CN105575958B - 集成电感结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种集成电感结构，包含：一外部金属线段，包含一第一子金属线段与一第二子金属线段；一内部金属线段，位于该外部金属线段所围绕之区域中，包含一第三子金属线段与一第四子金属线段；以及至少一连接结构，用来连接该外部金属线段与该内部金属线段；其中，该第一子金属线段对应该第三子金属线段，且两者在半导体结构上属于不同的金属层，该第二子金属线段对应该第四子金属线段，且两者在半导体结构上属于不同的金属层。

Description

集成电感结构

技术领域

本发明是关于集成电感结构，尤其是关于提供高质量因素(quality factor)Q、大带宽及良好对称性的集成电感结构。

背景技术

芯片内电感(on-chip inductor)为一种集成电感结构，常以螺旋状呈现。请参阅图1，其是现有的非对称式螺旋状电感(asymmetric spiral inductor)。非对称式螺旋状电感100包含螺旋状的金属线段110(浅灰色部分)，以及金属线段120(深灰色部分)。金属线段110与金属线段120在半导体结构中分属不同的金属层，图1中以金属线段110在上层且金属线段120在下层为例。金属线段110与金属线段120通过连接结构130互相连接。连接结构130例如是半导体工艺中的导孔(via)结构。请参阅图2，其系图1的非对称式螺旋状电感100的结构剖面图。最下层为基板210，其上为氧化层220。金属线段120包含于氧化层220中，而金属线段110则位于氧化层120的上方。连接结构130以导孔数组(via array)的形式在氧化层220的表面形成多个通孔，连接上层的金属线段110及下层的金属线段120。一般而言，金属线段120利用位于氧化层220中的最上层的超厚金属层(ultra thick metal,UTM)制作，其常见的材料为铜，而金属线段110则利用位于氧化层220之上的重布线层(re-distributionlayer,RDL)制作，其常见的材料为铝铜合金。更详细地，氧化层220为半导体制层的钝化(passivation)程序中所形成的保护层，其材料通常为二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN3)。

金属线段110卷绕成3层线圈。当需要增加非对称式螺旋状电感100的电感值时，通常会使其线圈数增加。线圈数的增加除了导致非对称式螺旋状电感100的面积增加之外，非对称式螺旋状电感100的寄生串联电阻(parasitic series resistance)以及寄生电容(parasitic capacitance)亦会增加，如此将造成非对称式螺旋状电感100的自振频率(self-resonant frequency)及质量因素Q下降。此外，金属耗损(metal loss)以及基板耗损(substrate loss)也是影响质量因素Q的重要因素。金属耗损是由于金属本身的阻值所导致。基板耗损来源有两种，一种是来自于当电感作用时，电感的金属线圈以及基板之间产生一时变的电位移(electric displacement)，此电位移在金属线圈与基板之间产生一位移电流(displacement current)，此位移电流穿透至低阻抗的基板内，形成能量的损耗。位移电流与电感线圈面积有关，面积越大，位移电流越大。另一种是来自于电感的时变电磁场穿透介电质，在基板上产生感应电流(magnetically induced eddy current)，此感应电流与电感电流的方向相反，造成能量的损耗。

由于非对称式螺旋状电感在结构上不对称，导致电感的中心抽头(center tap)位置很难决定。再者，非对称式螺旋状电感的电感性中心点(inductive center)位置、电容性中心点(capacitive center)位置以及电阻性中心点(resistive center)位置不相同，造成非对称式螺旋状电感不适合作为差动电路里的被动组件。请参阅图3，其系现有对称式螺旋状电感。对称式螺旋状电感300可以粗略地划分为内部及外部。金属线段310包含外部的左侧部分以及整个内部，金属线段330包含外部的右侧部分。金属线段310及金属线段330两者在结构上属于同一金属层(以深灰色表示)，且两者之间以属于另一金属层(以浅灰色表示)的跨接金属线段320连接。内部的中间部分连接中央抽头340，中央抽头340与金属线段310及跨接金属线段320位于不同层。金属线段310与跨接金属线段320之间、跨接金属线段320与金属线段330之间，以及金属线段310与中央抽头340之间分别以连接结构350、连接结构360及连接结构370连接，该些连接结构可以上述的导孔实施。对称式螺旋状电感300的优点在于对称性佳，所以中央抽头340的位置容易决定。中央抽头340的端点342分别与金属线段310的端点312及金属线段330的端点332形成电感，理想上两电感应具有相近似的电感值，但实际上从电流的导通路径来分析，则得到不理想的结果。从端点332流向中央抽头340的电流(如图中的虚线所表示)依序流经外部的右侧部分(即金属线段330)、连接结构360、跨接金属线段320、连接结构350以及内部的左侧部分；反观从端点312流向中央抽头340的电流只流经外部的左侧部分以及内部的右侧部分。一般来说，不同层的金属具有不同的阻值，且连接结构也会造成阻值的增加。因此实际上，对称式螺旋状电感300的两个电感的电感值有不小的差异。当两者应用于如图4所示的压控振荡器(voltage controlledoscillator,VCO)的电感410及电感420时，不对称的电感值将造成此差动(differential)电路有共模(common mode)现象的产生，影响电路的稳定度。

此外，当电感操作于低频时，金属线圈中的电流会呈现均匀分布，此时金属耗损来自于金属线圈的串联电阻。当电感操作于高频时，越靠近内部的金属线圈产生越强的磁场。强烈的磁场在金属线圈的内部感应出涡状电流(eddy current)，此涡状电流造成电流不均匀分布，大部分的电流被推挤到金属线圈的表面，此现象称为集肤效应(skin effect)。在集肤效应的影响下，电流流过的金属截面变小，因此将感受到较大的电阻，而造成质量因素Q下降。

发明内容

有鉴于先前技术之不足，本发明之一目的在于提供一种螺旋状的集成电感结构，以提供高质量因素Q、大带宽及良好对称性之集成电感。

本发明揭露了一种集成电感结构，包含：一外部金属线段；一内部金属线段，位于该外部金属线段所围绕的区域中；至少一跨接金属线段，用来连接该外部金属线段与该内部金属线段；以及至少一连接结构，用来连接该跨接金属线段与该外部金属线段或该内部金属线段；其中，该外部金属线段与该内部金属线段在半导体结构上属于不同之金属层。

本发明另揭露了一种集成电感结构，包含：一外部金属线段，包含一第一子金属线段与一第二子金属线段；一内部金属线段，位于该外部金属线段所围绕的区域中，包含一第三子金属线段与一第四子金属线段；以及至少一连接结构，用来连接该外部金属线段与该内部金属线段；其中，该第一子金属线段对应该第三子金属线段，且两者在半导体结构上属于不同之金属层，该第二子金属线段对应该第四子金属线段，且两者在半导体结构上属于不同之金属层。

本发明另揭露了一种集成电感结构，包含：一第一螺旋状电感；以及一第二螺旋状电感，连接于该第一螺旋状电感；其中，该第一螺旋状电感或该第二螺旋状电感的外部金属线段与内部金属线段中，相对应的子金属线段在半导体结构上属于不同的金属层。

本发明的集成电感结构有助减少金属线段之间的寄生电容以及金属线段与基板之间的寄生电容，以提升集成电感之质量因素Q及带宽。尤其当工艺愈先进、组件尺寸愈小时，愈能突显本发明的功效。除此之外，本发明还提高了对称式螺旋状电感的对称度，使本发明之对称式螺旋状电感更适合作为差动电路里的被动组件。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

[图1]为现有的非对称式螺旋状电感；

[图2]为图1之非对称式螺旋状电感100的结构剖面图；

[图3]为现有的对称式螺旋状电感；

[图4]为现有的压控振荡器的电路图；

[图5]为本发明的对称式螺旋状电感之一实施例的示意图；

[图6]为现有对称式螺旋状电感300的横截面图；

[图7]为本发明对称式螺旋状电感500的横截面图；

[图8]为圈数为2圈的对称式螺旋状电感结构当其内部金属线段与外部金属线段制作于相同或不同金属层的质量因素Q与频率的关系图；

[图9]为本发明与现有的集成电感于28nm工艺且半径r等于60μm之质量因素Q与频率之关系图；

[图10]为本发明与现有的集成电感于28nm工艺且半径r等于45μm之质量因素Q与频率之关系图；

[图11]为本发明与现有的集成电感于55nm工艺且半径r等于45μm之质量因素Q与频率的关系图；

[图12]为本发明的对称式螺旋状电感的另一实施例的示意图；

[图13]为本发明利用不同金属层制作集成电感之一实施例的结构图；

[图14]为本发明利用不同金属层制作集成电感的另一实施例的结构图；

[图15]为本发明利用不同金属层制作集成电感的另一实施例的结构图；

[图16]为本发明的非对称式螺旋状电感的一实施例的示意图；

[图17]为本发明的非对称式螺旋状电感的另一实施例的示意图；

[图18]为本发明的相连接的非对称式螺旋状电感之一实施例的示意图；

[图19]为本发明的相连接的非对称式螺旋状电感的另一实施例的示意图；

[图20]为本发明的相连接的非对称式螺旋状电感的另一实施例的示意图；

[图21]为本发明的相连接的非对称式螺旋状电感的另一实施例的示意图；

[图22]为本发明的相连接的非对称式螺旋状电感的另一实施例的示意图；以及

[图23]为本发明的相连接的非对称式螺旋状电感的另一实施例的示意图。

[本代表图之符号简单说明]：

500 对称式螺旋状电感

510、520、530 金属线段

512、532、542 端点

515、525 跨接金属线段

540 中央抽头

550、560、570 连接结构

具体实施方式

以下说明内容的技术用语系参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释系以本说明书的说明或定义为准。

本发明之揭露内容包含集成电感结构，能够提升集成电感的质量因素Q及带宽。在实施为可能的前提下，本技术领域具有通常知识者能够依本说明书之揭露内容来选择等效之组件来实现本发明，亦即本发明之实施并不限于后叙之实施例。由于本发明的集成电感结构所包含的部分组件单独而言可能为已知组件，因此在不影响该装置发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知组件的细节将予以节略。

请参阅图5，其系本发明所提出的对称式螺旋状电感之一实施例的示意图。对称式螺旋状电感500包含外部金属线段(由金属线段510及金属线段530组成)、内部金属线段(由金属线段520组成)、以及跨接金属线段(包含跨接金属线段515及跨接金属线段525)。外部金属线段与内部金属线段各由近似八边形的金属线段所构成，内部金属线段设置于外部金属线段所围绕的区域中。跨接金属线段515及跨接金属线段525用来连接外部金属线段与内部金属线段，在半导体结构上属于不同之金属层，且有部分区域重迭但不接触。跨接金属线段515的一端通过连接结构560连接不同层之金属线段510，另一端则直接连接同一层之金属线段520。在某些情况下，跨接金属线段515可以视为金属线段520之一部分，但为了清楚解说本发明，在本说明书中特别将跨接金属线段515与金属线段520分别定义。同理，跨接金属线段525之一端通过连接结构550连接不同层之金属线段520，另一端则直接连接同一层之金属线段530。在某些情况下，跨接金属线段525可以视为金属线段530的一部分，但为了清楚解说本发明，在此将跨接金属线段525与金属线段530分别定义。此外，对称式螺旋状电感500还包含第三个连接结构570，用来连接金属线段520及中央抽头540。如图5所示，从端点532流向中央抽头540的电流(如图中之虚线所表示)依序流经金属线段530、跨接金属线段525、连接结构550以及金属线段520的左侧部分；另一方面，从端点512流向中央抽头540的电流依序流经金属线段510、连接结构560、跨接金属线段515以及金属线段520的右侧部分。换言之，对称式螺旋状电感500所包含的两个电感具有极佳的对称性，使得对称式螺旋状电感500适合用于差动电路，例如用于图4所示之VCO电路的电感410及电感420，可以避免共模现象的产生以提高电路的稳定度。在本发明的一个较佳的实施例中，对称式螺旋状电感500的外部金属线段(即金属线段510及金属线段530)由重布线层制作，而内部金属线段(即金属线段520)由超厚金属层制作。超厚金属层的厚度一般大于重布线层的厚度，所以将内部金属线段以厚度较厚的金属层实作有助于降低内部金属线段的电阻。如先前技术中所述，集成电感结构的内部比外部更易受集肤效应的影响，因此使内部之金属线段520的电阻小于外部之金属线段510及金属线段530的电阻有助提升电感的质量因素Q。

本发明提出之对称式螺旋状电感500还具有降低寄生电容的优点，有助增加电感的带宽。请同时参阅图3及图6，其分别为现有对称式螺旋状电感300与其横截面图(为求简洁，横截面图仅绘示金属线段与基板，而省略其他次要部分，例如氧化层等)。如图3及图6所示，由于现有对称式螺旋状电感300的金属线段310及金属线段330制作于同一金属层，所以对应虚线A-A’之横截面图显示金属线段310及金属线段330与基板305的距离相同。由于金属线段全部位于同一层，所以金属线段与金属线段之间容易产生寄生电容C。此外，金属线段与基板305之间亦有寄生电容(图6仅绘示金属线段330与基板305之间的寄生电容，然而寄生电容亦发生于金属线段310与基板305之间)，而且制作于超厚金属层的金属线段比起制作于重布线层的金属线段，更容易与基板之间产生寄生电容，其原因在于超厚金属层比重布线层更接近基板。请同时参阅图5及图7，其分别为本发明对称式螺旋状电感500与其横截面图。然而本明的对称式螺旋状电感500的金属线段并非全部实作于同一层，而是分布于至少两层的金属层。图7的横截面系对应图5之虚线A-A’，明显可见，金属线段510及金属线段530位于距离基板505较远的金属层，而金属线段520则位于距离基板505较近的金属层。将两相邻金属线段制作于不同的金属层，在不改变使两者水平距离的前提下，两者的直线距离增大，有助减少其寄生电容。金属层520与基板505的距离为d1，金属线段520所属之金属层(厚度为h1)与金属线段510或金属线段530所属之金属层(厚度为h2)的垂直距离为d2。以一个实际的例子来说，在28奈米的工艺中，制作于超厚金属层的金属线段520的厚度h1为3.4μm，其与基板505的距离d1为1.5μm；而制作于重布线层的金属线段510或金属线段530的厚度h2为2.8μm，其与超厚金属层的距离d2为0.8μm。也就是说，金属线段520与基板505之间的距离极小(d1＝1.5μm)，容易造成大的寄生电容；然而金属线段510或金属线段530与基板505之间的距离(d1+h1+d2＝5.7μm)是金属线段520与基板505之间的距离的3.8倍，大幅降低金属线段510或属线段530与基板505之间的寄生电容。也就是说，本发明藉由将对称式螺旋状电感500其中的某些金属线段制作于与其他金属线段不同的金属层，例如此较佳实施例中将外部金属线段(金属线段510及金属线段530)制作于重布线层，并将内部金属线段(金属线段520)制作于超厚金属层，有助降低集成电感整体的寄生电容。低的寄生电容有助提高集成电感的质量因素Q以及带宽。

请参阅图8，其系圈数为2圈的对称式螺旋状电感当其内部金属线段与外部金属线段制作于相同或不同金属层之质量因素Q与频率的关系图。此图为28奈米之工艺，金属线段的宽度为22μm，且集成电感的半径r(即图5所示之电感中心至内部金属线段之内侧的距离)为45μm之情形。在现有技术中，将内部金属线段与外部金属线段皆制作于超厚金属层比将内部金属线段与外部金属线段皆制作于重布线层可得到较高的质量因素Q，然而两者的带宽皆不大。如果以本发明的方法实作，虽然内部金属线段制作于重布线层且外部金属线段制作于超厚金属层的质量因素Q的峰值比起内部金属线段与外部金属线段皆制作于超厚金属层之集成电感略低，但却具有较大的带宽，而且在高频部分(10GHz以上)，质量因素Q明显有较好的表现。再者，当内部金属线段制作于超厚金属层且外部金属线段制作于重布线层，可以得到极佳的质量因素Q与带宽，尤其是质量因素Q大于20的部分更是涵盖大部分的带宽。因此，本发明所揭露的集成电感相较于现有的集成电感在带宽方面得到极佳的改善，且当内部金属线段制作于超厚金属层且外部金属线段制作于重布线层时，质量因素Q更是有大幅的提升。

接下来将现有的较佳情况(内部金属线段与外部金属线段皆制作于超厚金属层)，及本发明之较佳情况(内部金属线段制作于超厚金属层，外部金属线段制作于重布线层)在不同的工艺参数及半径下做一比较。以下皆以金属线段的宽度等于22μm，且集成电感皆为2圈为例。请参阅图9，其系本发明与现有的集成电感于28nm工艺且半径r等于60μm之质量因素Q与频率之关系图。可以发现，本发明的集成电感与现有的集成电感的质量因素Q的峰值相近，但本发明的集成电感明显具有较佳之带宽(质量因素Q大于20的部分约为11GHz)。请参阅图10，其系本发明与现有之集成电感于28nm工艺且半径r等于45μm之质量因素Q与频率的关系图。此例中，本发明之集成电感明显较现有之集成电感有较佳的质量因素Q及带宽(质量因素Q大于20之部分约为14.2GHz)。相较于图9之实施例，可以发现，当集成电感的半径较小时，更能突显本发明的优点。经由反复的实验发现，本发明在半径小于50μm时可以获得更显著的表现。也就是说，本发明对于尺寸日趋缩小的集成电感提供了更佳的实作方式，使集成电感更适于微小化且操作于高频的电路组件。请参阅图11，其系本发明与现有之集成电感于55nm工艺且半径r等于45μm之质量因素Q与频率之关系图。此例中，本发明之集成电感明显较现有之集成电感有较佳的质量因素Q及带宽(质量因素Q大于20之部分约为15.1GHz)。虽然本实施例相较于图10之实施例有约略较好的带宽表现，但质量因素Q的峰值却不如图10之实施例来得高，而且以本发明相较于现有之改善幅度而言，以图10较为显著。综合以上的观察与比较，当集成电感的半径变小，且以更先进的工艺制作时，可以更突显本发明的优点。也就是说，当工艺还相对落后且对电感面积之要求仍不甚严格的时候，本发明之运作原理与创作精神并非可轻易思及。

本发明之创作精神亦可延伸至大于2圈的集成电感。请参阅图12，其系本发明之对称式螺旋状电感之另一实施例的示意图。对称式螺旋状电感600包含金属线段610、620、630、640及650、跨接金属线段615、625、635及645，以及连接结构660、670、680及690。对称式螺旋状电感600共包含3圈的集成电感结构，有别于图5所示之实施例的八边形，此实施例中的每一圈的金属线段以四边形呈现，但本发明不以此二种形状为限。对称式螺旋状电感600的最外部包含金属线段610及金属线段650，中间部分包含金属线段620及金属线段640，最内部则为金属线段630。金属线段610及金属线段620通过跨接金属线段615连接。跨接金属线段615的一端藉由连接结构660连接属于不同层的金属线段610，另一端则直接连接金属线段620。在某些情况下，跨接金属线段615可以视为金属线段620的一部分，但为了清楚解说本发明，特地将跨接金属线段615与金属线段620分别定义。金属线段630分别通过跨接金属线段625及跨接金属线段635，与金属线段620及金属线段640连接。跨接金属线段625的一端藉由连接结构690与金属线段620连接，另一端则直接连接金属线段630。跨接金属线段635的一端藉由连接结构680与金属线段630连接，另一端则直接连接金属线段640。跨接金属线段645用来连接金属线段640及金属线段650，其一端藉由连接结构670与金属线段640连接，另一端则直接连接金属线段650。此实例中相邻两部分的金属线段制做于不同的金属层，以降低金属线段之间的寄生电容。然而亦可以仅将内部金属线段制做于超厚金属层，而将其他部分制作于重布线层，以令对阻值敏感的内部得以较厚的金属层实作，而其他大部分的金属线段则远离基板，以降低集成电感整体的寄生电容。综合图5及图12的实施例可以得知，本发明之多圈的集成电感结构，内外部之金属线段至少会分布于2层之不同的金属层。然而图3所示的现有的集成电感结构，除了跨接金属线段320之外，其余不管是内部金属线段或是外部金属线段皆制作于相同的金属层。此外，虽然本发明的集成电感结构可适用于偶数圈及奇数圈(例如2圈之对称式螺旋状电感500及3圈之对称式螺旋状电感600)，但对比现有的对称式螺旋状电感300，以偶数圈更能突显本发明关于对称性的优点。原因在于，在现有的方法中，奇数圈的对称式螺旋状电感具有偶数个跨接金属线段，因此可以藉由使对称式螺旋状电感的两个电感各自包含同个数的连接结构来提高对称性，但是偶数圈的对称式螺旋状电感具有奇数个跨接金属线段，上述的方法便不适用。然而本发明的集成电感结构无论是奇数圈或偶数圈皆可使两个电感包含相同个数的连接结构，因此相较于现有的对称式螺旋状电感，本发明用于偶数圈时在对称性的表现上能获得更明显的改善。

本发明之金属层不限于相邻的超厚金属层及重布线层，因此本发明可推广至更复杂的半导体结构。请参阅图13，其系本发明利用不同金属层制作集成电感之一实施例的结构图。图13显示一个覆晶芯片(Flip Chip)结构，包含两个面对面的晶粒(die)1310及晶粒1320。晶粒1310包含基板1312、氧化层1314以及重布线层1316，层化层1314中有超厚金属层1315；类似地，晶粒1320包含基板1322、氧化层1324以及重布线层1326，层化层1324中有超厚金属层1325。层化层1314及层化层1324尚可能包含其他的金属层(未绘示)。此实施例中，集成电感的两个金属层可以分别利用重布线层1316及重布线层1326制作，而用来连接不同金属层之间的连接结构则可以利用微凸块(micro bump)1330实作。微凸块1330四周则填满底部填充剂(underfill)，以强化覆晶芯片结构。当半导体工艺愈来愈先进，半导体组件的体积愈来愈小时，晶粒1310与晶粒1320之间的距离将更加缩短，也因此提升此集成电感结构的稳定性。

请参阅图14，其系本发明利用不同金属层制作集成电感的另一实施例的结构图。此半导体结构包含晶粒1410。晶粒1410包含基板1412、氧化层1414及重布线层1416。晶粒1410之上另堆栈有基板1422以及氧化层1424。氧化层1414及氧化层1424各包含金属层1415及金属层1425。此实施例中，集成电感的两个金属层可以分别利用金属层1415及金属层1425制作，而用来连接不同金属层的连接结构则可以利用直通硅晶导孔1430(throughsilicon via,TSV)实作。直通硅晶导孔1430为穿透硅晶层之导孔。此实施例中的直通硅晶导孔1430可以是单一的直通硅晶导孔或直通硅晶导孔数组。金属层1415及金属层1425可以例如是超厚金属层，或是该氧化层中其他堆栈金属层(未绘示)的并联结构，例如金属层M1、M2、M3等之并联，此类金属层的层数依工艺而有所不同，常见的有3～11层。此类的金属层厚度较超厚金属层来得薄，以28nm工艺为例，此类金属层的厚度约为0.09μm，而超厚金属层的厚度约为3.4μm，故将其并联有助减少电阻值。

请参阅图15，其系本发明利用不同金属层制作集成电感的另一实施例的结构图。此半导体结构包含晶粒1510。晶粒1510包含氧化层1514、硅晶层1512以及氧化层1516。其中氧化层1514及氧化层1516各包含金属层1515及金属层1517，且氧化层1514及氧化层1516分别为晶粒1510之正面及背面。此实施例中，集成电感的两个金属层可以分别利用金属层1515及金属层1517制作，而用来连接不同金属层之间的连接结构则可以利用直通硅晶导孔1520实作。同样的，金属层1515及金属层1517可以例如是超厚金属层，或是该氧化层中其他堆栈金属层的并联结构。直通硅晶导孔1520可以是单一的直通硅晶导孔或直通硅晶导孔数组。前述的直通硅晶导孔1430及直通硅晶导孔1520除了可以用来连接外部金属线段与内部金属线段之外，还可以作为内/外部金属线段与中央抽头的连接结构。

本发明除了可以应用于对称式螺旋状电感之外，还可以应用于非对称式螺旋状电感。请参阅图16，其系本发明的非对称式螺旋状电感之一实施例的示意图。此实施例以两圈之螺旋状电感为例，然而本发明之精神可以套用至更多圈之螺旋状电感。非对称式螺旋状电感1600包含金属线段1612、1614、1616、1622、1624、1626。金属线段1612、1614及1616构成非对称式螺旋状电感1600的外部，且金属线段1622、1624及1626构成非对称式螺旋状电感1600的内部。更严格地说，因为金属线段1614有一处转折(在此实施例中为直角，然而亦有可能为其他角度)，所以金属线段1614实际上可以视为由两个子金属线段所组成。在外部与内部中相对应位置的金属线段位于不同的金属层，举例来说，金属线段1612与金属线段1622位于不同层、金属线段1614与金属线段1624位于不同层、以及金属线段1616与金属线段1626位于不同层，如此可以减少相邻金属线段之间的寄生电容。此实施例中外部及内部皆为矩形，然而如果外部及内部皆为圆形，则外部及内部皆只包含一个金属线段，且外部的金属线段及内部的金属线段为相对应的金属线段，两者位于不同金属层。此外，不同的金属线段之间以连接结构连接，例如连接结构1630连接金属线段1612与金属线段1614、连接结构1632连接金属线段1614与金属线段1616、连接结构1634连接金属线段1616与金属线段1622、连接结构1636连接金属线段1622与金属线段1624、以及连接结构1638连接金属线段1624与金属线段1626。

请参阅图17，其系本发明的非对称式螺旋状电感之另一实施例的示意图。此实施例以两圈之螺旋状电感为例，然而本发明的精神可以套用至更多圈的螺旋状电感。非对称式螺旋状电感1700包含金属线段1710(浅灰色部分)及金属线段1720(深灰色部分)。金属线段1710构成非对称式螺旋状电感1700的外部，而金属线段1720构成非对称式螺旋状电感1700的内部。也就是说本实施中相邻两圈的金属线段位于不同的金属层。更严格地说，因为金属线段1710包含三处转折(此实施例中皆为直角，然而亦有可能为其他角度)，所以金属线段1710实际上可以视为由四个子金属线段1710-1～1710-4所组成；同理，金属线段1720实际上可以视为由四个子金属线段1720-1～1720-4所组成。子金属线段1710-1(1710-2、1710-3、1710-4)与子金属线段1720-1(1720-2、1720-3、1720-4)对应，且分别位于不同的金属层。在一个较佳的实施例中，金属线段1710的厚度小于金属线段1720的厚度，例如金属线段1710以重布线层实作，金属线段1720以超厚金属层实作，因此金属线段1720(即非对称式螺旋状电感1700的内部)有较低的阻值。而如果金属线段1720所包围的范围内有第三圈之金属线段，则该第三圈的金属线段不与金属线段1720同层，可能与金属线段1710同层，亦有可能制作于第三层之金属层。金属线段1710与金属线段1720由连接结构1730连接。将相邻两圈之金属线段制作于不同的金属层同样有助减少相邻金属线段之间的寄生电容，以提高集成电感的质量因素Q及带宽。

可以利用上述的非对称式螺旋状电感1600或非对称式螺旋状电感1700组合成成对的集成电感，以应用在图4所示的VCO的电感410及电感420。以非对称式螺旋状电感1600为例，请参阅图18，其系本发明的相连接的非对称式螺旋状电感之一实施例的示意图。非对称式螺旋状电感1810与非对称式螺旋状电感1820借助于金属线段1830连接。由于非对称式螺旋状电感1810与非对称式螺旋状电感1820之间的对称性佳，亦即中央抽头(未绘示)可以与金属线段1830相连接，使电流在各非对称式螺旋状电感中所经过的金属线段个数与长度，以及连接结构的个数相同，故图18显示的相连接的螺旋状电感相当适合作为差动电路里的电感组件。另外，图19显示本发明的相连接之非对称式螺旋状电感之另一实施例的示意图。非对称式螺旋状电感1910与非对称式螺旋状电感1920共享同一金属线段，而中央抽头(未绘示)可以与共享的金属线段相连接，使电流在各非对称式螺旋状电感所经过的金属线段个数与长度，以及连接结构的个数相同，故图19显示的相连接的螺旋状电感亦相当适合作为差动电路里的电感组件。然而无论是图18或图19的相连接的非对称式螺旋状电感，其电流在个别的非对称式螺旋状电感中以同方向流动(同为顺时针或同为逆时针)，容易造成电感的磁场发散(emission)，而对其他的组件造成影响。然而，只要稍加调整非对称式螺旋状电感的连接方式，即可大幅降低电感的磁场发散。请参阅图20，其系本发明的相连接的非对称式螺旋状电感之另一实施例的示意图。图20中非对称式螺旋状电感2010与非对称式螺旋状电感2020为镜像关系，两者借助于金属线段2030连接，中央抽头(未绘示)可以与金属线段2030相连接。由于电流在非对称式螺旋状电感2010中以顺时针方向流动，而在非对称式螺旋状电感2020以逆时针方向流动，其大部分的磁场如图中所绘示的方向保存于相连接的非对称式螺旋状电感中，而不易四处发散。因此在组件紧密排列的集成电路中，能有效防止其他组件受磁场的干扰。

图18～图20的非对称式螺旋状电感的串接结构除了可以用图16所示的非对称式螺旋状电感1600实作之外，也可以用图17所示的非对称式螺旋状电感1700实作，串接后之电感如图21～图23所示。另外，图16及图17所示的非对称式螺旋状电感同样可由图13至图15所示的半导体结构实作。

请注意，前揭图标中，组件的形状、尺寸、比例以及步骤的顺序等仅为示意，系供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非用以限制本发明。另外，于实施为可能的前提下，本技术领域人士可依本发明的揭露内容及自身的需求选择性地实施任一实施例的部分或全部技术特征，或者选择性地实施多个实施例的部分或全部技术特征之组合，藉此增加本发明实施时的弹性。再者，前揭实施例虽以对称式及非对称式螺旋状电感为例，然此并非对本发明的限制，本技术领域人士可依本发明之揭露适当地将本发明应用于其它类型的集成电感结构。

虽然本发明之实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含之内容对本发明之技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。

[符号说明]

100、1600、1700、1810、1820、1910、1920、2010、2020 非对称式螺旋状电感

110、120、310、330、510、520、530、610、620、630、640、650、1612、1614、1616、1622、1624、1626、1710、1720、1830、2030 金属线段

130、350、360、370、550、560、570、660、670、680、690、1630、1632、1634、1636、1638、1730 连接结构

210、1312、1322、1412、1422、1512 基板

220、1314、1324、1414、1424、1514、1516 氧化层

300、500、600 对称式螺旋状电感

312、332、342、512、532、542 端点

320、515、525、615、625、635、645 跨接金属线段

340、540 中央抽头

410、420 电感

1310、1320、1410、1510 晶粒

1315、1325 超厚金属层

1316、1326、1416 重布线层

1330 微凸块

1415、1425、1515、1517 金属层

1430、1520 直通硅晶导孔

Claims (11)

1.一种集成电感结构，包含：

一外部金属线段；

一内部金属线段，位于该外部金属线段所围绕的区域中；

至少一跨接金属线段，用来连接该外部金属线段与该内部金属线段；以及

至少一连接结构，用来连接该跨接金属线段与该外部金属线段或该内部金属线段；

其中，该外部金属线段与该内部金属线段在半导体结构上属于不同的金属层，

其中，该外部金属线段包含：

一第一金属线段，通过一第一连接结构与一第一跨接金属线段连接；以及

一第二金属线段，与一第二跨接金属线段连接；

其中该第一跨接金属线段与该内部金属线段的一端连接，该第二跨接金属线段通过一第二连接结构与该内部金属线段的另一端连接，

所述集成电感结构还包括第三连接结构，用于连接该内部金属线段与中央抽头，使得从所述第二金属线段的一端流向所述中央抽头的电流依序流经所述第二金属线段、所述第二跨接金属线段、所述第二连接结构以及所述内部金属线段的位于所述第二连接结构与所述第三连接结构和所述内部金属线段的连接处之间的部分。

2.根据权利要求1所述的集成电感结构，其中，该外部金属线段包含：

一第一金属线段，通过一第一连接结构与一第一跨接金属线段连接；以及

一第二金属线段，与一第二跨接金属线段连接；

其中该第一跨接金属线段与该内部金属线段连接，该第二跨接金属线段通过一第二连接结构与该内部金属线段连接。

3.根据权利要求1所述的集成电感结构，其中该外部金属线段的金属层的厚度小于该内部金属线段的金属层的厚度。

4.根据权利要求1所述的集成电感结构，其中该外部金属线段与该内部金属线段分属不同的晶粒，且该连接结构系为微凸块。

5.根据权利要求1所述的集成电感结构，其中该外部金属线段位于一第一氧化层，该内部金属线段位于一第二氧化层，该第一氧化层及该第二氧化层之间具有一硅晶层，该连接结构为直通硅晶导孔。

6.根据权利要求5所述的集成电感结构，其中该第一氧化层、该硅晶层及该第二氧化层系构成一晶粒，该第一氧化层与该第二氧化层分别为该晶粒的正面及背面。

7.根据权利要求1所述的集成电感结构，其中，集成电感结构为一对称式螺旋状电感结构。

8.一种集成电感结构，包含：

一第一螺旋状电感，包括：

一第一外部金属线段，包含一第一子金属线段、一第二子金属线段以及一第三子金属线段，其中，该第一子金属线段与该第三子金属线段位于相同的层中并与第二子金属线段位于不同的层中；

一第一内部金属线段，位于该第一外部金属线段所围绕的区域中，包含一第四子金属线段、一第五子金属线段以及一第六子金属线段，其中，该第四子金属线段与该第六子金属线段位于相同的层中并与第五子金属线段位于不同的层中；以及

至少一第一连接结构，用来连接该第一外部金属线段与该第一内部金属线段；

其中，该第一外部金属线段的该第一子金属线段对应该第一内部金属线段的该第四子金属线段，且两者在半导体结构上属于不同的金属层，该第一外部金属线段的该第二子金属线段对应该第一内部金属线段的该第五子金属线段，且两者在半导体结构上属于不同的金属层，该第一外部金属线段的该第三子金属线段对应该第一内部金属线段的该第六子金属线段，且两者在半导体结构上属于不同的金属层；以及

一第二螺旋状电感，连接于该第一螺旋状电感以形成对称电感结构与所述第一螺旋状电感具有相同的构造。

9.根据权利要求8所述的集成电感结构，其中该第一螺旋状电感与该第二螺旋状电感是共享一子线段。

10.根据权利要求8所述的集成电感结构，进一步包含：

一连接金属线段，用来连接该第一螺旋状电感与该第二螺旋状电感。

11.根据权利要求10所述的集成电感结构，其中该第一螺旋状电感的电流方向为顺时针方向，该第二螺旋状电感的电流方向为逆时针方向。