專利名稱：對稱電感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置，特別是有關(guān)于一種差動型操作(differential operation)的對稱電感元件。
背景技術(shù)：
許多數(shù)字及模擬部件及電路已成功地運(yùn)用于半導(dǎo)體集成電路。上述部件包含了被動元件，例如電阻、電容或電感等。典型的半導(dǎo)體集成電路包含一硅基底。一層以上的介電層設(shè)置于基底上，且一層以上的金屬層設(shè)置于介電層中。這些金屬層可通過現(xiàn)行的半導(dǎo)體制程技術(shù)而形成芯片內(nèi)建部件，例如芯片內(nèi)建電感元件(on-chip inductor)。
傳統(tǒng)上，芯片內(nèi)建電感形成于基底上且運(yùn)用于射頻頻帶(radio frequency band)集成電路設(shè)計。請參照圖1，其中圖1繪示出一已知具有平面螺旋結(jié)構(gòu)的芯片內(nèi)建電感元件平面示意圖。芯片內(nèi)建電感元件形成于一基底100上方的絕緣層104中，其包括一螺旋金屬層103及一內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。螺旋金屬層103嵌入于絕緣層104中。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括嵌入下層絕緣層(未繪示)中的導(dǎo)電插塞105及109及金屬層107與嵌入于絕緣層104中的金屬層111。螺旋金屬層103通過導(dǎo)電插塞105及109及金屬層107及111而形成一電流路徑，以與芯片外部或內(nèi)部電路電性連接。
平面型螺旋電感元件的優(yōu)點(diǎn)在于可通過減少位于芯片外建的電路元件數(shù)量及其所需的復(fù)雜內(nèi)連線而增加電路的集成度。再者，平面型螺旋電感可避免芯片內(nèi)建電路與芯片外建(off-chip)電路之間接合墊(bond pad)或接線(bond wire)所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)。
上述平面型螺旋電感的品質(zhì)因數(shù)(quality factor/Q value)低且面積大。為了進(jìn)一步改善電感的Q值并減少面積，有人提出增加螺旋金屬層103的厚度及縮小螺旋金屬層103的內(nèi)圈與外圈之間的線距(trace space)S。
然而，越來越多的無線通訊設(shè)計使用差動電路以降低共模(common mode)噪聲，而運(yùn)用于上述差動電路的電感需為對稱式來防止共模噪聲產(chǎn)生。亦即，電感從任一端點(diǎn)觀看皆具有相同結(jié)構(gòu)。圖1中的平面型螺旋電感并非為對稱式，若應(yīng)用于差動電路則無法有效隔絕噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種對稱電感元件，以防止共模噪聲產(chǎn)生。同時，通過改變電感中線圈(coil)的線距，以增加電感元件可用的頻率范圍。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種對稱電感元件，包括一絕緣層、第一繞線部及第二繞線部及一耦接部。絕緣層設(shè)置于一基底上。第一繞線部及第二繞線部相互對稱設(shè)置于絕緣層內(nèi)。每一繞線部包括由內(nèi)而外同心排列的第一半圈形導(dǎo)線層、第二半圈形導(dǎo)線層及第三半圈形導(dǎo)線層。每一半圈形導(dǎo)線層具有一第一端及一第二端，其中第一半圈形導(dǎo)線層的第一端相互耦接。耦接部設(shè)置于第一繞線部與第二繞線部之間的絕緣層內(nèi)，包括第一對連接層及第二對連接層。第一對連接層交錯連接兩繞線部的第二半圈形導(dǎo)線層及第三半圈形導(dǎo)線層的第一端。第二對連接層交錯連接兩繞線部的第一半圈形導(dǎo)線層及第二半圈形導(dǎo)線層的第二端。每一繞線部中相鄰的半圈形導(dǎo)線層之間具有一線距，且一位于外側(cè)的線距大于一位于內(nèi)側(cè)的線距。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種對稱電感元件，包括一絕緣層、多個半圈形導(dǎo)線層、至少一第一對連接層及至少一第二對連接層，而其中相鄰的二個該半圈形導(dǎo)線層之間具有一線距，且一位于外側(cè)的線距大于一位于內(nèi)側(cè)的線距。此外，多個半圈形導(dǎo)線層由內(nèi)而外同心排列于該絕緣層內(nèi)，且每一半圈形導(dǎo)線層具有一第一端及一第二端，其中位于最內(nèi)側(cè)的二個半圈形導(dǎo)線層的所述第一端相互耦接。第一對連接層連接所述半圈形導(dǎo)線層的所述第一端，以及第二對連接層，連接所述半圈形導(dǎo)線層的所述第二端。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種對稱電感元件，包括一絕緣層、一第一繞線部、一第二繞線部及至少二個半圈形導(dǎo)線層，其中第一繞線部是置于絕緣層內(nèi)，具有多個導(dǎo)線層，而第二繞線部是置于絕緣層內(nèi)，且對稱于該第一繞線部，并具有多個導(dǎo)線層。此外，該半圈形導(dǎo)線層和與其相鄰的該繞線部之間具有一線距，且此線距大于位于該繞線部內(nèi)相鄰的二個該導(dǎo)線層之間的線距。該二個半圈形導(dǎo)線層是置于絕緣層內(nèi)，分別電性連接于該第一繞線部及該第二繞線部。
本發(fā)明所提供的對稱電感元件，于差動信號操作時，可降低寄生電容效應(yīng)，增加電感元件可用的頻率范圍。


圖1是繪示出已知具有平面螺旋結(jié)構(gòu)的芯片內(nèi)建電感元件平面示意圖。
圖2是繪示出一根據(jù)本發(fā)明實施例的三匝對稱電感元件平面示意圖。
圖3是繪示出一根據(jù)本發(fā)明實施例的四匝對稱電感元件平面示意圖。
圖4是繪示出一根據(jù)本發(fā)明實施例的四匝對稱電感元件平面示意圖。
圖5是繪示出一根據(jù)本發(fā)明實施例的四匝對稱電感元件平面示意圖。
具體實施例方式
以下配合圖2說明本發(fā)明實施例的三匝對稱電感元件的平面示意圖。對稱電感元件包括一絕緣層210、第一繞線部及第二繞線部以及一耦接部。絕緣層210設(shè)置于一基底200上?；?00包括一硅基底或其他已知的半導(dǎo)體基底?；?00中可包含各種不同的元件，例如晶體管、電阻及其他常用的半導(dǎo)體元件。再者，基底200亦可包含其他導(dǎo)電層(例如，銅、鋁或其合金)以及絕緣層(例如，氧化硅層、氮化硅層或低介電材料層)。此處為了簡化圖式，僅以一平整基底來表示。另外，絕緣層210可為一單層低介電材料層或是多層介電結(jié)構(gòu)。在本實施例中，絕緣層210可包括氧化硅層、氮化硅層或低介電材料層。
第一繞線部設(shè)置于絕緣層210內(nèi)，且位于虛線2的一第一側(cè)。第一繞線部包括由內(nèi)而外同心排列的第一半圈形導(dǎo)線層201、第二半圈形導(dǎo)線層203及第三半圈形導(dǎo)線層205。第二繞線部設(shè)置于絕緣層210內(nèi)，且位于虛線2的一相對于第一側(cè)的第二側(cè)。第二繞線部包括由內(nèi)而外同心排列的第一半圈形導(dǎo)線層202、第二半圈形導(dǎo)線層204及第三半圈形導(dǎo)線層206。第二繞線部以虛線2為對稱軸而對稱于第一繞線部。
第一繞線部及第二繞線部可構(gòu)成大體為圓形、矩形、六邊形、八邊形或多邊形的外形。此處，為簡化圖式，是以八邊形作為范例說明。再者，第一繞線部及第二繞線部的材質(zhì)可由銅、鋁或其合金所構(gòu)成。在本實施例中，第一繞線部的第一半圈形導(dǎo)線層201、第二半圈形導(dǎo)線層203及第三半圈形導(dǎo)線層205與第二繞線部的第一半圈形導(dǎo)線層202、第二半圈形導(dǎo)線層204及第三半圈形導(dǎo)線層206可具有相同的線寬W。
每一半圈形導(dǎo)線層具有一第一端10及一第二端20。在本實施例中，第一繞線部的第一半圈形導(dǎo)線層201的第一端10與第二繞線部的第一半圈形導(dǎo)線層202的第一端10相互耦接。再者，第一繞線部及第二繞線部的第三半圈形導(dǎo)線層205及206的第二端20具有一側(cè)向延伸部30及40，用以作為信號輸入/輸出端，用以輸入差動信號。
在本實施例中，為了維持電感元件幾何對稱性(geometricsymmetry)，將耦接部設(shè)置于第一繞線部與第二繞線部之間的絕緣層210內(nèi)，其包括第一對連接層及第二對連接層。第一對連接層交錯連接兩繞線部的第二半圈形導(dǎo)線層203及204與第三半圈形導(dǎo)線層205及206的第一端10。再者，第二對連接層交錯連接兩繞線部的第一半圈形導(dǎo)線層201及202與第二半圈形導(dǎo)線層203及204的第二端20。舉例而言，第一對連接層包括一上跨接層215耦接第二半圈形導(dǎo)線層203及第三半圈形導(dǎo)線層206的第一端10，以及一下跨接層217耦接第二半圈形導(dǎo)線層204及第三半圈形導(dǎo)線層205的第一端10。第二對連接層包括一上跨接層213耦接第一半圈形導(dǎo)線層201及第二半圈形導(dǎo)線層204的第二端20，以及一下跨接層211耦接第一半圈形導(dǎo)線層202及第二半圈形導(dǎo)線層203的第二端20。
一般而言， 由于單端信號操作(single-ended signaloperation)的電感元件中相鄰的金屬繞線層(winding)會通過相同相位的信號，故不用考慮相鄰的金屬繞線層之間的寄生電容效應(yīng)(parasitic capacitance effect)。因此，金屬繞線層之間的線距必須盡可能的縮小，以提高電感元件的效能。然而，不同于單端信號操作的電感元件，差動信號操作的電感元件中相鄰的繞線層會通過具有180度相差的信號，因此需考慮相鄰的金屬繞線層之間的寄生電容效應(yīng)，特別是位于最外側(cè)的金屬繞線層之間所產(chǎn)生的寄生電容效應(yīng)。當(dāng)最外側(cè)的金屬繞線層之間的寄生電容增加時，峰值品質(zhì)因素頻率(peak Q-factor frequency)會下降并增加電感偏差(inductance value deviation)，因而限制了電感元件可用的頻率范圍。
因此，在本實施例的對稱電感元件中，每一繞線部中相鄰的半圈形導(dǎo)線層之間具有一線距，且至少一相對外側(cè)的線距大于至少一相對內(nèi)側(cè)的線距。舉例而言，第二半圈形導(dǎo)線層203及204與第三半圈形導(dǎo)線層205及206之間的線距S2大于第二半圈形導(dǎo)線層203及204與第一半圈形導(dǎo)線層201及202之間的線距S1(即，S2＞S1)。如此一來，根據(jù)本發(fā)明的對稱電感元件，由于最外側(cè)的線距S2增加，使得對稱電感元件于差動信號操作時，可降低寄生電容效應(yīng)，而增加電感元件可用的頻率范圍。
以下配合圖3說明本發(fā)明其他實施例的四匝對稱電感元件，其中相同于圖2中的部件是使用相同的標(biāo)號并省略其說明。在圖3中，第一繞線部及第二繞線部更包括第四半圈形導(dǎo)線層207及208，其分別位于第三半圈形導(dǎo)線層205及206的外側(cè)。同樣地，第四半圈形導(dǎo)線層207及208可具有相同的線寬W。再者，耦接部更包括一第三對連接層，交錯連接兩繞線部的第三半圈形導(dǎo)線層205及206及第四半圈形導(dǎo)線層207及208的第二端20。舉例而言，第三對連接層包括一上跨接層219耦接第三半圈形導(dǎo)線層205及第四半圈形導(dǎo)線層208的第二端20，以及一下跨接層221耦接第三半圈形導(dǎo)線層206及第四半圈形導(dǎo)線層207的第二端20。再者，第一繞線部及第二繞線部的第四半圈形導(dǎo)線層207及208的第一端10具有一側(cè)向延伸部30及40，用以作為信號輸入/輸出端，用以輸入差動信號。
在本實施例中，由內(nèi)而外的線距逐漸增加。舉例而言，第三半圈形導(dǎo)線層205及206與第四半圈形導(dǎo)線層207及208之間的線距S3大于第二半圈形導(dǎo)線層203及204與第三半圈形導(dǎo)線層205及206之間的線距S2。再者，第二半圈形導(dǎo)線層203及204與第三半圈形導(dǎo)線層205及206之間的線距S2大于第二半圈形導(dǎo)線層203及204與第一半圈形導(dǎo)線層201及202之間的線距S1(即，S3＞S2＞S1)。
在其他實施例中，線距S3可大體相同于線距S2且大于線距S1(即，S3＝S2＞S1)，如圖4所示。又，在其他實施例中，線距S2可大體相同于線距S1且小于線距S3(即，S3＞S2＝S1)，如圖5所示。如此一來，由于最外側(cè)相鄰的繞線層具有最大的線距，使得對稱電感元件于差動信號操作時，可降低寄生電容效應(yīng)，而增加電感元件可用的頻率范圍。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易了解到本發(fā)明運(yùn)用于其他四匝以上的對稱電感元件中亦具有相同的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下100基底103螺旋金屬層104絕緣層105、109導(dǎo)電插塞107、111金屬層S線距2虛線10第一端
20第二端30、40側(cè)向延伸部200基底201、202第一半圈形導(dǎo)線層203、204第二半圈形導(dǎo)線層205、206第三半圈形導(dǎo)線層207、208第四半圈形導(dǎo)線層210絕緣層211、217、221下跨接層213、215、219上跨接層S1、S2、S3線距W線寬
權(quán)利要求
1.一種對稱電感元件，所述對稱電感元件包括一絕緣層，設(shè)置于一基底上；其特征在于，第一繞線部及第二繞線部，相互對稱設(shè)置于該絕緣層內(nèi)，每一繞線部包括由內(nèi)而外同心排列的一第一半圈形導(dǎo)線層、一第二半圈形導(dǎo)線層及一第三半圈形導(dǎo)線層，且每一半圈形導(dǎo)線層具有一第一端及一第二端，其中所述第一半圈形導(dǎo)線層的所述第一端相互耦接；以及一耦接部，設(shè)置于該第一繞線部與該第二繞線部之間的該絕緣層內(nèi)，包括一第一對連接層，交錯連接兩繞線部的該第二半圈形導(dǎo)線層及該第三半圈形導(dǎo)線層的所述第一端；以及一第二對連接層，交錯連接兩繞線部的該第一半圈形導(dǎo)線層及該第二半圈形導(dǎo)線層的所述第二端；其中每一所述繞線部中相鄰的所述半圈形導(dǎo)線層之間具有一線距，且一位于外側(cè)的線距大于一位于內(nèi)側(cè)的線距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱電感元件，其特征在于，所述第一繞線部及第二繞線部更包括一第四半圈形導(dǎo)線層位于該第三半圈形導(dǎo)線層的外側(cè)，且該耦接部更包括一第三對連接層，交錯連接兩繞線部的該第三半圈形導(dǎo)線層及該第四半圈形導(dǎo)線層的所述第二端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對稱電感元件，其特征在于，該第四半圈形導(dǎo)線層與該第三半圈形導(dǎo)線層之間的線距相同于該第三半圈形導(dǎo)線層與該第二半圈形導(dǎo)線層之間的線距，且大于該第二半圈形導(dǎo)線層與該第一半圈形導(dǎo)線層之間的線距。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對稱電感元件，其特征在于，該第一半圈形導(dǎo)線層與該第二半圈形導(dǎo)線層之間的線距相同于該第三半圈形導(dǎo)線層與該第二半圈形導(dǎo)線層之間的線距，且小于該第四半圈形導(dǎo)線層與該第三半圈形導(dǎo)線層之間的線距。
5.一種對稱電感元件，所述對稱電感元件包括一絕緣層；其特征在于，多個半圈形導(dǎo)線層，其由內(nèi)而外同心排列于該絕緣層內(nèi)，且每一半圈形導(dǎo)線層具有一第一端及一第二端，其中位于最內(nèi)側(cè)的二個半圈形導(dǎo)線層的所述第一端相互耦接；至少一第一對連接層，連接所述半圈形導(dǎo)線層的所述第一端；以及至少一第二對連接層，連接所述半圈形導(dǎo)線層的所述第二端；其中相鄰的二個該半圈形導(dǎo)線層之間具有一線距，且一位于外側(cè)的線距大于一位于內(nèi)側(cè)的線距。
6.一種對稱電感元件，所述對稱電感元件包括一絕緣層；其特征在于，一第一繞線部，其置于該絕緣層內(nèi)，且具有多個導(dǎo)線層；一第二繞線部，其置于該絕緣層內(nèi)，且對稱于該第一繞線部，并具有多個導(dǎo)線層；以及至少二個半圈形導(dǎo)線層，其設(shè)置于該絕緣層內(nèi)，其中該二個半圈形導(dǎo)線層分別電性連接于該第一繞線部及該第二繞線部；其中該半圈形導(dǎo)線層和與其相鄰的該繞線部之間具有一線距，且此線距大于位于該繞線部內(nèi)相鄰的二個該導(dǎo)線層之間的線距。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的對稱電感元件，其特征在于，每一繞線部包括由內(nèi)而外同心排列的一第一半圈形導(dǎo)線層、一第二半圈形導(dǎo)線層及一第三半圈形導(dǎo)線層，且每一半圈形導(dǎo)線層具有一第一端及一第二端，其中所述第一半圈形導(dǎo)線層的所述第一端相互耦接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對稱電感元件，其特征在于，其更包括一耦接部，設(shè)置于該第一繞線部與該第二繞線部之間的該絕緣層內(nèi)，且該耦接部包括一第一對連接層，交錯連接兩繞線部的該第二半圈形導(dǎo)線層及該第三半圈形導(dǎo)線層的所述第一端；以及一第二對連接層，交錯連接兩繞線部的該第一半圈形導(dǎo)線層及該第二半圈形導(dǎo)線層的所述第二端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對稱電感元件，其特征在于，該第一對連接層及第二對連接層均包括一上跨接層及一下跨接層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對稱電感元件，其特征在于，所述第一繞線部及第二繞線部更包括一第四半圈形導(dǎo)線層位于該第三半圈形導(dǎo)線層的外側(cè)，且該耦接部更包括一第三對連接層，交錯連接兩繞線部的該第三半圈形導(dǎo)線層及該第四半圈形導(dǎo)線層的所述第二端。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種對稱電感元件，其包括相互對稱的第一及第二繞線部及一耦接部。每一繞線部包括由內(nèi)而外同心排列的第一、第二及第三半圈形導(dǎo)線層。每一半圈形導(dǎo)線層具有一第一端及一第二端，其中第一半圈形導(dǎo)線層的第一端相互耦接。耦接部包括第一對及第二對連接層。第一對連接層交錯連接兩繞線部的第二及第三半圈形導(dǎo)線層的第一端。第二對連接層交錯連接兩繞線部的第一及第二半圈形導(dǎo)線層的第二端。每一繞線部中相鄰的半圈形導(dǎo)線層之間具有一線距，且一位于外側(cè)的線距大于一位于相對內(nèi)側(cè)的線距。本發(fā)明所提供的對稱電感元件，于差動信號操作時，可降低寄生電容效應(yīng)，增加電感元件可用的頻率范圍。
文檔編號H01F17/00GK1964043SQ200610167289
公開日2007年5月16日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者李勝源 申請人:威盛電子股份有限公司