水平磁场结构的电感结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种水平磁场结构的电感结构，包括：处于第一金属层中的第一金属布线、处于第二金属层中的第二金属布线、连接第一金属布线和第二金属布线的导电通孔、布置在第一金属层与第二金属层之间的铁磁性材料层；第一、第二金属层的相关布线，导电通孔和铁磁性材料层共同形成水平磁场结构的电感。
【专利说明】
水平磁场结构的电感结构
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种水平磁场结构的电感结构。
【背景技术】
[0002]随着物联网的崛起，射频类芯片应用越来越广泛。射频集成电路(RFIC,Rad1Frequency Integrated Circuit)变得越来越重要，射频集成电路是一种工作在300MHz?300GHz频率范围内的集成电路。
[0003]在射频集成电路中，电感起着非常重要的作用。电感作为一种关键的电子元器件而广泛地应用在各种射频集成电路中，例如电压控振荡器(V⑶，Voltage ControlOscillator)、低噪声放大器(LNA，Low-noiseAmplif ier)以及混频器(mixer)等都需要使用电感。
[0004]评价电感性能好坏的一个重要指标是品质因子Q，品质因子Q的定义是:储存于电感中的能量和每一震荡周期损耗能量的比。品质因子Q越尚，电感的效率就越尚。影响品质因子Q的因素有:金属线圈的欧姆损耗、其他损耗、电感器的电感量以及寄生电容的影响等。电感品质因子Q为:
[0005]Q= OL/R
[0006]其中ω电路谐振时的电源频率，L为电感的电量，R为串的电阻。
[0007]电感的电感L为:
[0008]L=(K*yO*yS*N2*S)/l
[0009]其中μ0表不真空磁导率，yS表不线圈内部磁心相对磁导率，S表不线圈的截面积，K表示取决于线圈的半径和长度的系数，N表示线圈的圈数，I表示线圈的长度。
[0010]然而，射频芯片面临射频器件中电感的面积不可缩小和电感特性不佳带来的成本问题越来越突出。因为现行芯片中应用的电感结构为垂直于硅衬底的螺旋结构，电感工作时的电磁场会产生衬底损耗，并影响电感下方电路。为获得大的电感Q值，螺旋结构电感的面积无法有效缩小和电感下方无法放置任何器件。同时为降低衬底损耗，需要在半导体衬底做深沟槽隔离工艺或光刻及离子注入隔离工艺，从而造成工艺成本增加。
[0011 ]由此，希望能够提供一种在保证成本较低的情况下能够提高电感特性的电感结构。
【发明内容】
[0012]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够在保证成本较低的情况下能够提高电感特性的电感结构。
[0013]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种水平磁场结构的电感结构，包括:处于第一金属层中的第一金属布线、处于第二金属层中的第二金属布线、连接第一金属布线和第二金属布线的导电通孔、布置在第一金属层与第二金属层之间的铁磁性材料层；第一、第二金属层的相关布线，导电通孔和铁磁性材料层共同形成水平磁场结构的电感。
[0014]优选地，在所述水平磁场结构的电感结构中，所述水平磁场是方向与导电通孔垂直的磁场。
[0015]优选地，在所述水平磁场结构的电感结构中，第一金属层与第二金属层是相邻的两个金属层。
[0016]优选地，在所述水平磁场结构的电感结构中，第一金属层是顶层金属层。
[0017]优选地，在所述水平磁场结构的电感结构中，第二金属层是与顶层金属层相邻的处于顶层金属层下方的金属层。
[0018]优选地，在所述水平磁场电感结构中，铁磁性材料层与导电通孔不接触。
[0019]优选地，在所述水平磁场电感结构中，加入铁磁性材料层作为电感的磁心，例如是镍材料层、钴材料层等。
[0020]优选地，在所述水平磁场电感结构中，第一金属层与铁磁性材料层之间布置有绝缘材料。
[0021]优选地，在所述水平磁场结构的电感结构中，第二金属层与铁磁性材料层之间布置有绝缘材料。
[0022]根据本发明的水平磁场结构的电感主要具有如下优势:
[0023](I)电感不影响其下方器件性能，电感下方的面积可以使，并且不产生衬底损耗。
[0024](2)电感结构可根据需要做出直线形，环形等。
[0025](3)以铁磁材料(如镍，钴等)作为磁心可以大幅提高电感量。
[0026](4)不需要在半导体衬底做深沟槽隔离工艺或光刻+离子注入隔离工艺，工艺成本低。
[0027](5)利用顶层金属层和处于顶层金属层下方的金属层做相应电感的布线，由于这两层金属厚度较厚，本身电阻相对较小。
【附图说明】
[0028]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0029]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的水平磁场结构的电感结构的第一示例的俯视图。
[0030]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的平磁场结构的电感结构的第二示例的截面图。
[0031]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0033]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的平磁场结构的电感结构的第一示例的俯视图。
[0034]具体地说，如图1所示，根据本发明优选实施例的水平磁场电感结构可以包括:处于第一金属层中的第一金属布线10、处于第二金属层中的第二金属布线30、连接第一金属布线10和第二金属布线30的导电通孔20、布置在第一金属层与第二金属层之间的铁磁性材料层40;第一、第二金属层的相关布线，导电通孔和铁磁性材料层共同形成水平磁场结构的电感。
[0035]其中，铁磁性材料层与导电通孔不接触。
[0036]具体地说，所述水平磁场是方向与导电通孔20垂直的磁场。
[0037]优选地，第一金属层与第二金属层是相邻的两个金属层。
[0038]具体地说，例如，在具体实施例中，第一金属层是顶层金属层。具体地说，例如，在具体实施例中，第二金属层是与顶层金属层相邻的处于顶层金属层下方的金属层。
[0039]其中，铁磁性材料层作为电感的磁心，例如镍材料层、钴材料层等。
[0040]而且，可以利用下式计算根据本发明优选实施例的水平磁场电感结构的电感量L:
[0041]L=(K*yO*yS*N2*S)/l
[0042]其中μο表示真空磁导率，yS表示铁磁性材料层40所形成的线圈内部磁心相对磁导率，S表示第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的截面积，K表示取决于第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的半径和长度的系数，N表示第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的圈数，I表示第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的长度。
[0043]根据本发明优选实施例的水平磁场结构的电感主要具有如下优势:
[0044](I)电感不影响期下方器件性能，电感下方的面积可以使用，并且不产生衬底损耗。
[0045](2)电感结构可根据需要做出直线形，环形等。
[0046](3)以铁磁材料(如镍，钴等)作为磁心可以大幅提高电感量。
[0047](4)不需要在半导体衬底做深沟槽隔离工艺或光刻+离子注入隔离工艺，工艺成本低。
[0048](5)利用顶层金属层和处于顶层金属层下方的金属层做相应电感的布线，由于这两层金属厚度较厚，本身电阻相对较小。
[0049]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的水平磁场结构的电感的第二示例的截面图。
[0050]同样的，如图2所示，根据本发明优选实施例的水平磁场电感结构可以包括:处于第一金属层中的第一金属布线10、处于第二金属层中的第二金属布线30、连接第一金属布线10和第二金属布线30的导电通孔20、布置在第一金属层与第二金属层之间的铁磁性材料层40;第一、第二金属层的相关布线，导电通孔和铁磁性材料层共同形成水平磁场结构的电感。
[0051 ]其中，铁磁性材料层与导电通孔不接触。
[0052 ]具体地说，所述水平磁场是方向与导电通孔20垂直的磁场。
[0053]优选地，第一金属层与第二金属层是相邻的两个金属层。
[0054]具体地说，例如，在具体实施例中，第一金属层是顶层金属层。具体地说，例如，在具体实施例中，第二金属层是与顶层金属层相邻的处于顶层金属层下方的金属层。
[0055]优选地，铁磁性材料层40，例如镍材料层、钴材料层等。
[0056]而且，可以利用下式计算根据本发明优选实施例的水平磁场电感结构的电感量L:
[0057]L=(K*yO*yS*N2*S)/l
[0058]其中μ0表示真空磁导率，yS表示铁磁性材料层40所形成的等效线圈内部磁心相对磁导率，S表示第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的截面积，K表示取决于第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的半径和长度的系数，N表示第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的圈数，I表示第一、第二金属层的相关布线，导电通孔所形成的等效线圈的长度。
[0059]其中，在图2中，具体示出了第一金属层与铁磁性材料层40之间布置有绝缘材料50。而且，第二金属层与铁磁性材料层40之间布置有绝缘材料50。
[0060]根据本发明优选实施例的水平磁场结构的电感结构主要具有如下优势:
[0061 ] (I)电感不影响期下方器件性能，电感下方的面积可以使用，并且不产生衬底损耗。
[0062](2)电感结构可根据需要做出直线形，环形等。
[0063](3)以铁磁材料(如镍，钴等)作为磁心可以大幅提高电感量。
[0064](4)不需要在半导体衬底做深沟槽隔离工艺或光刻+离子注入隔离工艺，工艺成本低。
[0065](5)利用顶层金属层和处于顶层金属层下方的金属层做相应电感的布线，由于这两层金属厚度较厚，本身电阻相对较小。
[0066]需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0067]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种水平磁场结构的电感结构，其特征在于包括:处于第一金属层中的第一金属布线、处于第二金属层中的第二金属布线、连接第一金属布线和第二金属布线的导电通孔、布置在第一金属层与第二金属层之间的铁磁性材料层;第一、第二金属层的相关布线，导电通孔和铁磁性材料层共同形成水平磁场结构的电感。2.根据权利要求1所述的水平磁场电感结构，其特征在于，所述水平磁场是方向与导电通孔垂直的磁场。3.根据权利要求1或2所述的水平磁场电感结构，其特征在于，第一金属层与第二金属层是相邻的两个金属层。4.根据权利要求1或2所述的水平磁场电感结构，其特征在于，第一金属层是顶层金属层。5.根据权利要求1或2所述的水平磁场电感结构，其特征在于，第二金属层是与顶层金属层相邻的处于顶层金属层下方的金属层。6.根据权利要求1或2所述的水平磁场结构的电感结构，其特征在于，铁磁性材料层与导电通孔不接触。7.根据权利要求1或2所述的水平磁场结构的电感结构，其特征在于，使用铁磁性材料层作为电感的磁心。8.根据权利要求1或2所述的水平磁场结构的电感结构，其特征在于，所述铁磁性材料层是镍材料层和/或钴材料层。9.根据权利要求1或2所述的水平磁场结构的电感结构，其特征在于，第一金属层与铁磁性材料层之间布置有绝缘材料。10.根据权利要求1或2所述的水平磁场结构的电感结构，其特征在于，第二金属层与铁磁性材料层之间布置有绝缘材料。
【文档编号】H01L23/64GK105932014SQ201610307251
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】张凌越
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司