CN104756272B - 具有预定义的电流返回件的电感器结构 - Google Patents
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Abstract
一种实施于半导体集成电路(IC)内的电感器结构包含：包含至少一个匝的导电材料线圈(105)；以及环绕所述线圈的电流返回件(130、500)。所述电流返回件由所述半导体集成电路的多个互连金属层(510、515、520、525)形成。
Description
技术领域
本说明书内所揭示的一或多个实施例是关于半导体集成电路(IC)，且更确切地说是关于一种用于半导体IC的电感器结构。
背景技术
半导体集成电路(IC)技术持续发展来支持更小的特征大小。更小的特征大小有助于产生更小的装置，借此允许将更大数目的装置实施于IC的给定区域内。随着装置被实施为彼此更接近且IC内装置的总数目增加，装置之间的电交互作用的数目也往往会增加。
电交互的一个实例是电感耦合。电感耦合可降低实施于IC内的装置(且确切地说，电感器)的性能。因为现代电路操作的频率较高且需要阻抗匹配，所以在IC内实施电感器愈加重要。然而，在使用现代IC制造技术所实施的IC内难以预测及量化例如电感耦合等许多电交互作用。
发明内容
实施于半导体集成电路(IC)内的电感器结构包含具有至少一个匝的导电材料线圈。电感器结构进一步包含环绕线圈的电流返回件。所述电流返回件由IC的多个互连金属层形成。
在一些此类电感器结构中，以下各者中的一或多者可为真实的。线圈与电流返回件可或可不实体上连接。电感器结构可进一步包含连接线圈与电流返回件的连接器。此类连接器可将线圈的中点连接到电流返回件。电流返回件可包含连接电流返回件的每一对邻近金属层的至少一个通孔段，其中每一通孔段实施于在电流返回件的每一对邻近金属层之间的金属层内。电流返回件的每一对邻近金属层可通过多个通孔元件而连接，所述多个通孔元件根据用以实施电流返回件的集成电路制造技术的设计规则而具有最小允许间距。所述线圈可包含奇数数目或偶数数目个匝。电流返回件的外边界可被成形为大体上与线圈类似。电流返回件可包含至少四个层面。或者，可包含少于四个层面。线圈与电流返回件可关于将电感器结构一分为二的第一轴线而对称。在连接器存在的情况下，连接器可具有与将电感器结构一分为二的第一轴线对准的定向，其中线圈与电流返回件关于第一轴线而对称。可使用同一金属层将线圈的至少一部分、电流返回件的至少一个金属层及连接器形成为连续金属部分。
附图说明
图1是说明示范性电感器结构的表面形状视图的第一框图。
图2是说明示范性电感器结构的表面形状视图的第二框图。
图3是说明示范性电感器结构的表面形状视图的第三框图。
图4是说明示范性电感器结构的表面形状视图的第四框图。
图5是说明电感器结构的示范性电流返回件的侧视图的第五框图。
图6-1是导体结构的实例的第一透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。
图6-2是导体结构的实例的第二透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。
图6-3是导体结构的实例的第三透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。
图7是导体结构的实例的第四透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。
图8是使用如参考图6所描述的通孔段而形成的示范性电流返回件的第五透视图。
图9是说明不同电感器结构的质量因数(Q)的曲线。
具体实施方式
尽管本说明书以界定新颖特征的权利要求书作出结论，但相信，本说明书内所揭示的各种特征将通过结合图式考虑描述而得到更好的理解。出于说明的目的提供本说明书内所描述的工艺、机器、制造及其任何变化。本说明书内所揭示的特定结构及功能性细节并不解释为限制性的，而是仅作为权利要求书的依据以及作为用于教示所属领域的技术人员以各种方式采用在实际上任何适当详述的结构中所描述的特征的代表性依据。此外，本说明书内所使用的术语及短语不希望为限制性的，而是提供所描述的特征的可理解描述。
本说明书内所揭示的一或多个实例是关于半导体集成电路(IC)，且更确切地说是关于用于IC内的电感器结构。可实施包含电流返回件的电感器结构。电流返回件确保流经电感器结构的电流穿越在其中实施有所述电感器结构的IC内的已知及预定义路径。电流返回件经实施为具有低于周围IC结构的阻抗以确保电流穿越经过电流返回件，这与电流穿越经过其它IC结构(这将导致电感器结构与例如装置等其它IC结构的电磁耦合)形成对比。减少电感器结构与其它IC结构之间的电磁耦合防止了电感器结构的电感从预期值或设计值而变化。此外，电感器结构的质量因数或“Q”得以改进。
出于简单及清晰说明的目的，图中示出的元件未必按比例绘制。举例来说，为了清晰起见，可相对于其它元件夸示一些元件的尺寸。此外，在认为适当的情况下，在各图之间重复参考数字以指示对应、类似或相同特征。
图1是说明示范性电感器结构100的表面形状视图的第一框图。电感器结构100包含具有第一端子110及第二端子115的线圈105。线圈105由例如金属等导电材料形成。更确切地说，线圈105经形成为在其中实施有电感器结构100的IC内的图案化金属层(例如，迹线)的一部分。线圈105包含奇数数目个匝或环。应了解，线圈105可包含1、3或某一其它奇数数目个匝。在此实例中，线圈105包含单个匝。如所描绘，线圈105的形状大体上是八边形。然而，线圈105的特定形状不希望具有限制性。可以多种其它形状中的任一者来实施线圈105，包含但不限于圆形、正方形、矩形或类似者。端子110通过支柱120而耦合到线圈105的匝部分。端子115通过支柱125而耦合到线圈105的匝部分。在线圈105包含3个匝或3个以上匝(奇数数目个匝)的情况下，线圈105的每一匝将具有同一中心(例如，同心)。
电感器结构100进一步包含电流返回件130。电流返回件130充分环绕线圈105且在其中实施有电感器结构100的特定IC内连接到接地。如所描绘，电流返回件130具有如由电流返回件130的外周界或边界或者电流返回件130的内周界或边界所界定的形状，所述形状大体上与线圈105的形状相同。举例来说，电流返回件130的内边界与线圈105的外边界之间的距离“d”可为恒定的或大体上为恒定的。
电流返回件130由两个或两个以上的层面形成。更确切地说，电流返回件130由堆叠的金属层面形成。在图1中所描绘的实例中，电流返回件130未实体上连接到线圈105或支柱120及125中的任一者。每一层面由其中实施有电感结构100的IC的图案化金属层形成。实际上，电流返回件130形成包围线圈105的导电材料(例如，迹线)的壁。作为实例，电流返回件130包含至少四个层面，其中视具体情况而定，邻近层面是使用例如接点和/或通孔元件等多个导电性IC结构来垂直地连接。使用两个或两个以上(例如，多个)层面(其使用导电性IC结构而接合)来形成电流返回件130减少了电流返回件130的阻抗，借此确保电流穿越经过电流返回件130，这与电流穿越经过贯穿IC的一或多个其它非想要路径形成对比。
x轴及y轴叠加于电感器结构100上方以说明各个实体方面。水平x轴与垂直y轴正交。y轴将电感器结构100一分为二以使得电感器结构100关于y轴而对称。因此，电感器结构100的位于y轴左边的部分(称为左侧)是电感器结构100的位于y轴右边的部分(称为右侧)的镜像。电感器结构100的左侧包含端子110。电感器结构100的右侧包含端子115。
x轴将电感器结构100分成两个不等部分。电感器结构100关于x轴不对称。电感器结构100的位于x轴上方的部分(称为顶部分)不是电感器结构100的位于x轴下方的部分(称为底部分)的镜像。如所描绘，支柱120及125中的每一者与y轴平行。
图2是说明示范性电感器结构200的表面形状视图的第二框图。电感器结构200大体上与电感器结构100相同地被实施。举例来说，电感器结构200包含具有第一端子210及第二端子215的线圈205。线圈205包含奇数数目个匝或环。如所描述，线圈205由导电材料形成。应了解，线圈205可包含1、3或某一其它奇数数目个匝。在此实例中，线圈205包含单个匝。一般来说，线圈205的形状为八边形，但在这点上并不受限。端子210通过支柱220而耦合到线圈205的匝部分。端子215通过支柱225而耦合到线圈205的匝部分。在线圈205包含3个匝或3个以上匝(奇数数目个匝)的情况下，线圈205的每一匝将具有同一中心(例如，同心)。
电感器结构200进一步包含连接到接地的电流返回件230。电流返回件230大体上与图1的电流返回件130相同地被实施。举例来说，电流返回件230由堆叠的金属层形成，所述金属层充分环绕线圈205且在其中实施有电感器结构200的特定IC内连接到接地。然而，不同于图1的电流返回件130，电流返回件230通过连接器235而实体上连接到线圈205。
连接器235连接到线圈205的中点。因此，连接器235就线圈205的长度来说距端子210及距端子215是等距离的。连接器235由金属形成。举例来说，使用与形成线圈205的金属层相同的金属层形成连接器235。在这点上，电流返回件230可包含至少一个层面，所述至少一个层面由用于将线圈205和/或连接器235形成为连续金属部分的同一金属层形成。因此，电流返回件230、线圈205及连接器235的至少一个层面由图案化于IC的同一金属层内的单个连续金属部分形成。归因于电流返回件230的多层面构成，电流返回件230取决于用以实施线圈205及连接器235的特定金属层而在线圈205上方、线圈205下方，或线圈205上方以及下方延伸。
x轴及y轴叠加于电感器结构200上方以说明各个实体方面。水平x轴与垂直y轴正交。y轴将电感器结构200一分为二以使得电感器结构200关于y轴对称。因此，电感器结构200的位于y轴左边的部分是电感器结构200的位于y轴右边的部分的镜像。电感器结构200的左侧包含端子210。电感器结构200的右侧包含端子215。
x轴将电感器结构200分成两个不等部分。电感器结构200关于x轴不对称。电感器结构200的位于x轴上方的部分(称为顶部分)不是电感器结构200的位于x轴下方的部分(称为底部分)的镜像。在其中如图2中所描绘线圈205具有奇数数目个匝的配置中，连接器235位于x轴的不同侧(即顶部分)中，而端子210及215位于另一侧(即，底部分)中。如所描绘，支柱210及215中的每一者与y轴平行。y轴也将连接器235一分为二。
图3是说明示范性电感器结构300的表面形状视图的第三框图。电感器结构300包含具有第一端子310及第二端子315的线圈305。线圈305包含偶数数目个匝或环。在此实例中，线圈305包含两个匝。应了解，线圈305可包含2、4或某一其它偶数数目个匝。端子310通过支柱320而耦合到线圈305的匝部分。端子315通过支柱325而耦合到线圈305的匝部分。
线圈305是使用导电材料而形成，且更确切地说形成于其中实施有电感器结构300的IC的两个金属层内。一般来说，线圈305的两个匝是位于IC的同一金属层内。桥接器部分340实施于不同金属层中且通过例如接点和/或通孔元件等垂直导电性IC结构而连接到线圈305。桥接器340允许将线圈305实施为两个连续匝。如所说明，线圈305的每一匝的形状大体上为八边形。然而，线圈305的特定形状不希望具有限制性。可以多种其它形状中的任一者来实施线圈305，包含但不限于圆形、正方形、矩形或类似者。如图3中所描绘，线圈305的每一匝具有同一中心(例如，同心)，因为内匝关于线圈305的外匝居中。
电感器结构300进一步包含电流返回件330。电流返回件330未实体上连接到线圈305、支柱320或支柱325。电流返回件330环绕线圈305。如所描绘，电流返回件330具有如由电流返回件330的外周界或边界或者电流返回件330的内周界或边界所界定的形状，所述形状大体上与线圈305的形状相同。如所说明，电流返回件330的内边界与线圈305的外边界之间的距离“d”可为恒定的或大体上为恒定的。
电流返回件330由如参考图1及图2所描述的一或多个层面形成，其中每一层面由其中实施有电感结构300的IC的图案化金属层形成。在一个实例中，电流返回件330包含至少四个层面，其中视具体情况而定，邻近层面使用例如接点和/或通孔元件等多个导电性IC结构而垂直地连接。
x轴及y轴叠加于电感器结构300上方以说明各个实体方面。水平x轴与垂直y轴正交。y轴将电感器结构300一分为二使得电感器结构300关于y轴对称。电感器结构300的左侧是电感器结构300的右侧的镜像。电感器结构300的左侧包含端子310。电感器结构300的右侧包含端子315。
x轴将电感器结构300分成两个不等部分。电感器结构300关于x轴不对称，因为电感器结构300的顶部分不是电感器结构300的底部分的镜像。
图4是说明示范性电感器结构400的表面形状视图的第四框图。电感器结构400大体上类似于图3的电感器结构300。举例来说，电感器结构400包含由导电材料形成(例如，使用金属层)的线圈405。线圈405具有第一端子410及第二端子415。线圈405包含偶数数目个匝或环。在此实例中，线圈405包含两个匝。应了解，线圈405可包含2、4或某一其它偶数数目个匝。端子410通过支柱420而耦合到线圈405的匝部分。端子415通过支柱425而耦合到线圈405的匝部分。
电感器结构400进一步包含大体上与图3的电流返回件330相同的电流返回件430。举例来说，电流返回件430由堆叠的金属层形成且环绕线圈405。然而，不同于电流返回件330，电流返回件430通过连接器435而实体上连接到线圈405。连接器435连接到线圈405的中点。连接器435由金属形成。举例来说，使用与形成线圈405的金属层相同的金属层形成连接器435。在这点上，电流返回件430可包含至少一个层面，所述至少一个层面由用于形成圈405和/或连接器435的同一金属层形成。因此，电流返回件430、线圈405及连接器435的至少一个层面由图案化于IC的同一金属层内的单个连续金属部分形成。归因于电流返回件430的多层面构成，电流返回件430取决于用以实施线圈405的特定金属层而在线圈405上方、线圈405下方，或线圈405上方以及下方延伸。
x轴及y轴叠加于电感器结构400上方以说明各个实体方面。水平x轴与垂直y轴正交。y轴将电感器结构400一分为二使得电感器结构400关于y轴对称。电感器结构400的左侧是电感器结构400的右侧的镜像。电感器结构400的左侧包含端子410。电感器结构400的右侧包含端子415。
如所描绘，连接器435实际上形成线圈405的第三支柱部分。连接器435位于支柱420及425中的每一者之间。连接器435与支柱420及425以及y轴平行。如所说明，y轴进一步将连接器435一分为二。
x轴将电感器结构400分成两个不等部分。电感器结构400关于x轴不对称，因为电感器结构400的顶部分不是电感器结构400的底部分的镜像。在图4中示出的其中线圈405具有偶数数目个匝的配置中，连接器435位于x轴的与端子410及415相同的侧(即，底部分)上。
已将各种电感器结构说明为形状是八边形。应了解，电感器结构且确切地说线圈的特定形状可变化。在一些应用中，线圈具有圆形形状，而在其它应用中线圈的形状是正方形或矩形。所使用的线圈的特定匝数及形状规定电感器结构的端子是位于x轴和/或y轴的同一侧上(例如，上方、下方)或是相对侧上。举例来说，正方形线圈将通常针对完整匝而使两个端子位于x轴的同一侧上，而对于半匝或包含半匝的任何其它匝数(例如，1.5、2.5等)来说，端子将位于x轴的相对侧上。此外，不管线圈和/或电流返回件的特定形状如何，电感器结构可经形成以包含实体上连接线圈与电流返回件的连接器，或经形成以使得线圈未实体上连接到电流返回件。
图5是说明电感器结构的示范性电流返回件500的侧视图的第五框图。电流返回件500说明参考图1到图4的电流返回件所描述的多层面堆叠方法。如所说明，电流返回件500实施于衬底505上且包含多个层面。在此实例中，电流返回件500包含四个层面510、515、520及525。每一层面使用图案化金属层来实施以形成迹线。如已知，除被用以连接层面510到525中的邻近者的通孔元件所占据的那些部分外，每一金属层及(因此)层面通过绝缘材料而彼此分离。
层面510到525被垂直地堆叠且共享共同的中心。层面510经由接点530而连接到衬底505。层面510及515、层面515及520以及层面520及525通过通孔元件535而垂直地连接。如所指出，电感器结构的线圈部分(在电流返回件500内被遮住而看不到)使用用以形成层面510、515、520和/或525的相同金属层中的一或多者而形成。在一个实例中，根据基于用以实施电流返回件的特定IC制造技术的设计规则的最小允许间距来隔开通孔元件535。
举例来说，在线圈具有单个匝的情况下，可将线圈实施于用以实施层面510到525的金属层中的任一者中。在两匝线圈的情况下，可将匝实施于用以实施层面510到525的金属层中的任一者中。例如还可使用与用于层面510到525中的一者相同的金属层来实施桥接器部分。因此，举例来说，当将匝实施于用以实施层面525的同一金属层中时，可使用用以实施层面520的金属层来实施桥接器。当将匝实施于用以实施层面510的同一金属层中时，可使用用以实施层面515的金属层来实施桥接器。
图5说明常规通孔。可使用例如“沟槽通孔”等其它类型的通孔元件。图6到图7说明利用“沟槽”种类的通孔元件的各种导体结构，所述导体结构可经堆叠以形成壁且用以实施大体上如在本说明书内针对电感器结构所描述的电流返回件。
图6-1是导体结构600-1的实例的第一透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。导体结构600-1是可实施于IC内(例如，封装衬底中)的导体的实例。如所描绘，导体结构600-1是集成导体结构，其可包含例如迹线605-1及610-1(其中迹线的邻近者通过通孔段615-1而分离)等一或多个金属层或由所述一或多个金属层形成。
可使用第一金属层来实施迹线605-1。可使用第二及不同金属层来实施迹线610-1。每一金属层可经实施为平行于由x轴及y轴界定的平面。一般来说，可通过经由IC制造工艺移除每一相应金属层的部分而留下形成迹线605-1及迹线610-1的“图案化层”来形成迹线605-1及迹线610-1。
迹线605-1及迹线610-1可通过绝缘层而分离。在一些情况下，分离两个连续导电层的绝缘层被称为通孔层。可使用的电介质材料的实例可包含(但不限于)包括具有支撑玻璃纤维的电介质材料的预浸体类型、包含ABF膜的膜类型或陶瓷类型。
通孔层可用以形成可经配置以将迹线605-1电耦合到迹线610-1的一或多个通孔元件。一般来说，“通孔元件”指电路中的不同导体层或导电层之间的垂直电连接。在一些情况下，例如在IC内，术语“通孔”可指形成于绝缘层内的开口，导电材料可形成于所述开口内以实施垂直电连接。如所使用，在本说明书内，术语“通孔”、“通孔元件”及“通孔段”指垂直的、实体的及电的连接，这与简单的其中形成连接的开口形成对比。
出于说明及易于描述的目的，短语“通孔元件”用以指常规通孔及通孔段(例如，“沟槽通孔”)两者。短语“通孔段”用以指以不限于为作为常规通孔的特性的立柱、圆柱体、栓塞或圆点(大体上为球面)形状的自由形态方式而成形的通孔。通孔段例如可经形成为形成于绝缘层中的迹线、立方体、长方体、矩形长方体、平面或类似者。术语“通孔”用以指常规通孔。
在一个方面中，可使用一工艺来形成通孔段，在所述工艺中，用以形成迹线610-1、通孔段615-1及迹线605-1的各种金属层是使用一连串图案化金属层而形成。每一层可经形成为包含例如其中形成有通孔段615-1的层的图案化金属层。可使用光致抗蚀剂技术来形成层，借此与迹线605-1及610-1中的每一者的情况一样允许形成通孔段615-1的自由形态形状。在这点上，其中形成有通孔段615-1的层是由与用以形成迹线605-1及610-1的金属层分离且不同的金属层来产生。在形成其中形成有迹线605-1、通孔段615-1及迹线610-1的金属层的堆叠结构之后，可清除过多的材料(例如，金属)以形成导体结构600-1，所述导体结构可建构于例如基底材料或衬底的表面上。随后，可将例如氧化物电介质材料等如所描述的绝缘材料填充于周围导体结构600-1中。因此，如所描述形成回填了绝缘材料的通孔段，这与其中孔形成于绝缘材料中且随后填充孔的其它种类的通孔形成对比。
出于说明的目的，图6中未说明各种类型的金属层。举例来说，未示出可包含以便于改进金属层与电介质材料之间的粘附的金属粘附层。此外，未示出可包含的阻挡金属层。在说明中，第一金属粘附层可形成于迹线610-1下方且第二金属粘附层形成于迹线605-1与通孔段615-1之间。阻挡金属层可形成于迹线610-1与通孔段615-1或类似者之间。应了解，经提供用于建构导体结构600-的实例是出于说明的目的而提供，且因而并不希望具有限制性。其它技术可用以形成导体结构600-1。
如图6-1中所描绘，通孔段615-1的形状可为矩形长方体且具有超出宽度630-1的长度625-1。一般来说，迹线605-1与迹线610-1垂直地对准。迹线605-1可进一步经成形而大体上类似于迹线610-1(如果不与迹线610-1相同的话)，例如具有相同宽度及高度。通孔段615-1可与迹线605-1及610-1具有相同宽度。通孔段615-1可与迹线605-1及迹线610-1两者垂直地对准。此外，通孔段615-1接触迹线605-1的下表面且接触迹线610-1的顶表面。在所描绘的实例中，通孔段615-1是以与迹线605-1及迹线610-1的纵长形状及方向一致的矩形形状而形成。关于以此方式形成的通孔段615-1(例如，经成形为迹线)，导体结构600-1形成包含迹线605-1迹线610-1及通孔段615-1的集成导体结构。应了解，迹线605-1、迹线610-1及通孔段615-1可垂直地对准以使得当从上方观察时，单个导体呈现(例如，仅迹线605-1可见)为各自遵循可行进x-y平面中的多种方向中的任一者的相同信号路径或模板以作为集成导体结构600-1的一部分。
一般来说，例如通孔段615-1等通孔段的特征在于，通孔段的形状可对应于由迹线在x-y平面中的多种方向中的任一方向上所采用的形状或路径。举例来说，迹线605-1及610-1可在x-y平面内以与经实施以遵循同一路径的通孔段615-1成多种角度中的任一角度(例如，45度和/或90度)而延伸及弯曲。
通孔段的长度通常将超出宽度且可能超出宽度很多。通孔段例如可具有在x-z平面中所采用的矩形或正方形横截面。通孔段可具有在x-y平面中所采用的矩形(及在一些情况下，正方形)横截面。举例来说，通孔段的长度可为通孔段的宽度的两倍、三倍或更多倍。因此，参考图6-1的坐标系，通孔段在平行于形成导体结构的上方及下方迹线的方向(y方向)上可比在与其正交的方向(例如，x方向及z方向中任一者或两者)上要长。应进一步了解，虽然通孔元件总体上被说明为具有急剧(例如，90度)拐角，但通孔元件的边缘可平滑或磨圆。
相比而言，通孔在x-y平面中将具有形状为圆形或环形的横截面。此外，通孔通常在通孔顶部处具有不同于在通孔底部处的直径。因此，在x-z平面中通孔的横截面不是正方形或矩形。
如所示出，导体结构600-1的总高度635-1仅超出如通常用以形成导体的单一迹线(例如，迹线605-1)的高度620-1。导体结构600-1的所得高度635-1包含两倍的单一迹线高度620-1加上通孔段615-1的高度。导体结构600的所得横截面面积提供比单一迹线的横截面面积增加的表面积。此增加的表面积意味着导体结构600-1不太易受趋肤效应的影响且提供经改进的性能以作为高频导体。
一般来说，导体结构600-1的特征可在于电信号传播的方向。导体结构600-1可在平行于x-y平面的任何方向上载运信号，这与平行于z轴(及与x-y平面正交)的方向形成对比。因此，导体结构600-1可用以在平行于用以产生其中包含导体结构600-1的集成电路的层的平面中传播信号，这与同常规通孔技术的情况一样在垂直方向上传达信号形成对比。
图6-2是示范性导体结构600-2的第二透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。可实质上如参考图6-1及导体结构600-1所描述来实施导体结构600-2，只是通孔段615-2具有窄于迹线605-2及迹线610-2的宽度的宽度(或直径)。因此，迹线605-2及610-2中的每一者可认为是“悬垂式”通孔段615-2。通孔段615-2仍可与迹线605-2及迹线610-2两者垂直对准，从而产生I横杆类型的架构。
在一个方面中，与迹线605-2及610-2相比通孔段615-2的更小宽度可为特定工艺技术的产物。此外，通孔段615-2的更小宽度可保持于特定范围内(例如，迹线605-2和/或610-2的宽度的百分比)。举例来说，迹线605-2及610-2的宽度可近似为60μm，而通孔615-2的宽度为近似40μm。应了解，本文中所揭示的特定宽度是仅出于说明的目的而提供，且因而并不希望作为本文中所揭示的一或多个实例的限制
图6-3是示范性导体结构600-3的第三透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。导体结构600-3包含迹线605-3及迹线610-3。导体结构600-3包含平行放置的多个通孔段而非包含单一通孔段。如所示出，通孔段615-3及617-3位于迹线605-3与610-3之间。通孔段615-3及617-3被放置成彼此平行且平行于y轴。应了解，如图6-3中所描绘，导体结构600-3可沿y轴在任一方向上继续。
图7是导体结构700的实例的第四透视图，所述导体结构用于形成电感器结构的电流返回件。导体结构700是可实施于IC内的导体的实例。如所描绘，导体结构700是集成导体结构，其可包含迹线(例如，第一迹线)705、迹线(例如，第二迹线)710及多个通孔段715、720及725。
导体结构700就与迹线相关的尺寸及结构方面来说可大体上类似于图6的导体结构600。然而，不同于导体结构600，相较于单一、连续通孔段而使用多个通孔段。在一个方面中，通孔段715到725中的每一者可为相同长度或大体上相同长度。通孔段715到725中的每一者在y方向上的长度可超出通孔段715到725中的每一者在x方向上的宽度。然而，在一个方面中，通孔段715到725可为立方体，而非通孔段715到725的形状为矩形长方体。通孔段715可与通孔段720分离标示为730的距离或间距。类似地，通孔段720可与通孔段725分离距离或间距730。在一个实例中，间距730是基于用以实施电流返回件的特定IC制造技术的设计规则的最小允许间距。应了解，可实施导体结构700以继续另外的通孔段且通过在y方向上延伸迹线705及710来实现所希望的长度。如所论述，导体结构700可能在x-y平面内的任何方向上继续且在特定方向(例如，y方向)上的继续仅仅是出于说明的目的。
在一个方面中，可限制通孔段715到725中的每一者的长度以确保导体结构700保持实体完整性。举例来说，可将通孔段715到725中的每一者的长度限于近似2毫米。距离或间距730例如可为近似100μm。在另一实例中，间距可为近似180μm、200μm或类似者。因此，导体结构700说明集成导体结构，其中迹线705及迹线710是连续的但其中通孔段是不连续的。
应了解，通孔段的最大长度是由所使用的特定电路制造技术及与对电路的应力影响及类似者相关的其它结构考量来决定的。因而，对通孔段的长度的2毫米限制及通孔段之间的100μm间距仅出于说明的目的而提供，且其并不希望作为本说明书内所揭示的实例的限制。
在另一方面中，连续对通孔段之间的间距无需为相同。举例来说，在一些情况下，间距可为不规则的，因为第一对连续通孔段之间的间距可与第二(下一)对连续通孔段之间的间距不同。在一些情况下，可根据所希望的电特性(例如，导体结构700的损耗和/或阻抗)来确定间距。此外，假设就间距来说满足导体结构700的机械(例如，实体)需求以在通孔段中避免断裂或其它不希望的机械不连续性，那么通孔段之间的间距可更大或更小以改变导体结构700的阻抗。类似地，通孔段可具有变化的长度以实现所希望的阻抗。
图8是使用如参考图6所描述的通孔段而形成的示范性电流返回件800的第五透视图。电流返回件800是以矩形形状而形成且更确切地说经形成为正方形以容纳正方形形状的线圈。如所描绘，电流返回件800包含由堆叠的图案化金属层形成的迹线805、810、815及820。通孔段835位于迹线805与810之间。通孔段840位于迹线810与815之间。通孔段845位于迹线815与820之间。未说明连接器，但可如在本说明书内参考图2及图4所描述而包含连接器。
虽然图8说明使用如参考图6所描述的通孔段来形成示范性电流返回件，但应了解，也可如参考图7所说明及描述来形成通孔段，其中多个通孔段包含于邻近迹线之间的每一层中且其中所述通孔段具有预定义的间距。
图9是说明不同电感器结构的质量因数(Q)的曲线。图9说明两个不同电感器结构的测试数据。一个电感器结构包含电流返回件(不管是否实体上连接到线圈)，而另一电感器结构不包含电流返回件。图9中所描绘的曲线已平滑且因而呈现从使用28纳米、高性能低功率(HPL)工艺所实施的测试电感器结构获得的测试结果的近似值。如所说明，在一些情况下，具有电流返回件的电感器结构的Q因数与没有电流返回件的电感器结构相比增加近似25％。将线圈实体上连接到电感器结构的电流返回件的连接器的存在或缺乏并不显著影响Q。另外，具有电流返回件的电感器结构进一步具有电感值，所述电感值具有与没有电流返回件的电感器结构相比更大的稳定性。
如本说明书内所描述，包含电流返回件减少了或实质上消除了电感器结构与包含其它电感结构的其它相邻IC装置之间的电感耦合。此电感耦合的减少允许在IC内将具有电流返回件的电感器结构放置成比在不利用电流返回件的情况下可能实现的更接近在一起。举例来说，具有电流返回件的电感器结构可被放置成相隔近似10μm，而没有电流返回件的电感器结构通常被放置成相隔至少200μm。
出于解释的目的，阐述特定的命名法以提供对本文中所揭示的各种发明性概念的透彻理解。然而，本文中所使用的术语是出于说明所描述的特征的目的且不希望为限制性的。举例来说，如本文中使用，术语“一”被定义为一个或一个以上。如本文中使用，术语“多个”被定义为两个或两个以上。如本文所使用，术语“另一个”被定义为至少第二个或更多。如本文所使用，除非另外指示，否则术语“耦合”被定义为连接，不论是在没有任何插入元件的情况下直接连接还是利用一或多个插入元件的间接连接。两个元件还可以按照机械方式、电学方式耦合或以通信方式经由通信信道、路径、网络或系统链接。术语“连接”意味着已连接的元件实体上彼此耦合。
如本文中所使用，术语“和/或”指代并涵盖相关联的所列项目中的一或多者的任何及所有可能组合。应进一步理解，当用于本说明书中时，术语“包含”指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。还应理解，尽管术语第一、第二等在本文中可用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制，因为这些术语仅用于区分元件。
所附权利要求书中所有方法或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作以及等效物希望包含用于结合如特别主张的其它所主张的元件来执行功能的任何结构、材料或动作。
本说明书内所揭示的特征可在不脱离其基本属性的情况下以其它形式来体现。因此，应参考所附权利要求书而非参考先前说明书来指示此类特征及实施方案的范围。
Claims (12)
1.一种实施于半导体集成电路内的电感器结构，所述电感器结构包括：
包括至少一个匝的导电材料的线圈；
环绕所述线圈的电流返回件；以及
连接所述线圈与所述电流返回件的连接器；
其中所述电流返回件由所述半导体集成电路的多个互连金属层形成；且
其中使用同一金属层将所述线圈的至少一部分、所述电流返回件的至少一个金属层及所述连接器是使用同一金属层而形成为连续金属部分。
2.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述连接器将所述线圈的中点连接到所述电流返回件。
3.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述电流返回件包括：
连接所述电流返回件的每一对邻近金属层的至少一个通孔段；且
其中每一通孔段实施于在所述电流返回件的每一对邻近金属层之间的金属层内。
4.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述电流返回件的每一对邻近金属层是通过多个通孔元件来连接的，所述多个通孔元件在其之间具有间距。
5.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述线圈包括奇数数目个匝。
6.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述线圈包括偶数数目个匝。
7.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述电流返回件的外边界经成形而大体上类似于所述线圈。
8.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述电流返回件包括至少四个层面。
9.根据权利要求1所述的电感器结构，其中所述线圈与所述电流返回件关于将所述电感器结构一分为二的第一轴线而对称。
10.根据权利要求2所述的电感器结构，其中：
所述连接器具有与将所述电感器结构一分为二的第一轴线对准的定向；且
所述线圈与所述电流返回件关于所述第一轴线而对称。
11.一种半导体集成电路，其包括根据权利要求1所述的电感器结构。
12.一种系统，其包括根据权利要求11所述的半导体集成电路。
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| GR01 | Patent grant | ||
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