一种毫米波电感结构的制作方法

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种集成电路片上毫米波电感结构。

背景技术：

电感是射频收发机前端中的重要无源器件，射频前端收发机模块需要用到集成电感的主要有：电感结构、功率放大器、振荡器、上变频混频器等。电感在这些模块中均扮演了重要的作用。

以电感结构为例，电感结构是射频收发机中的重要模块之一，主要用于通讯系统中将接收自天线的信号放大，便于后级的接收机电路处理。正是由于噪声放大器位于整个接收机紧邻天线的最先一级，它的特性直接影响着整个接收机接收信号的质量。对于电感结构来说，电感的性能直接决定了电感结构的增益、噪声、阻抗匹配等。

通常来说，Q值是一个电感性能的重要指标之一，较高的Q值意味着电感的储能损耗更少，也就是说电感与衬底之间的隔离较好。另外，对一个电感的评估除了电感值、Q值等常规性能指标外，在射频系统中还包括电感对其他电路的影响，如果电感本身与周围电路的隔离较好，那么电感在工作中将会不影响其他电路的工作。由于硅集成电感的面积通常较大，如何在保证电感性能的同时，加强电感与衬底、电感与其他电路的隔离，对于应用于射频前端的模块来说有着重要的意义。

图1所示为现有技术中电感结构的示意图，其通过衬底无源掩蔽层的结构来实现电感与衬底的隔离。通常来说，对于一个9层金属层次的集成电路芯片而言，顶层金属和次顶层金属常用来制作集成电感1，而第一层金属则用来制作如图1所示的位于电感1下方的无源掩蔽隔离层2，无源掩蔽隔离层2由多条独立且本身呈90度直角形状的第一层金属线构成。这些第一层金属线与集成电感1所产生的涡电流方向垂直，从而达到无源掩蔽隔离层2切断电感电磁效应对衬底的影响。值得注意的是，由于电感的面积通常较大(如300微米×300微米)，在其下方制作无源掩蔽层固然能起到电磁隔离的作用，但是却没有有效利用电感下方的面积。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，充分利用电感区域下方的面积，使屏蔽层兼具隔离和稳压晶体管的作用。

为达成上述目的，本发明提供一种毫米波电感结构，包括片上电感及位于所述片上电感下方的屏蔽层，所述屏蔽层包括多个屏蔽单元，并且所述屏蔽单元与所述片上电感所产生的涡电流方向正交。所述片上电感为圆形螺旋线圈，所述屏蔽单元以所述片上电感的中心呈长条状向外发射；每一所述屏蔽单元由有源晶体管组成，所述有源晶体管的源极和漏极接地。

进一步地，所述有源晶体管的源极和漏极通过接触孔由金属连线引出接地。

进一步地，所述有源晶体管的栅极接电源。

进一步地，所述屏蔽单元的数量为8个。

进一步地，相邻所述屏蔽单元之间具有45°夹角。

进一步地，所述屏蔽单元分为两组，其中第一组的屏蔽单元具有矩形外形，其在水平方向或垂直方向分布；第二组屏蔽单元具有锯齿状外形，所述第一组屏蔽单元和第二组屏蔽单元交错分布。

进一步地，每一所述屏蔽单元均由一个所述有源晶体管组成，各所述有源晶体管之间相互独立。

进一步地，每一所述屏蔽单元由分隔的多个所述有源晶体管组成，各所述有源晶体管之间相互独立。

进一步地，所述屏蔽单元的数量为4N个，N为大于2的正整数。

本发明的优点在于，将有源晶体管作为电感结构的屏蔽层，能够起到片上电感与衬底，片上电感与其他电路之间的隔离作用。进一步的，屏蔽层更能够形成MOS电容连接于电源和地之间起到稳压作用，从而充分利用了片上电感下方的较大面积，相较于现有技术，有效节省了传统电源电压稳压MOS晶体管在芯片上占用的面积。

附图说明

图1为现有技术中电感结构的示意图。

图2为本发明实施例毫米波电感结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明的电感结构包括片上电感和位于片上电感下方的屏蔽层。其中，片上电感由顶层金属和次顶层金属制作而成，屏蔽层包括多个屏蔽单元，这些屏蔽单元形成至少一个屏蔽区域。这些屏蔽单元的排布方式与现有技术中无源掩蔽隔离层中第一层金属的排布方式相同，也即是与片上电感所产生的涡电流方向正交，从而能够切断电感电磁效应对衬底的影响。本实施例中片上电感为圆形螺旋线圈，各屏蔽单元以片上电感的中心呈长条状向外发射。每一屏蔽单元由有源晶体管组成。有源晶体管由标准集成电路工艺制造而成，包括有源区，源极，漏极和栅极。栅极例如是多晶硅栅，源极和漏极通过接触孔由金属连线引出。值得注意的是，其中源极和漏极是通过接触孔由金属连线引出至接地，因此相当于在片上电感下方形成了多条与涡电流方向正交的接地金属线，从而能够很好地在片上电感磁场和衬底，以及片上电感磁场和其他电路之间实现隔断，使得衬底损耗减小，同时也减小了对其他电路器件的信号串扰。更佳的，有源晶体管的栅极接电源电压。由于有源晶体管的源极和漏极接地，栅极接电源电压之后则相当于在电源电压和地之间连接了一个MOS电容，从而有源晶体管同时可作为电源电压稳压管，起到电源电压的稳压作用。

图2所示为本发明实施例的电感结构的示意图。请参考图2，片上电感1为圆形螺旋线圈，由顶层金属和次顶层金属制作而成。屏蔽层的每个屏蔽单元均由一个有源晶体管组成，有源晶体管包括有源区3(源极S，漏极D)和栅极2。栅极2例如是多晶硅栅，源极S和漏极D通过接触孔4由金属连线引出至接地。本实施例中，屏蔽单元个数为8个，以片上电感1的中心为中心呈米字型对称分布。相邻屏蔽单元之间具有45度的夹角，能够很好地屏蔽圆形螺旋线圈的磁场干扰。相邻屏蔽单元的形状不同。具体地，8个屏蔽单元分为两组，第一组屏蔽单元具有矩形外形，两侧平滑，其在水平方向或垂直方向上分布；第二组屏蔽单元两侧具有锯齿状的外形，其在于水平方向或垂直方向呈45度夹角的方向上分布。这种版图排布方式符合集成电路工艺设计的规则。在其它实施例中，屏蔽单元的个数也可以是12个、16个、20个等，也是以片上电感的中心为中心对称分布，数量更多的屏蔽单元所起的磁力线切割效果更佳。

较佳的，有源晶体管的栅极2接电源电压。由于有源晶体管的源极S和漏极D接地，栅极2接电源电压之后则相当于在电源电压和地之间连接了一个MOS电容，从而有源晶体管同时可作为电源电压稳压管，起到电源电压的稳压作用。需要指出的是，对于传统电源电压稳压MOS晶体管来说，为了保证MOS电容值足够大，通常需要很大的MOS晶体管面积且会独立占据集成电路芯片的相当一部分面积，造成芯片的面积成本增加。而本发明的电感结构是利用有源晶体管形成片上电感下方的屏蔽层，有源晶体管可等效为电源电压稳压管，因此充分利用了片上电感区域下方的较大面积，无需再额外增加芯片面积设置稳压MOS晶体管，有效节省的成本。在本实施中，每个屏蔽单元仅具有一个有源晶体管，各个有源晶体管相互独立，从而形成的MOS电容值也足够大。在其他实施例中，每个屏蔽单元也可以具有多个分隔开来的有源晶体管，各个有源晶体管相互独立，进一步增加MOS电容值。

综上，本发明所提出的毫米波电感结构，将有源晶体管作为电感结构屏蔽层的屏蔽单元，不仅能够起到片上电感与衬底，片上电感与其他电路之间的隔离作用，更能够形成连接于电源和地之间的MOS电容以起到稳压作用。因此，相较于现有技术，本发明充分利用了片上电感下方的较大面积，有效减少了传统电源电压稳压MOS晶体管在芯片上占用的面积，节省了成本。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。