具有偽金屬部件的電感器結(jié)構(gòu)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括：形成在襯底上并被配置為通過頻率電流工作的電感器；以及配置在電感器和襯底之間的偽金屬部件，偽金屬部件的第一寬度小于2倍的與頻率有關(guān)的趨膚深度。本發(fā)明還提供了具有偽金屬部件的電感器結(jié)構(gòu)及方法。
【專利說明】具有偽金屬部件的電感器結(jié)構(gòu)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。IC材料和設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了多代1C，其中，每代都具有比前一代更小且更復(fù)雜的電路。然而，這些進(jìn)步增加了處理和制造IC的復(fù)雜性，并且對于要實(shí)現(xiàn)的這些進(jìn)步，需要IC處理和制造中的類似開發(fā)。在集成電路演進(jìn)過程中，功能密度(即，單位芯片面積上的互連器件的數(shù)量)通常都在增加，而幾何尺寸(即，可使用制造工藝制造的最小部件(或線))減小。
[0003]各種有源或無源電子元件可能形成在半導(dǎo)體IC上。例如，電感器可以形成為無源電子部件。由于器件尺寸持續(xù)減小以用于甚至更高頻率的應(yīng)用，現(xiàn)有的電感器結(jié)構(gòu)會(huì)遇到問題。例如，插入偽部件以增強(qiáng)制造。然而，偽填充使后道工序工藝窗口變窄。其他問題包括具有低k介電材料的先進(jìn)技術(shù)的水分滲透以及電感器性能的下降。
[0004]因此，需要解決上述問題的電感器結(jié)構(gòu)及其制造方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:電感器，形成在襯底上并被配置為可利用一頻率的電流工作；以及偽金屬部件，被配置在所述電感器和所述襯底之間，所述偽金屬部件的第一寬度小于與所述頻率相關(guān)聯(lián)的趨膚深度的2倍。
[0006]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述偽金屬部件的第一厚度小于所述趨膚深度的2倍，并且被設(shè)計(jì)為在所述電感器的工作過程中減小渦流。
[0007]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)所述偽金屬部件均包括具有一長度、所述第一寬度和所述第一厚度的細(xì)長段，所述第一寬度和所述第一厚度基本上小于所述長度。
[0008]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述電感器包括電感金屬部件，其所具有的第二厚度和第二寬度基本上分別大于所述第一厚度和所述第一寬度。
[0009]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從上往下看時(shí)，所述電感器包括金屬部件，其被配置為形成至少兩匝，限定內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域和介于這兩匝之間的間隔區(qū)域；以及所述偽金屬部件包括:設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中的第一子集、設(shè)置在所述外部區(qū)域中的第二子集以及設(shè)置在所述間隔區(qū)域中的第三子集。
[0010]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述偽金屬部件的所述第一子集以與所述電感器相距第一間隙的方式設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中；以及所述偽金屬部件的所述第二子集以與所述電感器相距第二間隙的方式設(shè)置在所述外部區(qū)域中。
[0011]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一間隙和所述第二間隙相等。
[0012]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述偽金屬部件被配置在所述電感器下方的多層中。
[0013]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述偽金屬部件包括具有非閉環(huán)的圍欄形狀的子集。
[0014]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述偽金屬部件包括具有矩形的子集。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:電感器，形成在襯底上并被配置為形成第一匝和第二匝，定義內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域以及介于所述第一匝和所述第二匝之間的間隔區(qū)域；以及偽金屬部件，配置在所述電感器和所述襯底之間，其中，從上往下看時(shí)，所述偽金屬部件包括:設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中的第一子集、設(shè)置在所述外部區(qū)域中的第二子集以及設(shè)置在所述間隔區(qū)域中的第三子集。
[0016]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述電感器被配置為可利用一頻率的電流工作；每一個(gè)所述偽金屬部件都被設(shè)計(jì)為具有一寬度和一厚度的細(xì)長段；以及所述寬度和所述厚度小于作為所述頻率的函數(shù)的趨膚深度的2倍。
[0017]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從上往下看時(shí)，所述第一匝位于所述第二匝的內(nèi)部；所述內(nèi)部區(qū)域位于所述第一匝的內(nèi)部；以及所述外部區(qū)域位于所述第二匝的外部。
[0018]在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從上往下看時(shí)，所述電感器被配置為進(jìn)一步形成介于所述第二匝和所述外部區(qū)域之間的第三匝；以及所述偽金屬部件包括設(shè)置在介于所述第二匝和所述第三匝之間的另一個(gè)間隔區(qū)域中的第四子集。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成具有電感器的集成電路的方法，包括:基于趨膚效應(yīng)確定偽金屬部件的尺寸；基于填充區(qū)域確定所述偽金屬部件的形狀；基于圖案密度以一定結(jié)構(gòu)布置所述偽金屬部件；以及在所述集成電路中插入具有所述尺寸、所述形狀和所述結(jié)構(gòu)的所述偽金屬部件。
[0020]在該方法中，基于所述趨膚效應(yīng)確定所述偽金屬部件的尺寸包括:確定所述偽金屬部件的尺寸小于趨膚深度的2倍。
[0021]在該方法中，基于所述填充區(qū)域確定所述偽金屬部件的形狀包括:基于所述填充區(qū)域從矩形、十字形和圍欄結(jié)構(gòu)所組成的組中選擇形狀。
[0022]在該方法中，基于所述圖案密度布置所述偽金屬部件包括:在所述電感器的相鄰匝之間的間隔區(qū)域中形成所述偽金屬部件的子集。
[0023]在該方法中，基于所述圖案密度布置所述偽金屬部件包括:在所述電感器的相鄰匝之間的間隔區(qū)域中插入所述偽金屬部件的子集。
[0024]在該方法中，基于所述圖案密度布置所述偽金屬部件包括:在多層中布置所述偽金屬部件。
[0025]在該方法中，基于所述圖案密度布置所述偽金屬部件包括:與所述電感器相距第一間隙地將所述偽金屬部件的第一子集布置在內(nèi)部區(qū)域中；以及與所述電感器相距第二間隙地將所述偽金屬部件的第二子集布置在外部區(qū)域中。
[0026]該方法進(jìn)一步包括:在襯底上形成具有所述尺寸、所述形狀和所述結(jié)構(gòu)的所述偽金屬部件；以及在所述偽金屬部件上形成所述電感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。
[0028]圖1是在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的具有電感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0029]圖2是在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的圖1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0030]圖3是在其他一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的具有電感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0031]圖4是在其他一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的圖3的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0032]圖5是在其他一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的具有電感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0033]圖6是在其他一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的圖5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0034]圖7是在各種實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的具有電感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0035]圖8是示出在一個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的尺寸與頻率關(guān)系的示意圖。
[0036]圖9是制造具有電感器的半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
[0037]圖10和圖14是在各種實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的部分的透視圖。
[0038]圖11、圖12、圖13、圖15和圖16是在各種實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的部分的俯視圖。
[0039]圖17是示出在各種實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的偽填充的仿真的示意圖。
[0040]圖18是示出在各種實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的頻率依賴性的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]據(jù)了解為了實(shí)施各種實(shí)施例的不同部件，以下公開內(nèi)容提供了許多不同的實(shí)施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是示例并不打算限定。例如，以下描述中第一部件形成在第二部件上方或上可以包括其中以直接接觸的方式形成第一部件和第二部件的實(shí)施例，并且也可以包括其中附加部件形成在第一部件和第二部件之間，使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。再者，本發(fā)明可以在各個(gè)示例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。該重復(fù)是為了簡明和清楚，而且其本身沒有規(guī)定所述各種實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0042]圖1是具有電感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的俯視圖而圖2是沿著虛線AA’所截取的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的截面圖。參考圖1和圖2描述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。
[0043]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10包括襯底12，諸如半導(dǎo)體襯底。在本示例中，襯底12是硅襯底。在其他示例中，可選地或另外地，襯底12可以包括其他合適的半導(dǎo)體材料，如鍺、硅鍺、碳化硅或砷化鎵。
[0044]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10包括具有導(dǎo)電部件(導(dǎo)線)的電感器14，配置形成有一匝或多匝的線圈。電感器14是兩端子器件。在應(yīng)用中為了正確操作，兩個(gè)端子16和18被配置為與電源線或信號線電連接。
[0045]電感器14的導(dǎo)電部件是被配置為形成有多匝(turn)的線圈的各種金屬部件(也被稱為電感金屬部件)。例如，電感器14的導(dǎo)電部件包括銅、鋁、鎢，其他合適的金屬材料或它們的組合。在本實(shí)施例中，電感器14的導(dǎo)電部件被配置為形成兩匝，第一匝(內(nèi)匝)20和第二匝(外匝)22。在俯視圖中，因此限定各種區(qū)域。內(nèi)部區(qū)域24是包圍在電感器14的內(nèi)部的區(qū)域。具體地，內(nèi)部區(qū)域24是由內(nèi)匝20限定的被包圍的區(qū)域。外部區(qū)域26是電感器14的外部的區(qū)域。具體地，外部區(qū)域26是位于外匝22的外部的區(qū)域。例如，外部區(qū)域26被定義為在外匝22的外部的區(qū)域的一定范圍內(nèi)。間隔區(qū)域28被限定為介于內(nèi)匝20和外匝22之間的區(qū)域。
[0046]在各種示例中，根據(jù)各種應(yīng)用，諸如晶體管、二極管、傳感器、存儲(chǔ)器件、電阻器、電容器和/或發(fā)光二極管的其他器件形成在襯底12上并與電感器14連接以形成集成電路(1C)。
[0047]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10包括形成在襯底12上并且位于電感器14下方的偽部件30。具體地，如圖2所示，偽部件30被配置在襯底和電感器14之間。偽部件30是導(dǎo)電部件并且電浮置。偽部件30被設(shè)計(jì)并配置成增強(qiáng)制造質(zhì)量和器件性能，尤其是，改進(jìn)后道工序的一致性和可靠性。在本實(shí)施例中，偽部件30是金屬部件，因此也被稱為偽金屬部件。例如，偽部件30包括銅、鋁、鎢、其他合適的金屬材料或它們的組合。
[0048]在俯視圖中，偽部件30設(shè)置在第一區(qū)域24和第二區(qū)域26中。在一個(gè)實(shí)施例中，另外地，偽部件30設(shè)置在間隔區(qū)域28中以進(jìn)一步增加圖案密度。
[0049]電感器14的金屬部件具有第一厚度而偽部件30具有基本上小于第一厚度的第二厚度。電感器14的金屬部件具有第一寬度而偽部件30具有基本上小于第一寬度的第二寬度。
[0050]尤其是，根據(jù)趨膚效應(yīng)，偽部件30被設(shè)計(jì)為具有各種尺寸以消除或減小渦流。電感器14被設(shè)計(jì)為能以頻率為“f”的信號(電流)工作。趨膚深度“ δ ”由工作頻率f確定，或是頻率f的函數(shù)δ (f)。具體地,趨膚深度(skin depth)定義為δ = 1/( π f μ σ)1/2，其中，σ是偽部件的電阻率而μ是偽部件30的絕對磁導(dǎo)率。第二寬度w確定為小于2倍的趨膚深度，或w<2X δ (f)。此外，根據(jù)本實(shí)施例，第二厚度T小于2倍的趨膚深度，或根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，T < 2X δ⑴。
[0051]根據(jù)填充區(qū)域或諸如圖案密度的其他因素設(shè)計(jì)偽部件30的形狀。在各種實(shí)施例中，偽部件30被設(shè)計(jì)為具有如矩形、十字形、非閉環(huán)的圍欄結(jié)構(gòu)(fence structure)(以消除渦流)或它們的組合的形狀。在一個(gè)示例中，填充在狹窄區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為矩形。在另一個(gè)示例中，填充在大而寬的區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為具有十字形狀。在另一個(gè)示例中，填充在更高圖案密度的區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為具有圍欄結(jié)構(gòu)。
[0052]根據(jù)期望的圖案密度，如由電感器的設(shè)計(jì)規(guī)則所確定的圖案化的密度，設(shè)計(jì)偽部件30的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，偽部件30被布置為具有設(shè)置在間隔區(qū)域28中的子集。在另一個(gè)實(shí)施例中，偽部件30布置為具有相互堆疊的多層。在各種情況下，偽部件30通過介電材料相互分離并且隔離開。作為一個(gè)示例，如圖2所示，偽部件30被配置為6層。
[0053]圖3是具有電感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)40的俯視圖而圖4是沿著虛線AA’所截取的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)40的截面圖。參考圖3和圖4描述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)40。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)40與圖1和圖2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10類似。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)40包括電感器14和偽部件30。為了簡化，沒有重復(fù)類似的描述。
[0054]具體地，偽部件30包括設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域24中的第一子集以及設(shè)置在外部區(qū)域26中的第二子集，并且進(jìn)一步包括設(shè)置在間隔區(qū)域28中的第三子集。偽部件的第一子集被布置為具有與電感器14的第一間隙(clearance)并且偽部件的第二子集被布置為具有與電感器14的第二間隙，以減小并最小化寄生效應(yīng)。間隙被定義為偽部件和電感器之間的水平距離。在本實(shí)施例中，第一間隙和第二間隙相等，在圖3和圖4中被標(biāo)記為“d”。根據(jù)寄生效應(yīng)確定間隙d，其可以在設(shè)計(jì)規(guī)則中建立該間隙。在本示例中，間隙d大于10微米。
[0055]由于間隔區(qū)域28中的磁場更小，偽部件30的第三子集進(jìn)一步設(shè)置在間隔區(qū)域28中以用于調(diào)節(jié)附加圖案密度。設(shè)置電感器導(dǎo)線的區(qū)域被限定為禁區(qū)(forbidden area)。偽部件30沒有直接設(shè)置在電感器導(dǎo)線下方的禁區(qū)中以最小化寄生效應(yīng)。在本實(shí)施例中，禁區(qū)包括內(nèi)部區(qū)域24和間隔區(qū)域28之間的第一禁區(qū)并且包括間隔區(qū)域28和外部區(qū)域26之間的第二禁區(qū)。內(nèi)匝20的導(dǎo)電部件設(shè)置在第一禁區(qū)中并且外匝22的導(dǎo)電部件設(shè)置在第二禁區(qū)中。上述考慮的偽部件30的適當(dāng)布置能夠優(yōu)化偽布置以滿足最小邏輯金屬密度規(guī)則。
[0056]圖5是具有電感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)50的俯視圖而圖6是沿著虛線AA’所截取的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)50的截面圖。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)50是圖1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的一個(gè)實(shí)施例并且與圖3和圖4的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)40類似。然而，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)50中，電感器14被配置為形成具有第一匝20、第二匝22和第三匝52的三匝的線圈。在這種情況下，第一匝20是內(nèi)匝，第二匝22是中間匝以及第三匝52是外匝。
[0057]在俯視圖中，由電感器14的導(dǎo)電部件定義各種區(qū)域。內(nèi)部區(qū)域24是包圍在電感器14的內(nèi)部的區(qū)域。具體地，內(nèi)部區(qū)域24是由第一匝20限定的包圍的區(qū)域。外部區(qū)域26是電感器14外面的區(qū)域。具體地，外部區(qū)域26是第三匝52外面的區(qū)域。例如，外部區(qū)域26被定義為第三阻52的外部的區(qū)域在一定范圍內(nèi)。第一間隔區(qū)域28被定義為介于第一匝20和第二匝22之間的區(qū)域。第二間隔區(qū)域54被定義為介于第二匝22和第三匝52之間的區(qū)域。
[0058]禁區(qū)被定義為電感器14的導(dǎo)電部件所位于的那些區(qū)域。具體地，第一禁區(qū)是介于內(nèi)部區(qū)域24和第一間隔區(qū)域28之間的區(qū)域，并且是設(shè)置電感器的第一匝20的位置。第二禁區(qū)是介于第一間隔區(qū)域28和第二間隔區(qū)域54之間的區(qū)域，并且是設(shè)置電感器的第二匝22的位置。第三禁區(qū)是介于第二間隔區(qū)域54和外部區(qū)域26之間的區(qū)域，并且是設(shè)置電感器的第三匝52的位置。
[0059]在俯視圖中，偽部件30設(shè)置在第一區(qū)域24和第二區(qū)域26中。在一個(gè)實(shí)施例中，另外地，偽部件30設(shè)置在間隔區(qū)域28和間隔區(qū)域54中，以進(jìn)一步增大圖案密度。偽部件30沒有設(shè)置在禁區(qū)中以最小化寄生效應(yīng)。此外，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，偽部件30以間隙d設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域24和外部區(qū)域26中，使得寄生效應(yīng)被控制到可接受范圍。
[0060]圖7是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的俯視圖，以及圖8是示出在一個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的尺寸與頻率關(guān)系的示意圖。如上文所述，基于趨膚效應(yīng)確定偽部件30的尺寸并進(jìn)一步參考圖7和圖8進(jìn)行描述。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10包括被配置成形成具有多匝的線圈的電感器14以及在內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域和間隔區(qū)域中設(shè)置在電感器14下方的偽部件30。
[0061]根據(jù)填充區(qū)域，偽部件30被設(shè)計(jì)為合適的形狀。在各種實(shí)施例中，偽部件30設(shè)計(jì)為具有如矩形、十字形、非閉環(huán)的圍欄結(jié)構(gòu)(以消除渦流)或它們的組合的形狀。在一個(gè)示例中，填充在狹窄區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為矩形62。在另一個(gè)示例中，填充在大而寬的區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)具有十字形狀。在另一個(gè)示例中，填充在更高圖案密度的區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為具有圍欄結(jié)構(gòu)64。
[0062]特別地，為了消除或減小渦流，根據(jù)趨膚效應(yīng)，偽部件30被設(shè)計(jì)為各種尺寸。電感器14被設(shè)計(jì)為可操作地以頻率為“f ”的信號(電流)工作。由工作頻率f確定趨膚深度“ S ”，或是頻率f的函數(shù)δ(?.)。如圖7所示，每個(gè)偽部件都包括寬度為“w”的細(xì)長段。寬度w被設(shè)計(jì)為小于2倍的趨膚深度，或w<2X δ (f)。此外，根據(jù)本實(shí)施例，偽部件30的厚度T小于2倍的趨膚深度，或T < 2 X δ (f)。
[0063]圖9示出了在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)建的插入偽部件的方法70的流程圖。參考圖9并且進(jìn)一步參考圖1至圖8以及圖10至圖18描述方法70。
[0064]方法70從具有電感器14的電路的設(shè)計(jì)布局開始。電感器14包括被配置為形成具有一匝或多匝的線圈的導(dǎo)電部件。電感器14被設(shè)計(jì)為形成在襯底12上。各種偽部件30要形成在襯底12上并且具體地介于襯底12和電感器14之間，以提高增強(qiáng)可靠性的圖案一致性。偽部件30是金屬部件并被配置為電浮置。
[0065]方法70包括操作72，根據(jù)趨膚效應(yīng)確定偽部件30的尺寸以消除或減小渦流。如圖10所示，操作過程中的電感器將導(dǎo)致偽部件30中的渦流。偽部件中的渦流趨于集中在表面上，或基本上以一定深度集中在表面中，被稱作趨膚深度。因此，基于趨膚效應(yīng)設(shè)計(jì)具有合適尺寸的偽部件可以有效地消除或減小渦流。特別地，如圖11所示，當(dāng)設(shè)計(jì)偽部件(或偽部件的一段)時(shí)，將寬度減小到使得渦流基本上相互抵消的范圍內(nèi)。
[0066]這個(gè)范圍與趨膚深度有關(guān)。電感器14被設(shè)計(jì)為可操作地以頻率為“f”的信號(電流)工作。趨膚深度“ S ”通過工作頻率f確定，或是頻率f的函數(shù)δ(?.)。在圖10中示出函數(shù)δ (f)，δ = 1/( JI f μ σ)1/2，其中，σ是偽部件的電阻率而μ是偽部件的絕對磁導(dǎo)率。每個(gè)偽部件都包括寬度為的細(xì)長段。寬度w被設(shè)計(jì)為小于2倍的趨膚深度，或w<2X δ (f)D通過實(shí)施具有這種約束的偽部件的設(shè)計(jì)，消除或大幅減小渦流。此外，偽填充件中的能量損失最小化并且提高了電感器性能。在另一個(gè)實(shí)施例中，偽部件30的厚度T也被設(shè)計(jì)為小于2倍的趨膚深度，或T < 2X δ (f)。
[0067]方法70包括操作74，根據(jù)各個(gè)填充區(qū)域的特征確定偽部件30的形狀。根據(jù)填充區(qū)域，偽部件30被設(shè)計(jì)為合適的形狀。在圖12所示的各種實(shí)施例中，偽部件30被設(shè)計(jì)為具有如矩形82、十字結(jié)構(gòu)84、非閉環(huán)的圍欄結(jié)構(gòu)86或它們的組合的形狀。為了消除渦流，不允許任何閉環(huán)的形狀，如圖13所示出的形狀88。在一個(gè)示例中，填充在狹窄區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為矩形62。在另一個(gè)示例中，填充在大而寬的區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為具有十字形狀。在另一個(gè)示例中，填充在更高圖案密度的區(qū)域中的偽部件被設(shè)計(jì)為具有圍欄結(jié)構(gòu)64。
[0068]方法70包括操作76，根據(jù)圖案密度布置偽部件。進(jìn)行均衡布置來調(diào)節(jié)圖案密度以獲得一致性，或滿足期望的圖案密度。具體地，優(yōu)化偽部件的布置以滿足最小邏輯金屬密度規(guī)則。
[0069]在布置偽部件過程中，考慮各種因素。如圖14所示，由于磁場與Ι/r2成比例，所以遠(yuǎn)離電感器設(shè)置偽部件以減小寄生效應(yīng)，其中，r是相鄰金屬部件之間的距離。另一個(gè)因素與電感線圈的結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置電感器的相鄰金屬導(dǎo)線時(shí)，可以部分地消除磁場。偽部件設(shè)置在弱磁場的區(qū)域中以減小寄生效應(yīng)。
[0070]在如圖15所示的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電感器具有較窄的寬度和較少的匝時(shí)，遠(yuǎn)離電感器設(shè)置偽部件。在一個(gè)示例中，偽部件未設(shè)置在間隔區(qū)域中。在另一個(gè)示例中，存在介于偽部件30和電感器14(在俯視圖中)之間的各種間隙以減小并最小化寄生效應(yīng)。具體地，偽部件的第一子集被布置為具有與電感器14的第一間隙并且偽部件的第二子集被布置為具有與電感器14的第二間隙以減小并最小化寄生效應(yīng)。間隙被定義為介于偽部件和電感器之間的水平距離。在一個(gè)示例中，第一間隙和第二間隙相等。在另一個(gè)示例中，間隙d大于10微米。
[0071]在如圖16所示的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電感器具有較寬的寬度和較多匝時(shí)，偽部件設(shè)置在間隔區(qū)域中。例如，偽部件30包括設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域24中的第一子集以及設(shè)置在外部區(qū)域26中的第二子集，并且進(jìn)一步包括設(shè)置在間隔區(qū)域28 (或當(dāng)電感器14被配置為形成具有更多匝的線圈時(shí)，設(shè)置更多間隔區(qū)域中)中的第三子集。通過在間隔區(qū)域中插入偽部件，可以進(jìn)一步增加圖案密度。
[0072]在另一個(gè)實(shí)施例中，偽部件30被布置在多層中，以提供用于調(diào)節(jié)圖案密度的大窗□。
[0073]方法70包括操作78，以檢查偽部件30是否滿足期望的圖案密度。如果不滿足圖案密度，方法70繼續(xù)回到操作74或操作76以進(jìn)一步調(diào)節(jié)偽部件的形狀和布置直到滿足圖案密度。如果滿足圖案密度，則方法70完成具有電感器和設(shè)計(jì)有尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)的偽金屬部件的集成電路。
[0074]圖17示出了按照尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)的各種偽部件的各種仿真結(jié)果。那些仿真數(shù)據(jù)可以用于方法70以幫助設(shè)計(jì)相應(yīng)尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)的偽部件。
[0075]圖18示出了測試和測量具有和沒有偽部件的電感器的各種結(jié)果。在圖18中，術(shù)語“dmy”代表偽，以表示具有偽部件的電感器結(jié)構(gòu)。術(shù)語“ref”代表參照表示沒有偽部件的電感器結(jié)構(gòu)。通過使用方法70設(shè)計(jì)偽部件，增強(qiáng)了圖案一致性的同時(shí)最小化了偽部件在電感(“L”)和功率因數(shù)(“Q-factor”)方面對電感器的負(fù)面影響。
[0076]在完成方法70中的偽部件設(shè)計(jì)之后，進(jìn)行制造操作。在一個(gè)實(shí)施例中，在襯底上形成具有由方法70確定的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)的偽部件30。在偽部件30上形成電感器14。
[0077]因此，本發(fā)明提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，包括形成在襯底上并被配置為可操作地通過頻率電流工作的電感器；以及配置在電感器和襯底之間的偽金屬部件。偽金屬部件包括第一寬度，該第一寬度小于與頻率有關(guān)的2倍的趨膚深度。
[0078]在一個(gè)實(shí)施例中，偽金屬部件的第一厚度小于2倍的趨膚深度，被設(shè)計(jì)為在電感器工作過程中減小渦流。在另一個(gè)實(shí)施例中，偽金屬部件均包括具有長度、第一寬度和第一厚度的細(xì)長段，第一寬度和第一厚度基本上小于長度。
[0079]在另一個(gè)實(shí)施例中，電感器包括電感金屬部件，具有基本上分別大于第一厚度和第一寬度的第二厚度和第二寬度。
[0080]在又一個(gè)實(shí)施例中，在俯視圖中，電感器包括被配置為形成至少兩匝的金屬部件，以限定內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域以及介于兩匝之間的間隔區(qū)域；并且偽金屬部件包括:設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域中的第一子集、設(shè)置在外部區(qū)域中的第二子集以及設(shè)置在間隔區(qū)域中的第三子集。
[0081]在又一個(gè)實(shí)施例中，偽金屬部件的第一子集通過與電感器的第一間隙設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域中；以及偽金屬部件的第二子集通過與電感器的第二間隙設(shè)置在外部區(qū)域中。在又一個(gè)實(shí)施例中，第一間隙和第二間隙相等。
[0082]在又一個(gè)實(shí)施例中，偽金屬部件被配置在電感器下面的多個(gè)層中。在一個(gè)示例中，偽金屬部件包括具有非閉環(huán)的圍欄形狀的子集。在另一個(gè)示例中，偽金屬部件包括具有矩形的子集。
[0083]本發(fā)明也提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例，包括形成在襯底上并被配置為形成第一匝和第二匝的電感器，以定義內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域以及介于兩匝之間的間隔區(qū)域；以及配置在電感器和襯底之間的偽金屬部件。在俯視圖中，偽金屬部件包括設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域中的第一子集、設(shè)置在外部區(qū)域中的第二子集以及設(shè)置在間隔區(qū)域中的第三子集。
[0084]在一個(gè)實(shí)施例中，電感器被配置為可操作地利用頻率電流工作；偽金屬部件被設(shè)計(jì)為均具有寬度和厚度的細(xì)長段；并且寬度和厚度小于作為頻率的函數(shù)的2倍的趨膚深度。
[0085]在另一個(gè)實(shí)施例中，在俯視圖中，第一匝位于第二匝的內(nèi)部；內(nèi)部區(qū)域位于第一匝的內(nèi)部；并且外部區(qū)域位于第二匝的外部。在另一個(gè)實(shí)施例中，在俯視圖中，電感器被配置成進(jìn)一步形成介于第二匝和外部區(qū)域之間的第三匝；并且偽金屬部件包括設(shè)置在第二匝和第三匝之間的另一個(gè)間隔區(qū)域中的第四子集。
[0086]本發(fā)明也提供設(shè)計(jì)具有電感器的集成電路的方法的實(shí)施例。方法包括基于趨膚效應(yīng)確定偽金屬部件的尺寸；基于填充區(qū)域確定偽金屬部件的形狀；基于圖案密度布置結(jié)構(gòu)中的偽金屬部件；以及在集成電路中限定具有所述尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)的偽金屬部件。
[0087]在一個(gè)實(shí)施例中，基于趨膚效應(yīng)確定偽金屬部件的尺寸包括確定偽金屬部件的尺寸小于2倍的趨膚深度。
[0088]在另一個(gè)實(shí)施例中，基于填充區(qū)域確定偽金屬部件的形狀包括:基于填充區(qū)域從矩形、十字形和圍欄結(jié)構(gòu)所組成的組中選擇形狀。
[0089]在又一個(gè)實(shí)施例中，基于圖案密度布置偽金屬部件包括在電感器的相鄰匝之間的間隔區(qū)域中形成偽金屬部件的子集。
[0090]在又一個(gè)實(shí)施例中，基于圖案密度布置偽金屬部件包括在電感器的相鄰匝之間的間隔區(qū)域中插入偽金屬部件的子集。
[0091]在又一個(gè)實(shí)施例中，基于圖案密度布置偽金屬部件包括將偽金屬部件布置在多個(gè)層中。
[0092]在又一個(gè)實(shí)施例中，基于圖案密度布置偽金屬部件包括:通過與電感器的第一間隙在內(nèi)部區(qū)域中布置偽金屬部件的第一子集；以及通過與電感器的第二間隙在外部區(qū)域中布置偽金屬部件的第二子集。
[0093]在又一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括:在襯底上形成具有所述尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)的偽金屬部件；以及在偽金屬部件上形成電感器。
[0094]上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解隨后的詳細(xì)描述。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 電感器，形成在襯底上并被配置為可利用一頻率的電流工作；以及 偽金屬部件，被配置在所述電感器和所述襯底之間，所述偽金屬部件的第一寬度小于與所述頻率相關(guān)聯(lián)的趨膚深度的2倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述偽金屬部件的第一厚度小于所述趨膚深度的2倍，并且被設(shè)計(jì)為在所述電感器的工作過程中減小渦流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，每一個(gè)所述偽金屬部件均包括具有一長度、所述第一寬度和所述第一厚度的細(xì)長段，所述第一寬度和所述第一厚度基本上小于所述長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述電感器包括電感金屬部件，其所具有的第二厚度和第二寬度基本上分別大于所述第一厚度和所述第一寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，從上往下看時(shí)， 所述電感器包括金屬部件，其被配置為形成至少兩匝，限定內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域和介于這兩匝之間的間隔區(qū)域；以及 所述偽金屬部件包括:設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中的第一子集、設(shè)置在所述外部區(qū)域中的第二子集以及設(shè)置在所述間隔區(qū)域中的第三子集。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中， 所述偽金屬部件的所述第一子集以與所述電感器相距第一間隙的方式設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中；以及 所述偽金屬部件的所述第二子集以與所述電感器相距第二間隙的方式設(shè)置在所述外部區(qū)域中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述第一間隙和所述第二間隙相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述偽金屬部件被配置在所述電感器下方的多層中。
9.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 電感器，形成在襯底上并被配置為形成第一匝和第二匝，定義內(nèi)部區(qū)域、外部區(qū)域以及介于所述第一匝和所述第二匝之間的間隔區(qū)域；以及 偽金屬部件，配置在所述電感器和所述襯底之間， 其中，從上往下看時(shí)，所述偽金屬部件包括:設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中的第一子集、設(shè)置在所述外部區(qū)域中的第二子集以及設(shè)置在所述間隔區(qū)域中的第三子集。
10.一種形成具有電感器的集成電路的方法，包括: 基于趨膚效應(yīng)確定偽金屬部件的尺寸； 基于填充區(qū)域確定所述偽金屬部件的形狀； 基于圖案密度以一定結(jié)構(gòu)布置所述偽金屬部件；以及 在所述集成電路中插入具有所述尺寸、所述形狀和所述結(jié)構(gòu)的所述偽金屬部件。
【文檔編號】H01L23/64GK104051435SQ201310241829
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】李孝純, 梁其翔, 黃崎峰 申請人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司