一種立體集成電感結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種立體集成電感結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)有若干平行并排的片狀的磁芯單元，以及以磁芯單元為中心單方向繞行形成立體螺旋狀的電感線圈，可以極大的提高電感磁通量以增加電感值的同時(shí)降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種立體集成電感結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種立體集成電感結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及社會(huì)信息化程度的提高，計(jì)算機(jī)、通訊等越來(lái)越多的【技術(shù)領(lǐng)域】均采用到射頻技術(shù)，進(jìn)而促進(jìn)了射頻技術(shù)(RFIC)的高速發(fā)展；對(duì)于高頻率、小功耗、低失真的射頻技術(shù)的要求，使得電感線圈成為必要。
[0003]由于評(píng)價(jià)電感性能最重要的指標(biāo)為品質(zhì)因數(shù)Q(quality)，品質(zhì)因數(shù)Q(即Q值)表示為一個(gè)儲(chǔ)能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路中所儲(chǔ)能量同每周期損耗能量之比，因此提聞電感的品質(zhì)因數(shù)Q可以提聞集成電感的性能指標(biāo)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，大多采用平面結(jié)構(gòu)的集成電感，由于這種集成電感制作于襯底平行的平面上，在高頻條件下，襯底中會(huì)形成潤(rùn)旋電流(Eddy Current),潤(rùn)旋電流的方向與電感線圈中的電流方向相反，這必然會(huì)導(dǎo)致電感線圈的磁通量減少，額外的能量損失較大并使得整個(gè)電感的Q值下降。另外現(xiàn)有技術(shù)中，集成電感由于集成電路的制程與材料的限制，很難同時(shí)達(dá)到高電感值和高品質(zhì)因數(shù)Q值。
[0005]目前雖然可從減少襯底的損耗入手來(lái)解決襯底中渦旋電流的問(wèn)題，但是采用的均是平面結(jié)構(gòu)的集成電感，受到平面電感工作原理的限制無(wú)法從根本上解決問(wèn)題，即無(wú)法在提高電感磁通量以增加電感值的同時(shí)降低渦旋電流并提高品質(zhì)因數(shù)Q值，因此發(fā)明一種高性能的集成電感器件成為半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】的一個(gè)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種立體集成電感結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法在提高電感磁通量以增加電感值的同時(shí)降低渦旋電流并提高品質(zhì)因數(shù)Q值的缺陷。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種立體集成電感結(jié)構(gòu)，其中，包括:
[0009]半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上表面覆蓋有絕緣層；
[0010]磁芯，所述磁芯設(shè)置于所述絕緣層中且與所述半導(dǎo)體襯底平行；
[0011]電感線圈，所述電感線圈呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞所述磁芯；
[0012]其中，所述磁芯包括若干平行排列的磁芯單元，所述電感線圈穿過(guò)所述絕緣層單方向多圈環(huán)繞若干磁芯單元，且每個(gè)所述磁芯單元的長(zhǎng)度延伸方向均與所述電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行。
[0013]較佳的，上述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其中，所述磁芯位于一金屬框架?chē)傻膮^(qū)域內(nèi)。
[0014]較佳的，上述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬框架與所述磁芯的材質(zhì)均為鐵磁金屬。
[0015]較佳的，上述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其中，相鄰的磁芯單元、電感線圈與磁芯單元以及金屬框架與磁芯單元間均由絕緣層隔離。
[0016]較佳的，上述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其中，所述磁芯單元為片狀。
[0017]較佳的，上述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其中，任意兩相鄰磁芯單元的間距相同。
[0018]較佳的，上述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其中，所述電感線圈產(chǎn)生的磁通量的方向平行于所述半導(dǎo)體襯底。
[0019]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:
[0020]本發(fā)明公開(kāi)了一種立體集成電感結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)有若干平行并排的片狀磁芯單元，并以磁芯單元為中心單方向繞行形成立體螺旋狀的電感線圈，可以在極大的提高電感磁通量以增加電感值的同時(shí)降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值。
[0021]具體

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0023]圖1是本發(fā)明中立體集成電感的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明中立體集成電感的側(cè)面剖面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明中立體集成電感的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0027]為可以在提高電感磁通量以增加電感值的同時(shí)降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值以及電感線圈的性能，本發(fā)明提供了一種立體集成電感結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體襯底，該襯底上表面制備有絕緣層；磁芯，該磁芯設(shè)置于絕緣層中并于半導(dǎo)體襯底平行；電感線圈，該電感線圈呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞磁芯，且磁芯包括若干平行排列的磁芯單元，電感線圈穿過(guò)絕緣層單方向多圈環(huán)繞若干磁芯單元；每個(gè)磁芯單元的長(zhǎng)度延伸方向均與電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行。
[0028]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹。
[0029]在本發(fā)明的實(shí)施例中，圖1中的立體集成電感結(jié)構(gòu)設(shè)置在半導(dǎo)體襯底(圖中未示出)上表面的絕緣層6中，該結(jié)構(gòu)涉及到一金屬框架1，優(yōu)選的該金屬框架I的材質(zhì)為金屬材料(例如鐵磁金屬)，且該金屬框架I為一矩形結(jié)構(gòu)(定義有長(zhǎng)邊和短邊)，其中該金屬框架I圍成的區(qū)域內(nèi)還設(shè)有磁芯(例如鐵磁金屬)，具體的，該磁芯設(shè)于絕緣層6中且與半導(dǎo)體襯底平行。
[0030]上述磁芯包括若干平行排列的磁芯單元2，優(yōu)選的，該若干磁芯單元2的首端以及末端分別固定連接于金屬框架I的長(zhǎng)邊一內(nèi)側(cè)和該內(nèi)側(cè)相對(duì)的另一內(nèi)側(cè)，且任一磁芯單元2均垂直于金屬框架I的長(zhǎng)邊。
[0031]優(yōu)選的，任意兩相鄰的磁芯單元2間距相同，且磁芯單元2的形狀為片狀。
[0032]其中，金屬框架I的形狀并非上述限制的矩形框架結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)工藝需求進(jìn)行不同立體形狀的設(shè)計(jì)，如三角狀、五角狀等，只要能達(dá)到本發(fā)明的目的即可。
[0033]值得注意的是，在金屬框架I與磁芯單元2間的空隙中、磁芯單元2之間的空隙中以及磁芯單元2與電感線圈間均通過(guò)絕緣層6進(jìn)行隔離，互相絕緣的片狀的磁芯單元2，一方面可以增加電感值，另一方面可以大大減少磁芯單元2中的渦旋電流，優(yōu)選的，該絕緣層6可以為二氧化硅介質(zhì)，可以達(dá)到以下有益效果:一方面可以增加電感值，另一方面可以減少磁芯單元2間的寄生電感，且由于二氧化硅是非常好的絕緣介質(zhì)，不會(huì)由于較高頻率的磁場(chǎng)而弓I起鏡像電流效應(yīng)，從根本上解決了渦旋電流問(wèn)題。
[0034]在本發(fā)明實(shí)施例中，該立體集成電感結(jié)構(gòu)中的電感線圈(材質(zhì)為金屬材料)具體包括:若干第一金屬線3、若干第二金屬線4以及若干第三金屬線5,優(yōu)選的，第一金屬線3、第二金屬線4以及第三金屬線5的材質(zhì)均相同。
[0035]在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一金屬線3位于若干磁芯單元2的上側(cè)，第二金屬線4位于若干磁芯單元2的下側(cè)，第三金屬線5位于絕緣層6中以連接第一金屬線3與第二金屬線4，具體的如圖2所示，若干第一金屬線3均勻(任意兩相鄰第一金屬線間的間距相同，且相互平行)并排于上述磁芯單元2的上側(cè)，且第一金屬線3組成的平面與磁芯單元2上側(cè)組成的平面區(qū)域平行，在本發(fā)明的實(shí)施例中，每個(gè)第一金屬線3均垂直于任意一磁芯單元2。
[0036]進(jìn)一步的，若干第二金屬線4均勻(任意兩相鄰第二金屬線間的間距相同，且相互平行)并排于上述磁芯單元2的下側(cè)，且第二金屬線4組成的平面與磁芯單元2上側(cè)組成的平面區(qū)域平行，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為能夠形成后續(xù)的立體螺旋狀線圈，第二金屬線4均與磁芯單元2構(gòu)成一定的夾角。如圖3，從另一方面來(lái)說(shuō)，第一金屬線3與第二金屬線4在垂直投影方向上構(gòu)成上述角度；本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解為第一金屬線3與第二金屬線4構(gòu)成的角度、第一金屬線3和第二金屬線4的數(shù)量均可以根據(jù)工藝的需要進(jìn)行優(yōu)化。
[0037]優(yōu)選的，第一金屬線3與第二金屬線4的首端、第一金屬線3與第二金屬線4的末端，在垂直方向上的投影均相互重合，且投影點(diǎn)均位于金屬框架1與最外側(cè)磁芯單元2組成的區(qū)域內(nèi)。
[0038]其中，磁芯單元2上側(cè)的第一金屬線3的首端通過(guò)第三金屬線5連接和第一金屬線3首端垂直方向上的投影重合的第二金屬線4的首端，且與第一金屬線3首端垂直方向上的投影重合的第二金屬線4的末端通過(guò)第三金屬線5連接第一金屬線3相鄰的另一第一金屬線3的末端，并依次循環(huán)最終形成呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞在金屬框架1圍成區(qū)域內(nèi)的所有磁芯單元2上的電感線圈。
[0039]在本發(fā)明的實(shí)施例中，第三金屬線5的材質(zhì)可與絕緣層6中的金屬孔內(nèi)填充的金屬材料材質(zhì)相同，且該第三金屬線5用于連接第一金屬線3和第二金屬線4。
[0040]優(yōu)選的，每個(gè)磁芯單元的長(zhǎng)度延伸方向均與電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行，同時(shí)電感線圈產(chǎn)生的磁通量的方向平行于半導(dǎo)體襯底，從而有效避免了因磁通量的變化而產(chǎn)生的渦旋電流并導(dǎo)致電感磁通量變化，而造成電感的電感值與品質(zhì)因子Q值下降的缺陷，因此該發(fā)明在應(yīng)用于射頻電路時(shí)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0041]綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)了一種立體集成電感結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)有若干平行并排的片狀的磁芯單元，以及以磁芯單元為中心單方向繞行形成立體螺旋狀的電感線圈，可以極大的提高電感磁通量以增加電感值的同時(shí)降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值。
[0042]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所述變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0043]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種立體集成電感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述立體集成電感結(jié)構(gòu)包括: 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上表面覆蓋有絕緣層； 磁芯，所述磁芯設(shè)置于所述絕緣層中且與所述半導(dǎo)體襯底平行； 電感線圈，所述電感線圈呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞所述磁芯； 其中，所述磁芯包括若干平行排列的磁芯單元，所述電感線圈穿過(guò)所述絕緣層單方向多圈環(huán)繞若干磁芯單元，且每個(gè)所述磁芯單元的長(zhǎng)度延伸方向均與所述電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行。
2.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯位于一金屬框架?chē)傻膮^(qū)域內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬框架與所述磁芯的材質(zhì)均為鐵磁金屬。
4.如權(quán)利要求2所述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其特征在于，相鄰的磁芯單元、電感線圈與磁芯單元以及金屬框架與磁芯單元間均由絕緣層隔離。
5.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯單元為片狀。
6.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其特征在于，任意兩相鄰磁芯單元的間距相同。
7.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電感線圈產(chǎn)生的磁通量的方向平行于所述半導(dǎo)體襯底。
【文檔編號(hào)】H01L23/522GK104347587SQ201410470269
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】梅紹寧, 鞠韶復(fù), 朱繼鋒 申請(qǐng)人:武漢新芯集成電路制造有限公司