本发明专利技术公开了一种集成电感结构，包含：一第一金属线段；一第二金属线段；以及一连接金属线段，其两端分别通过至少一连接结构连接该第一金属线段及该第二金属线段；其中，连接后的该第一金属线段、该连接金属线段以及该第二金属线段形成一电感结构，且该连接结构连接于该第一金属线段的一连接区域，该第一金属线段的该连接区域具有一第一宽度，该第一金属线段的最小宽度为一第二宽度，该第二宽度小于该第一宽度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电感结构，尤其涉及一种高度紧实化的集成电感结构。
技术介绍
芯片内电感(on-chip inductor)因工艺上的限制一般设计成平面式电感(planner inductor)。请参阅图1，其是现有的螺旋状平面式电感(planner spiralinductor)。螺旋状平面式电感100包含螺旋状的第一金属线段110(浅色部分)，以及第二金属线段120 (深色部分)。第一金属线段110与第二金属线段120在半导体结构中分属不同层，图1中以第一金属线段110在上层且第二金属线段120在下层为例，然而亦有可能相反。第一金属线段110与第二金属线段120通过连接结构130互相连接。第一金属线段110包含了 3层线圈。当此螺旋状平面式电感100的电感值需要增加时，必须增加其线圈数。线圈数的增加除了导致螺旋状平面式电感100的面积增加之外，螺旋状平面式电感100的寄生串联电阻(parasitic series resistance)以及寄生电容(parasiticcapacitance)亦会增加，如此将造成螺旋状平面式电感100的自振频率(self-resonantfrequency)及品质因素(quality factor)Q下降。此外，金属耗损(metal loss)以及基板耗损(substrate loss)也是影响品质因素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(electric displacement),此电位移在金属线圈与基板之间产生一位移电流(displacement current),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(magnetically induced eddy current),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润状电流(eddy current),此润状电流造成电流不均匀分布，大部分的电流都被推挤到金属线圈的表面，此现象称为趋肤效应(skineffect)。在趋肤效应下，电流流过的金属截面变小，因此将感受到较大的电阻，而造成品质因素Q下降。请参阅图2，其是现有螺旋状平面式电感的另一实施方式。因电感金属线圈的内圈是发生趋肤效应最严重的位置，此种金属线圈的线宽由外往内逐渐变细的螺旋状电感(tapered spiral inductor)不但不会使趋肤效应恶化，而且可以缩小电感面积并且降低寄生电容，进而提高品质因素Q以及电感的自振频率。但是由于螺旋状电感在结构上不对称，导致电感的中心抽头(center tap)位置很难决定。再者，此种螺旋状电感的电感性中心点(inductive center)位置、电容性中心点(capacitive center)位置以及电阻性中心点(resistive center)位置不相同，造成这种螺旋状的电感不适合作为差动电路里的无源元件。为了解决上述的问题，现有技术中便提出一种对称式的螺旋状电感(symmetricspiral inductor)。如图3所示，其是现有对称式螺旋状电感的结构图。对称式螺旋状电感300包含多个金属线段310 (包含310a?310d)、多个连接线段320 (包含320a?320c)以及多个连接结构330。连接线段320亦可称为跳线(bridge)。所有的金属线段310a?310d在半导体结构上属于同一层(以浅色表示)，所有的连接线段320a?320c的材质为金属，与金属线段310a?310d不同层(以深色表示)，图3中以连接线段320a?320c位于金属线段310a?310d的下层为例。连接线段320用来连接不同的金属线段310，例如连接线段320a连接金属线段310a及金属线段310b、连接线段320b连接金属线段310b及金属线段310c以及连接线段320c连接金属线段310c及金属线段310d。连接线段320的两端分别通过连接结构330与金属线段310连接。连接结构330例如是半导体工艺中的导孔(via)结构，用来连接分属不同层的元件。对称式螺旋状电感300因为结构对称，所以很容易找到中心抽头的位置，缺点是必须频繁地使用连接线段320。当要实现一个具有大电感值的电感时，必须增加对称式螺旋状电感300的圈数，圈数增加时连接线段320的数目也会跟着增加。若连接线段320的片电阻大于金属线段310的片电阻，则对称式螺旋状电感300的品质因素Q将会被连接线段320的阻值以及连接结构330的寄生电阻主宰。请参阅图4A及图4B，其是现有对称式螺旋状电感的另一结构图及其局部放大图。对称式螺旋状电感400包含多个金属线段410 (包含410a?410d)、多个连接线段420 (包含420a?420c)以及多个连接结构430。与图3相似，多个金属线段410由多个连接线段420连接。连接线段420的两端各利用一个连接结构430来与金属线段410相连。与图3不同的是，此实施例的电感结构为八边形，相较于图3的四边形的结构可以得到更好的感应效果。图4B为对称式螺旋状电感400的部分结构(对应于图4A的虚线框选区域)的放大图。一般而言，连接结构430的截面设计为正方形。由于1C设计规则(IC design rule)的限制，连接结构430的宽度不得小于D，而且与金属线段410b边缘的距离也不得小于h。也就是说，如果连接结构430的宽度设计为D，则金属线段410b与连接结构430相连接的连接区域440 (如斜线区域所示)的宽度W必须大于等于D+2h。举例来说，如果D为3μπι，h为0.5 μ m，则W不得小于4 μ m。同理，连接线段420b在相对的位置上也具有一个连接区域，用来与连接结构430相连接，该连接区或的宽度亦不得小于W。一般而言，连接线段420b的宽度即设计为此宽度W。现有的对称式螺旋状电感400把金属线段410及连接线段420的宽度都设计为W，这将限制对称式螺旋状电感400的整体面积，尤其当对称式螺旋状电感400为了大的电感值而增加线圈数时，整体电感面积的增加将造成寄生电容增大并且降低自振频率。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术的一目的在于提供一种集成电感结构，具有较小的面积以减少寄生电容并提闻品质因素Q及自振频率。本专利技术公开了一种集成电感结构，包含:一第一金属线段；一第二金属线段；以及一连接金属线段，其两端分别通过至少一连接结构连接该第一金属线段及该第二金属线段；其中，连接后的该第一金属线段、该连接金属线段以及该第二金属线段形成一电感结构，且该连接结构连接于该第一金属线段的一连接区域，该第一金属线段的该连接区域具有一第一宽度，该第一金属线段的最小宽度为一第二宽度，该第二宽度小于该第一宽度。本专利技术另公开了一种集成电感结构，包含:一第一金属线段；一第二金属线段；以及一连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成电感结构，包含：一第一金属线段；一第二金属线段；以及一连接金属线段，其两端分别通过至少一连接结构连接该第一金属线段及该第二金属线段；其中，连接后的该第一金属线段、该连接金属线段以及该第二金属线段形成一电感结构，且该连接结构连接于该第一金属线段的一连接区域，该第一金属线段的该连接区域具有一第一宽度，该第一金属线段的最小宽度为一第二宽度，该第二宽度小于该第一宽度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯易，颜孝璁，
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
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