专利名称：电感元件的集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路，所述集成电路包括至少一个电感元件，一个称为激活区的区域，所述区域包括电阻元件、电容元件和半导体元件，同时电感元件和激活区部分是叠加的。
这种集成电路的制造方法在美国专利5,370,766中有所提及。该方法的目的是减小集成电路的总表面。
本发明与下述考虑有关电感元件和激活区的叠加可以导致电感元件和激活区元件之间出现互感和寄生耦合，这导致电感元件的品质因数严重劣化并降低了电路频率的精度。
已经提出的使电感元件和激活区元件之间相互作用的问题最小化的解决方案包括将电感元件与其他元件隔离。这种集成则带来了结构庞大的问题。实际上，为了实现这种结构，电感元件可能需要电路总表面的四分之一。
本发明的目的是通过提供一种集成电路尽量补救上述缺陷，在所述集成电路中，至少一电感元件和一激活区一起存在，其间电磁相互作用被减小，而没有严重增加集成电路的体积。
本发明的另一目的是允许集成结构紧凑的集成电路，所述集成电路包括至少一个呈现高品质因数的电感元件。
实际上，根据开头那段所述的集成电路，根据本发明其特征在于它包括使激活区与电感元件形成的电磁场隔离的屏蔽装置。
在这种集成电路中，可以由电感元件建立的电磁场基本上被屏蔽装置阻挡，限制了它与激活区元件之间的相互作用。
在本发明的实施例中，屏蔽装置放在电感元件和激活区之间并形成开路。
本发明该实施例的目的是防止屏蔽装置与电感元件形成互感。在该实施例中，电感元件产生的磁场所感应的电流不能通过形成开路的屏蔽装置。因此，在这些屏蔽装置和电感元件之间存在的互感非常小。
在本发明的有利实施例中，屏蔽装置包括一片低电阻材料板，该板垂直于电感元件形成的磁场向量放置，由垂直于通过电感元件在板上感应的电流的交替的带和槽形成，所述带连接开式框架。
由于这些区别性特征，这种板阻挡电场传播到电路的激活区并根据在那里感应的电流起开路作用。因此，与电感元件产生的互感接近零。
在本发明的最佳实施例中，屏蔽装置还包括低电阻材料的通孔，通孔壁完全包围电感元件，所述通孔具有至少一个在其整个高度的槽。
电感元件，当位于另一电感元件旁边时，与该另一电感元件产生互感。该互感的趋势是使电感元件的品质因数变坏。通孔能通过限制电感元件与电路中存在的任何其他电感元件的磁互作用限制这种互感的产生。设有在通孔整个高度的槽，以便防止在通孔表面上形成电流回路。
在本发明的有利实施例中，板和通孔一起连接到有电势的参考端子。本发明的目的是限制电路元件之间的电容耦合。通过将通孔和板彼此连接且连接到同一电势，在电路的各种元件之间建立有限的寄生电容。
由于集成电路基本由层叠加而成，每一层由低电阻材料形成，通孔壁由轨迹(track)层叠而成，每个轨迹围绕电感元件表面限定的周边在所述层的其中一层剪裁出，同时所述轨迹是互连的。本发明的该实施例简单且节省成本。通过利用现有层作成通孔不增加电路尺寸。
在本发明的具体实施例中，集成电路包括两个电感元件，这两个电感元件连接在供电端子和有电势的参考端子之间，每个电感元件由线匝形成，所述线匝是对称的，线圈缠绕方向相反，所述相对的线匝的各部分是离供电端子最远的那些部分。当电流通过线圈时，线圈缠绕方向的选择影响形成的互感值，从而影响品质因数值。作出这种选择以便优化电感元件的品质因数。
如上所述每个电感元件被通孔所包围是有利的，以便最大限度地减小元件间的电磁相互作用。
本发明可以用于任何集成电路，在集成电路中，一个电感元件与其他元件并排存在，无论这些元件是电容元件、电阻元件还是半导体元件。集成电路例如可以是振荡器、有源充电混频器(active charge mixer)或滤波器。在集成电路的一个应用中，本发明还涉及一种发送输出信号的振荡器，输出信号的频率值取决于调谐电压值，其特征在于振荡器以本发明集成电路的方式形成，其激活区包括至少一个连接电感元件并通过调谐电压被偏压的变容二极管。
更一般地说，本发明可有效用于接收无线电信号的设备中。因此本发明涉及无线电信号接收设备，该设备包括.天线及滤波器系统，能接收无线电信号，无线电信号频率即所说的射频在给定频率范围内进行选择，并将其转换为电子信号即无线电信号，.本机振荡器的频率即所说的振荡频率可以作为调谐电压的函数被调谐，以及.混频器，用于接收无线电信号和来自本机振荡器信号并发送具有固定频率且等于射频和振荡频率之差的输出信号，以及.信号处理单元，利用混频器的输出信号，该设备的特征在于本机振荡器与前述振荡器一致。
下文参考所述实施例，通过非限制性的例子阐述和说明本发明的这些以及其他特征。附图中
图1是根据本发明实施例所述的集成电路的横截面图，图2是包括在根据本发明优选实施例所述的集成电路中的板的平面图，图3是在根据本发明电路中两个电感元件的平面图，图4是根据本发明最佳实施例所述的集成电路的横截面图，图5是根据本发明实现的振荡器的工作原理图，以及图6是包括根据本发明的振荡器的无线电信号接收设备的工作原理图。
图1是本发明集成电路具体实施例的横截面图。电路1由基板2形成，基板2可以连接到有电势的参考端子，第一、第二、第三、第四和第五层低电阻材料(3，M1，M2，M3和M4)重叠在基板上。基板2由多晶硅制成，第一层3也由多晶硅制成，第二层M1由能实现电路激活区5的金属合金制成，电路包括有源、无源和半导体元件。在本文所述集成电路中，电感元件4在形成第五层M4的材料中获得，使得电感元件4和激活区5部分重叠。设有屏蔽装置6，用于使激活区5相对于电感元件4所形成的电磁场绝缘。屏蔽装置6在一层上实现，在本例中是放在第二层M1和第五层M4之间的第三层M2，同时这些屏蔽装置6垂直于电感元件4形成的磁场向量放置。
在本文所述实施例中，屏蔽装置6不与电感元件4接触。与电感元件4结合的第五层M4和与屏蔽装置6结合的第三层M2实际上由第四层M3的厚度分隔开。被认为是在一起的电感元件4和所述屏蔽装置6形成L-C元件。形成于电感元件4和所述屏蔽装置6之间的电容器C降低电感元件的品质因数。该电容器的值是分隔屏蔽装置和电感元件的距离的函数。为使该值最小化，所述屏蔽装置离开电感元件某一距离。
在该例中，如果屏蔽装置由低电阻材料制成，该品质因数还能进一步得到改善。
图2示出了前述屏蔽装置6的最佳实施例。这些屏蔽装置6包括一片低电阻材料板，该板与电感元件4形成的磁场向量垂直放置并由交替的带8和槽9形成。带8例如由金属合金或多晶硅制成。由于板与电感元件形成的磁场向量垂直布置，如果板制成单片则能在板上出现感应电流I。垂直于该电流I交替布置的槽9和带8形成阻止该感应电流流动的开路。由于在屏蔽装置中该电流接近零，出现在这些屏蔽装置和电感元件之间的互感也接近零。这使得有可能不降低电感元件的品质因数。为了保持在适当位置，带缚接到未闭合的框架10的外部上。框架10中的槽11防止框架上形成电流回路。
在本发明的具体实施例中，由框架10和带8的联合体形成的组件7连接到有电势的参考端子或地。对于对称电路来说，选择电路的虚地。大多数集成电路通常包括连接到参考端子的基板。电感元件的品质因数是第一寄生电容值和第二电容值的函数，第一寄生电容可以出现在板和电感元件之间，第二电容可以出现在板和基板之间。板与参考端子连接能限制第一寄生电容。而且，将板放在与基板相同的电势上使其能防止形成第二寄生电容，且不降低电感元件的品质因数。
此外，板和基板2连接到同一参考电势防止电场在板和基板之间传输由此以至激活区的元件。板大大削弱了激活区5内电感元件形成的磁场。
图3是本发明具体实施例所述集成电路的两个电感元件的平面图。这两个各包括方形线匝{T1，1，T1，2，T1，3，T1，4}和{T2，1，T2，2，T2，3，T2，4}的电感元件4a、4b是对称的，一个放在另一个的一边。这两个电感元件都连接在供电端子VCC和有电势的参考端子GND之间。该实施例能使出现在电路中的互感最小化，降低电感元件的品质因数，从而降低电路性能。每个线匝{T1，1，T1，2，T1，3，T1，4}和{T2，1，T2，2，T2，3，T2，4}用作四个串联电感器的组件，每个电感器对应线匝的一个部分。两个相邻线匝之间的互感取决于线匝缠绕方向的选择。选择绕线方向使得彼此直接相对的所述线匝的那些部分是离供电端子最远的那些部分。象更接近供电端子部分那样，彼此相对放置的线匝部分产生的互感更高。因为仅在每个线匝T1，4和T2，4的第四部分形成耦合，所以在此所选择的电感元件4a、4b线匝的绕线方向能降低互感。
图4是根据本发明最佳实施例所述的集成电路的横截面图。该集成电路包括两个电感元件4a、4b，例如上段所述的两个电感元件。在电感元件4a和4b周围形成两个通孔12a和12b。此处导电材料实现的每个通孔12a、12b具有方形基座，通孔的壁完全包围电感元件4a、4b之一。每个通孔12a、12b具有超过其整个高度的槽13a、13b，槽中断通孔包围的电感元件4a、4b所感应的电流的任何可能循环。这些通孔12a、12b能是两个电感元件4a、4b之间的互感最小化。在所述实施例中，每个通孔12a、12b由层M3和M4部分的接合处获得。这些通孔充分高，从而确保电感元件4a和4b之间适当绝缘并限制这些电感元件之间的磁互作用。一般方式，每个电感元件或包括在集成电路中的电感元件部分可以通过包括这种通孔的屏蔽装置绝缘，使得在电感元件或部分电感元件和出现在电路中的其他元件之间形成的互感最小化。
在本发明的最佳实施例中，板和通孔一起连接到有电势的参考端子。因此，一方面大大限制了板和基板之间的寄生电容耦合，另一方面限制了板和电感元件之间的寄生电容耦合，最终限制了板和通孔之间的寄生电容耦合。包括在本发明该最佳实施例的集成电路中的电感元件则呈现高品质因数。
图5是以根据本发明的集成电路形式实现的振荡器的工作原理图。该振荡器VCO将产生具有频率FLO的电压信号Vlo，频率FLO的值取决于调谐电压Vtun。该振荡器包括连接供电端子VCC的电感元件4和包括变容二极管VCD的激活区5。二极管VCD通过调谐电压Vtun偏压。
图6用图解法示出了接收无线电信号的设备，该设备包括天线及滤波器系统AF，使得能够接收频率FR的无线电信号，在频率的给定范围内选择所说的射频，并将其变换为电子信号Vfr。该接收设备还包括变频器FC，变频器FC包括本机振荡器VCO和混频器MIX，混频器MIX将接收无线电信号Vfr和来自本机振荡器VCO的信号Vlo，即所说的振荡频率，可以被调谐，并将发送频率FI的输出信号Vfi，频率FI是固定的且等于射频FR和振荡频率FLO之差。
在该变频器FC中，通过调谐电压Vtun选择的振荡频率FLO强加于射频FR上，因为例如通过设置在混频器MIX输出端的滤波器系统(图中未示出)使中频FI固定。该接收设备最后包括利用混频器MIX输出信号的信号处理单元PU。
权利要求
1.一种集成电路，包括至少一个电感元件和一个称为激活区的区域，所述区域包括电阻元件、电感元件和半导体元件，同时电感元件和激活区部分是重叠的，所述集成电路的特征在于，它包括屏蔽装置，用于使激活区与电感元件形成的电磁场隔离。
2.根据权利要求1的集成电路，其特征在于，屏蔽装置放在电感元件和激活区之间并形成开路。
3.根据权利要求1的集成电路，其特征在于，屏蔽装置包括一片低电阻材料板，所述板垂直于电感元件形成的磁场向量放置，由垂直于通过电感元件在板上感应的电流的交替的带和槽形成，所述带连接开式框架。
4.根据权利要求3的集成电路，其特征在于，屏蔽装置还包括低电阻材料的通孔，所述通孔的壁完全包围电感元件，所述通孔具有至少一个在其整个高度上的槽。
5.根据权利要求4的集成电路，其特征在于，板和通孔一起连接到有电势的参考端子。
6.根据权利要求4的集成电路，其特征在于，集成电路主要由层叠加而成，每一层由低电阻材料形成，通孔壁由轨迹(track)层叠而成，每个轨迹围绕电感元件表面限定的周边在所述层的其中一层剪裁出，同时所述轨迹是周边互连的。
7.根据权利要求4的集成电路，其特征在于，集成电路包括两个电感元件，这两个电感元件连接在供电端子和有电势的参考端子之间，每个电感元件由线匝形成，所述线匝是对称，线圈缠绕方向相反，所述相对的线匝的各部分是离供电端子最远的那些部分。
8.一种发送输出信号的振荡器，其频率值取决于调谐电压值，其特征在于，所述振荡器以权利要求1所述集成电路的方式形成，其激活区包括至少一个连接电感元件并通过调谐电压被偏压的变容二极管。
9.一种接收无线电信号的设备，包括.天线及滤波器系统，能接收无线电信号，无线电信号频率即所说的射频在给定频率范围内进行选择，并将其转换为电子信号即无线电信号，.本机振荡器的频率即所说的振荡频率可以作为调谐电压的函数被调谐，以及.混频器，用于接收无线电信号和来自本机振荡器信号并发送具有固定频率且等于射频和振荡频率之差的输出信号，以及.信号处理单元，利用混频器的输出信号，该设备的特征在于本机振荡器与前述振荡器一致。
全文摘要
本发明涉及一种集成电路,包括至少一个电感元件(4)和一个称为激活区的区域(5),所述区域包括电阻元件、电感元件和半导体元件,同时所述电感元件和激活区部分是重叠的。集成电路具有屏蔽装置(6),用于使激活区与电感元件形成的电磁场绝缘。本发明使在尺寸缩小的集成电路中实现具有高品质因数的电感元件成为可能并减小了电感元件和其他元件之间的电磁作用。
文档编号H01L21/02GK1259769SQ99122948
公开日2000年7月12日 申请日期1999年12月24日 优先权日1998年12月29日
发明者F·诺维宁, S·塞瑟拉鲁 申请人:皇家菲利浦电子有限公司