[发明专利]非对称式螺旋状电感

说明书

一种非对称式螺旋状电感，制作于一半导体结构，包含：螺旋状线圈、金属线段以及连接结构。该螺旋状线圈实质上位于第一金属层，且具有第一端点及第二端点，其中该第一端点位于该螺旋状线圈的最外圈，该第二端点位于该螺旋状线圈的最内圈。该金属线段位于不同于该第一金属层的第二金属层，且具有第三端点及第四端点。该连接结构连接该第二端点及该第三端点。该第一端点及该第四端点构成该非对称式螺旋状电感的两端点，该螺旋状线圈为具有N个边的多边形(N4)，该金属线段的其中一部分构成与该具有N个边的多边形的部分轮廓实质上相同的形状。本发明的非对称式螺旋状电感能够提高电感值及质量因素Q，且抑制反射信号的干扰。

技术领域

本发明是关于积体电感，尤其是关于非对称式螺旋状积体电感。

背景技术

图1及图2分别示出已知的非对称式螺旋状电感(asymmetric spiral inductor)及对称式螺旋状电感(symmetric spiral inductor)。非对称式螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200为平面式的结构，主要由位于两个金属层(分别以灰色及黑色表示)的金属线段所构成。位于不同金属层的金属线段由贯穿结构105连接，贯穿结构105例如是半导体制程中的导孔(via)结构或导孔数组(via array)。一般而言，因为对称式螺旋状电感200在结构上较对称，所以适用于差动(differential)信号，而非对称式螺旋状电感100则适用于单端(single-ended)信号。

提高非对称式螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200的电感值的方法之一为增加其线圈数。线圈数的增加除了导致非对称式螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200的面积增加之外，也会造成其寄生串联电阻(parasitic series resistance)及寄生电容(parasitic capacitance)的增加。高的寄生串联电阻及寄生电容会造成螺旋状电感100及对称式螺旋状电感200的自振频率(self-resonant frequency)及质量因素(qualityfactor)Q下降。此外，金属耗损(metal loss)以及基板耗损(substrate loss)也是影响质量因素Q的重要因素。金属耗损是由于金属本身的阻值所导致。基板耗损来源有两种，一种是来自于当电感作用时，电感的金属线圈以及基板之间产生一时变的电位移(electricdisplacement)，此电位移在金属线圈与基板之间产生一位移电流(displacementcurrent)，此位移电流穿透至低阻抗的基板内，形成能量的损耗。此位移电流与电感线圈面积相关，面积越大，位移电流越大。另一种是来自于电感的时变电磁场穿透介电质，在基板上产生感应电流(magnetically induced eddy current)，此感应电流与电感电流的方向相反，造成能量的损耗。

当电感操作于低频时，金属线圈中的电流会呈现均匀分布，此时金属耗损在低频时是来自于金属线圈的串联电阻。当电感操作于高频时，越靠近内圈的金属线圈产生越强的磁场；强烈的磁场在金属线圈的内圈感应出涡状电流(eddy current)。此涡状电流造成电流不均匀分布，使大部分的电流被推挤到金属线圈的表面；此现象称为集肤效应(skineffect)。在集肤效应下，电流流过的金属截面变小，因此将感受到较大的电阻，而造成质量因素Q下降。

因此，如何在不增加电感面积的情况下提高电感的质量因素Q及电感值成为本领域的重要课题。

发明内容

鉴于先前技术的不足，本发明的目的在于提供一种非对称式螺旋状电感。