專利名稱：螺旋狀電感結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種螺旋狀電感結構。
背景技術：
射頻片上電感是射頻集成電路的重要元件之一，廣泛應用于壓控振蕩器，低噪聲 放大器等射頻電路模塊中。在一般的邏輯工藝和射頻工藝中的電感往往是用頂層金屬制作 的平面電感，層間介質寄生電容以及襯底的渦流效應對普通電感的高頻性能有不容忽視的 影響，而且多圈的平面電感在內圈存在鄰近效應，也降低了電感的品質因數。一般的邏輯工藝和射頻工藝中的螺旋電感，該電感的上層金屬導線采用厚鋁金 屬，而下層金屬導線采用薄鋁金屬(見圖2)，因此具有較高的寄生電阻，也影響了電感的品 質因數。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種螺旋狀電感結構，它可以提高電感的品質 因數。為解決上述技術問題，本發明螺旋狀電感結構，由半導體制備的后道金屬層中任 意兩層相鄰金屬層上的金屬導線、兩層金屬間連接所述金屬導線的通孔金屬作為電感金屬 按螺旋狀連接而成，組成電感結構中的較下層金屬導線又由多層通過通孔金屬連接的金屬 導線組成。本發明還提供了一種制備螺旋狀電感結構的方法，電感結構集成在半導體后道 的金屬化工藝中，采用任意兩層相鄰金屬層上的金屬導線、兩層金屬間連接金屬導線的通 孔金屬形成螺旋狀的電感，組成電感結構中的下層金屬導線通過通孔金屬與其下多層金屬 層上的金屬導線進行疊加。本發明的螺旋狀電感結構以電感金屬層和通孔作為電感繞阻，以金屬層間介質作 為電感磁心。由于磁場方向垂直于襯底平面，不會在襯底上產生渦流效應。多圈的螺旋電 感的設計，可以在較小的面積下實現相對平面電感較大的電感值。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1為原有的螺旋電感結構示意圖；圖2為本發明的螺旋電感結構示意具體實施例方式
本發明的螺旋狀電感結構，由半導體制備的后道金屬層中任意兩層相鄰金屬層上 的金屬導線、兩層金屬間連接所述金屬導線的通孔金屬作為電感金屬按螺旋狀連接而成，組成電感結構中的較下層金屬導線又由多層通過通孔金屬連接的金屬導線組成。進一步 地，制作電感的兩金屬層之間還夾有其它金屬層，即電感結構制作在不相鄰的兩層金屬層 之間。而金屬層之間的層間介質可作為本發明的螺旋狀電感的磁心。本發明的一個基于標準的六層鋁銅金屬射頻集成電路工藝來制作的螺旋電感的 方法。所制備的電感結構(見圖1)中，上層金屬采用頂層金屬(即圖2中的L6金屬層)， 為在頂層金屬中，從端點Pl開始，經過長約200微米，寬約10微米的金屬導線LUl后，從 Al點經過通孔連到第一條下層金屬的金屬導線LDl的Bl點處；下層金屬圖形的金屬導線 LDl與上層導線LUl平行，為長約200微米，寬約10微米的金屬導線LDl到Cl點，轉角90 度后經過通孔到頂層金屬的金屬導線LU2的Dl點處。這樣從頂層金屬的金屬導線LU1，經 過Al-Bl點之間的通孔，到下層金屬的金屬導線LD1，再經過Cl-Dl點之間的通孔構成本發 明的螺旋電感的第一圈。從金屬導線LDl上的Dl點開始，經過寬約10微米的金屬導線LU2 到達A2點，A2-B2-C2-D2構成螺旋電感的第二圈，以此類推，An-Bn-Cn-Dn構成螺旋電感的 第η圈，從而實現多圈的片上螺旋電感結構，從端點P2輸出。LUn為頂層金屬的金屬導線， LDn為下層金屬的金屬導線。η圈的螺旋電感各有η條頂層金屬的金屬導線和下層金屬的 金屬導線。在本發明的電感結構中，制作電感金屬導線的兩層金屬層還可跨金屬層設計，即 為在相隔幾層的兩金屬層上制備電感。本實例的下層金屬導線是由四層金屬層L2、L3、L4 和L5上的金屬導線通過相互之間的通孔Vl疊加而成的，通孔的個數設置基于阻值要求進 行，總的來說，金屬層上的金屬導線之間的通孔設置越多阻值越小。本發明的螺旋狀電感結構的制備，集成在半導體后道的金屬層制程和介質層中通 孔的制程中，通過金屬淀積后的根據設計的要求通過光刻工藝形成金屬層圖案以及后續的 刻蝕去除多余的金屬來形成。在具體制備中，只需依照設計要求修改原有的金屬層光刻掩 膜版和在介質層中制備通孔的光刻掩膜版的圖形即可實現。本發明的電感結構不限于四層金屬的疊加，在其它多層金屬的工藝中，可以根據 需要疊加多層金屬作為螺旋電感的下層金屬導線，以減小電感的寄生電阻，提高品質因數。 且金屬導線的設置也可以多樣化，例如上圈導線和下圈導線可以傾斜設置，由此可以省卻 金屬導線轉角就形成螺旋狀環繞結構。本法明的方法中，通過對螺旋電感結構設計，避免層間介質寄生電容、襯底渦流效 應及多圈平面電感存在的鄰近效應。此電感結構可以在較小的面積內實現多達10圈以上 的電感，從而實現小型化大感值的電感，從而減小芯片面積。本發明的電感結構的優點為首先，普通的平面電感存在上層金屬和下層金屬直線的耦合電容，以及金屬對層 間介質的氧化層電容，這些寄生電容是導致平面電感品質因數下降的原因。而本發明的螺 旋電感結構利用層間介質作為電感磁心，沒有氧化層電容的影響。其次，由于本發明的電感結構跨層的，不同于平面層上設計的電感，因此不會在襯 底或者電感下面的低電阻回路上形成渦流。第三，本發明的電感結構中，下半圈采用多層金屬導線疊加的設計，減小電感的寄 生電阻，提高品質因數。由于電感的品質因數可以由以下公式來推導
其中Q表示品質因數，w表示頻率，L表示某一頻率下的電感值，Rs表示某一頻率 下的電阻值。疊加頂層金屬以下的多層金屬以后可以增加金屬導線的有效厚度，從而減小 電感的寄生電阻，提高品質因數。如圖2所示的電感結構中，較上層為頂層金屬L6(具體為厚鋁金屬)，較下層為第 二層金屬到第五層金屬的疊加(即L2至L通過通孔Vl的疊加)，等效為一層金屬，并作為 本發明的螺旋電感的下層金屬導線。
權利要求
1.一種螺旋狀電感結構，其特征在于所述螺旋狀電感結構由半導體制備的后道金屬 層中任意兩層相鄰金屬層上的金屬導線、所述兩層金屬間連接所述金屬導線的通孔金屬作 為電感金屬按螺旋狀連接而成，組成電感結構中的較下層金屬導線由多層通過通孔金屬連 接的金屬導線組成。
2.一種制備螺旋狀電感結構的方法，其特征在于所述電感結構集成在半導體后道的 金屬化工藝中，采用任意兩層相鄰金屬層上的金屬導線、兩層金屬間連接所述金屬導線的 通孔金屬形成螺旋狀的電感金屬，所述組成電感結構中的下層金屬導線通過通孔金屬與其 下多層金屬層上的金屬導線進行疊加。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述任意兩層金屬層上的金屬導線為平行 線條，所述金屬導線的一端形成轉角后再通過通孔金屬連接以形成螺旋片狀結構。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于所述兩層金屬層上的金屬導線中，上層金屬 導線的轉角設在相同的一端，而下層金屬導線的轉角設在相同的一端，且所述下層金屬導 線的轉角設在所述上層金屬導線的轉角的相反端。
5.如權利要求2至4中任一項權利要求所述的方法，其特征在于所述金屬層為鋁銅
全文摘要
本發明公開了一種螺旋狀電感結構，該螺旋狀電感結構由半導體制備的后道金屬層中任意兩層相鄰金屬層上的金屬導線、所述兩層金屬間連接所述金屬導線的通孔金屬作為電感金屬按螺旋狀連接而成，組成電感結構中的較下層金屬導線由多層通過通孔金屬連接的金屬導線組成。
文檔編號H01L27/00GK102130118SQ20101002733
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者徐向明, 梅紹寧, 蔡描 申請人:上海華虹Nec電子有限公司