专利名称：金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子领域，具体是一种采用堆叠结构的叠层电感。
背景技术：
目前，在集成电路中包含了大量的无源器件，片上电感就是其中十分重要的一种， 片上电感是射频CMOS/BiCMOS集成电路的重要元件之一。在通常的无线产品中，电感元件 对总的射频性能有很重要的影响。因此对这些电感元件的设计和分析也得到了广泛的研 究。电感作为射频电路的核心部件，它通常可以影响到整个电路的整体性能。目前，高品质 因数的片上电感广泛应用在压控振荡器，低噪声放大器等射频电路模块中。叠层的片上电 感在很大程度减少了芯片面积，降低了生产成本。上面所述的电感器件的电感品质因数Q值是衡量电感器件的主要参数。其是指电 感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q 值越高，其损耗越小，效率越高。一般的逻辑工艺和射频工艺中，顶层金属厚度较下层金属要高。因此在此工艺上 制作的叠层电感下层金属的电阻率较上层金属要大，存在较大的寄生电阻。传统的叠层电 感如附图1所示，上层金属与下层金属宽度和间距相等。尽管在同样面积下实现了单层电 感两倍以上的电感值，但是其品质因数和自谐振频率都比较低，因此不能很好地满足电路 设计的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感， 其可以实现小型化大感值的叠层电感，并保持较高的品质因数。为解决以上技术问题，本发明提供了一种金属厚度不相等的不等宽片上叠层电 感；其为两层及以上的多层结构，包括上下层金属线圈，上下层金属线圈图形开槽部分重 合；所述下层线圈的线宽与上层线圈的线宽不相等，并且上下层线圈的厚度不相等；所述 上下层金属线圈在金属线末端互连。本发明的有益效果在于利用每层金属的电感及上下金属的互感以增加同样面积 下的电感值，并通过上下层电感金属宽度不同来减小寄生电阻。本发明不仅很大程度上提 高了同样面积下的电感值，而且有效地保持了较高的电感品质因数。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是现有叠层电感的俯视图；图2是本发明实施例所述叠层电感的立体图；图3是本发明实施例所述叠层电感下层金属间距减小的立体图；图4是现有叠层电感通过软件仿真得到的本质因数Q值随频率变化的示意图5是本发明实施例所述叠层电感通过软件仿真得到的本质因数Q值随频率变化 的示意图。
具体实施例方式由于电感的品质因数可以由以下公式来推导V (公式一)
KSQ表示品质因数，w表示频率，L表示某一频率下的电感值，Rs表示某一频率下的 电阻值。通过上下金属堆叠，可以有效地提高总的电感值。同时，通过增加下层金属宽度来 尽量减少Δ Rs (增加的寄生电阻)。本发明所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感；其为两层及以上的多层结 构，包括上下层金属线圈，上下层金属线圈图形开槽部分重合；所述下层线圈的线宽与上 层线圈的线宽不相等，并且上下层线圈的厚度不相等；所述上下层金属线圈通过层间通孔 在金属线末端互连。更详细的，本发明所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感立体结构(以两 层金属、八角形电感为例)见图2。从图2的立体图中可以看出，上下两层电感的金属走线 宽度不等，下层金属的宽度大于上层金属的宽度，且位置重合；上层线圈的厚度大于下层线 圈的厚度。从图中2可以看出，本发明所述的电感从一端开始，在一层金属线圈上顺时针螺 线绕到最里端，后通过层间通孔连接到下一层金属，下层金属再顺时针螺线绕致最外端，中 心抽头从走线长度的1/2处(两层金属中间的连接处)通过另一层金属引出。本专利提出一种新结构的叠层电感，利用各层金属之间的互感以增加同样面积下 的电感值，并通过增加下层电感金属的宽度来减小寄生电阻。本发明不仅很大程度上提高 了同样面积下的电感值，而且具有较高的电感品质因数。例如，以外径为160微米的两层电感为例，如图2所示。其上层为宽度8微米，间 距为2微米，6圈，厚度为3微米的金属电感。其下层为宽度18微米，间距为2微米，3圈， 厚度为0.6微米的金属电感。从附图4、图5的仿真结果可以看到，下层金属加宽的叠层电 感比等宽的叠层电感的品质因数提高了 10%以上，谐振频率提高了 30%以上。另外，由于下层金属为薄金属，作为本发明的改进，如图3所示，还可以设计所述 上下层金属线圈的金属间距不相等，下层金属间距可以小于上层金属间距。一般根据下层 金属的最小间距来缩小金属间距，从而增加下层金属的等效电感值。本发明的适用范围不限于两层电感，金属厚度不相等的多层电感也可以采用增加 电阻率较大的下层金属绕线宽度来减小寄生电阻，同时利用了各层金属之间的互感。通过 这种方法可以实现小型化大感值的叠层电感，并保持了较高的品质因数。本发明优先适用 于上层金属线圈为顶层金属，下层金属线圈为次顶层金属的情况，但其他多层的电感的其 他金属层也可以适用。本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式
的描述旨在于为了描 述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为 落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式
用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本 领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
权利要求
1.一种金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感；其特征在于，其为两层及以上的多层 结构，包括上下层金属线圈，上下层金属线圈图形开槽部分重合；所述下层线圈的线宽与上层线圈的线宽不相等，并且上下层线圈的厚度不相等；所述上下层金属线圈互连。
2.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述下 层金属线圈的线宽大于所述上层金属线圈的线宽。
3.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述下 层金属线圈的厚度小于所述上层金属线圈的厚度。
4.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述上 下层金属线圈的金属间距不相等。
5.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述电 感从一个电感端口开始，在第一层金属线圈上螺线绕到最里端，后通过层间通孔连接到另 一层金属线圈；另一层金属线圈再螺线绕致最外端。
6.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述金 属线圈为两层及两层以上的多层。
7.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述上 层金属线圈圈数与下层金属线圈数不等。
8.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述金 属线圈为八角形或多边形或圆形。
9.如权利要求1所述的金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感，其特征在于，所述金 属线圈呈顺时针或逆时针螺旋。
全文摘要
本发明公开了一种金属厚度不相等的不等宽片上叠层电感；其为两层及以上的多层结构，包括上下层金属线圈，上下层金属线圈图形开槽部分重合；所述下层线圈的线宽与上层线圈的线宽不相等，并且上下层线圈的厚度不相等；所述上下层金属线圈在金属线末端通过层间通孔互连。本发明的利用每层金属的电感及上下金属的互感以增加同样面积下的电感值，并通过上下层电感金属宽度不同来减小寄生电阻。本发明不仅很大程度上提高了同样面积下的电感值，而且有效地保持了较高的电感品质因数。
文档编号H01F37/00GK102087911SQ20091020190
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者徐向明, 蔡描, 邱慈云 申请人:上海华虹Nec电子有限公司