一種具有金屬填充物結構的電感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造技術領域，特別是涉及一種具有金屬填充物結構的電感器。
【背景技術】
[0002]目前，集成電路器件包括多層金屬層，各層金屬層中的金屬，根據器件的不同應用，按照不同的密度分布在絕緣材料二氧化硅層中，金屬材料一般為銅。但由于二氧化硅比金屬銅的硬度大，而且對填入有金屬銅的二氧化硅層進行化學機械研磨(CMP)時，需要施加一定的壓力，在壓力的作用下，金屬銅層分布比較稀疏的區域，較之金屬銅層分布比較密的區域就會出現有較薄的厚度。具有不同密度分布的金屬銅的二氧化硅材料層，經化學機械研磨之后的效果示意圖如圖1a所示。在圖1a中，金屬銅11埋在二氧化硅層10中，左側為金屬銅11分布稀疏的區域，右側為金屬銅11分布密集的區域，由于右側金屬銅11分布比較密集，較多的金屬銅11使得右側的硬度相較于左側小，這就使得在壓力的作用下，右側被擠壓地比較嚴重，右側金屬銅11分布密集的區域的厚度相較于左側金屬銅11分布稀疏的區域薄，而在器件的制備工藝過程中，需要填入有金屬銅11的二氧化硅層10保持一定的目標厚度，這就需要金屬銅11分布的密度保持在一定的范圍之內，而現有工藝中很難做到這一點。為了避免填入有金屬銅11的氧化硅層進行化學機械研磨后出現厚度不同的現象，一般會在金屬分布比較稀疏的區域自動形成懸空的金屬填充物結構(floating dummymetal)，以使該區域的金屬達到一定密度，如圖1b所示，圖1b為現有技術中在金屬分布稀疏的區域自動形成懸空的金屬填充物結構的結構示意圖。這里的懸空的金屬填充物結構，懸空指的是金屬填充物結構不接電位，也就是說不與原來的功能電路相連；這里自動形成的金屬填充物結構是在設計時自動產生的，尺寸一定。圖1b中懸空的金屬填充物結構為一個個金屬塊12，填充在信號線13的稀疏空隙中，所述金屬塊12的材料一般與信號線13的材料相同，整個工藝過程通過設定的密度檢查窗口 14進行監控。
[0003]然而，在所述金屬層的稀疏空隙中形成金屬填充物結構以后，會引入渦流效應(eddy current effect),即在金屬填充物結構中產生電流,這就會增大電感器的能量損耗，從而降低了電感器的品質因子(quality factor, Q)，所述品質因子是電感器中存儲的能量與損失的能量的比值，電感器的品質因子越高，則表明該電感器額功耗越小、效率越高。同時，金屬填充物結構的形成還會增加電容，進而使得電感器的自諧振頻率(self-resonant frequency, SRF)降低，對電感器的品質因子造成影響。例如，在65nm技術中，自動形成金屬填充物結構以后，電感器的品質因子的峰值降低了 18%左右，其自諧振頻率由14.9GHz降低到13.7GHz ;在9011111技術中，自動形成金屬填充物結構以后，電感器的品質因子的峰值降低了 28%左右，其自諧振頻率由12.9GHz降低到11GHz。由于品質因子作為電感器最重要的性能指標，其大小將對相位噪聲和電路的性能產生較大的影響，因此，如何在形成金屬填充物結構的基礎上，有效地提高電感器的品質因子開始成為目前研究的一個焦點。
【發明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有金屬填充物結構的電感器，用于解決現有技術中在電感器金屬分布稀疏的區域自動形成金屬填充物結構以后，引入渦流效應，即在金屬填充物結構中會產生電流，導致電感器的能量損耗增大，進而造成了電感器品質因子降低的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種具有金屬填充物結構的電感器，其至少包括底層矩形金屬層、位于所述底層矩形金屬層上的頂層矩形金屬層、位于所述底層矩形金屬層和頂層矩形金屬層之間的至少一層中間矩形金屬層，其特征在于，所述底層矩形金屬層至少包括位于其四個頂角處的管腳以及連接所述管腳的管腳基線；所述管腳基線將相鄰管腳連接以圍成第一無金屬分布的區域，所述第一無金屬分布的區域內形成有金屬填充物結構；所述金屬填充物結構至少包括:
[0006]與所述管腳基線等高的若干個金屬塊以及呈輻射狀分布的若干條金屬線；
[0007]所述金屬線一端與管腳基線連接實現接地，另一端聚攏在所述第一無金屬分布的區域中部且不相交；所述金屬塊與所述金屬線不接觸。
[0008]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述頂層矩形金屬層至少包括:位于所述頂層矩形金屬層中部的電感器金屬線圈，位于所述頂層矩形金屬層四個頂角處和兩側中部的管腳，連接所述電感器金屬線圈和所述兩側中部的管腳的連接線，以及連接所述四個頂角處管腳的管腳基線；在電感器金屬線圈內側區域、電感器金屬線圈與管腳及管腳基線之間的區域，以及管腳之間無基線連接的區域內形成與所述電感器金屬線圈等高的若干個金屬塊。
[0009]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述中間矩形金屬層至少包括位于其四個頂角處的管腳以及連接所述管腳的管腳基線；所述管腳基線將相鄰管腳連接以圍成第二無金屬分布的區域，所述第二無金屬分布的區域內形成有金屬填充物結構；所述金屬填充物結構至少包括:
[0010]與所述管腳基線等高的若干個金屬塊以及呈輻射狀分布的若干條金屬線；
[0011]所述金屬線一端與管腳基線連接實現接地，另一端聚攏在所述第二無金屬分布的區域中部且不相交；所述金屬塊與所述金屬線不接觸。
[0012]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述形成于各層矩形金屬層中的金屬線在水平面上的投影相互重疊，相鄰金屬線之間形成大于O度小于等于90度的夾角。
[0013]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述金屬塊為正方形。
[0014]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述金屬塊均勻的分布在所述第一無金屬分布的區域內。
[0015]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述金屬塊和金屬線的材料與底層矩形金屬層中管腳基線的材料相同。
[0016]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述金屬線的條數為4?32條。
[0017]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述金屬線的條數為8條。
[0018]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述相鄰金屬線之間夾角相等。
[0019]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述金屬線的寬度為第二最小設計規則的3倍，所述第二最小設計規則為工藝所允許的最小尺寸。
[0020]作為本發明的具有金屬填充物結構的電感器的一種優選方案，所述金屬填充物分布的密度等于第一最小設計規則，所述的第一最小設計規則為金屬分布密度的最小值。
[0021]如上所述，本發明的具有金屬填充物結構的電感器，具有以下有益效果:通過優化在電感器金屬分布稀疏的區域形成的金屬塊的形狀、大小和間隔，不但滿足了金屬分布的密度要求，而且可以降低金屬塊的渦流效應，有效地升高了電感器的品質因子；在除頂層以外的其他金屬層中形成呈輻射狀分布的金屬線，金屬線一端接地，起到了屏蔽層的作用，使得電感器的寄生電容和寄生電阻增大，寄生電容增大以后，其對應的容抗減小，同時由于寄生電阻也是增大的，整個結構的阻抗明顯增加，這就使得金屬填充物結構中產生的電流明顯減小，有效的降低了金屬填充物結構的渦流效應，大大升高了電感器的品質因子。
【附圖說明】
[0022]圖1a顯示為現有技術中的具有不同密度分布的金屬銅的二氧化硅材料層，經化學機械研磨之后的效果示意圖。
[0023]圖1b顯示為現有技術中的現有技術中在金屬分布稀疏的區域自動形成懸空的金屬填充物結構的結構示意圖。
[0024]圖2a顯示為本發明的具有金屬填充物結構的電感器在底層矩形金屬層中第一無金屬分布區域內均勻地形成金屬填充物結構的示意圖。
[0025]圖2