电感结构及其形成方法与流程

本发明涉及电感领域，特别涉及一种多层结构的电感结构及其形成方法。

背景技术：

电感器一般均由缠绕成螺旋状的导线所构成，其在通讯设备的射频(radio frequency；RF)电路上的应用相当广泛，例如可应用在移动电话、无线电路、无线调制解调器、以及其它的通讯器材。

在集成电路技术的进步下，使得电感器可以利用集成电路技术来制造，且可将电感与其它组件整合于单一芯片上，以降低制造电路所需耗费的成本。目前，常见整合于集成电路制程的电感器的结构为回旋状金属层。

但是现有集成工艺制作的电感与衬底之间或者与其他器件之间容易产生交互噪音(cross talk noise)，影响了集成电路的性能。

技术实现要素：

本发明解决的问题是怎样提高形成的电感结构的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种电感结构，包括：

基底，所述基底表面具有接地端；位于基底上方的若干层堆叠的金属屏蔽层，上下层金属屏蔽层相互电连接，最底层的金属屏蔽层与接地端电连接，每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起；位于最上层金属屏蔽层上方的电感层。

可选的，所述每一层的金属屏蔽层的结构相同，并且上一层位于下一层正上方，上层金属屏蔽层的第一部分相应的与下层金属屏蔽层的第一部分电连接，上层金属屏蔽层的第二部分相应的与下层金属屏蔽层的第二部分电连接。

可选的，相邻层的金属屏蔽层之间的间距相等或不相等。

可选的，所述电感层包括输入端、金属体层和输出端，所述金属体层从输入端呈螺旋环状延伸至输出端。

可选的，金属屏蔽层中的半圆金属线位于金属体层的正下方之外的区域。

可选的，金属屏蔽层中的部分半圆金属线位于电感层的相邻金属体层的间隙正下方。

可选的，间隙正下方的半圆金属线的宽度小于相邻金属体层的间隙的宽度。

可选的，半圆金属线的材料为Cu、W或Al。

可选的，所述底层金属屏蔽层与接地端之间、相邻层金属屏蔽层之间以及最上层金属屏蔽层与电感层之间通过介质层隔离。

可选的，所述底层金属屏蔽层与接地端通过位于介质层中的若干第一金属插塞电连接。

可选的，上下层金属屏蔽层通过位于介质中的若干第二金属插塞电连接。

可选的，所述金属屏蔽层的层数至少为1层。

本发明还提供了一种电感结构的形成方法，包括：

提供基底，所述基底表面形成有接地端；

形成覆盖所述基底和接地端介质层，所述介质层中形成有若干层堆叠的金属屏蔽层，若干层堆叠的金属屏蔽层位于基底上方，上下层金属屏蔽层相互电连接，最底层的金属屏蔽层与接地端电连接，每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起；

在介质层上形成电感层，所述电感层位于最上层金属屏蔽层的上方。

可选的，所述底层金属屏蔽层与接地端通过位于介质层中的若干第一金属插塞电连接。

可选的，上下层金属屏蔽层通过位于介质中的若干第二金属插塞电连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的电感结构，电感层和基底的接地端之间具有若干层堆叠的金属屏蔽层，上下层金属屏蔽层相互电连接，最底层的金属屏蔽层与接地端电连接，每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起。若干层堆叠的金属屏蔽层的存在有效的减小了金属屏蔽层和基底之间的耦合电容和耦合电感，电感结构在工作时，上层金属屏蔽层产生的噪音电流可以传输到下层屏蔽层直至传输到接地端，从而抑制交互噪音(cross talk noise)的产生；并且由于每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，以防止在金属屏蔽层产生感应涡流，进一步增强减小金属屏蔽层减小电感层和基底之间耦合电容和耦合电感的效果；并且每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起，从而增加了单位面积内的金属层的密度，满足设计的标准(在进行布局设计时，单位面积内需要放置一定数量的金属层以满足设计规则的需要和工艺的需要)。

进一步，金属屏蔽层中的部分半圆金属线位于电感层的相邻金属体层的间隙正下方(金属屏蔽层中其他半圆金属线位于中空区正下方以及绕线区外侧区域的正下方)，间隙正下方的半圆金属线的宽度小于相邻金属体层的间隙的宽度，间隙正下方半圆金属线不会与金属体层正对，因而间隙正下方的半圆金属线与金属体层不会产生寄生电容或者产生的寄生电容非常小，因而该分布不会对电感层的品质因子产生影响，并且能提高单位面积内的金属层的密度，以满足设计的需要和工艺的要求。

本发明的电感结构的形成方法，可以很简便的形成多层堆叠的电感结构和位于其上的电感层，有效的减小了金属屏蔽层和基底之间的耦合电容和耦合电感，从而抑制交互噪音(cross talk noise)的产生，并且本发明的电感结构的形成方法可以与现有的CMOS晶体管的制作工艺兼容，工艺流程简单。

附图说明

图1是本发明实施例电感结构的结构示意图；

图2～图3为图1中部分电感结构的结构示意图；

图4为本发明实施例电感结构形成过程的流程示意图。

具体实施方式

现有集成工艺制作的电感与衬底之间或者与其他器件之间容易产生交互噪音(cross talk noise)，影响了集成电路的性能。

研究发现，交互噪音(cross talk noise)的产生的原因为：电感与衬底之间或者与其他器件之间会存在耦合电容和耦合电感，耦合电容和耦合电感存储会产生噪音电流，噪音电流会影响其他器件的性能，并且会影像电感的品质因子。

为此，本发明提供了一种电感结构，电感层和基底的接地端之间具有若干层堆叠的金属屏蔽层，上下层金属屏蔽层相互电连接，最底层的金属屏蔽层与接地端电连接，每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起。若干层堆叠的金属屏蔽层的存在有效的减小了金属屏蔽层和基底之间的耦合电容和耦合电感，电感结构在工作时，上层金属屏蔽层产生的噪音电流可以传输到下层屏蔽层直至传输到接地端，从而抑制交互噪音(cross talk noise)的产生；并且由于每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，以防止在金属屏蔽层产生感应涡流，进一步增强减小金属屏蔽层减小电感层和基底之间耦合电容和耦合电感的效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明实施例提供了一种电感结构，请参考图1，

基底(图中未示出)，所述基底表面具有接地端101；

位于基底上方的若干层堆叠的金属屏蔽层201，上下层金属屏蔽层201相互电连接，最底层的金属屏蔽层201与接地端101电连接，每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起；

位于最上层金属屏蔽层201上方的电感层301。

所述基底可以为半导体衬底，半导体衬底的材料为硅、硅锗或碳化硅。所述接地端101的材料可以为金属或金属硅化物，或者所述接地端也可以通过对半导体衬底掺杂杂质离子后形成。

所述接地端101适于将金属屏蔽层中产生的噪音电流接地。

若干层堆叠的金属屏蔽层201中上一层金属屏蔽层与相邻的下一层金属屏蔽层之间是分离且相互平行的，上一层金属屏蔽层与相邻的下一层金属屏蔽层之间通过若干第二金属插塞电连接，并且最底层的金属屏蔽层与接地端通过若干第一金属插塞电连接，因而上层金属屏蔽层产生的噪音电流可以传输到下层屏蔽层直至传输到接地端，从而抑制交互噪音(cross talk noise)的产生。

所述底层金属屏蔽层201与接地端101之间、相邻层金属屏蔽层201之间以及最上层金属屏蔽层201与电感层303之间通过介质层(图中未示出)隔离。第一金属插塞和第二金属插塞位于介质层中。所述介质层的材料可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的材料。

若干层堆叠的金属屏蔽层201位于电感层301和接地端101之间，有效的减小了金属屏蔽层201和基底之间的耦合电容和耦合电感，每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起，从而增加了单位面积内的金属层的密度，满足设计的标准(在进行布局设计时，单位面积内需要放置一定数量的金属层以满足工艺的需要，金属层密度达不到要求，可能会对电感层的厚度和宽度产生影响，因而要改变电感层的设计)。

参考图2为单层金属屏蔽层201的结构示意图，单层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分11和第二部分12，第一部分11和第二部分12均包括若干 平行的半圆金属线202，若干平行的半圆金属线202电连接在一起。

第一部分11和第二部分12的若干半圆金属线202呈同心半圆分布，并且具有共同的圆心，相邻半圆金属线202之间通过连接金属层203电连接，第一部分11和第二部分12的半圆金属线202之间是断开的，以防止在金属屏蔽层201产生感应涡流，进一步增强减小金属屏蔽层201减小电感层301和基底之间耦合电容和耦合电感的效果。

每一层的金属屏蔽层201的结构相同，并且上层金属屏蔽层位于相应的下层金属屏蔽层的正上方，所述每一层的金属屏蔽层的结构相同，并且上一层位于下一层正上方，上层金属屏蔽层的第一部分相应的与下层金属屏蔽层的第一部分电连接，上层金属屏蔽层的第二部分相应的与下层金属屏蔽层的第二部分电连接，以使得第一部分和第二部分产生的噪音电流可以分别向下传递到基底上，提高效率。

所述金属屏蔽层201的层数至少为1层，相邻层的金属屏蔽层之间的间距相等，以进一步提高减小金属屏蔽层201减小电感层301和基底之间耦合电容和耦合电感的效果。

在其他实施例中，所述相邻层的金属屏蔽层之间的间距可以不相等。

所述半圆金属线202和连接金属线203的材料可以为Cu、W或Al。

请参考图3，在一实施例中，每一个半圆金属线302由至少两根平行的指状金属构成，提高了每一个半圆金属线的面积，以增加产生的噪音电流的传输路径，从而使得产生的噪音电流以更快的速度传输到接地端，防止对电感层的品质因子产生影响。图3中每一个半圆金属线302有两根平行的指状金属构成作为示例，该半圆金属线302包括第一指状金属202a和与第一指状金属202a平行的第二指状金属202b，第一指状金属202a和第二指状金属202b由连接金属层203固定连接。

在其他实施例中，每一根半圆金属线302可以为一根金属构成。

请继续参考图1，所述电感层301包括输入端302、金属体层303和输出端304，所述金属体层303从输入端302呈螺旋环状延伸至输出端302。

所述金属体层303延伸的螺旋环的数量至少为2个。所述电感层301的输出端304通过位于金属体层303底部的互连金属线305以及与金属体层306位于同层的外侧的外连接金属线306引至与输入端302的对应的位置，所述互连金属线305一端与输出端304电连接另一端与外连接金属线306电连接，所述外连接金属线306跟与输入端302连接的部分金属体层对称的分布在螺旋中心两侧，以保证电感层301的对称性能。

一般的电感层一般包括绕线区和中空区，绕线区包围中空区，输入端302、金属体层303和输出端304位于绕线区，金属体层303在绕线区从输入端302呈螺旋环状延伸至输出端302，中空区为空白区，不存在任何金属线。研究发现，如果半圆金属线位于金属体层303的正下方，半圆金属线与金属体层303正对，半圆金属线与金属体层303之间容易产生寄生电容，从而会影响电感层的品质因子，为了防止金属屏蔽层201中的半圆金属线对电感层301的品质因子产生影响，金属屏蔽层中的半圆金属线位于金属体层303的正下方之外的区域，具体的，在一实施例中，所述金属屏蔽层中的半圆金属线位于中空区正下方以及绕线区外侧区域的正下方，但是这种方式，由于绕线区正下方不会分布半圆金属线，因而使得单位面积上的金属层的密度会受到影响。在本发明的其他实施例中，请继续参考图2，图2还示出了电感层部分金属体层303在金属屏蔽层201所在平面的投影示意图，金属屏蔽层中的部分半圆金属线202位于电感层的相邻金属体层303的间隙正下方(金属屏蔽层中其他半圆金属线位于中空区正下方以及绕线区外侧区域的正下方)，间隙正下方的半圆金属线202的宽度小于相邻金属体层303的间隙的宽度，间隙正下方半圆金属线202不会与金属体层303正对，因而间隙正下方的半圆金属线202与金属体层303不会产生寄生电容或者产生的寄生电容非常小，因而该分布不会对电感层的品质因子产生影响，并且能提高单位面积内的金属层的密度(提高大于8.5％)，以满足设计的需要和工艺的要求。

本发明实施例还提供了一种电感结构的形成方法，请参考图4，包括步骤：

步骤S11，提供基底，所述基底表面形成有接地端。

所述基底包括半导体衬底，所述半导体衬底的材料为硅、硅锗或碳化硅。

所述基底上形成有接地端，所述接地端为半导体衬底内离子注入形成的掺杂区，所述掺杂区的表面可以形成金属硅化物。

所述基底的接地端外的区域还可以形成晶体管等半导体器件。

步骤S12，形成覆盖所述基底和接地端介质层，所述介质层中形成有若干层堆叠的金属屏蔽层，若干层堆叠的金属屏蔽层位于基底上方，上下层金属屏蔽层相互电连接，最底层的金属屏蔽层与接地端电连接，每一层金属屏蔽层包括相互断开的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均包括若干平行的半圆金属线，若干平行的半圆金属线电连接在一起。

首先形成覆盖基底和接地端的第一介质层，所述第一介质层中形成有若干第一金属插塞，若干第一金属插塞与接地端电连接。

在第一介质层上形成底层金属屏蔽层，底层金属屏蔽层与第一金属插塞电连接。

形成覆盖所述第一金属插塞和第一介质层的第二介质层，第二介质层中形成有若干第二金属插塞，第二金属插塞与底层金属屏蔽层电连接；在第二介质层上形成第二层金属屏蔽层，所述第二层金属屏蔽层与若干第二金属插塞电连接；……；形成覆盖所述所述第N-1(N≥3)层金属屏蔽层与第N-1(N≥3)介质层的第N(N≥3)介质层，所述第N介质层中形成有若干第二金属插塞，在第N(N≥3)介质层上形成第N层金属屏蔽层，第N层金属屏蔽层与第N介质层中的第二金属插塞电连接，底层金属屏蔽层、第二层金属屏蔽层、……、第N层金属屏蔽层(最上层金属屏蔽层)构成若干层堆叠的金属屏蔽层；形成覆盖所述第N介质层和第N层金属屏蔽层(最上层金属屏蔽层)的顶层介质层。

所述第一介质层、第二介质层、……、第N介质层和顶层介质层构成介质层。

在形成若干层金属屏蔽层的同时，所述介质层中可以同时形成与晶体管电连接的若干层互连金属互连结构，若干层互连金属互连结构可以包括若干层金属层和将相邻金属层相互电连接的金属插塞，每一层的金属层与相应层的金属屏蔽层同时形成，每一层的金属插塞可以与像一层的第一金属插塞或 第二金属插塞同时形成。

步骤S13，在介质层上形成电感层，所述电感层位于最上层金属屏蔽层的上方。

因而本发明的电感结构的形成方法可以与晶体管的制作工艺兼容。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。