。例如，在圖6C 所示的另一實(shí)施例中，可以處理一個(gè)導(dǎo)電層或者多個(gè)導(dǎo)電層以形成片上交叉指型的功率電 容器。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)單個(gè)導(dǎo)電層進(jìn)行構(gòu)圖以形成片上交叉指型的電容器。在另一實(shí) 施例中，可以對(duì)多個(gè)導(dǎo)電層進(jìn)行構(gòu)圖以形成一個(gè)或者多個(gè)片上交叉指型的電容器。應(yīng)理解 的是，用于形成電容器的電介質(zhì)材料的屬性與電容器的阻抗相關(guān)。應(yīng)理解的是，在其它實(shí)施例中，第一管芯502可以具有多個(gè)片上功率電容器。艮口，可以例如通過刻蝕劃分第一和第二金屬層510、512以形成第一管芯的兩個(gè)片上電容器。類 似地，可以劃分第三和第四導(dǎo)電層以為第二管芯提供多個(gè)片上電容器。此外，管芯中的一個(gè) 或者兩個(gè)可以具有片上功率電容器。此外，設(shè)計(jì)實(shí)施例具有多于兩個(gè)管芯，其中至少一個(gè)管 芯具有片上功率電容器。設(shè)計(jì)其它實(shí)施例具有包括各種配置的各種應(yīng)用。例如，諸如磁傳 感器元件的傳感器可以設(shè)置在一個(gè)管芯中、兩個(gè)管芯中和/或多個(gè)管芯中。可以設(shè)置具有 片上功率電容器的集成電路作為寬范圍的電路類型，包括傳感器、片上系統(tǒng)、處理器等等。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二管芯502、506由諸如硅的相同材料形成。在其它實(shí) 施例中，第一和第二管芯由不同材料形成。示例性材料包括Si、GaAs、InP, InSb, InGaAsP, SiGe、陶瓷和玻璃。圖7示出了具有第一和第二管芯604、606的示例性集成電路600，每一個(gè)管芯具有 各自的片上功率電容器608、610，以用于在電壓供應(yīng)中斷期間提供功率。第一管芯604包括 傳感器元件612。在一個(gè)特定實(shí)施例中，傳感器元件是霍爾元件。第二管芯606包括用于支 撐傳感器元件612并且提供輸出信息(例如用于傳感器的位置輸出信息)的電路。集成電路600包括用于為傳感器提供輸入/輸出連接的引線指狀物6Ha-d。如 上所述，可以在第二管芯606上的引線指狀物614和輸入/輸出焊盤615之間形成諸如引 線鍵合的連接。可以提供用于接地、VCC和/或信號(hào)的連接/焊盤。盡管未示出，應(yīng)理解的 是，也可以提供用于第一管芯604和引線指狀物之間的連接的焊盤。在其它實(shí)施例中，只有一個(gè)管芯具有片上電容器。例如，僅管芯606具有片上電容 器610，管芯604不具有片上電容器。此外，各自的第一和第二管芯焊盤616、618使能第一和第二管芯604、606之間的 電氣連接。應(yīng)理解的是，對(duì)于管芯之間的期望連接，可以提供任何實(shí)際數(shù)量的管芯焊盤。應(yīng)理解的是，本發(fā)明的多管芯實(shí)施例可以具有各種配置，例如倒裝芯片實(shí)施例。例如，圖8A和8B示出了具有包括片上功率電容器的多個(gè)管芯的倒裝芯片配置。集 成電路700包括設(shè)置在引線框704上的第一管芯或者襯底702。第一片上功率電容器706 形成在第一管芯702的一部分的上方。可選的傳感器元件707可以形成在第一管芯中。第二襯底或者管芯708例如通過焊球710耦合在第一管芯702的頂部。第二管芯 708可以包括傳感器元件712。第二片上功率電容器714設(shè)置在第二管芯708上。鍵合引線可以將鍵合焊盤716耦合到引線框上的引線指狀物(未示出)。如上所注意到的，可以由相同材料或者不同材料提供第一和第二管芯702、708。示 例性材料包括Si、GaAs、hP、hSb、InGaAsP、SiGe、陶瓷和玻璃。此外，第一和第二管芯中的 感測元件可以是相同類型的器件或者不同類型的器件。示例性傳感器元件包括霍爾效應(yīng)、 磁阻、巨磁阻(GMI )、各向異性磁阻(AMR)和隧道磁阻(TMR)傳感器。如上所述，可以設(shè)計(jì)各 自片上電容器706、714的尺寸以實(shí)現(xiàn)期望的阻抗。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例具有在管芯908上方形成電容器906的上層 902和下層904的示例性電容器片上電容器功率900，其中形成在電容器層中的第一槽910 用于降低在霍爾元件912周圍產(chǎn)生的渦電流。在所示出的實(shí)施例中，第二槽914形成在第 二霍爾元件916周圍的電容器層中。如本領(lǐng)域所公知的，在存在變化的磁場(例如圍繞電流承載導(dǎo)體的磁場)時(shí)，可以 在導(dǎo)電層中誘發(fā)渦電流。渦電流形成趨于導(dǎo)致較小磁場的閉合回路以使得霍爾效應(yīng)元件經(jīng)歷比否則以其它方式經(jīng)歷的磁場更小的磁場，從而導(dǎo)致更低的靈敏度。此外，如果與渦電流 相關(guān)聯(lián)的磁場不一致或者關(guān)于效應(yīng)元件不對(duì)稱，則所述霍爾效應(yīng)元件也可能產(chǎn)生不期望的 偏移電壓。—個(gè)或者多個(gè)槽910趨于降低傳感器附近的總路徑(例如直徑或者路徑長度)，這 降低了閉合回路的渦電流效應(yīng)，其中渦電流在磁場傳感器附近的電容器的導(dǎo)電層中行進(jìn)。 將可以理解的是，其中有渦電流行進(jìn)的閉合回路的降低的尺寸導(dǎo)致更小的渦電流，該更小 的渦電流對(duì)于誘發(fā)渦電流的AC磁場產(chǎn)生更小的本地影響。因此，由于一個(gè)或者多個(gè)槽，具 有霍爾效應(yīng)元件的電流傳感器或者其它器件的靈敏度較少地受到渦電流的影響。代替在霍爾效應(yīng)元件周圍旋轉(zhuǎn)的渦電流，槽910導(dǎo)致到霍爾元件的每一側(cè)的渦電 流。盡管由渦電流產(chǎn)生的磁場是添加的，但是與沒有槽的單個(gè)渦電流相比較，總幅度場強(qiáng)度 由于渦電流增加的鄰近性而更小。圖9A示出了包括具有與霍爾元件相關(guān)設(shè)置的槽952的片上功率電容器的器件950 的側(cè)切圖。器件950與圖;3B的傳感器具有一些共性，其中類似的附圖標(biāo)記指代類似的元件。 槽952形成在形成電容器的導(dǎo)電層124、1沈和電介質(zhì)層128中。應(yīng)理解的是，可以按照寬范圍的配置形成任何數(shù)量的槽以滿足特定應(yīng)用的需要。 在所示出的實(shí)施例中，與位于管芯中的霍爾效應(yīng)元件相關(guān)地在電容器層中形成槽，例如從 鄰近霍爾元件的位置延伸到電容器的邊緣。槽降低了渦電流在霍爾元件周圍的流動(dòng)并且增 強(qiáng)了傳感器/器件的整體性能。應(yīng)理解的是，術(shù)語槽應(yīng)該被廣泛理解為覆蓋一個(gè)和/或兩個(gè)電容器層的導(dǎo)電性的 中斷。例如，槽可以包括幾個(gè)相對(duì)大的孔以及具有相對(duì)高密度的較小孔。此外，術(shù)語槽并不 旨在指代任何特定的幾何形狀。例如，槽包括寬范圍的規(guī)則的和不規(guī)則的形狀，例如錐形、 橢圓形等等。此外，應(yīng)理解的是，一個(gè)或者多個(gè)槽的方向/角度可以改變。而且，顯而易見 的是，可以期望以傳感器的類型為基礎(chǔ)來定位一個(gè)或者多個(gè)槽。應(yīng)理解的是，槽可以在電容 器的上層和下層中具有不同的幾何形狀。例如，圖9B示出了僅形成在片上電容器的下層中 的槽910’。該實(shí)施例可以屏蔽傳感器免受例如由傳感器附近的另一電氣線路引起的外部噪 聲。通常，在片上電容器的上板和下板中具有槽是優(yōu)選的。然而，應(yīng)理解的是，由于上 板更遠(yuǎn)離下板(即，更臨近磁傳感器的板)(假設(shè)類似的金屬厚度)，僅位于電容器下板中 的槽將比僅位于電容器的上板中的槽更大程度地降低渦電流，并且因而對(duì)磁傳感器的靈敏 度具有更小的影響。通常，期望去除位于霍爾板上方的導(dǎo)體，即電容器的板。由于其幾何形 狀，直接位于霍爾板上方或者該板附近的電流將比離開甚至幾十微米的電流具有更大的影 響。槽可以關(guān)于磁傳感器和/或管芯具有任何實(shí)際的幾何形狀和取向以滿足特定應(yīng) 用的需要。將槽1016示出為關(guān)于電容器的邊緣成角度的槽的一個(gè)示例配置。圖10示出了用于提供用于與圖5具有一些相似性的片上電容器的渦電流降低的 示例性步驟序列，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件。在示例性實(shí)施例中，步驟406’包 括對(duì)第一導(dǎo)電層進(jìn)行構(gòu)圖以包括用于降低渦電流的槽。類似地，步驟410’包括將第二導(dǎo)電 層構(gòu)圖為所述槽。應(yīng)理解的是，可以對(duì)圖10中的步驟進(jìn)行容易地修改、重新排序等等，以滿足特定應(yīng)用的需要。例如，可以使用針對(duì)每一層使用單個(gè)掩模來提供導(dǎo)電層和電介質(zhì)的構(gòu)圖以包 括槽，或者可以在電容器完成之后形成槽。其它這種變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說 也是顯而易見的。盡管這里包含的示例性實(shí)施例討論了具有諸如用于功率中斷的集成功率存儲(chǔ)的 傳感器的器件的使用，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，也可以使用具 有各種磁場傳感器的其它類型器件來代替霍爾元件或者與霍爾元件組合使用。例如，所述 器件可以使用各向異性磁阻(AMR)傳感器和/或巨磁阻(GMR)傳感器。在GMR傳感器的情 況下，GMR元件旨在覆蓋包括多種材料堆疊的傳感器的范圍，例如線性螺旋閥、隧道磁阻 (TMR)、磁隧道結(jié)(MTJ)或者巨磁阻(CMR)傳感器。在其它實(shí)施例中，傳感器包括后向偏置 磁體。應(yīng)理解的是，術(shù)語管芯和襯底可以互換使用。盡管主要結(jié)合集成電路傳感器并且尤其是磁傳感器示出和描述了本發(fā)明，但是應(yīng) 理解的是，本發(fā)明可用于通常期望提供集成能量存儲(chǔ)以在相對(duì)短的電源電壓中斷期間提供 功率的集成電路。此外，盡管將片上功率電容器示出為位于管芯上方，但是應(yīng)理解的是，設(shè) 計(jì)實(shí)施例以使片上電容器位于管芯下方。即，形成片上電容器的導(dǎo)電層通常與管芯所在的 平面平行。在一個(gè)實(shí)施例中，交叉指型的電極也可以用于在單層金屬中形成片上電容器。應(yīng)理解的是，可以使用各種適合的制造工藝來形成具有片上電容器的傳感器，包 括但不限于雙極、DM0S、雙CMOS、CMOS工藝以及這些工藝與其它工藝的組合。盡管這里包含的示例性實(shí)施例討論了霍爾效應(yīng)傳感器的使用，但是對(duì)于本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，也可以使用其它類型的磁場傳感器來代替霍爾元件或者 與霍爾元件組合使用。例如，該器件可以使用各向異性磁阻(AMR)傳感器和/或巨磁阻 (GMR)傳感器。在GMR傳感器的情況下，GMR元件旨在覆蓋包括多種材料堆疊的傳感器的范 圍，例如線性螺旋閥、隧道磁阻(TMR)或者巨磁阻(CMR)傳感器。在其它實(shí)施例中，傳感器 包括后向偏置磁體。已經(jīng)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，現(xiàn)在對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易 見的是，也可以使用結(jié)合其概念的其它實(shí)施例。這里包含的實(shí)施例不應(yīng)該限于所公開的實(shí) 施例而是應(yīng)該僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍限定。這里引用的所有公開物和參考文獻(xiàn)都 通過引用的方式將其全部并入本文。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，包括傳感器，用于提供傳感器輸出；集成電路模塊，至少部分地形成在襯底上以接收所述傳感器輸出并且提供IC輸出信號(hào)；輸出電路，具有用于經(jīng)由開關(guān)元件接收電壓供應(yīng)信號(hào)的電壓輸入端、用于接收所述IC 輸出信號(hào)的信號(hào)輸入端以及用于提供電壓輸出信號(hào)的輸出端；以及集成功率存儲(chǔ)元件，耦合到所述輸出電路的所述電壓輸入端以在所述電壓供應(yīng)信號(hào)的 中斷期間提供功率，其中所述功率存儲(chǔ)元件包括通常與所述襯底平行的至少一層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述至少一層包括通常與所述襯底平行的第一和第二導(dǎo)電層；以及設(shè)置在所述第一和第二導(dǎo)電層之間的電介質(zhì)層，使得所述第一和第二導(dǎo)電層以及所述 電介質(zhì)層形成電容器，其中所述集成功率存儲(chǔ)元件包括所述電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述電容器包括交叉指型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述集成功率存儲(chǔ)元件包括形成在所述至少 一層中用于形成電感器的線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，還包括用于接收電源電壓并且向所述輸出電路提 供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的電壓調(diào)節(jié)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中在所述第一和第二導(dǎo)電層中鄰近磁場傳感器 的至少一個(gè)導(dǎo)電層中形成槽，以用于降低所述第一和第二導(dǎo)電層中的渦電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電路，其中所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽以及 所述第二導(dǎo)電層中的第二槽，其中所述第一槽和所述第二槽具有不同的幾何形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電路，其中所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽以及 所述第二導(dǎo)電層中的第二槽，其中所述第一槽和所述第二槽具有基本上類似的幾何形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述傳感器包括霍爾元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述傳感器包括磁阻元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述電容器與所述襯底的至少百分之三十 的面積重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述電容器在大約1.0平方毫米中提供從大 約50pF到大約500pF的電容。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述電容提供從大約150pF到大約400pF的 電容。
14.一種方法，包括提供用于提供傳感器輸出的傳感器；提供集成電路模塊，所述集成電路模塊至少部分地形成在襯底上以接收所述傳感器輸 出并且提供IC輸出信號(hào)；提供輸出電路，所述輸出電路具有用于經(jīng)由開關(guān)元件接收電壓供應(yīng)信號(hào)的電壓輸入 端、用于接收所述IC輸出信號(hào)的信號(hào)輸入端以及用于提供電壓輸出信號(hào)的輸出端；以及提供集成功率存儲(chǔ)元件，所述集成功率存儲(chǔ)元件耦合到所述輸出電路的所述電壓輸入 端以在所述電壓供應(yīng)信號(hào)的中斷期間提供功率，其中所述功率存儲(chǔ)元件包括通常與所述襯底平行的至少一層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一層包括通常與所述襯底平行的第一和第二導(dǎo)電層；以及設(shè)置在所述第一和第二導(dǎo)電層之間的電介質(zhì)層，使得所述第一和第二導(dǎo)電層以及所述 電介質(zhì)層形成電容器，其中所述集成功率存儲(chǔ)元件包括所述電容器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電容器至少部分地成交叉指狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述集成功率存儲(chǔ)元件包括形成在所述至少一 層中用于形成電感器的線圈。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括用于接收供應(yīng)電壓并且向所述輸出電路提供 經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的電壓調(diào)節(jié)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述第一和第二導(dǎo)電層中鄰近磁場傳感器的 至少一個(gè)導(dǎo)電層中形成槽，以用于降低所述第一和第二導(dǎo)電層中的渦電流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽以及所 述第二導(dǎo)電層中的第二槽，其中所述第一槽和所述第二槽具有不同的幾何形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述槽包括所述第一導(dǎo)電層中的第一槽以及所 述第二導(dǎo)電層中的第二槽，其中所述第一槽和所述第二槽具有基本上類似的幾何形狀。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述傳感器包括霍爾元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述傳感器包括磁阻元件。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電容器與所述襯底的至少百分之三十的面 積重疊。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電容器在大約1.0平方毫米中提供從大約 150pF到大約400pF的電容。
26.—種車輛，包括傳感器，用于提供傳感器輸出；集成電路模塊，至少部分地形成在襯底上以接收所述傳感器輸出并且提供IC輸出信號(hào)；輸出電路，具有用于經(jīng)由開關(guān)元件接收電壓供應(yīng)信號(hào)的電壓輸入端、用于接收所述IC 輸出信號(hào)的信號(hào)輸入端以及用于提供電壓輸出信號(hào)的輸出端；以及集成功率存儲(chǔ)元件，耦合到所述輸出電路的所述電壓輸入端以在所述電壓供應(yīng)信號(hào)的 中斷期間提供功率，其中所述功率存儲(chǔ)元件包括通常與所述襯底平行的至少一層。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的車輛，其中所述至少一層包括通常與所述襯底平行的第一和第二導(dǎo)電層；以及設(shè)置在所述第一和第二導(dǎo)電層之間的電介質(zhì)層，使得所述第一和第二導(dǎo)電層以及所述 電介質(zhì)層形成電容器，其中所述集成功率存儲(chǔ)元件包括所述電容器。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的車輛，其中所述集成功率存儲(chǔ)元件包括形成在所述至少一 層中用于形成電感器的線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于傳感器的方法和裝置，所述傳感器用于提供傳感器輸出，至少部分地形成在襯底上以接收所述傳感器輸出并且提供IC輸出信號(hào)的集成電路模塊(6)，具有用于經(jīng)由開關(guān)元件(D1)接收電壓供應(yīng)信號(hào)的電壓輸入端和用于接收所述IC輸出信號(hào)的信號(hào)輸入端以及用于提供電壓輸出信號(hào)的輸出端的輸出電路(18)，以及耦合到所述輸出電路的所述電壓輸入端以在所述電壓供應(yīng)信號(hào)的中斷期間提供功率的集成功率存儲(chǔ)元件(Cp)，其中所述功率存儲(chǔ)元件包括通常與所述襯底平行的至少一層。
文檔編號(hào)H01L23/522GK102132405SQ200980133460
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者A·福萊托, P·K·舍勒, W·P·泰勒 申請(qǐng)人:阿萊戈微系統(tǒng)公司