非对称式螺旋状电感制造技术

一种非对称式螺旋状电感，制作于一半导体结构，包含：螺旋状线圈、金属线段以及连接结构。该螺旋状线圈实质上位于第一金属层，且具有第一端点及第二端点，其中该第一端点位于该螺旋状线圈的最外圈，该第二端点位于该螺旋状线圈的最内圈。该金属线段位于不同于该第一金属层的第二金属层，且具有第三端点及第四端点。该连接结构连接该第二端点及该第三端点。该第一端点及该第四端点构成该非对称式螺旋状电感的两端点，该螺旋状线圈为具有N个边的多边形(N>4)，该金属线段的其中一部分构成与该具有N个边的多边形的部分轮廓实质上相同的形状。本发明专利技术的非对称式螺旋状电感能够提高电感值及质量因素Q，且抑制反射信号的干扰。

Asymmetric spiral inductor

An asymmetric spiral inductor is fabricated in a semiconductor structure, comprising a spiral coil, a metal segment and a connecting structure. The spiral coil is essentially located in the first metal layer and has a first endpoint and a second endpoint, in which the first endpoint is located in the outer ring of the spiral coil and the second endpoint is located in the inner ring of the spiral coil. The metal line segment is located in a second metal layer different from the first metal layer, and has a third and fourth endpoints. The connection structure connects the second endpoint and the third endpoint. The first endpoint and the fourth endpoint constitute the two endpoints of the asymmetric spiral inductor. The spiral coil is a polygon with N edges (N > 4). A part of the metal line segment constitutes essentially the same shape as the part contour of the polygon with N edges. The asymmetric spiral inductor of the invention can improve the inductance value and the quality factor Q, and suppress the interference of the reflected signal.

【技术实现步骤摘要】
非对称式螺旋状电感
本专利技术是关于积体电感，尤其是关于非对称式螺旋状积体电感。
技术介绍
图1及图2分别示出已知的非对称式螺旋状电感(asymmetricspiralinductor)及对称式螺旋状电感(symmetricspiralinductor)。非对称式螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200为平面式的结构，主要由位于两个金属层(分别以灰色及黑色表示)的金属线段所构成。位于不同金属层的金属线段由贯穿结构105连接，贯穿结构105例如是半导体制程中的导孔(via)结构或导孔数组(viaarray)。一般而言，因为对称式螺旋状电感200在结构上较对称，所以适用于差动(differential)信号，而非对称式螺旋状电感100则适用于单端(single-ended)信号。提高非对称式螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200的电感值的方法之一为增加其线圈数。线圈数的增加除了导致非对称式螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200的面积增加之外，也会造成其寄生串联电阻(parasiticseriesresistance)及寄生电容(parasiticcapacitance)的增加。高的寄生串联电阻及寄生电容会造成螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200的自振频率(self-resonantfrequency)及质量因素(qualityfactor)Q下降。此外，金属耗损(metalloss)以及基板耗损(substrateloss)也是影响质量因素Q的重要因素。金属耗损是由于金属本身的阻值所导致。基板耗损来源有两种，一种是来自于当电感作用时，电感的金属线圈以及基板之间产生一时变的电位移(electricdisplacement)，此电位移在金属线圈与基板之间产生一位移电流(displacementcurrent)，此位移电流穿透至低阻抗的基板内，形成能量的损耗。此位移电流与电感线圈面积相关，面积越大，位移电流越大。另一种是来自于电感的时变电磁场穿透介电质，在基板上产生感应电流(magneticallyinducededdycurrent)，此感应电流与电感电流的方向相反，造成能量的损耗。当电感操作于低频时，金属线圈中的电流会呈现均匀分布，此时金属耗损在低频时是来自于金属线圈的串联电阻。当电感操作于高频时，越靠近内圈的金属线圈产生越强的磁场；强烈的磁场在金属线圈的内圈感应出涡状电流(eddycurrent)。此涡状电流造成电流不均匀分布，使大部分的电流被推挤到金属线圈的表面；此现象称为集肤效应(skineffect)。在集肤效应下，电流流过的金属截面变小，因此将感受到较大的电阻，而造成质量因素Q下降。因此，如何在不增加电感面积的情况下提高电感的质量因素Q及电感值成为本领域的重要课题。
技术实现思路
鉴于先前技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种非对称式螺旋状电感。本专利技术揭露一种非对称式螺旋状电感，制作于半导体结构，包含：第一金属线段、第二金属线段以及连接结构。该第一金属线段位于第一金属层，实质上形成螺旋状线圈且具有第一端点及第二端点。该第二金属线段位于不同于该第一金属层的第二金属层，且具有第三端点及第四端点。该连接结构，连接该第二端点及该第三端点。该第一端点及该第四端点构成该非对称式螺旋状电感的两端点，该螺旋状线圈为具有N个边的多边形(N>4)，部分该第二金属线段系沿着该具有N个边的多边形的部分边缘延伸，且该第二金属线段的长度不大于该螺旋状线圈的一圈。本专利技术另揭露一种非对称式螺旋状电感，制作于半导体结构，包含：螺旋状线圈、金属线段以及连接结构。该螺旋状线圈实质上位于第一金属层，且具有第一端点及第二端点，其中该第一端点位于该螺旋状线圈的最外圈，该第二端点位于该螺旋状线圈的最内圈。该金属线段位于不同于该第一金属层的第二金属层，且具有第三端点及第四端点。该连接结构连接该第二端点及该第三端点。该第一端点及该第四端点构成该非对称式螺旋状电感的两端点，该螺旋状线圈为具有N个边的多边形(N>4)，该金属线段的其中一部分构成与该具有N个边的多边形的部分轮廓实质上相同的形状。相较于传统技术，本专利技术的非对称式螺旋状电感能够在不增加整体面积的情形下提高电感值及质量因素Q。此外，本专利技术的非对称式螺旋状电感具有不对称的质量因素Q，可抑制反射信号的干扰。有关本专利技术的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。附图说明[图1]为已知的非对称式螺旋状电感；[图2]为已知的对称式螺旋状电感；[图3A]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的实施例的结构图；[图3B]为对应于图3A的横截面A-A的横截面图的一实施例；[图3C]为对应于图3A的横截面A-A的横截面图的另一实施例；[图4A]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图；[图4B]为对应于图4A的横截面A-A的横截面图；[图5]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图；[图6]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图；[图7]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图；[图8]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图；[图9]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图；[图10]为图8的非对称式螺旋状电感的质量因素Q与频率的关系图；[图11]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图；以及[图12]为本专利技术的非对称式螺旋状电感的另一实施例的结构图。具体实施方式以下说明内容的技术用语是参照本
的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。本专利技术的揭露内容包含非对称式螺旋状电感。由于本专利技术的非对称式螺旋状电感所包含的部分组件单独而言可能为已知组件，因此在不影响该装置专利技术的充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知组件的细节将予以节略。图3A示出本专利技术的非对称式螺旋状电感的实施例的结构图。非对称式螺旋状电感300制作于半导体结构中，主要包含金属线段310及金属线段320。在本实施例中，金属线段310制作于下层金属层(以灰色线段表示)，金属线段320制作于上层金属层(以黑色线段表示)。下层金属层例如是半导体结构中的超厚金属(ultra-thickmetal,UTM)层，上层金属层例如是半导体结构中的重布线(re-distributionlayer,RDL)层，但不以此为限。金属线段310及金属线段320由连接结构305连接，连接结构305例如是半导体制程中的导孔结构或导孔数组。金属线段310具有两端点，一端为端点312，另一端透过连接结构305与金属线段320连接。类似地，金属线段320具有两端点，一端为端点322，另一端透过连接结构305与金属线段310连接。连接后的金属线段310及金属线段320形成非对称式螺旋状电感300，非对称式螺旋状电感300以端点312及端点322为其两端点。金属线段310本身形成一螺旋状线圈，螺旋状线圈实质上位于同一金属层。在一个较佳的实例中，金属线段310的圈数大于等于一圈。端点312位于螺旋状线圈的最外圈，而金属线段310的另一端点(与连接结构305直接连接之端点)位于螺旋状线圈的最内圈。若以线段的转折处划分，金属线段320包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非对称式螺旋状电感，制作于半导体结构，包含：第一金属线段，位于第一金属层，形成螺旋状线圈且具有第一端点及第二端点；第二金属线段，位于不同于该第一金属层的第二金属层，具有第三端点及第四端点；以及连接结构，连接该第二端点及该第三端点；其中该第一端点及该第四端点构成该非对称式螺旋状电感的两端点，该螺旋状线圈为一具有N个边的多边形，N大于4，部分该第二金属线段沿着该多边形的部分边缘延伸，且该第二金属线段的长度不大于该螺旋状线圈的一圈。

【技术特征摘要】
1.一种非对称式螺旋状电感，制作于半导体结构，包含：第一金属线段，位于第一金属层，形成螺旋状线圈且具有第一端点及第二端点；第二金属线段，位于不同于该第一金属层的第二金属层，具有第三端点及第四端点；以及连接结构，连接该第二端点及该第三端点；其中该第一端点及该第四端点构成该非对称式螺旋状电感的两端点，该螺旋状线圈为一具有N个边的多边形，N大于4，部分该第二金属线段沿着该多边形的部分边缘延伸，且该第二金属线段的长度不大于该螺旋状线圈的一圈。2.根据权利要求1所述的非对称式螺旋状电感，其中该第二金属线段包含：第一金属子线段，通过该连接结构与该第一金属线段相连接，由该螺旋状线圈的最内圈延伸至该螺旋状线圈的该最内圈与该螺旋状线圈的最外圈之间；第二金属子线段，与该第一金属子线段相连接，平行于该第一金属线段的相对应的部分，且位于该螺旋状线圈的该最内圈与该螺旋状线圈的该最外圈之间；以及第三金属子线段，与该第二金属子线段相连接，由该螺旋状线圈的该最内圈与该螺旋状线圈的该最外圈之间延伸至该螺旋状线圈的该最外圈之外。3.根据权利要求2所述的非对称式螺旋状电感，其中该第一金属子线段与该第一金属线段部分重迭，该第二金属子线段在该第一金属层的投影位于该螺旋状线圈其中两圈之间，且该第三金属子线段与该第一金属线段部分重迭。4.根据权利要求2所述的非对称式螺旋状电感，其中该第一金属子线段与该第一金属线段部分重迭，该第二金属子线段与该第一金属线段至少部分重迭，且该第三金属子线段与该第一金属线段部分重迭。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜孝璁，简育生，叶达勋，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71