专利名称：半导体电感器结构以及半导体电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，更具体地说，本发明涉及一种半导体电感器结构、以及采用了该半导体电感器结构的半导体电路装置。
背景技术：
在半导体电路中，经常碰到要在电路中布置电感器的情况；由此，需要在晶片中制造相应的半导体电感器结构。图I示意性地示出了根据现有技术的半导体电感器结构。
如图I所示，根据现有技术的半导体电感器结构包括第一金属叠层I以及第二金属叠层3。其中，第一金属叠层I和第二金属叠层3通过一个或多个通孔3连接。通孔3中填充有金属，一般填充金属鹤。第一金属叠层I和第二金属叠层3的结构相同。具体地说，第一金属叠层I包括自上而下依次层叠的第一上叠层金属层11、第二上叠层金属层12、第三上叠层金属层13、第四上叠层金属层14、以及第五上叠层金属层15。其中，第一上叠层金属层11与第四上叠层金属层14采用同种材料(例如，氮化钛TiN)，第二上叠层金属层12与第五上叠层金属层15采用同种材料(例如，钛Ti)。第三上叠层金属层
13一般米用金属招(Al)。相应地，第二金属叠层3包括自上而下依次层叠的第一下叠层金属层31、第二下叠层金属层32、第三下叠层金属层33、第四下叠层金属层34、以及第五下叠层金属层35。其中，第一下叠层金属层31与第四下叠层金属层34采用同种材料(例如，氮化钛TiN)，第二下叠层金属层32与第五下叠层金属层35采用同种材料(例如，钛Ti)。第三下叠层金属层33一般米用金属招(Al)。在现有技术的半导体电感器结构中，采用上述叠层结构是为了提高金属的电迁移特性(EM)。但是，趋附效应让电流相当一部分都流在TiN里面，而由于TiN的电阻很高，所以会造成高频损失。趋肤效应指的是当导线内射频电流的频率增加时候，由于导线内部产生的的涡流电流会在导线中心与原电流方向互相抵消，导致有效电流都从导线的表面流过，形成趋肤效应，当频率越高时候这种效应越严重。由此，根据现有技术的半导体电感器结构由于趋肤效应而品质不高。因此，希望能够提供一种消除由于趋肤效应而造成的品质不高的问题的半导体电感器结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够消除由于趋肤效应而造成的品质不高的问题的半导体电感器结构、以及采用了该半导体电感器结构的半导体电路装置。根据本发明的第一方面，提供了一种半导体电感器结构，其包括第一金属层以及第二金属层；其中所述第一金属层以及所述第二金属层通过一个或多个通孔连接；所述通孔中填充有金属。
优选地，所述通孔中填充金属钨。优选地，所述第一金属层以及所述第二金属层的材料为铝。根据本发明的第一方面，相对于现有技术的半导体电感器结构，根据本发明第一方面的半导体电感器结构去除了上下金属叠层中的所有的氮化钛层与金属钛层的双叠层结构，从而使得电感器中的电流完全直接流在铝(Al)里面，所以品质因子Q得以上升。根据本发明的第二方面，提供了一种半导体电感器结构，其包括第一金属叠层以及第二金属叠层；其中，所述第一金属叠层和所述第二金属叠层通过一个或多个通孔连接；所述通孔中填充有金属；所述第一金属叠层和所述第二金属叠层具有不同的叠层结构；其中，所述第一金属叠层由自上而下依次层叠的第三上叠层金属层、第四上叠层金属层、以及第五上叠层金属层组成；并且其中，所述第二金属叠层包括自上而下依次层叠的第一下叠层金属层、第二下叠层金属层、第三下叠层金属层、第四下叠层金属层、以及第五下叠层金属层。
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优选地，所述通孔中填充金属钨。优选地，所述第四上叠层金属层的材料是TiN，所述第五上叠层金属层的材料是钛(Ti)。优选地，所述第三上叠层金属层的材料是金属铝。优选地，所述第一下叠层金属层与第四下叠层金属层采用同种材料，所述第二下叠层金属层与所述第五下叠层金属层采用同种材料。优选地，所述第一下叠层金属层与第四下叠层金属层的材料是TiN，所述第二下叠层金属层与所述第五下叠层金属层的材料是钛(Ti)，第三下叠层金属层33的材料是金属招。根据本发明的第二方面，相对于现有技术的半导体电感器结构，根据本发明第二方面的半导体电感器结构去除了上金属叠层上部的氮化钛层与金属钛层的一个双叠层结构，从而使得电感器中的电流直接流在铝(Al)里面，所以品质因子Q得以上升；而且由于同时保留了其余的氮化钛层与金属钛层的双叠层结构，可以尽可能小地影响半导体电感器结构的电阻特性；由此在品质因子Q与电阻特性及可靠性之间得到了很好的平衡。 根据本发明的第三方面，提供了一种采用了根据本发明的第一方面或根据本发明的第二方面所述的半导体电感器结构的半导体电路装置。
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图I示意性地示出了根据现有技术的半导体电感器结构。图2示意性地示出了根据本发明第一实施例的半导体电感器结构。图3示意性地示出了根据本发明第二实施例的半导体电感器结构。图4示意性地示出了根据现有技术的半导体电感器结构的品质因子的曲线图与根据本发明第二实施例的半导体电感器结构的品质因子的曲线图。需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施例方式为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。<第一实施例>图2示意性地示出了根据本发明第一实施例的半导体电感器结构。如图2所示，根据本发明第一实施例的半导体电感器结构包括第一金属层13以及第二金属层33。其中第一金属层13以及第二金属层33通过一个或多个通孔3连接。通孔3中填充有金属。
优选地，通孔3中填充金属钨。并且，优选地，第一金属层13以及第二金属层33的材料为铝(Al)。由此，相对于现有技术的半导体电感器结构，根据本发明第一实施例的半导体电感器结构去除了上下金属叠层中的所有的氮化钛层与金属钛层的双叠层结构，从而使得电感器中的电流完全直接流在铝(Al)里面，所以品质因子Q得以上升。<第二实施例>图3示意性地示出了根据本发明第二实施例的半导体电感器结构。如图3所示，根据本发明第二实施例的半导体电感器结构包括第一金属叠层I以及第二金属叠层3。其中，第一金属叠层I和第二金属叠层3通过一个或多个通孔3连接。通孔3中填充有金属。优选地，通孔3中填充金属钨。与现有技术不同的是，第一金属叠层I和第二金属叠层3具有不同的叠层结构。具体地说，第一金属叠层I由自上而下依次层叠的第三上叠层金属层13、第四上叠层金属层14、以及第五上叠层金属层15组成。其中，第四上叠层金属层14的材料例如是氮化钛(TiN)，第五上叠层金属层15的材料例如是钛(Ti)。第三上叠层金属层13的材料例如是金属招(Al)。第二金属叠层3包括自上而下依次层叠的第一下叠层金属层31、第二下叠层金属层32、第三下叠层金属层33、第四下叠层金属层34、以及第五下叠层金属层35。其中，第一下叠层金属层31与第四下叠层金属层34采用同种材料(例如，氮化钛TiN)，第二下叠层金属层32与第五下叠层金属层35采用同种材料(例如，钛Ti)。第三下叠层金属层33的材料例如是金属铝(Al)。由此，相对于现有技术的半导体电感器结构，根据本发明第二实施例的半导体电感器结构去除了上金属叠层上部的氮化钛层与金属钛层的一个双叠层结构，从而使得电感器中的电流直接流在铝(Al)里面，所以品质因子Q得以上升；而且由于同时保留了其余的氮化钛层与金属钛层的双叠层结构，可以尽可能小地影响半导体电感器结构的电阻特性；由此在品质因子Q与电阻特性及可靠性之间得到了很好的平衡。而且，图4示意性地示出了根据现有技术的半导体电感器结构的品质因子的曲线图Cl与根据本发明第二实施例的半导体电感器结构的品质因子的曲线图C2。如图4所示，从曲线图Cl与曲线图C2的对比可以看出，由于根据本发明第二实施例的半导体电感器结构去除了上金属叠层上部的氮化钛层与金属钛层的一个双叠层结构，所以在图4的横坐标的频率6[E+9](即，6X IO9Hz,6GHz)之后，本发明第二实施例的半导体电感器结构的品质因子明显优于根据现有技术的半导体电感器结构的品质因子Q (其中，需要说明的是，品质因子Q大致可定义为在一个周期内，Q=转换的电磁能/消耗掉的能量；Q值越大则电感消耗掉的能量越小，性能越高)。根据本发明的另一优选实施例，本发明还提供了一种采用了上述半导体电感器结构的半导体电路装置。此外，需要说明的是，说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围 内。
权利要求
1.一种半导体电感器结构，其特征在于包括第一金属层以及第二金属层；其中所述第一金属层以及所述第二金属层通过一个或多个通孔连接；所述通孔中填充有金属。
2.根据权利要求I所述的半导体电感器结构，其特征在于，所述通孔中填充金属钨。
3.根据权利要求I或2所述的半导体电感器结构，其特征在于，所述第一金属层以及所述第二金属层的材料为铝。
4.一种半导体电感器结构,其特征在于包括第一金属叠层以及第二金属叠层；其中，所述第一金属叠层和所述第二金属叠层通过一个或多个通孔连接；所述通孔中填充有金属；所述第一金属叠层和所述第二金属叠层具有不同的叠层结构； 其中，所述第一金属叠层由自上而下依次层叠的第三上叠层金属层、第四上叠层金属层、以及第五上叠层金属层组成； 并且其中，所述第二金属叠层包括自上而下依次层叠的第一下叠层金属层、第二下叠层金属层、第三下叠层金属层、第四下叠层金属层、以及第五下叠层金属层。
5.根据权利要求4所述的半导体电感器结构，其特征在于，所述通孔中填充金属钨。
6.根据权利要求4或5所述的半导体电感器结构，其特征在于，所述第四上叠层金属层的材料是氮化钛，所述第五上叠层金属层的材料是钛。
7.根据权利要求4或5所述的半导体电感器结构，其特征在于，所述第三上叠层金属层的材料是金属铝。
8.根据权利要求4或5所述的半导体电感器结构，其特征在于，所述第一下叠层金属层与第四下叠层金属层采用同种材料，所述第二下叠层金属层与所述第五下叠层金属层采用同种材料。
9.根据权利要求4或5所述的半导体电感器结构，其特征在于，所述第一下叠层金属层与第四下叠层金属层的材料是氮化钛，所述第二下叠层金属层与所述第五下叠层金属层的材料是钛，第三下叠层金属层的材料是金属铝。
10.一种采用了根据权利要求I至8之一所述的半导体电感器结构的半导体电路装置。
全文摘要
本发明提供了一种半导体电感器结构以及半导体电路装置。根据本发明的半导体电感器结构包括第一金属叠层以及第二金属叠层；其中，所述第一金属叠层和所述第二金属叠层通过一个或多个通孔连接；所述通孔中填充有金属；所述第一金属叠层和所述第二金属叠层具有不同的叠层结构；其中，所述第一金属叠层由自上而下依次层叠的第三上叠层金属层、第四上叠层金属层、以及第五上叠层金属层组成；并且其中，所述第二金属叠层包括自上而下依次层叠的第一下叠层金属层、第二下叠层金属层、第三下叠层金属层、第四下叠层金属层、以及第五下叠层金属层。
文档编号H01L23/522GK102800648SQ20121031306
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者黎坡 申请人:上海宏力半导体制造有限公司