專利名稱：四邊形平面螺旋電感的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種四邊形平面螺旋電感。
背景技術(shù)：
在CMOS射頻集成電路(RFIC)的發(fā)展中，最為迫切的和最困難的是要發(fā)展高性能 的新器件和新的單元電路，它們是實現(xiàn)單片CMOS集成射頻前端的基礎(chǔ)。平面螺旋電感作 為射頻集成電路中的關(guān)鍵元件，如放大器、混頻器、壓控振蕩器等重要子單元中都要用到電 感，是電路中最難設(shè)計和掌握的元件，它的性能參數(shù)直接影響著射頻集成電路的性能。片 上電感能實現(xiàn)射頻集成電路中電感的集成化問題，從而有助于射頻集成電路的片上系統(tǒng)實 現(xiàn)。片上平面螺旋電感大多通過金屬薄膜在半導(dǎo)體襯底上繞制而成，相對于傳統(tǒng)的線 繞電感，片上平面螺旋電感具有成本低、易于集成、噪聲小和功耗低的優(yōu)點，更重要的是能 與現(xiàn)今的CMOS工藝兼容。近年來隨著移動通信向微型化、低功耗化發(fā)展，對制作與CMOS工 藝兼容的高品質(zhì)片上無源器件的研究也越來越多。然而，直接制備于低阻半導(dǎo)體襯底上的 平面螺旋電感，具有明顯的襯底寄生電容、襯底寄生電阻、金屬導(dǎo)體的寄生電容、金屬導(dǎo)體 的寄生電阻、以及由于渦流損耗等效應(yīng)而成的寄生電阻等，這些都將影響電感的性能。在集成電路制造過程中，片上平面螺旋電感等射頻無源器件的主要損耗有兩種 襯底損耗和金屬導(dǎo)體損耗。針對片上平面螺旋電感的襯底損耗，業(yè)界已提出以下解決方法一種方法是使用 離子注入或其它技術(shù)選擇性的實現(xiàn)半絕緣半導(dǎo)體襯底；另一種方法是在平面螺旋電感和半 導(dǎo)體襯底之間插入圖形式接地屏蔽層，或者在半導(dǎo)體襯底中形成PN結(jié)隔離以減少襯底損
^^ ο針對片上平面螺旋電感的金屬導(dǎo)體損耗，業(yè)界也進行了研究，例如，在申請?zhí)枮?200420114664.2的中國專利中，公開了一種金屬線寬及金屬間距漸變的平面螺旋電感，該 平面螺旋電感采用金屬線寬和間距漸變結(jié)構(gòu)來減小等效串聯(lián)電阻，以達到改善品質(zhì)因子Q 值的目的。但是相對于降低襯底損耗的研究來說，特別是針對高頻率、小電感應(yīng)用，針對金 屬導(dǎo)體損耗的研究還是較少。目前，片上平面螺旋電感主要包括以下種類圓形片上平面螺旋電感、四邊形片上 平面螺旋電感以及八邊形片上平面螺旋電感。根據(jù)許多文獻的報道可知，與四邊形或八邊 形片上平面螺旋電感相比，圓形片上平面螺旋電感的性能更好。但是，對于較高頻率的應(yīng)用 來說，如應(yīng)用在短距離無線通信的60GHz頻段，此時電路中所采用的平面螺旋電感都是小 尺寸結(jié)構(gòu)，其線圈寬度值比較小，若采用圓形結(jié)構(gòu)，則在版圖制作時容易導(dǎo)致對象不在格點 上，但在芯片生產(chǎn)時，會自動糾正格點，因此容易造成制作與設(shè)計之間的偏差，使得平面螺 旋電感的邊界處會很粗糙，影響平面螺旋電感的性能。而對于四邊形平面螺旋電感來說，每個線圈轉(zhuǎn)角處電流分布不均勻，對電感的性 能影響較大。詳細的，請參考圖1，其為現(xiàn)有的四邊形平面螺旋電感的俯視圖。如圖1所示，四邊形平面螺旋電感10包括由導(dǎo)線11纏繞構(gòu)成的多圈線圈，所述四邊形平面螺旋電感10 的形狀為四邊形，每個線圈的相鄰邊是直接相連的，且每個線圈的轉(zhuǎn)角為90度，這將導(dǎo)致 每個線圈轉(zhuǎn)角處(如圖中虛線所示區(qū)域)較為尖銳，使得電流分布不均勻，極易在轉(zhuǎn)角的尖 端處形成很強的電場，導(dǎo)致此處磁場強度很大，產(chǎn)生金屬導(dǎo)體損耗，進而導(dǎo)致電感的品質(zhì)因 子下降，影響四邊形平面螺旋電感10的性能。為了解決上述問題，業(yè)界通常采用45度轉(zhuǎn)角的八邊形片上平面螺旋電感，該片上 平面螺旋電感的復(fù)雜度和面積折中，性能較好。但是，對于尺寸較小的平面螺旋電感來說，在相同外徑的情況下，四邊形平面螺旋 電感的電感值高于八邊形平面螺旋電感或圓形平面螺旋電感。因此，提供一種可提高品質(zhì) 因子的四邊形平面螺旋電感，是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種四邊形平面螺旋電感，以解決現(xiàn)有的四邊形平面螺 旋電感的線圈轉(zhuǎn)角處過于尖銳，進而導(dǎo)致電感的品質(zhì)因子下降的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種四邊形平面螺旋電感，包括由導(dǎo)線纏繞構(gòu) 成的多圈線圈，每個所述線圈的相鄰邊通過過渡線段連接?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，每個所述線圈的相鄰邊通過弧形線段 連接。可選的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，每個所述線圈的相鄰邊通過直線連接?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，每個所述線圈的相鄰邊通過一條直線 連接?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，每個所述線圈的相鄰邊通過兩條直線 連接，所述兩條直線的夾角大于90度?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，所述多圈線圈中最外圈線圈的過渡線 段的長度小于等于所述最外圈線圈的邊長的六分之一?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，所述多圈線圈中最內(nèi)圈線圈的過渡線 段的長度小于等于所述最內(nèi)圈線圈的邊長的四分之一?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，所述四邊形平面螺旋電感的外徑為 0. 1 90微米?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，導(dǎo)線的寬度為0. 022 10微米?？蛇x的，在所述的四邊形平面螺旋電感中，相鄰線圈的間距為0. 03 8微米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的四邊形平面螺旋電感具有以下優(yōu)點所述四邊形平面螺旋電感的每個線圈的相鄰邊均通過過渡線段連接，使得線圈的 轉(zhuǎn)角處較為平緩，可減小每個線圈的轉(zhuǎn)角處的磁感應(yīng)強度，使得所述四邊形平面螺旋電感 的線圈的導(dǎo)線的串聯(lián)電阻變小，從而在不改變版圖面積和電感值的前提下，降低金屬導(dǎo)體 損耗，提高四邊形平面螺旋電感的品質(zhì)因子Q值；此外，所述四邊形平面螺旋電感的制備工 藝與常規(guī)的CMOS工藝兼容，有利于改善CMOS射頻前端的重要功能單元的性能。


圖1為現(xiàn)有的四邊形平面螺旋電感的俯視圖；圖2為本發(fā)明實施例一所提供的四邊形平面螺旋電感的俯視圖；圖3為本發(fā)明實施例二所提供的四邊形平面螺旋電感的俯視圖；圖4為本發(fā)明實施例三所提供的四邊形平面螺旋電感的俯視圖。
具體實施例方式在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需要說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用 非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種四邊形平面螺旋電感，所述四邊形平面螺旋電 感的每個線圈的相鄰邊均通過過渡線段連接，使得所述線圈的轉(zhuǎn)角處較為平緩，可減小每 個線圈的轉(zhuǎn)角處的磁感應(yīng)強度，使得所述四邊形平面螺旋電感的線圈的導(dǎo)線的串聯(lián)電阻變 小，從而在不改變版圖面積和電感值的前提下，降低金屬導(dǎo)體損耗，提高四邊形平面螺旋電 感的品質(zhì)因子Q值；并且，所述四邊形平面螺旋電感的制備工藝與常規(guī)的CMOS工藝兼容，有 利于改善CMOS射頻前端的重要功能單元的性能。實施例一請參考圖2，其為本發(fā)明實施例一所提供的四邊形平面螺旋電感的俯視圖。如圖 2所示，四邊形平面螺旋電感100包括由導(dǎo)線110纏繞構(gòu)成的多圈線圈，每個線圈的相鄰邊 121通過過渡線段122連接。在本實施例中，每個線圈的相鄰邊121通過弧形線段連接，即 所述過渡線段122為弧形線段。由于每個線圈的相鄰邊121均通過過渡線段122連接，使 得所述線圈的轉(zhuǎn)角處較為平緩，可減小每個線圈的轉(zhuǎn)角處的磁感應(yīng)強度，進而減小線圈導(dǎo) 線的等效串聯(lián)電阻，在不改變版圖面積和電感值的前提下，降低金屬導(dǎo)體損耗，提高四邊形 平面螺旋電感100的品質(zhì)因子Q值；并且，所述四邊形平面螺旋電感100的制備工藝與常規(guī) 的CMOS工藝兼容，有利于改善CMOS射頻前端的重要功能單元的性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明實施例一提供的四邊形平面螺旋電感100中，每個線 圈的相鄰邊121通過過渡線段122連接，也就是說，四邊形平面螺旋電感100的每個線圈的 轉(zhuǎn)角被截去，而采用過渡線段122代替原來的轉(zhuǎn)角。如圖2所示，優(yōu)選的，所述多圈線圈中 同一線圈上被過渡線段122代替的每個轉(zhuǎn)角的兩個邊121a的長度是相等的，且所述過渡線 段122與其相鄰邊相切；當然，本發(fā)明并不局限于此，所述多圈線圈中同一線圈上被過渡線 段122代替的每個轉(zhuǎn)角的兩個邊121a的長度也可以不相等。此外，所述多圈線圈中不同的線圈上被過渡線段122代替的每個轉(zhuǎn)角的兩個邊的 長度可以是相等的，可以理解的是，不同線圈上被過渡線段代替的每個轉(zhuǎn)角的兩邊的長度 也可以不相等。在本實施例中，所述四邊形平面螺旋電感100的圈數(shù)為2. 5圈，最外圈線圈的過渡 線段的長度小于等于所述最外圈線圈的邊長的六分之一，最內(nèi)圈線圈的過渡線段的長度小 于等于所述最內(nèi)圈線圈的邊長的四分之一，這一設(shè)計更加有利于降低四邊形平面螺旋電感 100的金屬導(dǎo)體損耗，并可確保版圖面積和電感值不會發(fā)生大的改變。優(yōu)選的，所述最外圈 線圈的過渡線段的長度為最外圈線圈邊長的三十二分之三，而次外圈線圈的過渡線段的長度為最次外圈線圈邊長的二十六分之三，而最內(nèi)圈線圈的過渡線段的長度為最內(nèi)圈線圈邊 長的十六分之三?？梢岳斫獾氖?，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可根據(jù)實際的器件要求，相應(yīng)的調(diào)整每 個線圈的過渡線段的長度。所述四邊形平面螺旋電感100的外徑為0. 1微米 90微米，所述導(dǎo)線110的寬度為 0. 022微米 10微米，相鄰的線圈的間距為0. 03微米 8微米。較佳的，所述四邊形平面螺 旋電感100的外徑為60微米，所述導(dǎo)線110的寬度為4微米，相鄰的線圈的間距為1. 5微米。 然而應(yīng)當認識到，所述四邊形平面螺旋電感100并不局限于本實施例所示的形狀和尺寸。實施例二請參考圖3，其為本發(fā)明實施例二所提供的四邊形平面螺旋電感的俯視圖。如圖 3所示，四邊形平面螺旋電感200包括由導(dǎo)線210纏繞構(gòu)成的多圈線圈，每個線圈的相鄰邊 221通過過渡線段222連接。與本發(fā)明實施例一不同之處在于，在本實施例中，每個所述線 圈的相鄰邊221通過一條直線連接，即所述過渡線段222為一條直線。由于采用了過渡線 段222，四邊形平面螺旋電感200的線圈的轉(zhuǎn)角處較為平緩，使得每個線圈的轉(zhuǎn)角處的磁感 應(yīng)強度變小，提高了四邊形平面螺旋電感的品質(zhì)因子Q值。實施例三請參考圖4，其為本發(fā)明實施例三所提供的四邊形平面螺旋電感的俯視圖。如圖 4所示，四邊形平面螺旋電感300包括由導(dǎo)線310纏繞構(gòu)成的多圈線圈，每個線圈的相鄰邊 321通過過渡線段322連接。與本發(fā)明實施例一和實施例二不同之處在于，在本實施例中， 每個所述線圈的相鄰邊321通過兩條直線連接，且所述兩條直線的夾角大于90度，使得每 個線圈的轉(zhuǎn)角處較為平緩，可減小每個線圈的轉(zhuǎn)角處的磁感應(yīng)強度，提高四邊形平面螺旋 電感300的品質(zhì)因子Q值。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種四邊形平面螺旋電感，其特征在于，包括由導(dǎo)線纏繞構(gòu)成的多圈線圈，每個所述線圈的相鄰邊通過過渡線段連接。
2.如權(quán)利要求1所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，每個所述線圈的相鄰邊通 過弧形線段連接。
3.如權(quán)利要求1所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，每個所述線圈的相鄰邊通 過直線連接。
4.如權(quán)利要求3所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，每個所述線圈的相鄰邊通 過一條直線連接。
5.如權(quán)利要求3所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，每個所述線圈的相鄰邊通 過兩條直線連接，所述兩條直線的夾角大于90度。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，所述多圈線圈 中最外圈線圈的過渡線段的長度小于等于所述最外圈線圈的邊長的六分之一。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，所述多圈線圈 中最內(nèi)圈線圈的過渡線段的長度小于等于所述最內(nèi)圈線圈的邊長的四分之一。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，所述四邊形平 面螺旋電感的外徑為0. 1微米 90微米。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，所述導(dǎo)線的寬 度為0. 022微米 10微米。
10.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的四邊形平面螺旋電感，其特征在于，相鄰的線圈 的間距為0. 03微米 8微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四邊形平面螺旋電感，所述四邊形平面螺旋電感包括由導(dǎo)線纏繞構(gòu)成的多圈線圈，每個所述線圈的相鄰邊通過過渡線段連接。本發(fā)明的每個線圈的相鄰邊均通過過渡線段連接，可減小每個線圈的轉(zhuǎn)角處的磁感應(yīng)強度，使得線圈的導(dǎo)線的串聯(lián)電阻減小，從而在不改變版圖面積和電感值的前提下，提高四邊形平面螺旋電感的品質(zhì)因子Q值。
文檔編號H01L27/00GK101923940SQ201010229369
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者周偉, 王勇, 王彬, 趙宇航, 陳壽面 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司