一种垂直结构片上集成螺旋电感制造技术

本实用新型专利技术涉及一种垂直结构片上集成螺旋电感。现有的螺旋电感存在额外的衬底能量损耗，降低了电感Q值。本实用新型专利技术处于同一芯片内的第一引线层、第二引线层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔。第一引线层的一端通过第一通孔与第一金属层的一端连接，第一金属层的另一端依次通过第二通孔、第三通孔与第三金属层的一端连接；第三金属层的另一端通过第四通孔与第二金属层的一端连接，第二金属层的另一端与第二引线层的一端连接。本实用新型专利技术节省芯片面积，提高了电感品质因数。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于集成电路
，具体涉及一种垂直结构片上集成螺旋电感。
技术介绍
随着CMOS射频集成电路的快速发展，一些高性能、低功耗的单元电路如低噪声放大器、压控振荡器、混频器、中频滤波器，功率放大器等成为整个电路成功的基础，在这其中片上电感又是必不可少的元件，因此，其设计和优化已成为整个电路成功设计的关键之一。评价电感的一个重要指标是品质因数Q，其定义为电感在一个周期内存储的能量和损耗能量的比值，电感的Q值越大，表示该电感的质量越好。在片电感一般通过金属薄膜在硅衬底上绕制而成，平面螺旋电感虽然能实现一定数值的电感值(约InH到10 nH)，但是平面螺旋电感是一个比较开放性的结构，它工作时候的电场和磁场会渗透到整个衬底之中，从而在衬底中以及衬底表面的区域产生反方向的感应电流，导致额外的衬底能量损耗，降低了电感Q值。如果能够有效的减小电场和磁场的辐射范围，对于减小损耗，提高Q值是有很大影响。
技术实现思路
本技术要解决的问题是，在制作工艺相差不大的基础上，减少电感覆盖衬底的面积从而减小在衬底中以及衬底表面区域产生的感应电流，达到降低衬底能量损耗和提高电感品质因数的作用。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案如下本技术包括处于同一芯片内的第一引线层、第二引线层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔。第一引线层的一端通过第一通孔与第一金属层的一端连接，第一金属层的另一端依次通过第二通孔、第三通孔与第三金属层的一端连接；第三金属层的另一端通过第四通孔与第二金属层的一端连接，第二金属层的另一端与第二引线层的一端连接。所述的金属层均为条形片状结构。所述的第一通孔和第二通孔位于第一金属层和第二金属层之间。所述的第三通孔和第四通孔位于第二金属层和第三金属层之间。所述的第一引线层、第二引线层和第二金属层处于同一平面上，且第一引线层和第二金属层之间相互绝缘。所述的第一金属层、第二金属层和第三金属层之间相互平行。所述的第一金属层的中轴线、第二金属层的中轴线和第三金属层的中轴线位于同一平面内，且该平面垂直于芯片上下表面。作为本技术的进一步改进，所述的第一金属层、第二金属层和第三金属层宽度相同，宽度取值范围为4μπι 14μπι。本技术的有益效果一方面垂直的结构在制作工艺上与普通的平面螺旋电感相差不大(普通的螺旋电感一般需要两层金属，包括绕线金属层及交叠金属层)但它却大大节省芯片面积。另一方面通过将电感打造为垂直于水平面的结构，减小了电感覆盖衬底的面积，这样就减小了在衬底中以及衬底表面区域产生的感应电流，从而达到降低衬底能量损耗和提高电感品质因数的作用。附图说明图1为本技术结构示意图。图2为本技术结构俯视图。图3为实施例中电感L与频率关系图。图4为品质因数Q与频率关系图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步描述。图1本技术的一个实施例的集成电感示意图，该结构共采用三层金属，由上而下依次为第一金属层M8其厚度为4// m,第二金属层M7其厚度为3// m和第三金属层M6 其厚度为0.5//m。各层金属之间以通孔连接，第一引线层feedl和第一金属层M8之间为第一通孔VI，其厚度为1.5//m，第一金属层M8和第二金属层M7之间为第二通孔V2，其厚度为1. 5// m,第二金属层M7和第三金属层M6之间为第三通孔V3其厚度为2. 1// m。第三金属层M6的另一端通过第四通孔V4与第二金属层M6的一端连接，该通孔厚度为2. 1// m。电感的结构细节为(以电流的流向为说明顺序)首先由第一引线层feedl向上经通孔Vl与第一金属层M8连接，而后M8向下经通孔V2与第二金属层M7连接，M7经通孔V3 与第三金属层M6连接，第三金属层的另一端经通孔V4与第二金属层的一端连接，第二金属层先沿χ方向构建一段长度，进而沿y的负方向按图2所示延伸出一段长度up extend，接着第二金属层继续在χ方向上延伸一段长度up length，继而沿y的正方向延伸up extend 的长度，最后末端与第二引线层feed2连接，至此电感构造完成。图3为本技术一个实施例的电感L与频率关系仿真图，按图2所示，此电感外径0D=120// m,线宽W=8// m，各通孔沿χ方向的长度也为8// m，第一引线层与第二引线层长度相等 fd length =20 Pm, up extend=6 P m, up length =32 P mD 带圆点的曲线 Lll 表示1端口的电感值，带三角形的曲线L22表示2端口的电感值，低频感值可达700 pH左右。采用相同工艺达到此感值的平面螺旋电感所需面积约为12000//m2，而采用本技术电感所使用的面积约为1142 //m2，节省90.5%。与此同时，该结构的自谐振频率较高，约为 58GHz，该特性说明它适用与高频电路。图4为本实施例的品质因数Q与频率关系仿真图，同样的带圆点曲线Qll表示1 端口的Q值，带三角形曲线Q22表示2端口的Q值。从图中可以看出品质因数最大值peak Q约为21. 5，达到最大值频率peak Q frequency约为11 GHz。当电流通过电感线圈时，交变电流产生的周期磁场仅在导线的周围区域产生磁场，进而在衬底中产生的感应电流会相应很小，因此该电感具有较高的Q值。这个性质不仅说明现有电感的质量比较好，而且说明它适用于较高频率的电路。以上所述仅是技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种垂直结构片上集成螺旋电感，包括处于同一芯片内的第一引线层、第二引线层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，其特征在于：第一引线层的一端通过第一通孔与第一金属层的一端连接，第一金属层的另一端依次通过第二通孔、第三通孔与第三金属层的一端连接；第三金属层的另一端通过第四通孔与第二金属层的一端连接，第二金属层的另一端与第二引线层的一端连接；所述的金属层均为条形片状结构；所述的第一通孔和第二通孔位于第一金属层和第二金属层之间；所述的第三通孔和第四通孔位于第二金属层和第三金属层之间；所述的第一引线层、第二引线层和第二金属层处于同一平面上，且第一引线层和第二金属层之间相互绝缘；所述的第一金属层、第二金属层和第三金属层之间相互平行；所述的第一金属层的中轴线、第二金属层的中轴线和第三金属层的中轴线位于同一平面内，且该平面垂直于芯片上下表面。

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构片上集成螺旋电感，包括处于同一芯片内的第一引线层、第二引线层、 第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，其特征在于第一引线层的一端通过第一通孔与第一金属层的一端连接，第一金属层的另一端依次通过第二通孔、第三通孔与第三金属层的一端连接；第三金属层的另一端通过第四通孔与第二金属层的一端连接，第二金属层的另一端与第二引线层的一端连接；所述的金属层均为条形片状结构；所述的第一通孔和第二通孔位于第一金属层和第二金属层之间；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，孙玲玲，钟琳，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：86