集成变压器制造技术

一种集成变压器包括一第一电感以及一第二电感，其中所述第一电感包含至少一第一圈以及一第二圈，且所述第一电感至少由一第一金属层以及一第二金属层的多个绕线所构成，其中所述第一金属层与所述第二金属层是两个相邻的金属层，且所述第一电感的所述第二圈系位于所述第一圈以内；所述第二电感包含至少一第一圈，且所述第二电感至少由所述第二金属层所构成的至少一绕线所构成，其中所述第二电感的所述第一圈与所述第一电感的所述第一圈实质上重叠；其中所述第一电感的所述第二圈包括使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联绕线结构的一区段。

【技术实现步骤摘要】
集成变压器
本专利技术系有关于变压器，尤指一种集成变压器。
技术介绍
变压器(transformer)以及平衡/非平衡式变压器(balun)是射频集成电路中用来实现单端至差动讯号转换、讯号耦合、阻抗匹配等功能的重要组件，随着集成电路向系统级芯片(SystemonChip，SoC)发展，集成变压器(integratedtransformer/balun)已逐渐取代传统的分离式组件，而被广泛地使用在射频集成电路中。然而，集成电路中的被动组件，例如电感及变压器，往往会消耗大量的芯片面积，因此，如何将集成电路中被动组件的数量简化以及将被动组件的面积最小化，并同时优化组件特性，例如质量因子(qualityfactor，Q)及耦合系数(couplingcoefficient，K)等等，是一个重要的课题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的之一在于提供一种集成变压器，其具有高的质量因子及耦合系数，且可以使用较少的金属层来实现，以降低芯片的制造成本并优化其组件特性。依据本专利技术一实施例，一种集成变压器包含有一第一电感以及一第二电感，其中所述第一电感包含至少一第一圈以及一第二圈，且所述第一电感至少由一第一金属层以及一第二金属层的多个绕线所构成，其中所述第一金属层与所述第二金属层是两个相邻的金属层，且所述第一电感的所述第二圈系位于所述第一圈之内；所述第二电感包含至少一第一圈，且所述第二电感至少由所述第二金属层所构成的至少一绕线所构成，其中所述第二电感的所述第一圈与所述第一电感的所述第一圈实质上重叠；其中所述第一电感的所述第二圈包含使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联绕线结构的一区段。附图说明图1A是根据本专利技术第一实施例的集成变压器的两个金属层的图。图1B是第1A图所示的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图。图1C是根据本专利技术第一实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。图2A是根据本专利技术第二实施例的集成变压器的两个金属层的图。图2B是图2A所示的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图。图2C是根据本专利技术第二实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。图3是根据本专利技术第三实施例是集成变压器的上视图及其剖面示意图。图4是根据本专利技术另一实施例的集成变压器的剖面示意图。图5A是根据本专利技术第四实施例的集成变压器的两个金属层的图。图5B是图5A所示的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图。图5C是根据本专利技术第四实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。图6A是根据本专利技术第五实施例的集成变压器的两个金属层的图。图6B是根据本专利技术第五实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。具体实施方式请参考图1A、1B及1C，其中图1A是依据本专利技术第一实施例的集成变压器的两个金属层的图，图1B是根据本专利技术第一实施例的集成变压器的第一电感与第二电感的示意图，且图1C是根据本专利技术第一实施例的集成变压器的上视图及其剖面示意图。本实施例的集成变压器例如可应用于射频芯片中的变压器(transformer)或平衡/非平衡式变压器(balun)。请先参考图1A，集成变压器主要由一第一金属层以及一第二金属层所构成，其中图示的第一金属层的图包含了两个输入/输出端点(port)111_1、111_2、一第一圈(turn)绕线110_1以及一第二圈绕线110_2，而第二金属层的图包含了两个输入/输出端点121_1、121_2、一桥接线128、一第一圈(turn)绕线120_1以及一第二圈绕线120_2，其中桥接线128用来连接第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第一圈绕线120_1。此外，第一金属层与第二金属层均包含了多个贯通孔，这些贯通孔用来连接第一金属层与第二金属层，举例来说，图示的第一金属层的贯通孔119电性连接到第二金属层的贯通孔129。另外，在本实施例中，第一金属层是一再分布层(Re-DistributionLayer，RDL)，且所述第二金属层是一超厚金属层(Ultra-ThickMetal，UTM)，但本专利技术并不以此为限，在其他实施例，第一金属层与第二金属层可以是集成电路中任两个相邻的金属层。接着，请同时参考图1A、1B及1C，本实施例的集成变压器包含有第一电感与第二电感，其中第一电感本身电性绝缘于第二电感，且第一电感包含了第一圈以及第二圈，参考图1B，除了桥接线128附近的位置，第一电感的第一圈由第一金属层的第一圈绕线110_1所构成，而第一电感的第二圈是由第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2所形成的一上下层并联结构。另外，关于第一电感的第二圈是由第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2所形成的并联结构，为了图式简洁起见，在图1B上只画出了两个贯通孔来直接连接第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2，然而，在实作上，第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_2可以通过很多个贯通孔来进行并联，或甚至在绕线上布满贯通孔。请再参考图1C所示的集成变压器的上视图，图1A中第一金属层与第二金属层中每一圈的图样是重叠的，亦即第一金属层的第一圈绕线110_1(即，第一电感的第一圈)与第二金属层的第一圈绕线120_1(即，第二电感)是重叠的。在第1C图所示的A-A’剖面中，“IND1”所表示的是第一电感，而“IND2”所表示的是第二电感，第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线110_1及第二圈绕线110_2处本身会形成电感自己的互感(mutualinductance)，而第二电感(即第二金属层的第一圈绕线120_1)与第一电感在位于第一金属层的第一圈绕线110_1、第二圈绕线110_2处及位于第二金属层的第二圈绕线120_2之间会形成一个“L”形的两个电感之间的互感(mutualinductance)，因此，可以大幅改善集成变压器的质量因子(Q值)，以及提高耦合量，减少使用面积。亦即，第一电感与第二电感的互感同时包含近距离的垂直耦合、斜向耦合、以及水平耦合；换言之第一电感与第二电感藉由近距离的垂直耦合、斜向耦合、以及水平耦合来形成彼此的互感。此外，图1A～1C的集成变压器只需要使用到两层金属层便可以完成，因此，可以节省集成电路的空间，进一步降低制造成本。此外，由于在本实施例中第二金属层为超厚金属层(UTM)，其具有在金属制程中最低的电阻值，故也可改善电感的电阻值以增加质量因子。另外，虽然图1A～1C的集成变压器只需要使用到两层金属层便可以完成，然而，有时候为了其他考虑，例如改善质量因子，或是集成电路中尚有其他可使用的空间时，亦可以使用其他一或多个金属层来另外形成堆栈结构，例如使用在第二金属层下方的第三金属层来与第一电感或是第二电感中的部分绕线作并联，这些设计上的变化均应隶属于本专利技术的范畴。需注意的是，虽然在图1A～1C所示的实施例中，第一电感的第二圈系全部由第一金属层的第二圈绕线110_2与第二金属层的第二圈绕线120_1所形成的并联结构，然而，在本专利技术的其他实施例中，第一电感的第二圈可以只有部分的区段是并联结构，而不需要每一个部分都是并联结构，这些设计上的变化均应隶属于本专利技术的范畴。请参考图2A、2B及2C，其中图2A是根据本专利技术一第二实施例的集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成变压器，包括：一第一电感，包括至少一第一圈(turn)以及一第二圈，且所述第一电感至少由一第一金属层以及一第二金属层的多个绕线所构成，其中第一电感的所述第二圈位于所述第一圈以内；以及一第二电感，包括至少一第一圈，且所述第二电感至少由所述第二金属层所构成的至少一绕线所构成，其中所述第二电感的所述第一圈与所述第一电感的所述第一圈重叠；其中所述第一电感的所述第二圈包括使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联结构的一区段。

【技术特征摘要】
1.一种集成变压器，包括：一第一电感，包括至少一第一圈以及一第二圈，且所述第一电感至少由一第一金属层以及一第二金属层的多个绕线所构成，其中第一电感的所述第二圈位于所述第一圈以内；以及一第二电感，包括至少一第一圈，且所述第二电感至少由所述第二金属层所构成的至少一绕线所构成，其中所述第二电感的所述第一圈与所述第一电感的所述第一圈重叠；其中所述第一电感的所述第二圈包括使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成一并联结构的一区段。2.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述第一电感具有对称结构，并且除了桥接线附近的位置，所述第一电感的所述第一圈仅由所述第一金属层所构成，并且所述第一电感的所述第二圈为所述第一金属层与所述第二金属层所形成的一上下层并联结构。3.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述集成变压器仅使用所述第一金属层与所述第二金属层来形成，而不使用其他的金属层。4.根据权利要求1所述的集成变压器，其中所述第一电感还包括一第三圈，且所述第一电感的所述第三圈位于所述第二圈以内；并且所述第二电感还包括一第二圈，且所述第二电感的所述第二圈位于所述第一圈以内。5.根据权利要求4所述的集成变压器，其中除了桥接点附近的位置，所述第一电感的所述第三圈以及所述第二电感的所述第二圈仅由所述第二金属层所构成。6.根据权利要求4所述的集成变压器，其中所述第二电感还包括一...

【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