一種立體集成電感結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體制造【技術領域】，尤其涉及一種立體集成電感結構，通過設有若干平行并排的片狀的磁芯單元，以及以磁芯單元為中心單方向繞行形成立體螺旋狀的電感線圈，可以極大的提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值。
【專利說明】一種立體集成電感結構
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導體制造【技術領域】，尤其涉及一種立體集成電感結構。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的進步以及社會信息化程度的提高，計算機、通訊等越來越多的【技術領域】均采用到射頻技術，進而促進了射頻技術(RFIC)的高速發(fā)展；對于高頻率、小功耗、低失真的射頻技術的要求，使得電感線圈成為必要。
[0003]由于評價電感性能最重要的指標為品質(zhì)因數(shù)Q(quality)，品質(zhì)因數(shù)Q(即Q值)表示為一個儲能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路中所儲能量同每周期損耗能量之比，因此提聞電感的品質(zhì)因數(shù)Q可以提聞集成電感的性能指標。
[0004]現(xiàn)有技術中，大多采用平面結構的集成電感，由于這種集成電感制作于襯底平行的平面上，在高頻條件下，襯底中會形成潤旋電流(Eddy Current),潤旋電流的方向與電感線圈中的電流方向相反，這必然會導致電感線圈的磁通量減少，額外的能量損失較大并使得整個電感的Q值下降。另外現(xiàn)有技術中，集成電感由于集成電路的制程與材料的限制，很難同時達到高電感值和高品質(zhì)因數(shù)Q值。
[0005]目前雖然可從減少襯底的損耗入手來解決襯底中渦旋電流的問題，但是采用的均是平面結構的集成電感，受到平面電感工作原理的限制無法從根本上解決問題，即無法在提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流并提高品質(zhì)因數(shù)Q值，因此發(fā)明一種高性能的集成電感器件成為半導體制造【技術領域】的一個難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種立體集成電感結構，以解決現(xiàn)有技術中無法在提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流并提高品質(zhì)因數(shù)Q值的缺陷。
[0007]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:
[0008]一種立體集成電感結構，其中，包括:
[0009]半導體襯底，所述半導體襯底上表面覆蓋有絕緣層；
[0010]磁芯，所述磁芯設置于所述絕緣層中且與所述半導體襯底平行；
[0011]電感線圈，所述電感線圈呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞所述磁芯；
[0012]其中，所述磁芯包括若干平行排列的磁芯單元，所述電感線圈穿過所述絕緣層單方向多圈環(huán)繞若干磁芯單元，且每個所述磁芯單元的長度延伸方向均與所述電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行。
[0013]較佳的，上述的立體集成電感結構，其中，所述磁芯位于一金屬框架圍成的區(qū)域內(nèi)。
[0014]較佳的，上述的立體集成電感結構，其中，所述金屬框架與所述磁芯的材質(zhì)均為鐵磁金屬。
[0015]較佳的，上述的立體集成電感結構，其中，相鄰的磁芯單元、電感線圈與磁芯單元以及金屬框架與磁芯單元間均由絕緣層隔離。
[0016]較佳的，上述的立體集成電感結構，其中，所述磁芯單元為片狀。
[0017]較佳的，上述的立體集成電感結構，其中，任意兩相鄰磁芯單元的間距相同。
[0018]較佳的，上述的立體集成電感結構，其中，所述電感線圈產(chǎn)生的磁通量的方向平行于所述半導體襯底。
[0019]上述技術方案具有如下優(yōu)點或有益效果:
[0020]本發(fā)明公開了一種立體集成電感結構，通過設有若干平行并排的片狀磁芯單元，并以磁芯單元為中心單方向繞行形成立體螺旋狀的電感線圈，可以在極大的提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值。
[0021]具體
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0023]圖1是本發(fā)明中立體集成電感的結構示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明中立體集成電感的側(cè)面剖面的結構示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明中立體集成電感的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0027]為可以在提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值以及電感線圈的性能，本發(fā)明提供了一種立體集成電感結構，包括:半導體襯底，該襯底上表面制備有絕緣層；磁芯，該磁芯設置于絕緣層中并于半導體襯底平行；電感線圈，該電感線圈呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞磁芯，且磁芯包括若干平行排列的磁芯單元，電感線圈穿過絕緣層單方向多圈環(huán)繞若干磁芯單元；每個磁芯單元的長度延伸方向均與電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行。
[0028]下面結合具體的實施例對本發(fā)明作詳細的介紹。
[0029]在本發(fā)明的實施例中，圖1中的立體集成電感結構設置在半導體襯底(圖中未示出)上表面的絕緣層6中，該結構涉及到一金屬框架1，優(yōu)選的該金屬框架I的材質(zhì)為金屬材料(例如鐵磁金屬)，且該金屬框架I為一矩形結構(定義有長邊和短邊)，其中該金屬框架I圍成的區(qū)域內(nèi)還設有磁芯(例如鐵磁金屬)，具體的，該磁芯設于絕緣層6中且與半導體襯底平行。
[0030]上述磁芯包括若干平行排列的磁芯單元2，優(yōu)選的，該若干磁芯單元2的首端以及末端分別固定連接于金屬框架I的長邊一內(nèi)側(cè)和該內(nèi)側(cè)相對的另一內(nèi)側(cè)，且任一磁芯單元2均垂直于金屬框架I的長邊。
[0031]優(yōu)選的，任意兩相鄰的磁芯單元2間距相同，且磁芯單元2的形狀為片狀。
[0032]其中，金屬框架I的形狀并非上述限制的矩形框架結構，本領域技術人員可根據(jù)工藝需求進行不同立體形狀的設計，如三角狀、五角狀等，只要能達到本發(fā)明的目的即可。
[0033]值得注意的是，在金屬框架I與磁芯單元2間的空隙中、磁芯單元2之間的空隙中以及磁芯單元2與電感線圈間均通過絕緣層6進行隔離，互相絕緣的片狀的磁芯單元2，一方面可以增加電感值，另一方面可以大大減少磁芯單元2中的渦旋電流，優(yōu)選的，該絕緣層6可以為二氧化硅介質(zhì)，可以達到以下有益效果:一方面可以增加電感值，另一方面可以減少磁芯單元2間的寄生電感，且由于二氧化硅是非常好的絕緣介質(zhì)，不會由于較高頻率的磁場而弓I起鏡像電流效應，從根本上解決了渦旋電流問題。
[0034]在本發(fā)明實施例中，該立體集成電感結構中的電感線圈(材質(zhì)為金屬材料)具體包括:若干第一金屬線3、若干第二金屬線4以及若干第三金屬線5,優(yōu)選的，第一金屬線3、第二金屬線4以及第三金屬線5的材質(zhì)均相同。
[0035]在本發(fā)明的實施例中，第一金屬線3位于若干磁芯單元2的上側(cè)，第二金屬線4位于若干磁芯單元2的下側(cè)，第三金屬線5位于絕緣層6中以連接第一金屬線3與第二金屬線4，具體的如圖2所示，若干第一金屬線3均勻(任意兩相鄰第一金屬線間的間距相同，且相互平行)并排于上述磁芯單元2的上側(cè)，且第一金屬線3組成的平面與磁芯單元2上側(cè)組成的平面區(qū)域平行，在本發(fā)明的實施例中，每個第一金屬線3均垂直于任意一磁芯單元2。
[0036]進一步的，若干第二金屬線4均勻(任意兩相鄰第二金屬線間的間距相同，且相互平行)并排于上述磁芯單元2的下側(cè)，且第二金屬線4組成的平面與磁芯單元2上側(cè)組成的平面區(qū)域平行，在本發(fā)明的實施例中，為能夠形成后續(xù)的立體螺旋狀線圈，第二金屬線4均與磁芯單元2構成一定的夾角。如圖3，從另一方面來說，第一金屬線3與第二金屬線4在垂直投影方向上構成上述角度；本領域技術人員應當理解為第一金屬線3與第二金屬線4構成的角度、第一金屬線3和第二金屬線4的數(shù)量均可以根據(jù)工藝的需要進行優(yōu)化。
[0037]優(yōu)選的，第一金屬線3與第二金屬線4的首端、第一金屬線3與第二金屬線4的末端，在垂直方向上的投影均相互重合，且投影點均位于金屬框架1與最外側(cè)磁芯單元2組成的區(qū)域內(nèi)。
[0038]其中，磁芯單元2上側(cè)的第一金屬線3的首端通過第三金屬線5連接和第一金屬線3首端垂直方向上的投影重合的第二金屬線4的首端，且與第一金屬線3首端垂直方向上的投影重合的第二金屬線4的末端通過第三金屬線5連接第一金屬線3相鄰的另一第一金屬線3的末端，并依次循環(huán)最終形成呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞在金屬框架1圍成區(qū)域內(nèi)的所有磁芯單元2上的電感線圈。
[0039]在本發(fā)明的實施例中，第三金屬線5的材質(zhì)可與絕緣層6中的金屬孔內(nèi)填充的金屬材料材質(zhì)相同，且該第三金屬線5用于連接第一金屬線3和第二金屬線4。
[0040]優(yōu)選的，每個磁芯單元的長度延伸方向均與電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行，同時電感線圈產(chǎn)生的磁通量的方向平行于半導體襯底，從而有效避免了因磁通量的變化而產(chǎn)生的渦旋電流并導致電感磁通量變化，而造成電感的電感值與品質(zhì)因子Q值下降的缺陷，因此該發(fā)明在應用于射頻電路時，具有廣闊的應用前景。
[0041]綜上所述，本發(fā)明公開了一種立體集成電感結構，通過設有若干平行并排的片狀的磁芯單元，以及以磁芯單元為中心單方向繞行形成立體螺旋狀的電感線圈，可以極大的提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值。
[0042]本領域技術人員應該理解，本領域技術人員在結合現(xiàn)有技術以及上述實施例可以實現(xiàn)所述變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0043]以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種立體集成電感結構，其特征在于，所述立體集成電感結構包括: 半導體襯底，所述半導體襯底上表面覆蓋有絕緣層； 磁芯，所述磁芯設置于所述絕緣層中且與所述半導體襯底平行； 電感線圈，所述電感線圈呈立體螺旋狀并單方向多圈環(huán)繞所述磁芯； 其中，所述磁芯包括若干平行排列的磁芯單元，所述電感線圈穿過所述絕緣層單方向多圈環(huán)繞若干磁芯單元，且每個所述磁芯單元的長度延伸方向均與所述電感線圈產(chǎn)生磁通量的方向平行。
2.如權利要求1所述的立體集成電感結構，其特征在于，所述磁芯位于一金屬框架圍成的區(qū)域內(nèi)。
3.如權利要求2所述的立體集成電感結構，其特征在于，所述金屬框架與所述磁芯的材質(zhì)均為鐵磁金屬。
4.如權利要求2所述的立體集成電感結構，其特征在于，相鄰的磁芯單元、電感線圈與磁芯單元以及金屬框架與磁芯單元間均由絕緣層隔離。
5.如權利要求1所述的立體集成電感結構，其特征在于，所述磁芯單元為片狀。
6.如權利要求1所述的立體集成電感結構，其特征在于，任意兩相鄰磁芯單元的間距相同。
7.如權利要求1所述的立體集成電感結構，其特征在于，所述電感線圈產(chǎn)生的磁通量的方向平行于所述半導體襯底。
【文檔編號】H01L23/522GK104347587SQ201410470269
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】梅紹寧, 鞠韶復, 朱繼鋒 申請人:武漢新芯集成電路制造有限公司