专利名称：高品质因数集成电感器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及用于高频集成电路的电感器。
集成电路，特别是用于无线应用中的集成电路，趋向于正向高集成度、低电源电压工作、和实现用户希望的低花费、小尺寸、长电池寿命所要求的最小功耗的设计发展。然而，直到现在，现有硅技术不能提供有效的可集成电感结构。在半导体衬底中的损耗和由于电感导电通路的串联电阻引起的损耗(其随工作频率的增加而增加)受器件的Q值限制。结果就限制了设计人员在硅集成电路上提供匹配网络、无源滤波、感性负载和其它基于电感器的技术的能力。
平面型电感器(如螺旋电感器)是集成电路用的最多的类型。常规集成电感结构的布图的例子如
图1所示。矩形螺旋电感器布图的关键参数是矩形的外部尺寸，金属条(即导电通路)的宽度，金属条间的间距，和螺旋的圈数。电感器导电通路的全长L通过将各子长度L1，L2…LN相加得到。工作时电流流过螺旋图形产生的场往往会使电流流过里边或短边(即电阻最小的路径)。因此，电流成为所观察到的随频率增加而增加的电阻(下降的Q)的关键因素。
减小频率增加时集成电感结构中串联电阻的增加已通过增加导电通路截面积得到实现。这样做就增加了金属化的宽度或厚度，或二者都增加。增加电感器导电通的宽度至一临界点能改进电阻(使电阻最小)。然而，在临界点以外，随着宽度的增加，Q值的增加开始不稳。自此以后，在较高频率时电流在通路截面的“限定”部分流动。特别是高频电流往往沿导体截面的外沿流动，这叫“趋肤效应”。改善相邻流道或相邻圈间的磁耦合也可改进频率增加时的Q值。
本发明提供一种用于半导体集成电路的电感结构。这里所定义的电感结构表现出常规集成电感器制造技术无法实现的电感和Q值。
一种形式是，所提供的电感结构可与半导体集成电路相集成。该种电感结构包括一条长度为L、深度为D、宽度为W的电连续的导电通路，其实际上被做成一导电元件或导电带。在所形成的导电元件或导电带上沉积额外的导电材料以对部分导体宽度W′将导电材料的深度扩展D′。额外的导电材料的位置至关重要。其位置必须处于电感器导电通路宽度中电流在高频时趋向流过的部分。因此，这样的位置就限制了串联电阻随频率的增加。最好是，额外的导电材料遍及导电通路的全长。
图1是采用先前技术的部分螺旋电感器的平面图；图2是采用先前技术的部分电感器的截面图；图3A是加了额外导电材料的采用先前技术的部分电感器的截面图；图3B是图3A的部分平面图；图4A是根据本发明所述制成的电感器的一部分的截面图；图4B是图4A中电感器的一部分的平面图。
本发明的电感结构相对于工作在相似高频条件下的常规设计的集成电感结构具有提高的品质因数(Q)和降低的串联电阻。这种改善可能是由于在导电通路宽度W的特定点沉积额外的导电材料导致了截面积的增加。增加的材料增加了那里导电材料的深度(因而增加了电流流过通路的截面积)从而在频率增加时将对导电通路结构中电流的电阻减至最小。由此所提供的Q值的范围约从2到15。结构所采用的工作范围约从几百MHz到10GHz以上。
图2A和2B给出通常制成的集成电感结构的一部分的截面图。每个金属条T1-T6的截面(形成该结构连续导电通路的一部分)由W×D计算。频率较高时，电流往往限于图中所示画阴影的截面区域(基于电流的方向)。增加金属条的截面可通过在表面上附加导电材料将深度增加D′(宽度为W′)来实现。
图3A和3B分别给出用附加的导电材料构成电感结构的几个金属条T′1、T′2，…T′6的截面图和平面图。正如所能看到的，增加导电材料(如金)来使D增加D′往往引起蘑菇化或在预期宽度以外深度增加的宽度膨胀。为避免沿附加材料的蘑菇形部分(即突然蓬大的材料)传导或击穿，必须限制深度的增加。这就限制了设计人员增加导电通路截面积的能力。示于图3A的金属条的阴影部分突出了高频时电流易于流过的截面部分。可以看出，由于与上面参考图2所讨论的同样的原因实际的电流限于附加导电材料的某个区域。
本发明所述结构相对流道或导带的宽度偏移了附加的导电材料以使其宽度为W′的附加深度D′(及附加截面)的增加只是相对于高频时大部分电流流过的部分。换句话说，由于其相对于已有导带宽度W的位置，本发明中附加导电材料的效率成为最大。通过相对W定位W′，频率增加时导带的“有效”截面最大，从而电导最大。
图4A和4B分别给出由金属导带T7-T12构成的本发明的电感结构的部分导电通路的截面图和平面图。T7-T12中每个导带的最外边任意地标作O。每个导带宽度W的直接相对的边的定义为B。两边间形成的直线OB的中点定义为A。跨过附加导电材料宽度W′的直线的中点定义为C。在图4A和4B中都可以看出，附加材料靠近宽度W中高频时电流往往流过的边，即相对来说螺旋形中较短的边。
在标为T10、T11和T12的导带中，电流倾向于流过标为B的较短的边，其中点C位于点A和B之间。边B是导带的最里边(即相对边O具有“较短”的全长)。由于高频时电流往往流过导带的最里部分，所以可以得出电流将流过比如图3A和3B所示安排附加材料的位置时更多的附加截面积(W′×D′)。在标为T7、T8和T9的导带中，电流往往沿O边流(因为电流的方向与导带T10、T11和T12相反)。因而，附加宽度W′中的点C处于边O和点A之间，边O为导带T7、T8和T9的最里边或最短边。从而对高频时的电流，所附加材料最大。
这里所描述的仅仅是本发明原理应用的说明。本领域的技术人员可以实现其它的布置和方法却没有脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种可与半导集成电路相集成的电感结构，其包括一条长度为L、深为D、宽度为W的电连续的导电通路，其在衬底材料上以螺旋形分布，其中，宽度为W′且深度为D′(W＞W′)的一部分导电材料被附加到与所述导电通路的宽度W相应的表面上，因而在高频工作时，对流过所述结构的电流的串联电阻实际上不增加。
2.权利要求1所定义的电感结构，其中所述宽度为W′、深度为D′的附加部分延伸的长度为所述导电通路的全长。
3.权利要求1所述的电感结构，其中所述宽度W从所述导电通路标为O的一边直接延伸到所述导电通路宽度标为B的对边，其中点A定义边O和B间直线OB的中点，所述附加部分宽度W′的中点位于在点A和B间延伸的直线上的C点，所述通路在B边的总长度小于所述通路在O点的总长度。
4.权利要求1所定义的电感结构，其中所述结构在约100MHz到10GHz的高频范围内工作。
5.权利要求4所定义的电感结构，其中所述结构工作的Q值在2至15。
6.权利要求5所定义的电感的结构，其中所述Q值约为12。
7.权利要求1所定义的电感结构，其中所述衬底材料为下列之一绝缘材料、介电材料、和半导体材料。
8.在衬底材料上制成的包括电感结构的集成电路，所述电感结构包括一条电连续的长为L、深为D、宽为W的导电通路，其以螺旋形分布在所述衬底上，其中一部分宽W’、深D′(W＞W′)的导电材料被附加到与所述导电通路的宽度W相应的表面上以便在高频工作时所述结构的品质因数Q实际上不退化。
9.权利要求8所定义的集成电路，其中所述宽度W′、深度为D′的附加部分长度为所述导电通路的全长L。
10.权利要求8所定义的集成电路，其中所述宽度W从所述导电通路标为D的一边直接延伸到所述导电通路宽度标为B的对边，点A定义在边O和B间延伸的直线OB的中点，所述附加部分宽度W′的中点C位于点A和边B间的直线上，其中边B的总长度小于所述通路边O的总长。
11.权利要求8所定义的集成电路，其中所述电路设计用于约100MHz到10GHz的频率范围。
12.权利要求11所定义的集成电路，其中所述电路工作的Q值在2到15的范围内。
13.权利要求12所定义的集成电路，其中所述Q值约为12。
14.权利要求8所定义的集成电路，其中所述衬底材料是下列之一绝缘材料，半导体材料和介电材料。
全文摘要
提供一种用于高频集成电路的电感结构。形成该结构的导电通路被布置成附加的导电材料位于导电通路截面中电流在高频时倾向流过的部分。
文档编号H01L21/822GK1132919SQ9512020
公开日1996年10月9日 申请日期1995年12月4日 优先权日1994年12月6日
发明者伊科诺莫茨·A·科里亚斯 申请人:美国电报电话公司