螺旋片状电感结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种螺旋片状电感结构，该螺旋状结构由半导体制程的后道金属层中任意不相邻的两层金属层上的金属导线、两层金属间连接金属导线的通孔金属，和位于所述通孔金属之间的金属层作为电感金属按螺旋状连接而成。本发明专利技术的电感结构，通过利用多层金属层形成立体的螺旋状电感结构，避免层间介质寄生电容、衬底涡流效应及多圈平面电感存在的邻近效应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电感结构，具体涉及一种螺旋片状电感结构。本专利技术还涉及一种 电感结构的制备方法。
技术介绍
射频片上电感是射频集成电路的重要元件之一，广泛应用于压控振荡器，低噪声 放大器等射频电路模块中。在一般的逻辑工艺和射频工艺中的电感往往是用顶层金属制作 的平面电感，层间介质寄生电容以及衬底的涡流效应对普通电感的高频性能有不容忽视的 影响，而且多圈的平面电感在内圈宽导线上存在邻近效应，也降低了电感的品质因数。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种螺旋片状电感结构，它可以优化电感的品质。为解决上述技术问题，本专利技术螺旋片状电感结构，由半导体制备的后道金属层中 任意不相邻的两层金属层上的金属导线、两层金属间连接所述金属导线的通孔金属，和位 于通孔金属之间的金属层作为电感金属按螺旋状连接构成。本专利技术的制备螺旋片状电感结构的方法，电感集成在半导体后道的金属化工艺 中，利用任意不相邻的两层金属层上的金属导线、两层金属层间连接金属导线的通孔金属 以及位于通孔金属之间的金属层形成螺旋片状电感结构。本专利技术的通过利用多层金属层形成立体的螺旋状电感结构，避免层间介质寄生电 容、衬底涡流效应及多圈平面电感存在的邻近效应。此结构可以在较小的面积内实现多达 10圈以上的电感，从而实现小型化大感值的电感，从而减小芯片面积。因普通的平面电感存 在上层金属和下层金属直线的耦合电容，以及金属对层间介质的氧化层电容，这些寄生电 容是导致平面电感品质因数下降的原因。同时本专利技术的螺旋电感结构利用层间介质作为电 感磁心，没有氧化层电容的影响。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图1是本专利技术的螺旋片状电感结构的实例；图2是原有的平面电感的邻近效应示意图；图3是本专利技术的螺旋片状电感结构的邻近效应示意图。具体实施例方式本专利技术的螺旋片状电感结构，设计为由半导体制备的后道金属层中任意不相邻的 两层金属层上的金属导线、所述两层金属间连接所述金属导线的通孔金属，和位于所述通 孔金属之间的金属层作为电感金属按螺旋状连接而成。而两层金属层之间的层间介质可作为电感磁心。一个具体的螺旋片状金属电感结构，基于标准的六层铝铜金属射频集成电路工艺 来制作，为利用顶层金属层和其下的第三层金属层制备的螺旋片状电感。以图1中跨两层 金属的电感结构为例，上层金属为顶层金属层，首先为从端点Pl开始，在顶层金属层中形 成长约200微米，宽约10微米的金属导线LUl，从Al点经过通孔金属连到下一层金属(即 第一层金属)的Bl点，再经过通孔金属连接到再下一层金属的(即第二层金属)Cl点，再 经过通孔金属连接到再下一层金属的(即第三层金属)Dl点，而在第三层金属层Dl中形 成长约200微米，宽10微米的金属导线LD1，在端点出形成90度转角以后再经过通孔金 属和第二层金属上的F1，第一层金属G1，回到顶层金属层中的Hl点处。由金属导线LUl 沿A1-B1-C1-D1，到金属导线LD1，再沿El-Fl-Gl-Hl回到顶层金属，构成螺旋片状电感的 第一圈。再从Hl点开始经过宽约10微米的位于顶层金属上的金属导线LU2到达A2点， A2-B2-C2-D2，经过第三层金属上的金属导线LD2，由E2-F2-G2-H2回到顶层金属层，构成螺 旋片状电感结构的第二圈，以此类推，An-Bn-Cn-Dn-En-Fn-Gn-Hn构成螺旋电感的第η圈， 从端点Ρ2输出，从而实现多圈的螺旋片状电感结构。其中LUn为第η条上层金属导线，LDn 为第η条下层金属导线。η圈的螺旋电感各有η条上层金属导线和下层金属导线。本专利技术的螺旋片状电感结构的制备，集成在半导体后道的金属层制程和介质层中 通孔的制程中，通过金属淀积后的根据设计的要求通过光刻工艺形成金属层图案以及后续 的刻蚀去除多余的金属来形成。在具体制备中，只需依照设计要求修改原有的金属层光刻 掩膜版和在介质层中制备通孔的光刻掩膜版的图形即可实现。跨层的垂直螺旋片状电感并不仅限于图1的跨两层金属的结构，在其它多层金属 工艺中，可以跨不同层次，以增加同样面积下的电感绕线的有效长度。同样，为了形成螺旋 状的形状，在金属导线的端点处的转角可以是任何可以错开同一金属层中相邻两金属导线 的角度。也可通过将上下两金属导线设为倾斜方向相反的斜线，来形成螺旋圈状的金属电 感结构。通过对多层金属层之间的螺旋电感结构设计，避免层间介质寄生电容、衬底涡流 效应及多圈平面电感存在的邻近效应。此结构可以在较小的面积内实现多达10圈以上的 电感，从而实现小型化大感值的电感，从而减小芯片面积。普通的平面电感存在上层金属和下层金属直线的耦合电容，以及金属对层间介质 的氧化层电容，这些寄生电容是导致平面电感品质因数下降的原因。而本专利技术的螺旋片状 电感结构，利用层间介质作为电感磁心，没有氧化层电容的影响。另外，由于本专利技术的电感 跨金属层的设计，因此不会在衬底或者电感下面的低电阻回路上形成涡流。同时，邻近效应对本专利技术的螺旋电感的影响相对于平面电感较小。由于相邻的金 属导线流过高频电流时，不仅处于自身电流产生的电磁场中，同时还处于其它导线电流产 生的电磁场中，这时各条导线中的电流分布就会受到邻近导线的影响，导线内外侧电流不 相等(见图幻。线圈内侧的电流会比外侧大很多，在某些情况下，外侧的电流甚至会被感生 电流抵消为零。而本专利技术的螺旋片状电感的电流和磁场方向如图3所示，由于邻近效应而 引起的涡流方向与平面电感不一样。由于在一般情况下金属宽度远远大于金属厚度，所以 邻近效应对本专利技术的螺旋电感的影响较小。权利要求1.一种螺旋片状电感结构，其特征在于所述螺旋片状电感结构由半导体制程的后道 金属层中任意不相邻的两层金属层上的金属导线、所述两层金属间连接所述金属导线的通 孔金属，和位于所述通孔金属之间的金属层作为电感金属按螺旋状连接而成。2.一种制备螺旋片状电感结构的方法，其特征在于所述电感集成在半导体后道的金 属化工艺中，利用任意不相邻的两层金属层上的金属导线、所述两层金属层间连接所述金 属导线的通孔金属以及位于所述通孔金属之间的金属层形成螺旋片状电感结构。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述两层金属层中，上层金属层为顶层金jM ο4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述任意两层金属层上的金属导线为平行 导线，所述金属导线的一端形成转角后再通过通孔金属连接以形成螺旋片状结构。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述两层金属层上的金属导线中，上层金属 导线的转角设在相同的一端，而下层金属导线的转角设在相同的一端，且所述下层金属导 线的转角设在所述上层金属导线的转角的相反端。6.如权利要求2至5中任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述金属层为铝铜全文摘要本专利技术公开了一种螺旋片状电感结构，该螺旋状结构由半导体制程的后道金属层中任意不相邻的两层金属层上的金属导线、两层金属间连接金属导线的通孔金属，和位于所述通孔金属之间的金属层作为电感金属按螺旋状连接而成。本专利技术的电感结构，通过利用多层金属层形成立体的螺旋状电感结构，避免层间介质寄生电容、衬底涡流效应及多圈平面电感存在的邻近效应。文档编号H01L23/522GK102130117SQ201010027330公开日20本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种螺旋片状电感结构，其特征在于：所述螺旋片状电感结构由半导体制程的后道金属层中任意不相邻的两层金属层上的金属导线、所述两层金属间连接所述金属导线的通孔金属，和位于所述通孔金属之间的金属层作为电感金属按螺旋状连接而成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梅绍宁，徐向明，蔡描，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31