希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构及片上螺旋电感的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微电子技术领域，尤其涉及希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构及片上螺旋电感。
【背景技术】
[0002]片上电感、片上变压器等无源元件是组成射频集成电路的重要无源元件，广泛地应用于低噪声放大器、功率放大器、混频器等电路模块中。
[0003]片上电感与片上变压器等螺旋无源元件由于电流路径为螺旋状，在射频条件下会感应出漩涡电流，由于硅衬底的电阻率偏低，漩涡电流通过硅衬底而传导，导致片上螺旋无源元件的品质因数较低，性能下降。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构，通过在片上无源元件的金属线与衬底之间设置希尔伯特曲线型地屏蔽结构，隔离漩涡电路的传导。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构，所述无源元件包括金属线和衬底，所述地屏蔽结构设置在所述金属线和衬底之间，所述希尔伯特曲线型地屏蔽结构由任意金属层构成，所述希尔伯特曲线的内径为S，线宽为W，n阶希尔伯特曲线其面积为(2nXW+(2n-l) XS)2，根据所述片上无源元件所占面积大小选择不同数量不同阶数的希尔伯特曲线来构成所述地屏蔽结构，所述每个希尔伯特曲线的四角通过所述片上无源元件的金属过孔连接到所述衬底，所述不同阶数的希尔伯特曲线间距为S，构成的面积接近所述片上无源元件占用面积。
[0006]在本实用新型的较佳实施方式中，所述希尔伯特曲线型地屏蔽结构包括16个四阶希尔伯特曲线与17个三阶希尔伯特曲线，其中每个四阶与三阶希尔伯特曲线的四角通过所述片上无源元件的金属过孔连接到所述衬底。
[0007]在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述S为2微米，所述W为2-10微米。
[0008]一种添加希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构的片上螺旋电感，包括片上电感，金属线和地屏蔽结构，其中，所述片上电感包括螺旋电感线和金属过线，所述螺旋电感线由顶层金属构成，金属过线由次顶层金属构成，所述地屏蔽结构由第一层金属构成。
[0009]在本实用新型的较佳实施方式中，所述片上电感外径为280微米，所述金属线宽为10微米，所述金属线间距S为2微米。
[0010]在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述地屏蔽结构由16个四阶希尔伯特曲线与17个三阶希尔伯特曲线构成，所述希尔伯特曲线内径S与线宽W都选择为2微米。
[0011]本实用新型公开的希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构通过在片上无源元件的金属线与衬底之间设置希尔伯特曲线型地屏蔽结构，来隔离漩涡电路的传导，提高片上无源元件的性能。
[0012]以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0013]图1是一阶希尔伯特曲线；
[0014]图2是二阶希尔伯特曲线；
[0015]图3是三阶希尔伯特曲线；
[0016]图4是四阶希尔伯特曲线；
[0017]图5是本实用新型一较佳实施例的添加希尔伯特曲线地屏蔽结构的片上螺旋电感；
[0018]图6是图5中四阶希尔伯特与三阶希尔伯特位置示意图；
[0019]图7是传统条形地屏蔽结构螺旋电感；
[0020]图8是不加地屏蔽结构电感、条形地屏蔽结构电感与希尔伯特地屏蔽电感品质因数比较图；
[0021]图9是不加地屏蔽结构电感、条形地屏蔽结构电感与希尔伯特地屏蔽电感品质因数比较图；
[0022]图10是添加希尔伯特曲线地屏蔽结构的片上变压器。
【具体实施方式】
[0023]本实用新型公开的希尔伯特曲线型地屏蔽结构，由螺旋电感与硅衬底之间的任意金属层构成，图1为一阶希尔伯特曲线结构，一阶希尔伯特曲线可以看成是内径为S线宽为W的正方形环一边开口构成，由S与W可以计算出I阶希尔伯特曲线所占面积为(S+2W)2。图2为二阶希尔伯特曲线结构，二阶希尔伯特曲线可以看成是由4个相距为S的一阶曲线构成，其中左下一阶曲线形状不变，左上的一阶曲线中心不变，逆时针旋转90度。右上的一阶曲线中心不变，逆时针旋转90度。右下的一阶曲线中心不变，逆时针旋转180度。然后按照左下-左上-右上-右下顺序依次连接四个一阶曲线即可构成二阶希尔伯特曲线。可以依次类推，四个相距为S的二阶希尔伯特曲线可以构成三阶曲线，如图3所示。图4所示为四阶希尔伯特曲线。对于基本结构(一阶)内径为S线宽为W构成的η阶希尔伯特曲线，其面积为(2nXff+(2n-l) XS)2o
[0024]为了更好的隔离漩涡电流，S 一般选择为CMOS工艺允许的最小值，一般为2微米左右。W选择2-10在微米左右。
[0025]在本实用新型一较佳实施例中，如图5所示，一种添加希尔伯特曲线型地屏蔽结构的片上螺旋电感，包括片上电感I和地屏蔽结构2，其中，片上电感I由螺旋电感线和金属过线组成，螺旋电感线由顶层金属构成，金属过线由次顶层金属构成，地屏蔽结构2由第一层金属构成。片上电感I外径为280微米，螺旋线与过线宽为10微米，螺旋线间距S为2微米。地屏蔽结构2希尔伯特曲线的线间距S与线宽W都选择为2微米，根据片上无源元件所占面积大小可以选择不同数量不同阶数的希尔伯特曲线来构成地屏蔽结构，为了很好的覆盖本实施例选择16个四阶希尔伯特曲线与17个三阶希尔伯特曲线构成。具体位置示意图如图6所示，其中每个四阶与三阶希尔伯特曲线的四角通过金属过孔连接到衬底，如图2所示，不同阶数的希尔伯特曲线间距为S，构成的面积尽量接近片上电感占用面积。
[0026]图7显示了传统金属条型地屏蔽结构电感，利用电磁场仿真软件，对未加地屏蔽结构、传统地屏蔽结构与希尔伯特型地屏蔽结构的品质因数与电感值进行了仿真。仿真结构如图8与图9所示。电磁仿真结果显示，本实用新型公开的新型电感Q最大值为13 (2.5GHz频点)，比传统单端电感Q值(10.5/1.6GHz)提高了 24%，比传统PGS电感Q值(12/1.8GHz)提高了 8.3%。
[0027]本实用新型公开的希尔伯特曲线型地屏蔽结构也可以应用于其他片上无源元件中，如片上变压器，如图10所示。
[0028]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构，所述无源元件包括金属线和衬底，所述地屏蔽结构设置在所述金属线和衬底之间，其特征在于，所述希尔伯特曲线型地屏蔽结构由任意金属层构成，所述希尔伯特曲线的曲线间距为S，线宽为W，n阶希尔伯特曲线其面积为(2nXW+(2n-l) XS)2，根据所述片上无源元件所占面积大小选择不同数量不同阶数的希尔伯特曲线来构成所述地屏蔽结构，所述每个希尔伯特曲线的四角通过所述片上无源元件的金属过孔连接到所述衬底，所述不同阶数的希尔伯特曲线间距为S，构成的面积接近所述片上无源元件占用面积。
2.如权利要求1所述的希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构，其特征在于，所述希尔伯特曲线型地屏蔽结构包括16个四阶希尔伯特曲线与17个三阶希尔伯特曲线，其中每个四阶与三阶希尔伯特曲线的四角通过所述片上无源元件的金属过孔连接到所述衬底。
3.如权利要求2所述的希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构，其特征在于，所述S为2微米，所述W为2-10微米。
4.添加权利要求1所述一种希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构的片上螺旋电感，其特征在于，包括片上电感(1)，金属线(2)和地屏蔽结构(3)，其中，所述片上电感(I)包括螺旋电感线和金属过线，所述螺旋电感线由顶层金属构成，所述金属过线由次顶层金属构成，所述地屏蔽结构(3)由第一层金属构成。
5.如权利要求4所述的片上螺旋电感，其特征在于，所述片上电感(I)外径为280微米，所述金属线⑵宽为10微米，所述金属线⑵间距S为2微米。
6.如权利要求4所述的片上螺旋电感，其特征在于，所述地屏蔽结构(3)由16个四阶希尔伯特曲线与17个三阶希尔伯特曲线构成，所述希尔伯特曲线内径S与线宽W都选择为2微米。
【专利摘要】本实用新型公开了希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构及片上螺旋电感，所述无源元件包括金属线和衬底，所述地屏蔽结构设置在所述金属线和衬底之间，所述希尔伯特曲线型地屏蔽结构由任意金属层构成，根据所述片上无源元件所占面积大小选择不同数量不同阶数的希尔伯特曲线来构成所述地屏蔽结构，所述不同阶数的希尔伯特曲线间距为S，构成的面积接近所述片上无源元件占用面积。本实用新型公开的希尔伯特曲线型片上无源元件地屏蔽结构通过在片上无源元件的金属线与衬底之间设置希尔伯特曲线型地屏蔽结构，来隔离漩涡电流的传导，提高了片上无源元件的性能。
【IPC分类】H01L23-552
【公开号】CN204538016
【申请号】CN201420825779
【发明人】韩波, 王诗兵, 宋有才, 赵正平, 史晓凤, 张媛, 李军
【申请人】阜阳师范学院
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2014年12月22日