专利名称：集成电路变压器的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种集成电路变压器，特别是有关于一种具高耦合系数(k)的集成电路变压器。
背景技术：
为了模拟和射频(RF)产品的不同应用，变压器因而逐渐地集成于芯片上。变压器的其中一个要求为高耦合系数(k)。变压器的耦合系数(k)取决于同时穿过变压器的主线圈(primary winding)和副线圈(secondary winding)两者的总磁通量(flux lines)。高耦合系数意指会有高能量从主线圈传递至副线圈，在传输期间变压器会有低的能量损失。现有的集成电路变压器通常会以增加主线圈和副线圈的匝数(turn counts)来改 善变压器的耦合系数(k)。然而，越多的线圈匝数会需要越大的布局面积，因而会增加制造成本。因此，需要一种新型的具高耦合系数(k)的集成电路变压器。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供新型的具高耦合系数(k)的集成电路变压器。本发明揭露的一个实施例提供一种集成电路变压器，设置于基板上。集成电路变压器包括第一线圈状金属图案，设置于基板上，第一线圈状金属图案包括内圈部分和外圈部分；第二线圈状金属图案，设置于基板上，且横向位于内圈部分和外圈部分之间；介电层，设置于第一线圈状金属图案和第二线圈状金属图案上；第一通孔，穿过介电层形成，且电性连接至第一线圈状金属图案和第二线圈状金属图案其中之一；第一重布线图案，设置于介电层上，电性连接至第一通孔且沿第一通孔延伸，其中第一重布线图案覆盖至少一部分第一线圈状金属图案和至少一部分第二线圈状金属图案。本发明揭露的另一实施例提供一种集成电路变压器，设置于基板上。集成电路变压器包括第一线圈状金属图案，设置于基板上，第一线圈状金属图案包括内圈部分和外圈部分；第二线圈状金属图案，设置于基板上，且横向位于内圈部分和外圈部分之间；第一 T型导电物，设置于第一线圈状金属图案和第二线圈状金属图案上，且电性连接至第一线圈状金属图案和第二线圈状金属图案其中之一，其中第一 T型导电物覆盖第一线圈状金属图案和第二线圈状金属图案两者。本发明所提出的集成电路变压器，通过重布线图案与通孔，能够增强集成电路变压器的耦合系数(k)。
图Ia为本发明一实施例的集成电路变压器的上视图。图Ib为沿图Ia的A-A’切线的剖面图。图2a为本发明另一实施例的集成电路变压器的上视图。
图2b为沿图2a的A-A’切线的剖面图。图2c为沿图2a的B-B’切线的剖面图。图3a为本发明又另一实施例的集成电路变压器的上视图。图3b为沿图3a的A_A’切线的剖面图。图3c为沿图3a的B-B’切线的剖面图。图4a为本发明更又另一实施例的集成电路变压器的上视图。图4b为沿图4a的A_A’切线的剖面图。
具体实施方式
以下以各实施例详细说明并伴随着
的范例，作为本发明的参考依据。在附图或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各组件的部分将分别描述说明，值得注意的是，图中未绘示或描述的组件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式。图Ia为本发明一实施例的集成电路变压器500a的上视图。图Ib为沿图Ia的A-A’切线的剖面图。本发明一实施例的集成电路变压器为芯片上变压器(on-chiptransformer)。如图Ia和图Ib所示，集成电路变压器500a设置于基板200上，且基板200上形成有介电层202。第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208设置于基板200上。第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208具有相似的形状且互相平行。第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208的形状可包括正方形、八边形或圆形，然而，第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208也可依据设计而具有其他不同的形状。在本发明一实施例中，第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208可利用图案化集成电路的顶层金属层(图未显示)的方式来形成。并且，第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208位于相同层别(layer level);意即第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208为共平面。在本发明一实施例中，第一线圈状金属图案222可视为集成电路变压器500a的主线圈(primary winding),而第二线圈状金属图案208可视为集成电路变压器500a的副线圈(secondary winding)。第一线圈状金属图案222可包括内圈部分206和外圈部分210。而第二线圈状金属图案208是横向地(laterally)设于内圈部分206和外圈部分210之间。第二线圈状金属图案208具有两个末端，分别连接至两个彼此隔开的金属图案224和226。而金属图案224和226分别耦接至开关SI和S2，用来传输感应电流。金属图案224和226的层别低于第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208的层别。内圈部分206的末端207a通过金属图案221连接至外圈部分210的末端211a。金属图案221、第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208皆位于相同层别；意即金属图案221、第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208为共平面。介电层214，设置于第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208上。在本实施例中，鳍状通孔(via fin) 216a，穿过介电层214形成，且电性连接至第二线圈状金属图案208。在另一实施例中，可使用一系列彼此隔开的通孔(图未显示)来代替鳍状通孔216a，以电性连接至第二线圈状金属图案208。并且，另一鳍状通孔217是穿过介电层214形成以电性连接内圈部分206的另一末端207b和外圈部分210的另一末端211b。因此，内圈部分206通过鳍状通孔217和金属图案221连接至外圈部分210。第一线圈状金属图案222的外圈部分210的末端211c和21 Id分别电性连接至开关Pl和P2，用来传输输入电流。如图Ia所示，鳍状通孔216a和217的上视图为条状。鳍状通孔216a沿着第二线圈状金属图案208延伸，而鳍状通孔217从内圈部分206的末端207b延伸至外圈部分210的末端211b。在本发明另一实施例中，彼此隔开之一系列通孔(图未显示)可沿着第二线圈状金属图案208配置，以代替鳍状通孔216a。在本发明一实施例中，鳍状通孔216a可与其他柱状通孔一起形成，用作接合垫(bonding pad)的电性连接。如图Ia和图Ib所示，重布线图案(redistribution pattern) 218a,设置于介电层214上，电性连接至鳍状通孔216a且沿鳍状通孔216a延伸。如图Ia所示，在上视图中，重布线图案218a覆盖第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208两者。重布线图案218a的形状类似于第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208的形状，但重布线图案218a的宽度等于第二线圈状金属图案208和第一线圈状金属图案222的内圈部分206和外圈部分210的总宽度，加上第二线圈状金属图案208分别与第一线圈状金属图案222的内圈部分206和外圈部分210之间间隙宽度的总合。重布线图案218a从第二线圈状金属图案208横向延伸至内圈部分206的内边缘240a和外圈部分210的外边缘242b。 重布线图案218a具有一对平行的边缘230a、232a，分别对齐内圈部分206的内边缘240a和外圈部分210的外边缘242b。在如图Ib所示的集成电路变压器500a的剖面图中，重布线图案218a和鳍状通孔216a可共同构成T型导电物220a，而T型导电物220a可视为第二线圈状金属图案208的延伸部分。在本发明另一实施例中，重布线图案218a和用来代替鳍状通孔216a之一系列彼此隔开的通孔也可共同构成T型导电物220a。T型导电物220a覆盖第二线圈状金属图案208，以及第一线圈状金属图案222相邻于第二线圈状金属图案208的两个相对侧壁244a和244b的内圈部分206和外圈部分210。由于耦合效应不仅会发生于第二线圈状金属图案208与第一线圈状金属图案222的内圈部分206和外圈部分210的横向空间之间，而且会发生于重布线图案218a(耦接至第二线圈状金属图案208)与第一线圈状金属图案222的内圈部分206和外圈部分210的垂直空间之间，因而可改善集成电路变压器500a的耦合系数k。另外，鳍状通孔216a与其他柱状通孔一起形成，用作接合垫的电性连接，且重布线图案218a可通过图案化导电重布线层的方式来形成，用于定义接合垫，因而不需要额外的制程和设计规则。图2a为本发明另一实施例的集成电路变压器500b的上视图。图2b为沿图2a的A-A’切线的剖面图。图2c为沿图2a的B-B’切线的剖面图。如图2a至图2c所示，在本实施例中，彼此隔开的鳍状通孔216bl和216b2，穿过介电层214形成，且电性连接至第二线圈状金属图案208。如图2a至图2c所示，彼此隔开的重布线图案218bl和218b2，设置于介电层214上，分别电性连接至鳍状通孔216b I和216b2且沿鳍状通孔216b I和216b2延伸。在本发明一实施例中，从上视图看去，重布线图案218bl和218b2分别覆盖第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208两者。特别地，重布线图案218bl覆盖第二线圈状金属图案208和第一线圈状金属图案222的外圈部分210两者，而重布线图案218b2覆盖第二线圈状金属图案208和第一线圈状金属图案222的内圈部分206两者。重布线图案218bl和218b2的形状类似于第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208的形状。重布线图案218bl的宽度等于第一线圈状金属图案222的外圈部分210和第二线圈状金属图案208的总宽度，加上上述两者之间的间隙宽度的总合。重布线图案218b2的宽度等于第一线圈状金属图案222的内圈部分206和第二线圈状金属图案208的总宽度，加上上述两者之间的间隙宽度的总合。特别地，如图2a和图2b所示，重布线图案218bl从第二线圈状金属图案208横向延伸至第一线圈状金属图案222的外圈部分210的外边缘242b。如图2a和图2c所示，重布线图案218b2从第二线圈状金属图案208横向延伸至第一线圈状金属图案222的内圈部分206的内边缘240a。重布线图案218b I具有一对平行的边缘230b I、232b I，分别对齐第二线圈状金属图案208的内边缘244a和第一线圈状金属图案222的外圈部分210的外边缘242b。另外，重布线图案218b2具有一对平行的边缘230b2、232b2，分别对齐第二线圈状金属图案208的外边缘244b和第一线圈状金属图案222的内圈部分206的内边缘240a。在如图2b和图2c所示的集成电路变压器500b的剖面图中，重布线图案218bl和鳍状通孔216bl可共同构成T型导电物220bl，或者重布线图案218b2和鳍状通孔216b2可共同构成T型导电物220b2，而T型导电物220bl或220b2可视为第二线圈状金属图案208的延伸部分。T型导电物220bl覆盖第二线圈状金属图案208和相邻于第二线圈状金属图案208的单一侧壁244b的第一线圈状金属图案222的外圈部分210，以及T型导电物220b2覆盖第二线圈状金属图案208和相邻于第二线圈状金属图案208的单一侧壁244a
的第一线圈状金属图案222的内圈部分206。由于耦合效应不仅会发生于第二线圈状金属图案208与第一线圈状金属图案222的内圈部分206/外圈部分210的横向空间内，而且会发生于重布线图案218bl/218b2(耦接至第二线圈状金属图案208)与第一线圈状金属图案222的内圈部分206/外圈部分210的垂直空间之间，因而可改善集成电路变压器500b的耦合系数k。另外，鳍状通孔216bl和216b2与其他柱状通孔一起形成，用作接合垫的电性连接，且重布线图案218bl和218b2可通过图案化导电重布线层的方式来形成，用以定义接合垫，因而不需要额外的制程和设计规则。图3a为本发明另一实施例的集成电路变压器500c的上视图。图3b为沿图3a的A-A’切线的剖面图。图3c为沿图3a的B-B’切线的剖面图。如图3a至图3c所示，在本实施例中，鳍状通孔216c，穿过介电层214形成，且电性连接至第一线圈状金属图案222的外圈部分210。如图3a至图3c所示，重布线图案218c，设置于介电层214上，电性连接至鳍状通孔216c且沿鳍状通孔216c延伸。在本发明一实施例中，从上视图看去，重布线图案218c覆盖第一线圈状金属图案222的外圈部分210和第二线圈状金属图案208两者。重布线图案218c的形状类似于第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属图案208的形状，但重布线图案218c的宽度等于第一线圈状金属图案222的外圈部分210和第二线圈状金属图案208的总宽度，加上上述两者之间的间隙宽度的总合。特别地，如图3a和图3b所示，重布线图案218c从第二线圈状金属图案208的内边缘244a横向延伸至第一线圈状金属图案222的外圈部分210的外边缘242b。重布线图案218c具有一对平行的边缘230c、232c，分别对齐第二线圈状金属图案208的内边缘244a和第一线圈状金属图案222的外圈部分210的外边缘242b。在如图3b和图3c所示的集成电路变压器500c的剖面图中，重布线图案218c和鳍状通孔216c可共同构成T型导电物220c，而T型导电物220c可视为第一线圈状金属图案222的外圈部分210的延伸部分。T型导电物220c覆盖第一线圈状金属图案222的外圈部分210和相邻于第一线圈状金属图案222的单一侧壁242a的第二线圈状金属图案208。由于耦合效应不仅会发生于第二线圈状金属图案208与第一线圈状金属图案222的内圈部分206/外圈部分210的横向空间之间，而且会发生于重布线图案218c (耦接至第一线圈状金属图案222的外圈部分210)与第一线圈状金属图案222的外圈部分210的垂直空间之间，因而可改善集成电路变压器500c的耦合系数k。另外，鳍状通孔216c与其他柱状通孔一起形成，用作接合垫的电性连接，且重布线图案218c可通过图案化导电重布线层的方式来形成，用来定义接合垫，因而不需要额外的制程和设计规则。在本发明其他实施例中，可形成分别连接至第一线圈状金属图案222的内圈部分206/外圈部分210的两个T型导电物。图4a为本发明另一实施例的集成电路变压器500d的上视图。图4b为沿图4a的A-A’切线的剖面图。如第4a至4b所示，在本实施例中，彼此隔开的鳍状通孔216dl和216d2，穿过介电层214形成，且分别电性连接至第一线圈状金属图案222的内圈部分206和外圈部分210。如第4a至4b图所示，彼此隔开的重布线图案218dl和218d2，设置于介电层214上，分别电性连接至鳍状通孔216dl和216d2且分别沿鳍状通孔216dl和216d2延伸。在本发明一实施例中，从上视图看去，重布线图案218dl覆盖第一线圈状金属图案222的外圈部分210和第二线圈状金属图案208两者，而重布线图案218d2分别覆盖第一线圈状金属图案222的内圈部分206和第二线圈状金属图案208两者。重布线图案218dl和218d2的形状类似于第一线圈状金属图案222和第二线圈状金属 图案208的形状。重布线图案218dl的宽度小于第一线圈状金属图案222的外圈部分210和第二线圈状金属图案208的总宽度，加上第一线圈状金属图案222的外圈部分210和第二线圈状金属图案208之间的间隙宽度；重布线图案218d2的宽度小于第一线圈状金属图案222的内圈部分206和第二线圈状金属图案208的总宽度，加上第一线圈状金属图案222的内圈部分206和第二线圈状金属图案208之间的间隙宽度。特别地，如图4a和图4b所示，重布线图案218dl从第一线圈状金属图案222的外圈部分210的外边缘242b横向延伸至第二线圈状金属图案208的一部分，而重布线图案218d2从第一线圈状金属图案222的内圈部分206的内边缘240a横向延伸至第二线圈状金属图案208的一部分。重布线图案218dl具有一对平行的边缘230dl、232dl，其中边缘232dl对齐第一线圈状金属图案222的外圈部分210的外边缘242b，而边缘230dl与第二线圈状金属图案208的外边缘244b平行。另外，重布线图案218d2具有一对平行的边缘230d2、232d2，其中边缘232d2对齐第一线圈状金属图案222的内圈部分206的内边缘240a，而边缘230d2与第二线圈状金属图案208的内边缘244a平行。重布线图案218dl和218d2通过间隙S彼此隔开，而间隙S位于第二线圈状金属图案208的正上方。在如图4b所示的集成电路变压器500d的剖面图中，重布线图案218dl/218d2和鳍状通孔216dl/216d2可共同构成T型导电物220dl/220d2，可视为第一线圈状金属图案222的外圈部分210/内圈部分206的延伸部分。T型导电物220dl/220d2覆盖第一线圈状金属图案222的外圈部分210/内圈部分206和相邻于第一线圈状金属图案222的第二线圈状金属图案208。由于耦合效应不仅会发生于第二线圈状金属图案208与第一线圈状金属图案222的内圈部分206/外圈部分210的横向空间之间，而且会发生于重布线图案218dl/218d2(耦接至第一线圈状金属图案222的外圈部分210/内圈部分206)与第一线圈状金属图案222的内圈部分206/外圈部分210的垂直空间之间，因而可改善集成电路变压器500d的耦合系数k。另外，鳍状通孔216dl和216d2与其他柱状通孔一起形成，用作接合垫的电性连接，且重布线图案218dl和218d2可通过图案化导电重布线层的方式来形成，用来定义接合垫，因而不需要额外的制程和设计规则。本发明实施例提供了集成电路变压器500a飞00d。上述集成电路变压器包括T型导电物，可增加位于变压器相同层别的主线圈和副线圈的耦合面积，以改善耦合系数k。上述T型导电物位于变压器主线圈和副线圈的上方层。且上述T型导电物由通孔和重布线图案构成，且电性连接至变压器主线圈和副线圈的其中之一，其中上述重布线图案可利用图案化导电重布线层的方式来形成以定义接合垫，因而不需要额外的制程和设计规则。并且，上述T型导电物的重布线图案与变压器的彼此相邻的主线圈和副线圈垂直重叠。因此，由于耦合效应不仅会发生于变压器的主线圈和副线圈的横向空间之间，而且会发生于重布线图案(耦接至主线圈或副线圈)与变压器的主线圈或副线圈的垂直空间之间，因而可改善集成电路变压器500a 500d的耦合系数k。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。
权利要求
1.一种集成电路变压器，设置于基板上，包括 第一线圈状金属图案，设置于该基板上，该第一线圈状金属图案包括内圈部分和外圈部分； 第二线圈状金属图案，设置于该基板上，且横向位于该内圈部分和该外圈部分之间； 介电层，设置于该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案上； 第一通孔，穿过该介电层形成，且电性连接至该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案的其中之一；以及 第一重布线图案，设置于该介电层上，电性连接至该第一通孔且沿该第一通孔延伸，其中该第一重布线图案覆盖至少一部分该第一线圈状金属图案和至少一部分该第二线圈状金属图案。
2.如权利要求I所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一通孔电性连接至该外圈部分，且该第一重布线图案从该外圈部分横向延伸至该第二线圈状金属图案。
3.如权利要求I所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一通孔电性连接至该内圈部分，且该第一重布线图案从该内圈部分横向延伸至该第二线圈状金属图案。
4.如权利要求2或3所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一重布线图案具有一对平行边缘，分别对齐该第一线圈状金属图案的第一边缘和该第二线圈状金属图案的第二边缘。
5.如权利要求3所述的集成电路变压器，其特征在于，更包括 第二通孔，电性连接至该外圈部分；以及 第二重布线图案，设置且延伸于该介电层上，电性连接至该第二通孔且沿该第二通孔延伸，其中该第二重布线图案从该外圈部分横向延伸至该第二线圈状金属图案。
6.如权利要求5所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一重布线图案和该第二重布线图案彼此隔开。
7.如权利要求I所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一通孔电性连接至该第二线圈状金属图案，且该第一重布线图案从该内圈部分横向延伸至该外圈部分。
8.如权利要求7所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一重布线图案具有一对平行边缘，分别对齐该内圈部分的第三边缘和该外圈部分的第四边缘。
9.如权利要求I所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一通孔电性连接至该第二线圈状金属图案，且该第一重布线图案从该第二线圈状金属图案横向延伸至该内圈部分或该外圈部分。
10.如权利要求9所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一重布线图案具有一对平行边缘，分别对齐该第二线圈状金属图案的第三边缘和该内圈部分或该外圈部分的第四边缘。
11.如权利要求I所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一重布线图案的宽度等于该第二线圈状金属图案和该第一线圈状金属图案的该内圈部分及/或该外圈部分的总宽度加上该第二线圈状金属图案与该第一线圈状金属图案的该内圈部分及/或该外圈部分之间间隙的宽度。
12.如权利要求I所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一重布线图案的宽度小于该第二线圈状金属图案和该第一线圈状金属图案的该内圈部分或该外圈部分的总宽度加上该第二线圈状金属图案与该第一线圈状金属图案的该内圈部分或该外圈部分之间间隙的宽度。
13.如权利要求I所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案设置于相同层别。
14.一种集成电路变压器，设置于基板上，包括 第一线圈状金属图案，设置于该基板上，该第一线圈状金属图案包括内圈部分和外圈部分； 第二线圈状金属图案，设置于该基板上，且横向位于该内圈部分和该外圈部分之间；以及 第一 T型导电物，设置于该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案上，且电性连接至该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案其中之一，其中该第一 T型导电物覆盖该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案两者。
15.如权利要求14所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一T型导电物包括 第一通孔，穿过位于该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案上的介电层形成；以及 第一重布线图案，设置于该介电层上，电性连接至该第一通孔且沿该第一通孔延伸。
16.如权利要求15项所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一通孔电性连接至该第二线圈状金属图案，且该第一重布线图案从该内圈部分横向延伸至该外圈部分。
17.如权利要求14所述的集成电路变压器，其特征在于，更包括第二T型导电物，与该第一 T型导电物隔开，其中该第一 T型导电物和该第二 T型导电物分别电性连接至该第一线圈状金属图案的该内圈部分和该外圈部分。
18.如权利要求17所述的集成电路变压器，其特征在于，该第二T型导电物包括 第二通孔，穿过该介电层；以及 第二重布线图案，设置于该介电层上，电性连接至该第二通孔且沿该第二通孔延伸，其中该第一重布线图案从该内圈部分横向延伸至该第二线圈状金属图案，且该第二重布线图案从该外圈部分横向延伸至该第二线圈状金属图案。
19.如权利要求14所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一T型导电物的宽度等于该第二线圈状金属图案和该第一线圈状金属图案的该内圈部分及/或该外圈部分的总宽度加上该第二线圈状金属图案与该第一线圈状金属图案的该内圈部分及/或该外圈部分之间间隙的宽度。
20.如权利要求14所述的集成电路变压器，其特征在于，该第一线圈状金属图案和该第二线圈状金属图案设置于相同层别。
全文摘要
本发明提供一种集成电路变压器，集成电路变压器是设置在基板上。上述集成电路变压器包括第一线圈状金属图案，包括内圈部分和外圈部分；第二线圈状金属图案，横向位于内圈部分和外圈部分之间；介电层，设置于第一线圈状金属图案和第二线圈状金属图案上；第一通孔，穿过介电层形成，且电性连接至第一线圈状金属图案和第二线圈状金属图案的其中之一；第一重布线图案，设置于介电层上，电性连接至第一通孔且沿第一通孔延伸，其中第一重布线图案覆盖至少一部分第一线圈状金属图案和至少一部分第二线圈状金属图案。本发明所提出的集成电路变压器，能够增强集成电路变压器的耦合系数(k)。
文档编号H01L23/538GK102867809SQ201210227749
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月2日 优先权日2011年7月6日
发明者洪建州, 张正佶, 李东兴, 黄伟哲 申请人:联发科技股份有限公司