电感元件及对称电感元件制造技术

本发明专利技术提供一种电感元件及对称电感元件，其包括：第一、第二、第三及第四半圈形导线层，设置于一基底上的一绝缘层内。第二半圈形导线层对称于第一半圈形导线层。第二半圈形导线层平行于第一半圈形导线层并位于其外侧。第四半圈形导线层对称于第三半圈形导线层。每一半圈形导线层具有第一及第二端，其中第一及第二半圈形导线层的两第一端电性连接，第二及第三半圈形导线层的两第二端电性连接，而第一及第四半圈形导线层的两第二端电性连接。这些半圈形导线层具有相同的线宽及相同的线距，且当线宽小于６微米时，线距大于线宽。本发明专利技术使得差动信号操作的对称电感元件中的寄生电容效应降低，以维持电感元件可用的频率范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种半导体装置，特别是有关于一种差动型操作(differential operation)的对称电感元件。
技术介绍
许多数字及模拟部件及电路已成功地运用于半导体集成电路。上述部件包含了被动元件，例如电阻、电容或电感等。典型的半导体集成电路包含一硅基底。一层以上的介电层设置于基底上，且一层以上的金属层设置于介电层中。这些金属层可通过现行的半导体制程技术而形成晶片内建部件，例如晶片内建电感元件(on-chip inductor)。传统上，晶片内建电感形成于基底上且运用于射频频带(radio frequency band)集成电路设计。请参照图1，其中图1绘示出一已知具有平面螺旋结构的晶片内建电感元件平面示意图。晶片内建电感元件形成于一基底100上方的绝缘层104中，其包括一螺旋金属层103及一内连线结构。螺旋金属层103嵌入于绝缘层104中。内连线结构包括嵌入下层绝缘层(未绘示)中的导电插塞105及109及金属层107与嵌入于绝缘层104中的金属层111。螺旋金属层103通过导电插塞105及109及金属层107及111而形成一电流路径，以与晶片外部或内部电路电性连接。平面型螺旋电感元件的优点在于可通过减少位于晶片外建的电路元件数量及其所需的复杂内连线而增加电路的集成度。再者，平面型螺旋电感可避免晶片内建电路与晶片外建(off-chip)电路之间接合垫(bond pad)或接线(bond wire)所产生的寄生效应。然而，上述平面型螺旋电感的品质因数(quality factor/Qvalue)低且面积大。为了进一步改善电感的Q值并减少面积，有人提出增加螺旋金属层103的厚度及缩小螺旋金属层103的内圈与外圈之间的线距S1。另外，也有人提出双层螺旋电感结构。一般而言，在相同的电感之下，双层螺旋电感所占晶片面积为平面型螺旋电感所占晶片面积的1/2至1/4。再者，双层螺旋电感所需的线圈也少于平面型螺旋电感，故可进一步降低阻抗而增加Q值。虽然双层螺旋电感具有较小的阻抗及较佳的Q值，但是越来越多的无线通讯设计使用差动电路以降低共模(common mode)噪声，而运用于上述差动电路的电感需为对称式来防止共模噪声产生。亦即，电感从任一端点观看皆具有相同结构。图1中的平面型螺旋电感或是双层螺旋电感并非为对称式，若应用于差动电路则无法有效隔绝噪声。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种对称电感元件，其通过改变电感中线圈(coil)的线宽与线距的关系，以改善电感品质因数。根据上述的目的，本专利技术提供一种对称电感元件，其包括一绝缘层与第一、第二、第三及第四半圈形导线层。绝缘层设置于一基底上。第一半圈形导线层设置于绝缘层内，其具有一第一端及一第二端。第二半圈形导线层设置于绝缘层内且对称于第一半圈形导线层，其具有一第一端及一第二端，且第二半圈形导线层的第一端与第一半圈形导线层的第一端电性连接。第三半圈形导线层设置于绝缘层内，平行于第一半圈形导线层并位于其外侧，其具有一第一端及一第二端，且第三半圈形导线层的第二端与第二半圈形导线层的第二端电性连接。第四半圈形导线层设置于绝缘层内，对称于第三半圈形导线层，其具有一第一端及一第二端，第四半圈形导线层的第二端与第一半圈形导线层的第二端电性连接。这些半圈形导线层具有相同的线宽及相同的线距，且当线宽小于6微米时，线距大于线宽。本专利技术所述的对称电感元件，其中当该线宽大体为6微米时，该线距大体相同于该线宽。本专利技术所述的对称电感元件，其中该线宽与该线距关系如下S＝[-W/6+2]×W；其中S为线距，而W为线宽。本专利技术所述的对称电感元件，其中当该线宽大于6微米时，该线距小于该线宽。本专利技术所述的对称电感元件，其中当该线宽不小于9微米时，该线宽与该线距关系如下S＝0.5W；其中S为线距，而W为线宽。本专利技术所述的对称电感元件，其中该等第一及第二半圈形导线层是构成大体为圆形、矩形、六边形、八边形或多边形的外形。又根据上述的目的，本专利技术提供一种电感元件，配置于半导体晶片的一绝缘层中，包括第一、第二、第三及第四半圈形导线层。第一半圈形导线层具有一第一端及一第二端。第二半圈形导线层对称于第一半圈形导线层，具有一第一端及一第二端，且第二半圈形导线层的第一端与第一半圈形导线层的第一端电性连接。第三半圈形导线层平行于第一半圈形导线层并位于其外侧，具有一第一端及一第二端，且第三半圈形导线层的第二端与第二半圈形导线层的第二端电性连接。第四半圈形导线层对称于第三半圈形导线层，具有一第一端及一第二端，第四半圈形导线层的第二端与第一半圈形导线层的第二端电性连接。第一及第二半圈形导线层具有相同线宽，且当线宽小于6微米时，第一及第三半圈形导线层之间的线距大于线宽，当线宽大于6微米时，线距小于线宽。本专利技术所述的电感元件，其中当该线宽大体为6微米时，该线距大体相同于该线宽。本专利技术所述的电感元件，其中当该线宽不大于9微米时，该线宽与该线距关系如下S＝[-W/6+2]×W；其中S为线距，而W为线宽。本专利技术所述的电感元件，其中当该线宽不小于9微米时，该线宽与该线距关系如下S＝0.5W；其中S为线距，而W为线宽。本专利技术所述电感元件及对称电感元件，可通过线宽与线距的特定关系，使得差动信号操作的对称电感元件中的寄生电容效应降低，以维持电感元件可用的频率范围。附图说明图1是绘示出已知具有平面螺旋结构的晶片内建电感元件平面示意图。图2是绘示出一根据本专利技术实施例的二匝对称电感元件平面示意图。图3是绘示出一根据本专利技术实施例的三匝对称电感元件平面示意图。图4是绘示出一根据本专利技术实施例的四匝对称电感元件平面示意图。具体实施例方式以下配合图2说明本专利技术实施例的对称电感元件的平面示意图。对称电感元件可配置于半导体晶片(未绘示)的一绝缘层210中，包括第一、第二、第三及第四半圈形导线层201、202、203及204。绝缘层210设置于一基底200上。基底200包括一硅基底或其他已知的半导体基底。基底200中可包含各种不同的元件，例如晶体管、电阻及其他常用的半导体元件。再者，基底200亦可包含其他导电层(例如，铜、铝或其合金)以及绝缘层(例如，氧化硅层、氮化硅层或低介电材料层)。此处为了简化图式，仅以一平整基底来表示。另外，绝缘层210可为一单层低介电材料层或是多层介电结构。在本实施例中，绝缘层210可包括氧化硅层、氮化硅层或低介电材料层。第一半圈形导线层201设置于绝缘层210内，且位于虚线2的一第一侧。第二半圈形导线层202设置于绝缘层210内，且位于虚线2的一相对于第一侧的第二侧，其中第二半圈形导线层202以虚线2为对称轴而对称于第一半圈形导线层201。第一及第二半圈形导线层201及202可构成大体为圆形、矩形、六边形、八边形或多边形的外形。此处，为简化图式，是以八边形作为范例说明。再者，第一及第二半圈形导线层201及202的材质可包括铜、铝或其合金。在本实施例中，第一及第二半圈形导线层201及202具有相同的线宽W。再者，第一及第二半圈形导线层201及202各具有一第一端10及一第二端20，其中第二半圈形导线层202的第一端10延伸至第一半圈形导线层201的第一端10以与其电性连接。第三半圈形导线层203设置于绝缘层210内，且位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对称电感元件，其特征在于，所述对称电感元件包括：一绝缘层，设置于一基底上；一第一半圈形导线层，设置于该绝缘层内，其具有一第一端及一第二端；一第二半圈形导线层，设置于该绝缘层内且对称于该第一半圈形导线层，其具有一第 一端及一第二端，该第二半圈形导线层的该第一端与该第一半圈形导线层的该第一端电性连接；一第三半圈形导线层，设置于该绝缘层内，平行于该第一半圈形导线层并位于其外侧，其具有一第一端及一第二端，该第三半圈形导线层的该第二端与该第二半圈形导线 层的该第二端电性连接；以及一第四半圈形导线层，设置于该绝缘层内，对称于该第三半圈形导线层，其具有一第一端及一第二端，该第四半圈形导线层的该第二端与该第一半圈形导线层的该第二端电性连接；其中第一半圈形导线层、第二半圈形导线层、 第三半圈形导线层及第四半圈形导线层具有相同的线宽及相同的线距，且当该线宽小于６微米时，该线距大于该线宽。

【技术特征摘要】
1.一种对称电感元件，其特征在于，所述对称电感元件包括一绝缘层，设置于一基底上；一第一半圈形导线层，设置于该绝缘层内，其具有一第一端及一第二端；一第二半圈形导线层，设置于该绝缘层内且对称于该第一半圈形导线层，其具有一第一端及一第二端，该第二半圈形导线层的该第一端与该第一半圈形导线层的该第一端电性连接；一第三半圈形导线层，设置于该绝缘层内，平行于该第一半圈形导线层并位于其外侧，其具有一第一端及一第二端，该第三半圈形导线层的该第二端与该第二半圈形导线层的该第二端电性连接；以及一第四半圈形导线层，设置于该绝缘层内，对称于该第三半圈形导线层，其具有一第一端及一第二端，该第四半圈形导线层的该第二端与该第一半圈形导线层的该第二端电性连接；其中第一半圈形导线层、第二半圈形导线层、第三半圈形导线层及第四半圈形导线层具有相同的线宽及相同的线距，且当该线宽小于6微米时，该线距大于该线宽。2.根据权利要求1所述的对称电感元件，其特征在于，当该线宽为6微米时，该线距相同于该线宽。3.根据权利要求1所述的对称电感元件，其特征在于，该线宽与该线距关系如下S＝[-W/6+2]×W，其中S为线距，而W为线宽。4.根据权利要求1所述的对称电感元件，其特征在于，当该线宽大于6微米时，该线距小于该线宽。5.根据权利要求4所述的对称电感元件，其特征在于，当该线宽不小于9微米时，该线宽与该线距关系如下S＝0.5W，其中S为线距，而W为线宽。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李胜源，
申请(专利权)人：威盛电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]