CN101441934A - 具有变量器的电子器件 - Google Patents

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CN101441934A CNA2008102134753A CN200810213475A CN101441934A CN 101441934 A CN101441934 A CN 101441934A CN A2008102134753 A CNA2008102134753 A CN A2008102134753A CN 200810213475 A CN200810213475 A CN 200810213475A CN 101441934 A CN101441934 A CN 101441934A
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Abstract

一种电子器件，包括在平面图中关于第一直线对称的第一电感器及具有与第一电感器的形状相同的形状的第二电感器。布置第一电感器及第二电感器以便彼此关于与第一直线正交的第二直线对称。布置第一电感器及第二电感器以便在平面图中在第二直线上相交。

Description

具有变量器的电子器件
技术领域
本发明涉及电子器件，并且更具体地涉及包括变量器的电子器件。
背景技术
Jianjun J.Zhou等人，“Monolithic Transformers and TheirApplication in a Differential COMS RF Low-Noise Amplifier”，IEEEJournal of Solid-State Circuits，第33卷第12期(1998年12月)2020-2027页描述了包括两个相同螺旋导体(电感器)的变量器的布局。这里，变量器用于差分电路。
Ouail El-Gharniti等人，“Modeling of Integrated Monolithictransformers for Silicon RF IC”，2004年第11届IEEE电子电路和系统国际会议(ICECS2004)，2004年12月13—15日，第137-140页描述了在硅上形成的变量器的布局。图10示出其所描述的变量器的布局。变量器10包括两个电感器12及14。
JP 2005-509300 A、JP 11-54705A及JP 2000-124403 A描述了在基底或衬底上形成的电感器的结构。
然而，上述文献中描述的变量器存在的问题在于，由于布局的对称性不好，变量器的阻抗的对称性下降，并且当用于差分电路或用作平衡-不平衡转换器(balun)时它们的特性恶化。例如，在Jianjun J.Zhou等人描述的结构中，对于形成变量器的每个螺旋导体，其一端位于螺旋形状内部同时其另一端位于螺旋形状外部。所述结构是不对称的且从所述一端的一侧看到的结构与从所述另一端的一侧看到的结构是不同的。在Ouail El-Gharniti等人描述的结构中，形成变量器的两个电感器具有不同的形状。所述结构是不对称的且从一个电感器的一端看到的结构与从另一个电感器的一端看到的结构是不同的。JP 2005-509300A、JP 11—54705A及JP 2000-124403 A没有描述具有对称结构的变量器。
发明内容
本发明提供一种电子器件，包括：衬底；以及在衬底上形成并包括第一电感器及第二电感器的变量器，在平面图中第一电感器关于第一直线对称，第二电感器具有与第一电感器的形状相同的形状，布置第一电感器与第二电感器以便彼此关于与第一直线正交的第二直线对称。
通过以此种方式设计变量器的布局，可使变量器的结构为垂直的且水平的对称。这使得当从形成变量器的电感器的任何输入端及输出端看时阻抗相同成为可能，从而使变量器的电特性令人满意地对称。因此，当变量器用于差分电路或用作平衡-不平衡转换器时可获得令人满意的特性。
请注意，上述组件的任何任意组合及方法、器件、系统、记录媒体、计算机程序等等之间的本发明的表述的任何改变作为本发明的实施例都是有效的。
根据本发明，可以改善变量器阻抗的对称性且可使其特性令人满意。
附图说明
在附图中：
图1是示出根据本发明的实施例的电子器件的结构的示意图；
图2A至2C描述图1所示的第一电感器的第一环状导体的形状；
图3A至3C描述图1所示的第一电感器的第一环状导体的形状；
图4是图1所示的变量器的平面图；
图5A至5C示出图4所示的变量器的截面的示例；
图6A至6C示出图4所示的变量器的截面的另一示例；
图7是示出根据本发明的实施例的另一示例性变量器的平面图；
图8是示出根据本发明的实施例的又一示例性变量器的平面图；
图9是示出根据本发明的实施例的又一示例性变量器的平面图；以及
图10示出传统变量器的布局。
具体实施方式
现参照附图在下文中描述本发明的实施例。请注意，在所有附图中，相同的标号表示相同的组件且在适当情况下省略其描述。
图1是根据本实施例的电子器件100的结构的示意图；
电子器件100包括衬底(未示出)以及在衬底上形成的变量器102。变量器102包括第一电感器112及第二电感器122。在平面图中第一电感器112关于第一直线150对称。第二电感器122具有与第一电感器112的形状相同的形状，并且在平面图中也关于第一直线150对称。布置第一电感器112及第二电感器122以便彼此关于与第一直线150正交的第二直线152对称。第一电感器112及第二电感器122均弯曲多次，即两次或更多。在本实施例中，电感器弯曲两次。
接下来，描述变量器102的具体形状。
这里，在描述中，衬底上的平面由第一直线150和第二直线152分成第一区域154、第二区域156、第三区域158及第四区域160。第二区域156是与第一区域154关于第一直线150对称的区域。第三区域158是与第二区域156关于第二直线152对称的区域。第四区域160是与第三区域158关于第一直线150对称的区域。更具体地，在附图中，当由第一直线150和第二直线152限定的平面的右上区域为第一区域154时，左上区域为第二区域156，左下区域为第三区域158，且右下区域为第四区域160。第一直线150与第二直线152在交点A处相交。
第一电感器112包括第一环状导体110、第一终端106及第二终端108。在平面图中，第一环状导体110具有在第一区域154中的起点110a，并且被弯曲以便围绕交点A穿过第二直线152和第一直线150，并且具有在第二区域156中的终点110b。第一终端106连接至第一环状导体110的起点110a，且第二终端108连接至第一环状导体110的终点110b。第一终端106布置在第一区域154中同时第二终端108布置在第二区域156中。在本实施例中，第一终端106和第二终端108在距第一直线150一预定距离处布置为基本与第一直线150平行。此外，布置第一终端106和第二终端108以便彼此关于第一直线150对称。
在本实施例中，当始于起点110a的第一环状导体110穿过第二直线152时，第一环状导体110被弯曲使得直径变小，第一环状导体110保持直径不变地穿过第一直线150一次，然后，当第一环状导体110穿过第二直线152时直径变大。在本实施例中，第一环状导体110在平面图中是矩形形状的。在本实施例中，弯曲第一环状导体110，使得在第一环状导体110如上所述地保持直径不变穿过第一直线150一次之前，当第一环状导体110穿过第一直线150时，其直径也变小，而且，在第一环状导体110如上所述地保持直径不变穿过第一直线150一次之后，当第一环状导体110穿过第一直线150时，直径也变大。
更具体地，弯曲第一环状导体110使得直径在每次第一环状导体110穿过第二直线152和第一直线150时变小，而且，在第一环状导体110依次穿过第二直线152和第一直线150N次(N为等于或大于3的奇数)且向内弯曲后，第一环状导体110保持直径不变穿过第一直线150一次。并且然后，弯曲第一环状导体110使得直径在每次第一环状导体110穿过第二直线152和第一直线150时变大，而且，第一环状导体110依次穿过第二直线152和第一直线150N次且向外弯曲。当第一环状导体110向外弯曲且穿过第一直线150时，第一环状导体110具有第一环状导体110与第一环状导体向内弯曲的一部分相交的图案。图1示出N＝3的情况。这里，第一环状导体110弯曲两次。
第二电感器122具有与第一电感器112的形状相同的形状。布置第二电感器122以便关于第二直线152与第一电感器112对称。更具体地，第二电感器122包括第二环状导体120、第三终端116及第四终端118。在平面图中，第二环状导体120具有在第三区域158中的起点120a，具有在第四区域160中的终点120b，且具有与第一环状导体110的形状相同的形状。第三终端116连接至第二环状导体120的起点120a，第四终端118连接至第二环状导体120的终点120b。第三终端116布置在第三区域158中同时第四终端118布置在第四区域160中。在本实施例中，第三终端116和第四终端118在距第一直线150一预定距离处布置为基本与第一直线150平行。布置第三终端116和第四终端118以便彼此关于第一直线150对称。
布置第一电感112的第一环状导体110和第二电感122的第二环状导体120以便在平面图中在第二直线152上相交。此外，布置第一环状导体110和第二环状导体120以便在其任何部分处并排走线，无论第二环状导体120布置在第一环状导体110之内或之外。以此种方式，可实现变量器102的功能。
如上所述，在本实施例中，变量器102由两个相同的电感器形成，该两个相同的电感器在平面图中各关于第一直线150对称，并被布置以便彼此关于第二直线152对称。这使变量器102的结构是垂直的并且水平的对称成为可能。这种结构可通过使第一电感器112的第一环状导体110和第二电感器122的第二环状电感器120形成两个导体在第二直线152上相交的图案来实现。此外，通过向内弯曲第一环状导体110和第二环状导体120中的每一个，在内侧转向，然后向外弯曲使得向内弯曲的部分与向外弯曲的部分在第一直线150上相交，第一环状导体110和第二环状导体120可具有它们各弯曲多次的结构。
当从形成变量器102的电感器(第一电感器112和第二电感器122)的任何输入端和输出端看时，上述结构使得让阻抗相同成为可能，并从而可使变量器102的电气特性令人满意地对称。因此，当变量器102用于差分电路或用作平衡-不平衡转换器时可获得令人满意的特性。
接下来，使用图2A至3C来描述第一环状导体110的形状。
这里，第一正方形180a、第二正方形180b、第三正方形180c及第四正方形180d用作辅助线，所有这些正方形的中心都是第一直线150和第二直线152的交点A。第一正方形180a、第二正方形180b、第三正方形180c及第四正方形180d是按直径递减顺序并且它们基本以基本相等的间隔布置。
第一环状导体110的起点110a与第一终端106在第一正方形180a上连接。第一环状导体110从与第一终端106的连接点(110a)在图中沿第一正方形180a向右延伸，在第一正方形180a的拐角处基本垂直地向下转向并然后向下延伸。这里，当第一环状导体110穿过第二直线152时，第一环状导体110移至第一正方形180a内部的第二正方形180b上并沿第二正方形180b向下延伸(图2A)。然后，第一环状导体110在第二正方形180b拐角处在图中基本垂直地向左转向并向左延伸。这里，当第一环状导体110穿过第一直线150时，第一环状导体110移至第二正方形180b内的第三正方形180c上并沿第三正方形180c向左延伸(图2B)。
然后，第一环状导体110在第三正方形180c的拐角处在图中基本垂直地向上转向并向上延伸。这里，当第一环状导体110穿过第二直线152时，第一环状导体110移至第三正方形180c内的第四正方形180d上并沿第四正方形180d向上延伸。在上文中，第一环状导体110向内弯曲使得直径逐渐变小。此外，第一环状导体110在第四正方形180d的拐角处在图中基本垂直地向右转向并向右延伸。这里，当第一环状导体110穿过第一直线150时，第一环状导体110沿第四正方形180d延伸并保持直径不变(图2C)。在此之后，第一环状导体110向外弯曲使得直径逐渐变大。第一环状导体110在第四正方形180d的拐角处在图中基本垂直地向下转向并向下延伸。这里，当第一环状导体110穿过第二直线152时，第一环状导体110移至第四正方形180d外的第三正方形180c上并沿第三正方形180c向下延伸(图3A)。然后，第一环状导体110在第三正方形180c的拐角处在图中基本垂直地向左转向并向左延伸。这里，当第一环状导体110穿过第一直线150时，第一环状导体110移至第三正方形180c外的第二正方形180b上并沿第二正方形180b向左延伸。请注意，第一环状导体110在第一直线150上与向内弯曲的其自身相交(图3B)。
然后第一环状导体110在第二正方形180b的拐角处在图中基本垂直地向上转向并向上延伸。这里，当第一环状导体110穿过第二直线152时，第一环状导体110移至第二正方形180b外的第一正方形180a上并沿第一正方形180a向上延伸。此外，第一环状导体110在第一正方形180a的拐角处在图中基本垂直地向右转向，向右延伸，并连接至第一正方形180a的第二终端108(图3C)。
接下来，描述变量器102的空间结构。
图4是变量器102的平面图。在本实施例中，变量器102具有在衬底上形成的多层布线结构。变量器102的交点由在不同层中形成的布线来实现。这里，在下层中交点处(图中由长短交替的虚线包围的部分)形成的布线由虚线指示。
图5示出图4的截面的示例。图5A是沿图4的线B-B′截取的截面图，图5B是沿图4的线C-C′截取的截面图，图5C是沿图4的线D-D′截取的截面图。
电子器件100包括衬底170、绝缘膜172、用于下层布线的绝缘膜174、用于通孔的绝缘膜176以及用于上层布线的绝缘膜178。绝缘膜172、用于下层布线的绝缘膜174、用于通孔的绝缘膜176、及用于上层布线的绝缘膜178在衬底170上以此顺序形成。衬底170可以是，例如，诸如硅衬底或玻璃衬底的半导体衬底。
这里，除交点外，第一电感器112和第二电感器122均由在用于上层布线的绝缘膜178中形成的布线形成。更具体地，由图4中的实线指示的第一电感器112和第二电感器122的部分也由在用于上层布线的绝缘膜178中形成的布线形成(图5A)。
另一方面，由图4中的虚线所指示的交点由用于下层布线的绝缘膜174中形成的布线形成。请注意，在用于上层布线的绝缘膜178中形成的布线与在用于下层布线的绝缘膜174中形成的布线通过在用于通孔的绝缘膜176中形成的通孔电连接(图5B及图5C)。
图6示出图4的截面的另一示例。图6A是沿图4的线B-B’截取的截面图，图6B是沿图4的线C-C′截取的截面图，图6C是沿图4的线D-D′截取的截面图。
这里，除交点外，第一电感器112和第二电感器122均由在用于下层布线的绝缘膜174中形成的布线形成，通孔在用于通孔的绝缘膜176中形成，布线在用于上层布线的绝缘层178中形成。更具体地，除图4中所指示的交点外，形成第一电感器112和第二电感器122以便使三层结构包括在用于下层布线的绝缘膜174中形成的布线，在用于通孔的绝缘膜176中形成的通孔以及在用于上层布线的绝缘层178中形成的布线(图6A)。
另一方面，第一电感器112和第二电感器122的交点由在用于下层布线的绝缘膜174中形成的布线与在用于上层布线的绝缘膜178中形成的布线中的任意一个形成。由图4中的虚线指示的交点部分由在用于下层布线的绝缘膜174中形成的布线形成，同时由实线指示的交点部分由在用于上层布线的绝缘膜178中形成的布线形成(图6B及图6C)。
请注意，对于图5A至5C所示的情况及图6A至6C所示的情况，布线及通孔可与其它布线在多层布线结构中同时形成。此外，布线及通孔可使用，例如，铜或铝来形成。当使用铜形成布线及通孔时，可使用，例如，大马士革镶嵌(Damascene)工艺。
此外，在本实施例中，变量器102可以形成为各种形状。
例如，可增加第一环状导体110的转向数目。图1示出第一环状导体110穿过第二直线152和第一直线150的转向N的数目等于3且当第一环状导体110向内及向外弯曲时第一环状导体110弯曲两次的情况，而图7是当N＝5且第一环状导体110弯曲三次时变量器的平面图。虽然在下文中为简单起见，第一电感器112及第二电感器122由直线表示，但是类似于图1所示的情况它们由布线等形成。
这里，弯曲第一环状导体110使得每次第一环状导体110穿过第二直线152及第一直线150时直径变小。在第一环状导体110依次穿过第二直线152和第一直线150五次且向内弯曲后，第一环状导体110保持直径不变穿过第一直线150一次。然后，弯曲第一环状导体110使得每次第一环状导体110穿过第二直线152及第一直线150时直径变大，依次穿过第二直线152及第一直线150五次，并且向外弯曲。第二环状导体120具有与第一环状导体110的形状相同的形状。
类似地，图8是当N＝7且第一环状导体110弯曲四次时变量器的平面图。此外，这里，电子器件100包括中心抽头140。在中心抽头140中，第二环状导体120保持直径不变穿过第一直线150一次的部分E是与第二环状导体120的连接点。在平面图中，中心抽头140沿第一直线150从连接点E延伸至第二环状导体120的起点和终点之间的位置。在本实施例中，可布置中心抽头140以便在第三终端116和第四终端118之间延伸且基本与其平行。这使得实现具有中心抽头140且变量器102保持地令人满意地对称的电子器件100成为可能。
请注意，图8所示结构之外的结构可类似地具有与其结合的中心抽头140。
此外，电感器的环状导体可以是各种形状。图9是示出第一环状导体110和第二环状导体120在平面图中为八边形的情况的平面图。这里，示出N＝3且环状导体弯曲两次的变量器。以此种方式，即使根据围绕它们布置的图案等改变第一环状导体110和第二环状导体120的平面图中的形状，通过根据类似于参照图1至4描述的规则来确定它们的图案也能获得类似效果。此外，第一环状导体110和第二环状导体120在平面图中可以是，例如，圆形(未示出)。
虽然参照附图在上文中描述了本发明的实施例，但它仅是示例性的并且各种其它改变或修改是可能的，这些改变或修改落入本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种电子器件，包括：
衬底；以及
在所述衬底上形成并且包括第一电感器及第二电感器的变量器，所述第一电感器在平面图中关于第一直线对称，所述第二电感器具有与所述第一电感器的形状相同的形状，布置所述第一电感器和所述第二电感器以便彼此关于与所述第一直线正交的第二直线对称。
2.如权利要求1所述的电子器件，其中
所述第一电感器和所述第二电感器弯曲两次或更多次。
3.如权利要求1所述的电子器件，其中：
所述第一电感器包括第一环状导体，所述第一环状导体具有在平面图中由所述第一直线和所述第二直线限定的第一区域内的起点、以所述第一直线和所述第二直线的交点为中心通过依次穿过所述第二直线和所述第一直线而弯曲、且具有在关于所述第一直线与所述第一区域对称的第二区域内的终点；
弯曲所述第一环状导体，使得当始于所述起点的所述第一环状导体穿过所述第二直线时所述第一环状导体的直径变小、所述第一环状导体保持所述直径不变地穿过所述第一直线一次、并且然后当所述第一环状导体穿过所述第二直线时所述直径变大；
所述第二电感器包括具有与所述第一环状导体的形状相同的形状的第二环状导体，所述第二环状导体具有在关于所述第二直线与所述第二区域对称的第三区域内的起点，且具有在关于所述第二直线与所述第一区域对称的第四区域内的终点；并且
布置所述第一环状导体及所述第二环状导体使其在平面图中在所述第二直线上相交。
4.如权利要求3所述的电子器件，其中
弯曲所述第一环状导体使得每次所述第一环状导体穿过所述第二直线和所述第一直线时所述直径变小，而且在所述第一环状导体依次穿过所述第二直线及所述第一直线N次并且向内弯曲之后所述第一环状导体保持直径不变地穿过所述第一直线一次，并且然后弯曲所述第一环状导体使得每次所述第一环状导体穿过所述第二直线和所述第一直线时所述直径变大，而且所述第一环状导体依次穿过所述第二直线及所述第一直线N次且向外弯曲，以便当所述第一环状导体穿过所述第一直线时与所述第一环状导体的向内弯曲的部分相交，其中N是等于或大于3的奇数。
5.如权利要求3所述的电子器件，进一步包括：
中心抽头，具有在所述第二环状导体保持直径不变地穿过所述第一直线一次的所述第二环状导体的一部分中与所述第二环状导体的连接点，在平面图中，所述中心抽头沿所述第一直线从所述连接点延伸至所述第二环状导体的所述起点和所述终点之间的位置。
6.如权利要求4所述的电子器件，进一步包括：
中心抽头，具有在所述第二环状导体保持直径不变地穿过所述第一直线一次的所述第二环状导体的一部分中与所述第二环状导体的连接点，在平面图中，所述中心抽头沿所述第一直线从所述连接点延伸至所述第二环状导体的所述起点和所述终点之间的位置。
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