專利名稱：一種電感值可調的片上集成電感的制作方法
技術領域：
本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種電感值可調的片上集成電感。
背景技術：
電感值可調片上集成無源電感可應用于無源匹配網絡、LC壓控振蕩器和相移器等電路中。電感值可調集成無源電感可用來優化可配置射頻電路使其具有多種工作模式，增加壓控振蕩器的調節范圍等。通常，排除其它電路的影響，任意一段金屬導線的電感和電容具有如下關系 cl - εμ
其中，c表示金屬導線的電容，/表示金屬導線的電感，ε和μ分別表示包圍金屬導線介質層的介電常數和磁導率。一旦包圍金屬導線的介質材料確定，則金屬導線本身的電容和電感的乘積為常數。改變電容c的值會引起電感/隨之變化。現有的電感值可變的片上集成電感，其原型結構主要包含兩個電感線圈，實現的方法主要有1)通過臨近次線圈電流耦合來控制磁場；2)采用MOS管或MEMS結構開關來改變電感線圈的串、并聯關系。線圈電流耦合方法通常是在主線圈下增加一層重疊的次線圈， 通過開關控制使次線圈懸浮或接地電位從而實現兩種不同電磁場狀態，而不同的電磁場狀態會使主線圈表現出兩種不同的電感值。而通過改變電感線圈串并聯的方法，則主要是從物理結構角度增加一個電感線圈，在原有電感值的基礎上加上一個新值。MEMS結構開關相比MOS管性能更好。由于其需要特殊制備工藝，因而不太常用。無論哪種方法，均只能實現兩種電感值的變化。本發明克服現有技術中電磁場耦合調節單一的缺陷，提出了一個設有開關選擇陣列的電感值可調片上集成電感。現有技術采用兩個電感線圈調節電感值，通過控制其中一個電感線圈的懸空或接地，或者控制兩個電感線圈的串聯或一個電感線圈直接短路來改變電感值，每種現有技術的片上集成電感只能提供2種可調電感值，然而，本發明仍然采用兩個電感線圈，通過控制開關選擇陣列的開關卻可實現5種不同電感值，與現有技術中每種方法只有2種可調電感值相比，增加了電感值調節范圍。
發明內容
本發明提出一種電感值可調的片上集成電感，包括兩個電感線圈和開關選擇陣列；所述電感線圈之間上下重疊設置，且均連接在所述開關選擇陣列上，所述開關選擇陣列通過開關選擇述電感線圈的連接方式及電流方向。其中，所述電感線圈1包括節點11、節點12，電感線圈2包括節點21、節點22，所述節點11、12、21、22分別連接在所述開關選擇陣列上。其中，所述電感線圈為四邊形或多邊形，電感線圈的圈數至少為一圈；所述電感線圈之間設有隔離層。其中，隔離層上設置有穿孔。
其中，所述開關選擇陣列包括開關SO、開關Si、開關S2、開關S3、開關S4、開關S5、 開關S6、輸入端、輸出端。其中，所述開關選擇陣列中，所述輸入端和節點11相連； 所述節點21通過所述開關SO接地；
所述節點21通過所述開關Sl與所述節點12相連； 所述節點11通過所述開關S2和所述節點22相連； 所述節點12通過所述開關S3和所述節點22相連； 所述節點12通過所述開關S4和所述輸出端相連； 所述節點22通過所述開關S5和所述輸出端相連； 所述節點21通過所述開關S6和所述輸出端相連。本發明目的在于提供一種電感值可調的片上集成電感，本發明的片上集成電感能夠提供5種不同電感值，在集成電路上可調范圍大，并且通過容易實現的開關陣列控制，本發明制備電感值范圍廣，實用性強。本發明的技術特征是采用開關選擇陣列，通過開關選擇兩個電感線圈的連接方式以及電感線圈中的電流方向，從而調節片上集成電感的電感值，實現電感值可調。開關選擇陣列由電路及開關組成，制備工藝簡單，易于實現。
圖1為本發明電感值可調的片上集成電感的結構示意圖。圖2為本發明電感值可調的片上集成電感中開關選擇陣列與各節點的連接示意圖。圖3為本發明電感值可調的片上集成電感的實施例中片上集成電感的結構示意圖。圖4為本發明電感值可調的片上集成電感的實施例中片上集成電感在不同配置下的電感值。
具體實施例方式結合以下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的保護內容不局限于以下實施例。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。如圖1、所示，1-電感線圈，2-電感線圈，3-開關選擇陣列，11-節點，12-節點， 21-節點，22-節點，30-開關SO, 31-開關Si，32-開關S2，33-開關S3，34-開關S4，35-開關S5，36-開關S6，37-輸入端，38-輸出端，41-穿孔，42-穿孔，43-穿孔。如圖1所示，本發明包括電感線圈1、2和開關選擇陣列3。電感線圈1上設置有節點11、節點12，電感線圈2上設置有節點21、節點22。節點11、12、21、22分別連接到開關選擇陣列3上。開關選擇陣列3上設有輸入端37、輸出端38，用以將片上集成電感連接到電路中。如圖2所示，開關選擇陣列中各開關與節點的連接方式如下輸入端37和節點11 相連；節點21通過開關SO 30接地；節點21通過開關Sl 31與節點12相連；節點11通過開關S2 32和節點22相連；節點12通過開關S3 33和節點22相連；節點12通過開關S4 ；34和輸出端38相連；節點22通過開關S5 35和輸出端38相連；節點21通過開關S6 36 和輸出端38相連。如圖3所示，實施例中電感線圈1和電感線圈2的圈數均為1. 5圈，且分別位于相鄰兩層金屬層上。電感線圈1和電感線圈2上下重合。電感線圈1和電感線圈2的尺寸相同，線寬W=IO微米，圈數n=l. 5，金屬線間距s=2微米，外徑D=150微米。電感線圈1和電感線圈2的金屬厚度均為2微米。電感線圈間的隔離層的介質為二氧化硅，其相對介電常數為3. 7，厚度為3微米。兩電感線圈之間的結構如圖3所示，電感線圈1和電感線圈2從俯視方向上重合， 自頂層往下的依次是金屬1層、金屬2層、金屬3層。各電感線圈及其節點所在的金屬1層、 金屬2層、金屬3層之間分別采用二氧化硅隔離。通過穿孔41、42、43使金屬1層、金屬2 層和金屬3層相連，其中，穿孔41穿越二氧化硅隔離層連接金屬1層和金屬2層。穿孔42 連接金屬2層和金屬3層。穿孔43將金屬1層連接至金屬2層，再從金屬2層連接至金屬 3層。電感線圈1及其節點11設置在金屬1層中，金屬3層中的節點12通過穿孔43連接到金屬1層中的電感線圈1上。電感線圈2設置在金屬2層中，節點21設在金屬1層中， 通過穿孔41連接到電感線圈2上。節點22在金屬3層中，通過穿孔42連接到電感線圈2 上。節點12、節點22設置在金屬3層中，通過穿孔43連接到金屬1層與外接電路連接。電感線圈1和電感線圈2之間以隔離層進行隔離，隔離層上設置有穿孔41、42、43， 但電感線圈1和電感線圈2之間不能通過隔離層上穿孔進行直接相連。片上集成電感也可以采用八邊形、十六邊形等多邊形電感線圈。采用多邊形電感線圈可以在一定程度上提高電感性能。開關選擇陣列3的6個開關均有兩個狀態，包括開啟和關閉。如當SO=I開啟時， 節點C21連接至地，當SO=O關閉時，節點C21和地斷開。通過對開關選擇陣列3的控制，可實現5種不同電感值的輸出，如表1所示。
權利要求
1.一種電感值可調的片上集成電感，其特征在于，包括兩個電感線圈(1、2)和開關選擇陣列(3);所述電感線圈(1、2)上下重疊設置，且均連接在所述開關選擇陣列(3)上；所述開關選擇陣列(3 )通過開關選擇所述電感線圈(1 )、電感線圈(2 )的連接方式及電流方向。
2.如權利要求1所述電感值可調的片上集成電感，其特征在于，所述電感線圈(1)包括節點(11)、節點(12)，所述電感線圈(2)包括節點(21)、節點(22)，所述節點(11)、節點 (12)、節點(21)、節點(22)分別連接在所述開關選擇陣列(3)上。
3.如權利要求1所述電感值可調的片上集成電感，其特征在于，所述電感線圈(1、2)為四邊形或多邊形；電感線圈的圈數至少為一圈；所述電感線圈(1、2)之間設有隔離層。
4.如權利要求3所述電感值可調的片上集成電感，其特征在于，所述隔離層上設置有穿孔(41、42、43)。
5.如權利要求2所述電感值可調的片上集成電感，其特征在于，所述開關選擇陣列(3) 包括開關SO (30)、開關Sl (31)、開關S2 (32)、開關S3 (33)、開關S4 (34)、開關S5 (35)、開關 S6(36)、輸入端(37)、輸出端(38)；其中，所述輸入端(37 )和節點(11)相連； 所述節點(21)通過所述開關SO (30)接地； 所述節點(21)通過所述開關Sl (31)與所述節點(12)相連； 所述節點(11)通過所述開關S2 (32)和所述節點(22)相連； 所述節點(12)通過所述開關S3 (33)和所述節點(22)相連； 所述節點(12)通過所述開關S4 (34)和所述輸出端(38)相連； 所述節點(22)通過所述開關S5 (35)和所述輸出端(38)相連； 所述節點(21)通過所述開關S6 (36)和所述輸出端(38)相連。
全文摘要
本發明屬于微電子技術領域，公開了一種電感值可調的片上集成電感，包括兩個電感線圈和開關選擇陣列；所述電感線圈上下重疊設置，均連接在所述開關選擇陣列上；所述開關選擇陣列通過開關選擇電感線圈的連接方式及電流方向。本發明可以通過控制開關選擇陣列實現多種不同電感值之間的轉換，擴大電感值變換的范圍。
文檔編號H01L23/522GK102306642SQ20111028313
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者李小進, 王勇, 石艷玲, 祝文濤, 胡少堅, 蔡靜, 趙宇航, 陳壽面 申請人:上海集成電路研發中心有限公司, 華東師范大學