[发明专利]一种垂直结构多层片上集成螺旋电感

说明书

技术领域

本发明涉及螺旋形电感器，具体涉及片上集成螺旋电感。

背景技术

对于射频集成电路模块，例如低噪音放大器(LNA)、压控振荡器(VCO)以及匹配网络等，电感是必不可少的元件。完成无线时钟分配系统接收电路和匹配网络需要高品质因数的集成电感，这使得用硅工艺制作电感的设计尤为重要。然而，标准的硅工艺中，由于金属线的阻性损耗和衬底通过电容耦合而引起的损耗，均使得Q值（品质因数）有限。近来，采取一些非标准的工艺可突破这些限制，提高Q值，然而昂贵并且工艺复杂很难完成。

传统硅集成电感主要是平面螺旋形的，它是利用标准CMOS工艺的两层(或多层)金属层来实现电感元件，其中一层用作螺旋式电感线圈，另一层用作把中间的接头接出来的引线。人们的研究也主要集中在这种形式的电感器，该类电感突出的问题就是占用芯片面积较大，以及衬底损耗明显，如何有效的降低衬底损耗，提高品质因数是研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新的结构，使之在制作工艺上与普通的平面螺旋电感相差不大的情况下却能大大节省芯片面积，而且能减小电感覆盖衬底的面积、削弱普通电感在衬底中由时变磁场磁耦合感应的涡流，减小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。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种垂直结构多层片上集成螺旋电感，包括3层金属层，其特征在于金属线11的一端经过通孔V11和金属线12的一端相连，金属线12的另一端经过通孔V12、金属线13及通孔V13和金属线14的一端相连，金属线14的另一端经过通孔V14、金属线15、通孔V15和金属线21的一端相连，金属线21的另一端经过通孔V21、金属线22、通孔V22和金属线23的一端相连，金属线23的另一端经过通孔V23和金属线24的一端相连，金属线24的另一端经过通孔V31和金属线31的一端相连，金属线31的另一端经过通孔V32、金属线32、通孔V33和金属层33的一端相连 ，金属层33的另一端经过通孔V34和金属线34的一端相连；

所述金属线12、金属线21和金属线33同属于第一金属层且相互绝缘；

所述金属线11、金属线13、金属线15、金属线22、金属线24、金属线32和金属线34同属于第二层金属且相互绝缘；

所述金属线14、金属线23、金属线31同属于第三层金属且相互绝缘。

作为可选方案，所述第一、第二、第三金属层由标准COMS工艺中从上而下的3层金属层构成。

作为可选方案，所述第一金属层厚度为4 um、所述第二金属层厚度为3 um、所述第三金属层厚度为0.5 um，通孔V11、通孔V12、通孔15、通孔V21、通孔V33及通孔V34厚度为1.5 um，通孔V13、通孔V14、通孔V22、通孔V23、通孔V31及通孔V32的厚度为2.1 um。

本发明的有益效果：一方面，本发明的结构在制作工艺上与普通的平面螺旋电感相差不大,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，不仅减小了电感覆盖衬底的面积，同时层叠结构会削弱普通电感在衬底中由时变磁场磁耦合感应的涡流，由此一来，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为一种垂直结构多层片上集成螺旋电感的立体图；

图2为图1的反向立体图；

图3为一种垂直结构多层片上集成螺旋电感的俯视图；

图4为为本发明实施例一的电感L-频率关系仿真图；

图5为本发明实施例一的品质因数Q-频率关系仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明

如图1所示，该结构共采用三层金属，采用现有的标准COMS工艺技术，由上而下依次为第一金属层其厚度为4 um，第二金属层其厚度为3 um和第三金属层其厚度为0.5 um。各层金属之间以通孔连接，第一金属层与第二金属层之间的通孔厚度为1.5 um，第二金属层与第三金属层之间的通孔其厚度为2.1 um。