專利名稱：平面螺旋電感的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，具體涉及一種具有絕緣隔離結(jié)構(gòu)的平面螺旋電感。
背景技術(shù)：
在CMOS射頻集成電路(RFIC)的發(fā)展中，最為迫切的和最困難的是要發(fā)展高性能的新器件和新的單元電路，它們是實(shí)現(xiàn)單片CMOS集成射頻前端的基礎(chǔ)。平面螺旋電感作為射頻集成電路中的關(guān)鍵元件，是電路中最難設(shè)計(jì)和掌握的元件，它的性能參數(shù)直接影響著射頻集成電路的性能。片上電感能夠?qū)崿F(xiàn)射頻集成電路中電感的集成化，從而有助于射頻集成電路的片上系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。片上平面螺旋電感大多通過金屬薄膜在半導(dǎo)體襯底上繞制而成，相對(duì)于傳統(tǒng)的線繞電感，片上平面螺旋電感具有成本低、易于集成、噪聲小和功耗低的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是能與現(xiàn)今的CMOS工藝兼容。近年來隨著移動(dòng)通信向微型化、低功耗化發(fā)展，對(duì)制作與CMOS工藝兼容的高品質(zhì)片上無源器件的研究也越來越多。然而，直接制備于低阻半導(dǎo)體襯底上的平面螺旋電感，具有明顯的襯底寄生電容、襯底寄生電阻、金屬導(dǎo)體的寄生電容、金屬導(dǎo)體的寄生電阻、以及由于渦流損耗等效應(yīng)而成的寄生電阻等，這些都將影響電感的性能。在集成電路制造過程中，片上平面螺旋電感等射頻無源器件的主要損耗有兩種 襯底損耗和金屬導(dǎo)體損耗。金屬導(dǎo)體損耗主要來源于金屬導(dǎo)體本身電阻和高頻下的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。其中，趨膚效應(yīng)在高頻下不可避免，其強(qiáng)弱由材料和頻率決定；而鄰近效應(yīng)是由于線圈相互靠近產(chǎn)生電磁干擾，從而引起電流在導(dǎo)體截面不均勻流動(dòng)使得電阻增加。針對(duì)片上平面螺旋電感的金屬導(dǎo)體損耗，業(yè)界已提出以下解決方法1、選用低電阻率的金屬導(dǎo)體材料并適當(dāng)增加金屬層厚度，而不改變平面螺旋電感的幾何結(jié)構(gòu)；2、通過優(yōu)化平面螺旋電感版圖的方法來提高電感品質(zhì)因子，例如，在申請?zhí)枮?00420114664. 2的中國專利中，公開了一種金屬線寬及金屬間距漸變的平面螺旋電感，該平面螺旋電感采用金屬線寬和間距漸變結(jié)構(gòu)來減小等效串聯(lián)電阻，以達(dá)到改善品質(zhì)因子Q值的目的。針對(duì)片上平面螺旋電感的襯底損耗，業(yè)界也進(jìn)行了研究，并已提出以下幾種解決方法1、使用離子注入等技術(shù)選擇性實(shí)現(xiàn)半絕緣半導(dǎo)體襯底；2、在平面螺旋電感主體和半導(dǎo)體襯底之間插入圖形式接地屏蔽層；3、在半導(dǎo)體襯底中形成PN結(jié)隔離；4、使用MEMS工藝以減少襯底損耗。但是，上述幾種方法的工藝較為復(fù)雜，且使得平面螺旋電感的可靠性降低。因此，在不增加工藝的復(fù)雜度、且不會(huì)降低平面螺旋電感的可靠性的基礎(chǔ)上，提供一種可降低襯底損耗的平面螺旋電感，是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種平面螺旋電感，以解決現(xiàn)有的平面螺旋電感由于襯底損耗而導(dǎo)致電感的品質(zhì)因子下降的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種平面螺旋電感，包括半導(dǎo)體襯底；介質(zhì)層，形成于所述半導(dǎo)體襯底上；平面螺旋電感主體，形成于所述介質(zhì)層上；絕緣隔離結(jié)構(gòu)， 形成于所述半導(dǎo)體襯底中并與所述平面螺旋電感主體相對(duì)應(yīng)?？蛇x的，在所述平面螺旋電感中，所述平面螺旋電感主體包括多圈線圈以及位于所述多圈線圈之間的間隔區(qū)域?？蛇x的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于所述平面螺旋電感主體的下方?？蛇x的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于所述間隔區(qū)域的下方?？蛇x的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于多圈線圈的最內(nèi)圈線圈以內(nèi)區(qū)域下方?？蛇x的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于所述間隔區(qū)域的轉(zhuǎn)角處的下方?？蛇x的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的材質(zhì)與所述介質(zhì)層的材質(zhì)相同。可選的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的材質(zhì)與所述介質(zhì)層的材質(zhì)不相同?？蛇x的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為二氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅中的一種或其任意組合。可選的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的厚度為0.01 100微米。可選的，在所述平面螺旋電感中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)是通過淺溝槽隔離工藝、深溝槽隔離工藝或干法刻蝕工藝形成的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的平面螺旋電感具有以下優(yōu)點(diǎn)所述平面螺旋電感增加了絕緣隔離結(jié)構(gòu)，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)形成于半導(dǎo)體襯底中并與平面螺旋電感主體相對(duì)應(yīng)，由于所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的電阻率較高，可減小耦合電流，并降低該絕緣隔離結(jié)構(gòu)處的相對(duì)介電常數(shù)，從而減小有效介電常數(shù)，降低平面螺旋電感的襯底損耗；并且，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的工藝與CMOS的前端工藝兼容，可不增加任何制備成本， 提高平面螺旋電感的品質(zhì)因子，有利于獲得更優(yōu)的CMOS射頻前端重要功能單元性能。


圖IA為本發(fā)明實(shí)施例-一所提供的平面螺旋電感的俯視圖IB為本發(fā)明實(shí)施例-一所提供的平面螺旋電感的剖面圖2A為本發(fā)明實(shí)施例—二所提供的平面螺旋電感的俯視圖2B為本發(fā)明實(shí)施例—二所提供的平面螺旋電感的剖面圖3為本發(fā)明實(shí)施例三所提供的平面螺旋電感的俯視圖4為本發(fā)明實(shí)施例四所提供的平面螺旋電感的俯視圖5為本發(fā)明各實(shí)施例所提供的平面螺旋電感與現(xiàn)有的平面螺旋電感的性能比較圖。
具體實(shí)施方式
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需要說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種平面螺旋電感，所述平面螺旋電感增加了絕緣隔離結(jié)構(gòu)，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)形成于半導(dǎo)體襯底中并與平面螺旋電感主體相對(duì)應(yīng)，由于所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的電阻率較高，可減小耦合電流，并降低該絕緣隔離結(jié)構(gòu)處的相對(duì)介電常數(shù)，從而減小有效介電常數(shù)，降低平面螺旋電感主體的襯底損耗；并且，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的工藝與CMOS的前端工藝兼容，可不增加任何制備成本，提高平面螺旋電感主體的品質(zhì)因子，有利于獲得更優(yōu)的CMOS射頻前端重要功能單元性能。實(shí)施例一請參考圖IA和圖1B，其中，圖IA為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的平面螺旋電感的俯視圖，圖IB為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的平面螺旋電感的剖面圖。如圖IA和圖IB所示，平面螺旋電感100包括半導(dǎo)體襯底110、介質(zhì)層120、平面螺旋電感主體130以及絕緣隔離結(jié)構(gòu)140，所述介質(zhì)層120形成于所述半導(dǎo)體襯底110上， 所述平面螺旋電感主體130形成于介質(zhì)層120上，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140形成于半導(dǎo)體襯底110中并與平面螺旋電感主體130相對(duì)應(yīng)。其中，所述平面螺旋電感主體130包括多圈線圈131以及位于多圈線圈131之間的間隔區(qū)域132，所述多圈線圈131由導(dǎo)線纏繞構(gòu)成。在本實(shí)施例中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140形成于半導(dǎo)體襯底110中，并且，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140位于平面螺旋電感主體130的下方，即平面螺旋電感主體130的線圈131和間隔區(qū)域132下方的半導(dǎo)體襯底表面的區(qū)域全部被絕緣材料所取代。在本實(shí)施例中，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140的材質(zhì)與介質(zhì)層120的材質(zhì)相同，以使所述平面螺旋電感100的制作工藝簡單。然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140的材質(zhì)與介質(zhì)層120的材質(zhì)也可以不相同。優(yōu)選的，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140的材質(zhì)為二氧化硅。當(dāng)然，本發(fā)明的絕緣隔離結(jié)構(gòu) 140的材質(zhì)并不限于二氧化硅，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140的材質(zhì)也可以是氮化硅或氮氧化硅，
或者是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅的任意組合。優(yōu)選的，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140的厚度為0. 01 100微米，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140 可通過淺溝槽隔離(STI)工藝、深溝槽隔離(DTI)工藝或干法刻蝕工藝形成的。所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)140的工藝與CMOS的前端工藝兼容，可不增加任何制備成本，提高平面螺旋電感主體130的品質(zhì)因子Q值，有利于獲得更優(yōu)的CMOS射頻前端重要功能單元性能。在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，平面螺旋電感主體等射頻無源器件的損耗主要是金屬導(dǎo)體損耗和襯底損耗。其中襯底損耗是電場通過襯底時(shí)，由于介質(zhì)分子交替極化和晶格來回碰撞而產(chǎn)生的熱損耗。它主要體現(xiàn)在平面螺旋電感主體的分布電容上。如果平面螺旋電感主體全部處于相對(duì)介電常數(shù)為ε ^的介質(zhì)中，其分布電容Ct比以空氣為介質(zhì)時(shí)增加、倍。 但通常平面螺旋電感主體的電磁場一部分分布在介電常數(shù)為ε r的介質(zhì)中，另一部分在空氣中。相當(dāng)于處于一種混合介質(zhì)中，需引入等效介電常數(shù)和介質(zhì)填充因子q來修正
Sr +1 ^Seff =———(公式 1)
權(quán)利要求
1.一種平面螺旋電感，包括半導(dǎo)體襯底；介質(zhì)層，形成于所述半導(dǎo)體襯底上；平面螺旋電感主體，形成于所述介質(zhì)層上；絕緣隔離結(jié)構(gòu)，形成于半導(dǎo)體襯底中并與所述平面螺旋電感主體相對(duì)應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述平面螺旋電感主體包括多圈線圈以及位于所述多圈線圈之間的間隔區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于平面螺旋電感主體的下方。
4.如權(quán)利要求2所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于所述間隔區(qū)域的下方。
5.如權(quán)利要求2所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于多圈線圈的最內(nèi)圈線圈以內(nèi)區(qū)域下方。
6.如權(quán)利要求2所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)位于間隔區(qū)域的轉(zhuǎn)角處的下方。
7.如權(quán)利要求1所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的材質(zhì)與所述介質(zhì)層的材質(zhì)相同。
8.如權(quán)利要求1所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的材質(zhì)與所述介質(zhì)層的材質(zhì)不相同。
9.如權(quán)利要求7或8所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或其任意組合。
10.如權(quán)利要求1或2所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的厚度為 0. 01 100微米。
11.如權(quán)利要求1或2所述的平面螺旋電感，其特征在于，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)是通過淺溝槽隔離工藝、深溝槽隔離工藝或干法刻蝕工藝形成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面螺旋電感，所述平面螺旋電感包括半導(dǎo)體襯底；介質(zhì)層，形成于所述半導(dǎo)體襯底上；平面螺旋電感主體，形成于所述介質(zhì)層上；絕緣隔離結(jié)構(gòu)，形成于所述半導(dǎo)體襯底中并與所述平面螺旋電感主體相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明提供的平面螺旋電感增加了絕緣隔離結(jié)構(gòu)，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)可降低平面螺旋電感的襯底損耗；并且，所述絕緣隔離結(jié)構(gòu)的工藝與CMOS的前端工藝兼容，可不增加任何制備成本，提高平面螺旋電感的品質(zhì)因子。
文檔編號(hào)H01L27/00GK102208405SQ20101026386
公開日2011年10月5日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者張建軍, 李曦, 王勇, 石艷玲, 趙宇航 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 華東師范大學(xué)