一种具有金属填充物结构的电感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种具有金属填充物结构的电感器。
【背景技术】
[0002]目前，集成电路器件包括多层金属层，各层金属层中的金属，根据器件的不同应用，按照不同的密度分布在绝缘材料二氧化硅层中，金属材料一般为铜。但由于二氧化硅比金属铜的硬度大，而且对填入有金属铜的二氧化硅层进行化学机械研磨(CMP)时，需要施加一定的压力，在压力的作用下，金属铜层分布比较稀疏的区域，较之金属铜层分布比较密的区域就会出现有较薄的厚度。具有不同密度分布的金属铜的二氧化硅材料层，经化学机械研磨之后的效果示意图如图1a所示。在图1a中，金属铜11埋在二氧化硅层10中，左侧为金属铜11分布稀疏的区域，右侧为金属铜11分布密集的区域，由于右侧金属铜11分布比较密集，较多的金属铜11使得右侧的硬度相较于左侧小，这就使得在压力的作用下，右侧被挤压地比较严重，右侧金属铜11分布密集的区域的厚度相较于左侧金属铜11分布稀疏的区域薄，而在器件的制备工艺过程中，需要填入有金属铜11的二氧化硅层10保持一定的目标厚度，这就需要金属铜11分布的密度保持在一定的范围之内，而现有工艺中很难做到这一点。为了避免填入有金属铜11的氧化硅层进行化学机械研磨后出现厚度不同的现象，一般会在金属分布比较稀疏的区域自动形成悬空的金属填充物结构(floating dummymetal)，以使该区域的金属达到一定密度，如图1b所示，图1b为现有技术中在金属分布稀疏的区域自动形成悬空的金属填充物结构的结构示意图。这里的悬空的金属填充物结构，悬空指的是金属填充物结构不接电位，也就是说不与原来的功能电路相连；这里自动形成的金属填充物结构是在设计时自动产生的，尺寸一定。图1b中悬空的金属填充物结构为一个个金属块12，填充在信号线13的稀疏空隙中，所述金属块12的材料一般与信号线13的材料相同，整个工艺过程通过设定的密度检查窗口 14进行监控。
[0003]然而，在所述金属层的稀疏空隙中形成金属填充物结构以后，会引入涡流效应(eddy current effect),即在金属填充物结构中产生电流,这就会增大电感器的能量损耗，从而降低了电感器的品质因子(quality factor, Q)，所述品质因子是电感器中存储的能量与损失的能量的比值，电感器的品质因子越高，则表明该电感器额功耗越小、效率越高。同时，金属填充物结构的形成还会增加电容，进而使得电感器的自谐振频率(self-resonant frequency, SRF)降低，对电感器的品质因子造成影响。例如，在65nm技术中，自动形成金属填充物结构以后，电感器的品质因子的峰值降低了 18%左右，其自谐振频率由14.9GHz降低到13.7GHz ;在9011111技术中，自动形成金属填充物结构以后，电感器的品质因子的峰值降低了 28%左右，其自谐振频率由12.9GHz降低到11GHz。由于品质因子作为电感器最重要的性能指标，其大小将对相位噪声和电路的性能产生较大的影响，因此，如何在形成金属填充物结构的基础上，有效地提高电感器的品质因子开始成为目前研究的一个焦点。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有金属填充物结构的电感器，用于解决现有技术中在电感器金属分布稀疏的区域自动形成金属填充物结构以后，引入涡流效应，即在金属填充物结构中会产生电流，导致电感器的能量损耗增大，进而造成了电感器品质因子降低的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有金属填充物结构的电感器，其至少包括底层矩形金属层、位于所述底层矩形金属层上的顶层矩形金属层、位于所述底层矩形金属层和顶层矩形金属层之间的至少一层中间矩形金属层，其特征在于，所述底层矩形金属层至少包括位于其四个顶角处的管脚以及连接所述管脚的管脚基线；所述管脚基线将相邻管脚连接以围成第一无金属分布的区域，所述第一无金属分布的区域内形成有金属填充物结构；所述金属填充物结构至少包括:
[0006]与所述管脚基线等高的若干个金属块以及呈辐射状分布的若干条金属线；
[0007]所述金属线一端与管脚基线连接实现接地，另一端聚拢在所述第一无金属分布的区域中部且不相交；所述金属块与所述金属线不接触。
[0008]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述顶层矩形金属层至少包括:位于所述顶层矩形金属层中部的电感器金属线圈，位于所述顶层矩形金属层四个顶角处和两侧中部的管脚，连接所述电感器金属线圈和所述两侧中部的管脚的连接线，以及连接所述四个顶角处管脚的管脚基线；在电感器金属线圈内侧区域、电感器金属线圈与管脚及管脚基线之间的区域，以及管脚之间无基线连接的区域内形成与所述电感器金属线圈等高的若干个金属块。
[0009]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述中间矩形金属层至少包括位于其四个顶角处的管脚以及连接所述管脚的管脚基线；所述管脚基线将相邻管脚连接以围成第二无金属分布的区域，所述第二无金属分布的区域内形成有金属填充物结构；所述金属填充物结构至少包括:
[0010]与所述管脚基线等高的若干个金属块以及呈辐射状分布的若干条金属线；
[0011]所述金属线一端与管脚基线连接实现接地，另一端聚拢在所述第二无金属分布的区域中部且不相交；所述金属块与所述金属线不接触。
[0012]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述形成于各层矩形金属层中的金属线在水平面上的投影相互重叠，相邻金属线之间形成大于O度小于等于90度的夹角。
[0013]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述金属块为正方形。
[0014]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述金属块均匀的分布在所述第一无金属分布的区域内。
[0015]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述金属块和金属线的材料与底层矩形金属层中管脚基线的材料相同。
[0016]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述金属线的条数为4?32条。
[0017]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述金属线的条数为8条。
[0018]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述相邻金属线之间夹角相等。
[0019]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述金属线的宽度为第二最小设计规则的3倍，所述第二最小设计规则为工艺所允许的最小尺寸。
[0020]作为本发明的具有金属填充物结构的电感器的一种优选方案，所述金属填充物分布的密度等于第一最小设计规则，所述的第一最小设计规则为金属分布密度的最小值。
[0021]如上所述，本发明的具有金属填充物结构的电感器，具有以下有益效果:通过优化在电感器金属分布稀疏的区域形成的金属块的形状、大小和间隔，不但满足了金属分布的密度要求，而且可以降低金属块的涡流效应，有效地升高了电感器的品质因子；在除顶层以外的其他金属层中形成呈辐射状分布的金属线，金属线一端接地，起到了屏蔽层的作用，使得电感器的寄生电容和寄生电阻增大，寄生电容增大以后，其对应的容抗减小，同时由于寄生电阻也是增大的，整个结构的阻抗明显增加，这就使得金属填充物结构中产生的电流明显减小，有效的降低了金属填充物结构的涡流效应，大大升高了电感器的品质因子。
【附图说明】
[0022]图1a显示为现有技术中的具有不同密度分布的金属铜的二氧化硅材料层，经化学机械研磨之后的效果示意图。
[0023]图1b显示为现有技术中的现有技术中在金属分布稀疏的区域自动形成悬空的金属填充物结构的结构示意图。
[0024]图2a显示为本发明的具有金属填充物结构的电感器在底层矩形金属层中第一无金属分布区域内均匀地形成金属填充物结构的示意图。
[0025]图2