集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)。通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠在生產(chǎn)集成電感電容電路的過程中，同時(shí)形成電感和電容，簡(jiǎn)化了工藝過程，縮小了器件面積，從而降低了成本，并且能夠獲得同時(shí)具有高電感值和高品質(zhì)因子的電感器件。
【專利說明】集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]在射頻電路中，電感起著非常重要的作用，電感是應(yīng)用于高頻電子電路中的重要的無源元件，評(píng)價(jià)電感器性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)就是電感的品質(zhì)因子Q(quality)，品質(zhì)因子Q描述了實(shí)際電感的能量損耗的程度(理想電感是不損耗能量的)，其定義為:存儲(chǔ)于電感器中的能量和每一振蕩周期損耗能量的比，即品質(zhì)因子Q越高，電感器的效率就越高。但在實(shí)際條件下，流經(jīng)電感金屬線的電流產(chǎn)生的磁通量變化會(huì)在襯底上感應(yīng)出鏡像電流；而由鏡像電流形成的磁通變化，會(huì)抵消電感本身部分磁通量，造成實(shí)際電感值和Q值的下降。另一方面，螺旋纏繞式的金屬電感線會(huì)在中心金屬鐵芯上產(chǎn)生渦旋電流(EddyCurrent),且金屬鐵芯的阻值越小，潤(rùn)旋電流越大，當(dāng)潤(rùn)旋電流在金屬塊內(nèi)流動(dòng)時(shí)，會(huì)釋放出大量的焦耳熱，進(jìn)一步加劇能量的損耗，造成Q值降低。
[0003]一般而言，為了提高電感器的性能，目前一般采用高阻值的襯底來制作電感器。然而通常來說，目前采用的電阻最高的襯底仍然不足以制作高性能的電感器。該現(xiàn)象是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不愿意看到的。
[0004]因此，如何進(jìn)一步提高電感器的性能，已成為業(yè)界急需解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，包括:
[0008]第一電容,上述第一電容由若干個(gè)內(nèi)截面逐漸遞減的金屬框于同一平面內(nèi)相互嵌套組成，間隔設(shè)置的金屬框彼此電連接組成第一極板與第二極板；
[0009]第二電容，上述第二電容由若干個(gè)內(nèi)截面逐漸遞減的金屬框于同一平面內(nèi)相互嵌套組成，間隔設(shè)置的金屬框彼此電連接組成第三極板與第四極板；
[0010]上述第一電容與第二電容位于同一平面內(nèi)且互不重疊；
[0011]電感，所述電感包括若干平面平行分布的第一類金屬線和若干平面平行分布的第二類金屬線，上述第一類金屬線與第二類金屬線分別位于上述第一電容與第二電容所在平面的兩側(cè)；且上述第一類金屬線與第二類金屬線的首端均垂直投影于上述第一電容的最內(nèi)側(cè)金屬框內(nèi)，上述第一類金屬線與第二類金屬線的末端均垂直投影于所述第二電容的最內(nèi)側(cè)金屬框內(nèi)；并且，任一上述第一類金屬線的首端的垂直投影與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線的首端的垂直投影重合，任一上述第一類金屬線的末端的垂直投影與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線相鄰的第二類金屬線的末端的垂直投影重合；
[0012]上述電感還包括若干金屬互連線，上述金屬互連線垂直穿過上述第一電容與第二電容的最內(nèi)側(cè)金屬框，連接第一類金屬線與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線的首端，并連接第一類金屬線于對(duì)應(yīng)的第二類金屬線相鄰的第二類金屬線的末端。
[0013]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，上述金屬框均為長(zhǎng)寬比相同的矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0014]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，上述金屬框內(nèi)填充絕緣介質(zhì)。
[0015]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，上述金屬框的材質(zhì)為鐵磁金屬材料。
[0016]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，上述電路結(jié)構(gòu)括還包括:
[0017]若干金屬電容極板弓|線，上述第一極板、上述第二極板、上述第三極板和上述第四極板中每個(gè)極板上相鄰的金屬框之間均通過一所述金屬電容極板引線電連接。
[0018]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，任意相鄰的兩根上述第一類金屬線之間的間距相同。
[0019]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，任意相鄰上述第二類金屬線之間的間距相同。
[0020]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，上述第一類金屬線所在平面和上述第二類金屬線所在平面均與上述第一電容與第二電容所在平面平行設(shè)置。
[0021]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，上述第一電容和上述第二電容的結(jié)構(gòu)相同。
[0022]上述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其中，上述金屬電感線圈形成的磁場(chǎng)方向平行于上述電路的硅片襯底的延展方向。
[0023]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:
[0024]通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠在生產(chǎn)集成電感電容電路的過程中，同時(shí)形成電感和電容，簡(jiǎn)化了工藝過程，縮小了器件面積，從而降低了成本，并且能夠獲得同時(shí)具有高電感值和聞品質(zhì)因子Q的電感器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
[0026]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的側(cè)視剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提供一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其核心是通過將電容元器件的金屬極板作為金屬電感線纏繞的鐵芯，從而在同一器件上同時(shí)獲得電感與電容元件。并且，通過將電容的金屬極板設(shè)計(jì)為多層結(jié)構(gòu)，從而在小尺寸的結(jié)構(gòu)上，獲得大表面積的電容金屬極板，提高了電容的性能，同時(shí)多層片狀結(jié)構(gòu)有利于克服電感器件中鐵芯上存在的渦旋電流，進(jìn)而獲得具有高電感值與品質(zhì)因子Q值的電感。
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]如圖1、圖2和圖3所示，一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)；
[0032]包括第一電容1，該第一電容1包括若干內(nèi)截面逐漸遞減，并為同心環(huán)結(jié)構(gòu)的金屬框(附圖中僅示出4個(gè))，且該若干個(gè)金屬框在同一平面內(nèi)相互嵌套排布，并且，間隔設(shè)置的金屬框相互電連接組成第一極板和第二極板。其中，第一極板與第二極板之間填充有絕緣介質(zhì)4。
[0033]上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使電容在相對(duì)扁平的空間內(nèi)獲得較大的金屬極板表面積，有效的提高了電容的電容值與性能。
[0034]優(yōu)選的，金屬框設(shè)置為矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)為鐵磁金屬材料，以便于在微電路制造過程中方便版圖的設(shè)計(jì)與制作。
[0035]其中，相互間隔的金屬框均通過若干金屬連接線5電連接，形成的電容的兩個(gè)極板。
[0036]—種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)還包括第二電容2,優(yōu)選的，第二電容2選用與第一電容1完全相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且第一電容1與第二電容2位于同一平面內(nèi)且互不重疊；進(jìn)一步優(yōu)選的，矩形金屬框的長(zhǎng)邊作為第一電容1與第二電容2最外側(cè)金屬框的相鄰邊，以便于電路參數(shù)的設(shè)計(jì)與控制，并有利于后續(xù)電感結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
[0037]在具體生產(chǎn)中，金屬框的設(shè)置數(shù)量可根據(jù)產(chǎn)品的需求來確定。
[0038]進(jìn)一步，本發(fā)明上述的電容的金屬極板也可被設(shè)計(jì)為圓環(huán)、橢圓環(huán)、六角環(huán)等多種形狀，均屬本發(fā)明的發(fā)明意圖與變化范圍之內(nèi)，于此不一一累述。
[0039]一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)還包括一電感3。
[0040]上述電感3具體包括若干平面平行分布的第一類金屬線31和若干平面平行分布的第二類金屬線33，結(jié)構(gòu)如圖1所示，第一類金屬31線和第二類金屬33線分別位于第一電容1與第二電容2所在的平面的兩側(cè)，且第一類金屬線31與第二類金屬線33的首端均垂直投影于第一電容1的最內(nèi)側(cè)金屬框內(nèi)，第一類金屬線31與第二類金屬線11的末端均垂直投影于所述第二電容2的最內(nèi)側(cè)金屬框內(nèi)。
[0041]優(yōu)選的，第一類金屬線31所在平面、第二類金屬線33所在平面與第一電容1與第二電容2所在平面相互平行。并且，第一類金屬線31長(zhǎng)度相同，且相鄰第一類金屬線31的間距相同。此外，第二類金屬線33長(zhǎng)度相同，且相鄰第二類金屬線33的間距相同。并且，任意第一類金屬線31的首端的垂直投影與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線33的首端的垂直投影重合，任意第一類金屬線31的末端的垂直投影與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線33相鄰的第二類金屬線33的末端的垂直投影重合。
[0042]采用等間距設(shè)計(jì)的第一類金屬線31和第二類金屬線33，有利用該電感生成強(qiáng)度均勻的感生磁場(chǎng)，進(jìn)而提高電感的性能。
[0043]所述電感還包括若干金屬互連線32，所述金屬互連線32垂直穿過所述第一電容1與第二電容2的最內(nèi)側(cè)金屬框，連接第一類金屬線31與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線33的首端，并連接第一類金屬線31于對(duì)應(yīng)的第二類金屬線33相鄰的第二類金屬線33的末端。
[0044]由于在微電路設(shè)計(jì)過程中，金屬互連線32的制備多采用在絕緣介質(zhì)層中刻蝕穿孔后，再沉積填充金屬，故而，采用第一類金屬線31和第二類金屬線33的首端與末端投影垂直對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，有利于金屬互連線32的制備。
[0045]并且，由于發(fā)明中的電感采用了平行于電路所在硅襯底的螺旋電圈設(shè)計(jì)，使電感產(chǎn)生的感生磁場(chǎng)的磁力線方向平行于上述硅襯底,有效避免了因硅襯底上磁通量的變化而產(chǎn)生的鏡像電流所引起的電感的磁通量抵消，而造成電感的電感值與品質(zhì)因子Q值下降。
[0046]另外，本發(fā)明利用電容的極板作為電容的磁芯，由于穿過電感線圈的電容極板被設(shè)計(jì)為片層結(jié)構(gòu)，有效避免了磁芯因受電感線圈上交流電變化而產(chǎn)生的渦旋電流，造成釋放大量的焦耳熱，導(dǎo)致無謂的能量損耗，進(jìn)一步提高了本發(fā)明中電感的電感值于品質(zhì)因子Q值。
[0047]綜上所述，本發(fā)明的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)通過金屬電感線圈與分割成若干個(gè)環(huán)狀的金屬極板的鐵磁金屬磁芯相互扣合纏繞，并將金屬磁芯作為電容金屬極板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使電路中的電感與電容集成在了一起，有效減少了器件面積，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，從而降低了成本，并且由于分割成若干個(gè)金屬極板的鐵磁金屬磁芯能降低渦旋電流，從而實(shí)現(xiàn)增加電感的品質(zhì)因子Q值的效果，另一方面，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中金屬電感線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)平行于電路所在的硅襯底，能有效避免襯底上感應(yīng)出的鏡像電流形成的抵消電感的磁通變化，從而提高了電感的電感值于品質(zhì)因子Q值。
[0048]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 第一電容，所述第一電容由若干個(gè)內(nèi)截面逐漸遞減的金屬框于同一平面內(nèi)相互嵌套組成，間隔設(shè)置的金屬框彼此電連接組成第一極板與第二極板； 第二電容，所述第二電容由若干個(gè)內(nèi)截面逐漸遞減的金屬框于同一平面內(nèi)相互嵌套組成，間隔設(shè)置的金屬框彼此電連接組成第三極板與第四極板； 所述第一電容與第二電容位于同一平面內(nèi)且互不重疊； 電感，所述電感包括若干平面平行分布的第一類金屬線和若干平面平行分布的第二類金屬線，所述第一類金屬線與第二類金屬線分別位于所述第一電容與第二電容所在平面的兩側(cè)；且所述第一類金屬線與第二類金屬線的首端均垂直投影于所述第一電容的最內(nèi)側(cè)金屬框內(nèi)，所述第一類金屬線與第二類金屬線的末端均垂直投影于所述第二電容的最內(nèi)側(cè)金屬框內(nèi)；并且，任一所述第一類金屬線的首端的垂直投影與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線的首端的垂直投影重合，任一所述第一類金屬線的末端的垂直投影與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線相鄰的第二類金屬線的末端的垂直投影重合； 所述電感還包括若干金屬互連線，所述金屬互連線垂直穿過所述第一電容與第二電容的最內(nèi)側(cè)金屬框，連接第一類金屬線與對(duì)應(yīng)的第二類金屬線的首端，并連接第一類金屬線于對(duì)應(yīng)的第二類金屬線相鄰的第二類金屬線的末端。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬框均為長(zhǎng)寬比相同的矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬框內(nèi)填充絕緣介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬框的材質(zhì)為鐵磁金屬材料。
5.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電路結(jié)構(gòu)還包括: 若干金屬電容極板引線，所述第一極板、所述第二極板、所述第三極板和所述第四極板中每個(gè)極板上相鄰的金屬框之間均通過一所述金屬電容極板引線電連接。
6.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，任意相鄰的兩根所述第一類金屬線之間的間距相同。
7.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二類金屬線長(zhǎng)度相同，且相鄰第二類金屬線的間距相同。
8.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一類金屬線所在平面和所述第二類金屬線所在平面均與所述第一電容與第二電容所在平面平行設(shè)置。
9.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一電容和第二電容的結(jié)構(gòu)相同。
10.如權(quán)利要求1所述的集成電感電容的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬電感線圈形成的磁場(chǎng)平行于所述電路的硅片襯底。
【文檔編號(hào)】H01L23/522GK104347586SQ201410468217
【公開日】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