CN104347586A - 集成电感电容的电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种集成电感电容的电路结构。通过本发明的结构能够在生产集成电感电容电路的过程中，同时形成电感和电容，简化了工艺过程，缩小了器件面积，从而降低了成本，并且能够获得同时具有高电感值和高品质因子的电感器件。

Description

集成电感电容的电路结构

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种集成电感电容的电路结构。

背景技术

在射频电路中，电感起着非常重要的作用，电感是应用于高频电子电路中的重要的无源元件，评价电感器性能好坏的一个重要指标就是电感的品质因子Q(quality)，品质因子Q描述了实际电感的能量损耗的程度(理想电感是不损耗能量的)，其定义为：存储于电感器中的能量和每一振荡周期损耗能量的比，即品质因子Q越高，电感器的效率就越高。但在实际条件下，流经电感金属线的电流产生的磁通量变化会在衬底上感应出镜像电流；而由镜像电流形成的磁通变化，会抵消电感本身部分磁通量，造成实际电感值和Q值的下降。另一方面，螺旋缠绕式的金属电感线会在中心金属铁芯上产生涡旋电流(Eddy Current)，且金属铁芯的阻值越小，涡旋电流越大，当涡旋电流在金属块内流动时，会释放出大量的焦耳热，进一步加剧能量的损耗，造成Q值降低。

一般而言，为了提高电感器的性能，目前一般采用高阻值的衬底来制作电感器。然而通常来说，目前采用的电阻最高的衬底仍然不足以制作高性能的电感器。该现象是本领域技术人员所不愿意看到的。

因此，如何进一步提高电感器的性能，已成为业界急需解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种集成电感电容的电路结构。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种集成电感电容的电路结构，其中，包括：

第一电容，上述第一电容由若干个内截面逐渐递减的金属框于同一平面内相互嵌套组成，间隔设置的金属框彼此电连接组成第一极板与第二极板；

第二电容，上述第二电容由若干个内截面逐渐递减的金属框于同一平面内相互嵌套组成，间隔设置的金属框彼此电连接组成第三极板与第四极板；

上述第一电容与第二电容位于同一平面内且互不重叠；

电感，所述电感包括若干平面平行分布的第一类金属线和若干平面平行分布的第二类金属线，上述第一类金属线与第二类金属线分别位于上述第一电容与第二电容所在平面的两侧；且上述第一类金属线与第二类金属线的首端均垂直投影于上述第一电容的最内侧金属框内，上述第一类金属线与第二类金属线的末端均垂直投影于所述第二电容的最内侧金属框内；并且，任一上述第一类金属线的首端的垂直投影与对应的第二类金属线的首端的垂直投影重合，任一上述第一类金属线的末端的垂直投影与对应的第二类金属线相邻的第二类金属线的末端的垂直投影重合；

上述电感还包括若干金属互连线，上述金属互连线垂直穿过上述第一电容与第二电容的最内侧金属框，连接第一类金属线与对应的第二类金属线的首端，并连接第一类金属线于对应的第二类金属线相邻的第二类金属线的末端。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，上述金属框均为长宽比相同的矩形环状结构。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，上述金属框内填充绝缘介质。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，上述金属框的材质为铁磁金属材料。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，上述电路结构括还包括：

若干金属电容极板引线，上述第一极板、上述第二极板、上述第三极板和上述第四极板中每个极板上相邻的金属框之间均通过一所述金属电容极板引线电连接。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，任意相邻的两根上述第一类金属线之间的间距相同。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，任意相邻上述第二类金属线之间的间距相同。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，上述第一类金属线所在平面和上述第二类金属线所在平面均与上述第一电容与第二电容所在平面平行设置。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，上述第一电容和上述第二电容的结构相同。

上述的集成电感电容的电路结构，其中，上述金属电感线圈形成的磁场方向平行于上述电路的硅片衬底的延展方向。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

通过本发明的结构能够在生产集成电感电容电路的过程中，同时形成电感和电容，简化了工艺过程，缩小了器件面积，从而降低了成本，并且能够获得同时具有高电感值和高品质因子Q的电感器件。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是本发明结构中的侧视剖面结构示意图；

图2是本发明结构中的俯视结构示意图；

图3是本发明结构中的立体结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种集成电感电容的电路结构，其核心是通过将电容元器件的金属极板作为金属电感线缠绕的铁芯，从而在同一器件上同时获得电感与电容元件。并且，通过将电容的金属极板设计为多层结构，从而在小尺寸的结构上，获得大表面积的电容金属极板，提高了电容的性能，同时多层片状结构有利于克服电感器件中铁芯上存在的涡旋电流，进而获得具有高电感值与品质因子Q值的电感。

下面结合附图对本发明结构进行详细说明。

如图1、图2和图3所示，一种集成电感电容的电路结构；

包括第一电容1，该第一电容1包括若干内截面逐渐递减，并为同心环结构的金属框(附图中仅示出4个)，且该若干个金属框在同一平面内相互嵌套排布，并且，间隔设置的金属框相互电连接组成第一极板和第二极板。其中，第一极板与第二极板之间填充有绝缘介质4。

上述结构设计，可使电容在相对扁平的空间内获得较大的金属极板表面积，有效的提高了电容的电容值与性能。

优选的，金属框设置为矩形环状结构，其材质为铁磁金属材料，以便于在微电路制造过程中方便版图的设计与制作。

其中，相互间隔的金属框均通过若干金属连接线5电连接，形成的电容的两个极板。

一种集成电感电容的电路结构还包括第二电容2，优选的，第二电容2选用与第一电容1完全相同的结构设计，且第一电容1与第二电容2位于同一平面内且互不重叠；进一步优选的，矩形金属框的长边作为第一电容1与第二电容2最外侧金属框的相邻边，以便于电路参数的设计与控制，并有利于后续电感结构的设计。

在具体生产中，金属框的设置数量可根据产品的需求来确定。

进一步，本发明上述的电容的金属极板也可被设计为圆环、椭圆环、六角环等多种形状，均属本发明的发明意图与变化范围之内，于此不一一累述。

一种集成电感电容的电路结构还包括一电感3。

上述电感3具体包括若干平面平行分布的第一类金属线31和若干平面平行分布的第二类金属线33，结构如图1所示，第一类金属31线和第二类金属33线分别位于第一电容1与第二电容2所在的平面的两侧，且第一类金属线31与第二类金属线33的首端均垂直投影于第一电容1的最内侧金属框内，第一类金属线31与第二类金属线11的末端均垂直投影于所述第二电容2的最内侧金属框内。

优选的，第一类金属线31所在平面、第二类金属线33所在平面与第一电容1与第二电容2所在平面相互平行。并且，第一类金属线31长度相同，且相邻第一类金属线31的间距相同。此外，第二类金属线33长度相同，且相邻第二类金属线33的间距相同。并且，任意第一类金属线31的首端的垂直投影与对应的第二类金属线33的首端的垂直投影重合，任意第一类金属线31的末端的垂直投影与对应的第二类金属线33相邻的第二类金属线33的末端的垂直投影重合。

采用等间距设计的第一类金属线31和第二类金属线33，有利用该电感生成强度均匀的感生磁场，进而提高电感的性能。

所述电感还包括若干金属互连线32，所述金属互连线32垂直穿过所述第一电容1与第二电容2的最内侧金属框，连接第一类金属线31与对应的第二类金属线33的首端，并连接第一类金属线31于对应的第二类金属线33相邻的第二类金属线33的末端。

由于在微电路设计过程中，金属互连线32的制备多采用在绝缘介质层中刻蚀穿孔后，再沉积填充金属，故而，采用第一类金属线31和第二类金属线33的首端与末端投影垂直对应的设计方案，有利于金属互连线32的制备。

并且，由于发明中的电感采用了平行于电路所在硅衬底的螺旋电圈设计，使电感产生的感生磁场的磁力线方向平行于上述硅衬底，有效避免了因硅衬底上磁通量的变化而产生的镜像电流所引起的电感的磁通量抵消，而造成电感的电感值与品质因子Q值下降。

另外，本发明利用电容的极板作为电容的磁芯，由于穿过电感线圈的电容极板被设计为片层结构，有效避免了磁芯因受电感线圈上交流电变化而产生的涡旋电流，造成释放大量的焦耳热，导致无谓的能量损耗，进一步提高了本发明中电感的电感值于品质因子Q值。

综上所述，本发明的集成电感电容的电路结构通过金属电感线圈与分割成若干个环状的金属极板的铁磁金属磁芯相互扣合缠绕，并将金属磁芯作为电容金属极板的结构设计，使电路中的电感与电容集成在了一起，有效减少了器件面积，简化了生产工艺，从而降低了成本，并且由于分割成若干个金属极板的铁磁金属磁芯能降低涡旋电流，从而实现增加电感的品质因子Q值的效果，另一方面，由于本发明的结构中金属电感线圈所产生的磁场平行于电路所在的硅衬底，能有效避免衬底上感应出的镜像电流形成的抵消电感的磁通变化，从而提高了电感的电感值于品质因子Q值。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种集成电感电容的电路结构，其特征在于，包括：

第一电容，所述第一电容由若干个内截面逐渐递减的金属框于同一平面内相互嵌套组成，间隔设置的金属框彼此电连接组成第一极板与第二极板；

第二电容，所述第二电容由若干个内截面逐渐递减的金属框于同一平面内相互嵌套组成，间隔设置的金属框彼此电连接组成第三极板与第四极板；

所述第一电容与第二电容位于同一平面内且互不重叠；

电感，所述电感包括若干平面平行分布的第一类金属线和若干平面平行分布的第二类金属线，所述第一类金属线与第二类金属线分别位于所述第一电容与第二电容所在平面的两侧；且所述第一类金属线与第二类金属线的首端均垂直投影于所述第一电容的最内侧金属框内，所述第一类金属线与第二类金属线的末端均垂直投影于所述第二电容的最内侧金属框内；并且，任一所述第一类金属线的首端的垂直投影与对应的第二类金属线的首端的垂直投影重合，任一所述第一类金属线的末端的垂直投影与对应的第二类金属线相邻的第二类金属线的末端的垂直投影重合；

所述电感还包括若干金属互连线，所述金属互连线垂直穿过所述第一电容与第二电容的最内侧金属框，连接第一类金属线与对应的第二类金属线的首端，并连接第一类金属线于对应的第二类金属线相邻的第二类金属线的末端。

2.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述金属框均为长宽比相同的矩形环状结构。

3.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述金属框内填充绝缘介质。

4.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述金属框的材质为铁磁金属材料。

5.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述电路结构还包括：

若干金属电容极板引线，所述第一极板、所述第二极板、所述第三极板和所述第四极板中每个极板上相邻的金属框之间均通过一所述金属电容极板引线电连接。

6.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，任意相邻的两根所述第一类金属线之间的间距相同。

7.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述第二类金属线长度相同，且相邻第二类金属线的间距相同。

8.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述第一类金属线所在平面和所述第二类金属线所在平面均与所述第一电容与第二电容所在平面平行设置。

9.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述第一电容和第二电容的结构相同。

10.如权利要求1所述的集成电感电容的电路结构，其特征在于，所述金属电感线圈形成的磁场平行于所述电路的硅片衬底。