多路徑螺旋電感的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于單層結(jié)構(gòu)的多路徑螺旋電感。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，消費(fèi)類應(yīng)用電子設(shè)備向著小型化、高性能、低成本和低功耗的目標(biāo)迅速發(fā)展，而片上系統(tǒng)為上述要求的實(shí)現(xiàn)提供了可能。標(biāo)準(zhǔn)CMOS (ComplementaryMetal-Oxide-Semicondutor Transistor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝以高集成度、低成本、低功耗等優(yōu)勢(shì)成為這些消費(fèi)類電子產(chǎn)品芯片設(shè)計(jì)的首選，隨著標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)研宄的不斷深入，MOS晶體管的性能顯著提高，尤其在進(jìn)入深亞微米和納米工藝后，MOS晶體管的特征頻率已經(jīng)超過(guò)100GHz。同時(shí)，由無(wú)線城域網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的10-66GHZ頻率范圍已為射頻和微波電路設(shè)計(jì)提供了廣闊的應(yīng)用平臺(tái)。因此，目前的CMOS工藝已經(jīng)越來(lái)越多的被用于制作幾GHz到幾十GHz的射頻前端電路，而高性能的片上無(wú)源器件，尤其是片上無(wú)源電感的設(shè)計(jì)逐漸成為CMOS射頻微波集成電路的設(shè)計(jì)瓶頸之一，并發(fā)展成為現(xiàn)今的研宄熱點(diǎn)。
[0003]片上電感是組成射頻集成電路的重要無(wú)源元件，廣泛地應(yīng)用于低噪聲放大器、功率放大器、混頻器等電路模塊中，片上電感一般為平面螺旋結(jié)構(gòu)，金屬線圈的半徑逐漸減小，按照對(duì)稱性，片上無(wú)源電感分為單端電感與差分電感。附圖1為傳統(tǒng)單端電感結(jié)構(gòu)圖，電感外徑為258微米，金屬線寬為20微米，間距S為2微米；圖2為傳統(tǒng)差分電感結(jié)構(gòu)圖，在射頻條件下，由于金屬線寬較寬，因此，電感金屬線會(huì)出現(xiàn)趨膚效應(yīng)，表現(xiàn)為電流在金屬線上分布不均勻，從而降低了電感的品質(zhì)因數(shù)，同時(shí)螺旋電感的螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)使相鄰金屬線間產(chǎn)生臨近效應(yīng)，臨近效應(yīng)會(huì)增加金屬線電阻值，同樣會(huì)降低電感品質(zhì)因數(shù)，為了改善傳統(tǒng)螺旋電感因金屬線寬較寬而導(dǎo)致的趨膚效應(yīng)致使電感品質(zhì)因數(shù)下降，目前所采取的措施是:將傳統(tǒng)片上螺旋電感的金屬線劃分為多個(gè)路徑，圖3是傳統(tǒng)多路徑單端電感結(jié)構(gòu)圖，圖4是傳統(tǒng)多路徑差分電感結(jié)構(gòu)圖，其中，圖3是在圖1的基礎(chǔ)上，在原有金屬線的基礎(chǔ)上劃分為多個(gè)路徑，形成多路徑(4路)單端電感，圖4是在圖2的基礎(chǔ)上，同樣在原有的金屬線上劃分多個(gè)路徑，形成多路徑(4路)差分電感，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的電感由于每個(gè)路徑的尺寸比較小，這樣就可以明顯抑制趨膚效應(yīng)，提高電感品質(zhì)因數(shù)，但是對(duì)于臨近效應(yīng)并沒(méi)有得到很好的改善。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠提高單層結(jié)構(gòu)的片上多路徑螺旋電感品質(zhì)因數(shù)的多路徑螺旋電感。
[0005]一種多路徑螺旋電感，為單層結(jié)構(gòu)，包括成平面螺旋結(jié)構(gòu)的頂層金屬線圈與若干段分段式的底層金屬連接線，所述頂層金屬線圈包括多個(gè)路徑，相互對(duì)稱的兩個(gè)路徑通過(guò)底層金屬連接線與金屬過(guò)孔實(shí)現(xiàn)交叉連接，交叉連接后該兩個(gè)相互對(duì)稱的路徑實(shí)現(xiàn)互換，交叉連接位置為使兩端口間兩個(gè)交叉后的路徑長(zhǎng)度近似相等處。
[0006]進(jìn)一步地，如上所述的多路徑螺旋電感，對(duì)于偶數(shù)個(gè)路徑，相互對(duì)稱的兩個(gè)路徑通過(guò)底層金屬連接線與金屬過(guò)孔實(shí)現(xiàn)交叉連接；對(duì)于奇數(shù)個(gè)路徑，中間路徑不變，和中間路徑對(duì)稱的兩個(gè)路徑通過(guò)底層金屬連接線與金屬過(guò)孔實(shí)現(xiàn)交叉連接。
[0007]進(jìn)一步地，如上所述的多路徑螺旋電感，交叉連接處兩個(gè)對(duì)稱路徑走線方式為:將對(duì)稱的兩條路徑在交叉連接處分別斷開(kāi)形成4個(gè)端點(diǎn)，其中一條路徑的端點(diǎn)分別為左端點(diǎn)A、右端點(diǎn)B，另一條路徑的端點(diǎn)分別為左端點(diǎn)C、右端點(diǎn)D，左端點(diǎn)A與左端點(diǎn)C通過(guò)頂層金屬連接線連接，右端點(diǎn)B與左端點(diǎn)C之間通過(guò)金屬過(guò)孔和底層金屬連接線連接，所述頂層金屬連接線和底層金屬連接線的線寬與任意一個(gè)路徑的線寬一致，兩個(gè)金屬連接線處于上下兩個(gè)不同的層面上，且形狀位置對(duì)稱，大小一致；在兩個(gè)對(duì)稱路徑之間的其他路徑走線方式為:在頂層金屬連接線的左右兩側(cè)，將所述其他路徑斷開(kāi)，分別形成兩個(gè)端口，然后通過(guò)底層金屬連接線和金屬過(guò)孔實(shí)現(xiàn)其他路徑兩個(gè)端口的連接。
[0008]進(jìn)一步地，如上所述的多路徑螺旋電感，對(duì)于偶數(shù)個(gè)路徑，最中間的兩條路徑成X形交叉連接，其他對(duì)稱的兩個(gè)路徑成Z字型交叉連接。
[0009]進(jìn)一步地，如上所述的多路徑螺旋電感，所述螺旋結(jié)構(gòu)的頂層金屬線圈為圓形或者多邊形。
[0010]本實(shí)用新型提供的多路徑螺旋電感，通過(guò)使相互對(duì)稱的兩個(gè)路徑利用底層金屬連接線與金屬過(guò)孔實(shí)現(xiàn)交叉連接，使得能夠平衡端口間路徑長(zhǎng)度大小與內(nèi)外圈電流分布的影響，從而能夠抑制趨膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)，近而提高了電感品質(zhì)因數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為傳統(tǒng)單端電感結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2為傳統(tǒng)差分電感結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是傳統(tǒng)多路徑單端電感結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖4是傳統(tǒng)多路徑差分電感結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖5為本實(shí)用新型單端電感多路徑螺旋電感結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖6為圖5中b的局部放大圖；
[0017]圖7為圖5中a的局部放大圖；
[0018]圖8為圖6中H的局部放大圖；
[0019]圖9為圖8的立體空間結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖10為圖7中j的局部放大圖；
[0021]圖11為本實(shí)用新型差分電感多路徑螺旋電感結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖12為不同類型單端電感品質(zhì)因數(shù)比較圖；
[0023]圖13為不同類型單端電感的電感值比較圖；
[0024]圖14為不同類型差分電感品質(zhì)因數(shù)比較圖；
[0025]圖15為不同類型差分電感的電感值比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0027]本實(shí)用新型提供一種多路徑螺旋電感，請(qǐng)參閱圖5-圖10，該多路徑螺旋電感為單層結(jié)構(gòu)，包括成平面螺旋結(jié)構(gòu)的頂層金屬線圈與若干段分段式的底層金屬連接線，所述頂層金屬線圈包括多個(gè)路徑，相互對(duì)稱的兩個(gè)路徑通過(guò)底層金屬連接線與金屬過(guò)孔實(shí)現(xiàn)交叉連接，交叉連接后該兩個(gè)相互對(duì)稱的路徑實(shí)現(xiàn)互換，交叉連接位置為使兩端口間兩個(gè)交叉后的路徑長(zhǎng)度近似相等處。所述螺旋結(jié)構(gòu)的頂層金屬線圈為圓形或者多邊形。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]如圖5所示，圖5顯示了本實(shí)用新型多路徑交叉連接電感的版圖結(jié)構(gòu)。交叉連接的規(guī)則是以傳統(tǒng)電感金屬線對(duì)稱線為中心，相互對(duì)稱的兩個(gè)路徑通過(guò)底層金屬與過(guò)孔交叉連接。本實(shí)施例中分為4個(gè)路徑，故路徑2與路徑3交叉相連，路徑I與路徑4交叉相連。確定交叉連接位置的規(guī)則是使兩端口間兩個(gè)交叉后的路徑長(zhǎng)度相等，因此，從圖5中可以看出，本實(shí)施例中的單端電感交叉位置選擇在第二圈，由于路徑2與路徑3的長(zhǎng)度差小于路徑I與路徑4的長(zhǎng)度差，因此2