[实用新型]一种垂直结构片上集成螺旋电感

说明书

技术领域

本实用新型属于集成电路技术领域，具体涉及一种垂直结构片上集成螺旋电感。

背景技术

随着CMOS射频集成电路的快速发展，一些高性能、低功耗的单元电路如低噪声放大器、压控振荡器、混频器、中频滤波器，功率放大器等成为整个电路成功的基础，在这其中片上电感又是必不可少的元件，因此，其设计和优化已成为整个电路成功设计的关键之一。

评价电感的一个重要指标是品质因数Q，其定义为电感在一个周期内存储的能量和损耗能量的比值，电感的Q值越大，表示该电感的质量越好。

在片电感一般通过金属薄膜在硅衬底上绕制而成，平面螺旋电感虽然能实现一定数值的电感值（约1nH到10 nH），但是平面螺旋电感是一个比较开放性的结构，它工作时候的电场和磁场会渗透到整个衬底之中，从而在衬底中以及衬底表面的区域产生反方向的感应电流，导致额外的衬底能量损耗，降低了电感Q值。如果能够有效的减小电场和磁场的辐射范围，对于减小损耗，提高Q值是有很大影响。

发明内容

本实用新型要解决的问题是,在制作工艺相差不大的基础上，减少电感覆盖衬底的面积从而减小在衬底中以及衬底表面区域产生的感应电流，达到降低衬底能量损耗和提高电感品质因数的作用。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型包括处于同一芯片内的第一引线层、第二引线层、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔。第一引线层的一端通过第一通孔与第一金属层的一端连接，第一金属层的另一端依次通过第二通孔、第三通孔与第三金属层的一端连接；第三金属层的另一端通过第四通孔与第二金属层的一端连接，第二金属层的另一端与第二引线层的一端连接。

所述的金属层均为条形片状结构。

所述的第一通孔和第二通孔位于第一金属层和第二金属层之间。

所述的第三通孔和第四通孔位于第二金属层和第三金属层之间。

所述的第一引线层、第二引线层和第二金属层处于同一平面上，且第一引线层和第二金属层之间相互绝缘。

所述的第一金属层、第二金属层和第三金属层之间相互平行。

所述的第一金属层的中轴线、第二金属层的中轴线和第三金属层的中轴线位于同一平面内，且该平面垂直于芯片上下表面。

作为本实用新型的进一步改进，所述的第一金属层、第二金属层和第三金属层宽度相同，宽度取值范围为4μm～14μm。

本实用新型的有益效果：一方面垂直的结构在制作工艺上与普通的平面螺旋电感相差不大（普通的螺旋电感一般需要两层金属，包括绕线金属层及交叠金属层）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，减小了电感覆盖衬底的面积，这样就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为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型结构俯视图。

图3为实施例中电感L与频率关系图。

图4为品质因数Q与频率关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1本实用新型的一个实施例的集成电感示意图，该结构共采用三层金属，由上而下依次为第一金属层M8其厚度为4μm，第二金属层M7其厚度为3μm和第三金属层M6其厚度为0.5μm。各层金属之间以通孔连接，第一引线层feed1和第一金属层M8之间为第一通孔V1,其厚度为1.5μm，第一金属层M8和第二金属层M7之间为第二通孔V2，其厚度为1.5μm， 第二金属层M7和第三金属层M6之间为第三通孔V3其厚度为2.1μm。第三金属层M6的另一端通过第四通孔V4与第二金属层M6的一端连接,该通孔厚度为2.1μm。

电感的结构细节为（以电流的流向为说明顺序）：首先由第一引线层feed1向上经通孔V1与第一金属层M8连接，而后M8向下经通孔V2与第二金属层M7连接，M7经通孔V3与第三金属层M6连接，第三金属层的另一端经通孔V4与第二金属层的一端连接，第二金属层先沿x方向构建一段长度，进而沿y的负方向按图2所示延伸出一段长度up extend，接着第二金属层继续在x方向上延伸一段长度up length，继而沿y的正方向延伸up extend的长度，最后末端与第二引线层feed2连接，至此电感构造完成。