CN105990322A - 积体电感结构 - Google Patents

Abstract

一种积体电感结构包含保护环、图案式接地防护层及电感。保护环包含内环、外环及交错结构，上述内环配置于第一金属层，并包含至少二内环开口，外环配置于第二金属层，并包含至少一外环开口，交错结构用以交错耦接于至少二内环开口其中一者及外环开口，俾使外环开口封闭。图案式接地防护层配置于内环的内侧，并耦接于内环及外环。电感形成于保护环及图案式接地防护层之上。

Description

积体电感结构

技术领域

本发明是有关于一种半导体结构，且特别是有关于一种积体电感结构。

背景技术

随着科技的进步，积体电感(integrated inductor)的制程已朝向28奈米(nm)及20奈米发展。在此微型尺寸下，存在诸多因微型尺寸所致的负面影响，例如，因积体电感内的氧化层厚度较薄，而导致电容值较高，因积体电感内采用的重配置层(redistribution layer,RDL)较厚，而在RDL层状结构间产生较高的电容值…等，这些状况皆会对电感的品质因素产生影响。

由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待改进。为了解决电感的品质因素下降的问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来仍未发展出适当的解决方案。

发明内容

发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。

本发明内容之一目的是在提供一种积体电感结构，藉以改善先前技术的问题。

为达上述目的，本发明内容之一技术态样是关于一种积体电感结构，其包含保护环、图案式接地防护层及电感。保护环包含内环、外环及交错结构，上述内环配置于第一金属层，并包含至少二内环开口，外环配置于第二金属层，并包含至少一外环开口，交错结构用以交错耦接于至少二内环开口其中一者及外环开口，俾使外环开口封闭。图案式接地防护层配置于内环的内侧，并耦接于内环及外环。电感形成于保护环及图案式接地防护层之上。

为达上述目的，本发明内容之另一技术态样是关于一种积体电感结构，其包含第一保护环、第二保护环、交错结构、图案式接地防护层及电感。第一保护环包含第一内环及第一外环，第一内环配置于第一金属层，并包含至少一第一内环开口，第一外环配置于第二金属层，并包含至少一第一外环开口。第二保护环包含第二内环及第二外环，第二内环配置于第一金属层，并包含至少一第二内环开口，第二外环配置于第二金属层，并包含至少一第二外环开口。交错结构用以交错耦接至少一第一内环开口与至少一第二外环开口，并交错耦接至少一第一外环开口与至少一第二内环开口。图案式接地防护层配置于第一内环的内侧及第二内环的内侧，并耦接于第一内环、第一外环、第二内环及第二外环。电感形成于保护环及图案式接地防护层之上。

因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例藉由提供一种积体电感结构，以改善电感的品质因素下降的问题。

在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施态样。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1A是依照本发明一实施例绘示一种积体电感结构的示意图。

图1B是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的部分结构示意图。

图1C是依照本发明再一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的部分结构示意图。

图2是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。

图3是依照本发明又一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。

图4是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。

图5是依照本发明再一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。

图6是依照本发明又一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。

图7是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。

图8是依照本发明又一实施例绘示一种如图7所示的积体电感结构的部分结构示意图。

图9是依照本发明再一实施例绘示一种积体电感结构的实验数据图。

图10是依照本发明又一实施例绘示一种积体电感结构的示意图。

图11是依照本发明另一实施例绘示一种积体电感结构的实验数据图。

根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与元件。此外，在不同图式间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。

【符号说明】

100、200：电感 1413：第二内环开口端点

1000：积体电感 1414：第一内环开口

1100：保护环 1415：内环开口端点

1110：内环 1416：内环开口端点

1111：内环开口 1419：第一区域

1112：内环开口 1420：第一外环

1113～1116：内环开口端点 1421：第一外环开口

1119：第一区域 1422：第一外环开口端点

1120：外环 1423：第二外环开口端点

1121：外环开口 1424：第一外环开口

1122、1123：外环开口端点 1425、1426：外环开口端点

1124：外环开口 1429：第二区域

1125、1126：外环开口端点 1490：部分区域

1129：第二区域 1500：第二保护环

1130：交错结构 1510：第一内环

1130A～1130D：交错结构 1511：第二内环开口

1132：第一连接部 1512：第三内环开口端点

1132A～1132D：第一连接部 1513：第四内环开口端点

1134：第二连接部 1514：第二内环开口

1134A～1134D：第二连接部 1515、1516：内环开口端点

1136D：第三连接部 1519：第二区域

1138D：第四连接部 1520：第二外环

1200：图案式接地防护层 1521：第二外环开口

1210：第一层结构 1522：第三外环开口端点

1220：第二层结构 1523：第四外环开口端点

1300：电感 1524：第二外环开口

1400：第一保护环 1525、1526：外环开口端点

1410：第一内环 1529：第二区域

1411：第一内环开口 C1～C6：曲线

1412：第一内环开口端点

具体实施方式

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本发明所属技术领域中具有通常知识者所理解与惯用的意义相同。

为改善电感的品质因素，本发明提出一种积体电感结构，此积体电感结构的整体请参阅图1A。如图1A所示，积体电感结构1000包含保护环1100、图案式接地防护层1200及电感1300，本发明改善电感品质因素的方式在于保护环1100的结构的改进，将于后文详述。

图1B及图1C是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的部分结构示意图。如图1B所示，其进一步绘示保护环1100及图案式接地防护层1200的结构，而保护环1100及图案式接地防护层1200的详细配置关系则绘示于图1C。如图1C所示，保护环1100包含内环1110及外环1120，上述内环1110配置于积体电感结构1000的第一金属层，而外环1120配置于积体电感结构1000的第二金属层。此外，图案式接地防护层1200耦接于内环1110及外环1120。在另一实施例中，图案式接地防护层1200包含第一层结构1210及第二层结构1220，第一层结构1210配置于积体电感结构1000的第一金属层，并耦接于内环1110，而第二层结构1220配置于积体电感结构1000的第二金属层，并耦接于外环1120。

图2是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。如图2所示，保护环1100除内环1110及外环1120外，更包含交错结构1130。上述内环1110包含至少二内环开口1111、1112，外环1120包含至少一外环开口1121，交错结构1130用以交错耦接于至少二内环开口其中一者(如：内环开口1112)及外环开口1121，俾使外环开口1121封闭。

如上所示，于积体电感结构1000中采用改进结构的保护环1100及图案式接地防护层1200，可使积体电感结构1000的电感1300品质因素较佳。再者，一般制作积体电感的先进制程会使用水(H2O)，因此，会于积体电感的电感附近产生水气，并屯积于积体电感内，进而影响到积体电感中的其余结构，并可能发生可靠度(Reliability)的问题。本发明实施例于积体电感结构1000中采用改进结构的保护环1100，则可将少数水气阻挡于保护环1100之外，进而避免水气影响位于保护环1100内的其余结构。

请参阅图2，于此进一步说明保护环1100的详细结构。内环开口1111包含至少二个内环开口端点1113、1114，内环开口1112包含至少二个内环开口端点1115、1116，而外环开口1121包含至少二个外环开口端点1122、1123。另外，交错结构1130包含第一连接部1132及第二连接部1134。

于连接关系上，第一连接部1132交错耦接于上述内环开口端点其中一者(如：内环开口端点1116)及上述外环开口端点其中一者(如：外环开口端点1122)。此外，上述第二连接部1134与第一连接部1132交错，且第二连接部1134交错耦接于上述内环开口端点其中另一者(如：内环开口端点1115)及上述外环开口端点其中另一者(如：外环开口端点1123)。

图3是依照本发明又一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环示意图。图3所示的保护环1100A与图2所示的保护环1100的差异在于，图3的保护环1100A的外环1120更包含一个外环开口(如：外环开口1124)。详细而言，外环1120包含至少二个外环开口1121、1124，于连接关系上，交错结构1130A交错耦接于至少二个内环开口其中一者(如：内环开口1112)及至少二个外环开口其中一者(如：外环开口1121)。然本发明并不以图3所示的结构为限，交错结构1130A当可选择性地交错耦接于其余内环开口及外环开口，例如交错结构1130A可交错耦接于内环开口1111及外环开口1124。

请继续参阅图3，于此进一步说明保护环1100的详细结构。上述内环开口1111包含至少二个内环开口端点1113、1114，内环开口1112包含至少二个内环开口端点1115、1116，外环开口1121包含至少二个外环开口端点1122、1123，而外环开口1124包含至少二个外环开口端点1125、1126。另外，交错结构1130A包含第一连接部1132A及第二连接部1134A。

于结构配置上，至少二个内环开口其中一者(如：内环开口1112)位于积体电感结构1000的一侧(如：图3的下侧)。此外，至少二个外环开口其中一者(如：外环开口1121)位于积体电感结构1000的该侧(如：图3的下侧)。于连接关系上，交错结构1130A的第一连接部1132A交错耦接于上述内环开口端点其中一者(如：内环开口端点1115)及上述外环开口端点其中一者(如：外环开口端点1123)。再者，第二连接部1134A与第一连接部1132A交错，且第二连接部1134A交错耦接于上述内环开口端点其中另一者(如：内环开口端点1116)及上述外环开口端点其中另一者(如：外环开口端点1122)。

在一实施例中，请一并参阅图2及图3，内环1110内侧为第一区域1119。另外，内环1110外侧至外环1120为止为第二区域1129。图案式接地防护层1200可依实际需求而配置于第一区域1119或第二区域1129。此外，图案式接地防护层1200亦可依实际需求而同时配置于第一区域1119及第二区域1129。

图4是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环结构示意图。积体电感结构1000内可依据实际需求而包含两个保护环，如图4所示的第一保护环1400及第二保护环1500。上述第一保护环1400包含第一内环1410及第一外环1420，第一内环1410包含至少一第一内环开口1411，第一外环1420包含至少一第一外环开口1421。此外，第二保护环1500包含第二内环1510及第二外环1520，第二内环1510包含至少一第二内环开口1511，第二外环1520包含至少一第二外环开口1521。

于结构上，积体电感结构1000的交错结构1130B用以交错耦接第一内环开口1411与第二外环开口1521，且交错结构1130B交错耦接第一外环开口1421与第二内环开口1511。此外，图案式接地防护层1200配置于第一内环1410的内侧及第二内环1510的内侧，而电感1300则形成于保护环1400、1500及图案式接地防护层1200之上。

请继续参阅图4，于此进一步说明保护环1400、1500的详细结构。第一内环开口1411包含第一内环开口端点1412及第二内环开口端点1413。第一内环开口端点1412位于第一侧(如：图4的上半侧)，而第二内环开口端点1413位于第二侧(如：图4的下半侧)。此外，第一外环开口1421包含第一外环开口端点1422及第二外环开口端点1423。第一外环开口端点1422位于上述第一侧，第二外环开口端点1423位于上述第二侧。

再者，上述第二内环开口1511包含第三内环开口端点1512及第四内环开口端点1513。第三内环开口端点1512位于上述第一侧，第四内环开口端点1513位于上述第二侧。另外，第二外环开口1521包含第三外环开口端点1522及第四外环开口端点1523。第三外环开口端点1522位于上述第一侧，第四外环开口端点1523位于上述第二侧。此外，交错结构1130B包含第一连接部1132B及第二连接部1134B。于结构上，第一连接部1132B耦接第二内环开口端点1413与第三外环开口端点1522，而第二连接部1134B耦接第二外环开口端点1423与第三内环开口端点1512。然本发明并不以图4所示的结构为限，其仅用以例示性地绘示本发明的实现方式之一。

图5是依照本发明再一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环结构示意图。图5所示的保护环结构与图4所示的保护环结构的差异在于，图5的保护环1400、1500的内环及外环更包含另一开口，且交错结构1130C的耦接方式不同，详细说明如后。图5的第一保护环1400的第一内环1410包含至少二个第一内环开口1411、1414，第一外环1420包含至少二个第一外环开口1421、1424，第二内环1510包含至少二个第二内环开口1511、1514，第二外环1520包含至少二个第二外环开口1521、1524。

请继续参阅图5，于连接关系上，交错结构1130C的第一连接部1132C耦接第一外环开口端点1422与第四外环开口端点1523，而第二连接部1134C耦接第二外环开口端点1423与第三外环开口端点1522。然本发明并不以图5所示的结构为限，其仅用以例示性地绘示本发明的实现方式之一。

图6是依照本发明又一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环结构示意图。图6所示的保护环结构与图5所示的保护环结构的差异在于交错结构，详细说明如后。图6的交错结构1130D包含第一连接部1132D、第二连接部1134D、第三连接部1136D及第四连接部1138D。于连接关系上，第一连接部1132D耦接第二内环开口端点1413与第三外环开口端点1522。第二连接部1134D耦接第二外环开口端点1423与第三内环开口端点1512。第三连接部1136D与第一连接部1132D及第二连接部1134D交错，且第三连接部1136D耦接第一内环开口端点1412与第四外环开口端点1523。第四连接部1138D与第一连接部1132D及第二连接部1134D交错，且第四连接部1138D耦接第一外环开口端点1422与第四内环开口端点1513。然本发明并不以图6所示的结构为限，其仅用以例示性地绘示本发明的实现方式之一。

图7是依照本发明另一实施例绘示一种如图1A所示的积体电感结构的保护环结构示意图。图7所示的保护环结构与图6所示的保护环结构的差异在于电感1300的配置位置，详细说明如后。请参阅图6，第一内环1410内侧及第二内环1510内侧为第一区域1419、1519，电感1300可配置于第一区域1419、1519。请参阅图7，第一内环1410外侧至第一外环1420为止及第二内环外侧1510至第二外环1520为止为第二区域1429、1529，电感1300可依实际需求而配置于第二区域1429、1529。在另一实施例中，电感1300亦可依实际需求而同时配置于第一区域1419、1519及第二区域1429、1529。然本发明并不以图7所示的结构为限，其仅用以例示性地绘示本发明的实现方式之一。

在另一实施例中，如图5至图7所示的积体电感结构1000的第一保护环1400，其内环开口1414及外环开口1424除可开在第一保护环1400的左侧(以图式的上下左右侧为基准，后续说明的定义亦同)外，亦可依照实际需求而开在第一保护环1400的上侧或下侧。同样地，如图5至图7所示的积体电感结构1000的第二保护环1500，其内环开口1514及外环开口1524除可开在第二保护环1500的右侧外，亦可依照实际需求而开在第二保护环1500的上侧或下侧。

图8是依照本发明又一实施例绘示一种如图7所示的积体电感结构的部分结构示意图。如图8所示，其是进一步绘示图7的第二区域1429的部分区域1490内的结构示意图。电感1300可依实际需求而配置于第二区域1429的部分区域1490中，于电感1300的下层则可配置图案式接地防护层1200，其配置方式可参阅第二区域1429的部分区域1490内的结构。

图9是依照本发明再一实施例绘示一种积体电感结构的实验数据图。此实验数据图在于说明于不同频率下，积体电感结构1000的电感1300的相应品质因素。如图所示，曲线C1为未采用本发明提出的保护环1100及图案式接地防护层1200的改进结构的验证数据，曲线C2为采用本发明提出的保护环1100及图案式接地防护层1200的改进结构的验证数据。由图9的实验数据可知，若在积体电感结构1000中采用改进结构的保护环1100及图案式接地防护层1200，则积体电感结构1000的电感1300品质因素较佳，由此可证明本发明的积体电感结构1000确实可改善电感1300的品质因素。

图10是依照本发明又一实施例绘示一种积体电感结构的示意图。本实施例为一上下堆叠的3圈变压器(transformer)，其实际大小为120um x120um，线圈宽度为4um，线距为3um，内径为50um，若以传统单保护环设计的屏避防护设计和本案的保护环设计的屏避防护设计比较，其品质因素(Q value)可再上升5％。上述品质因素的提升可由图11的实验数据加以验证。如图11所示，曲线C3为图10的上方电感100采用传统单保护环设计的屏避防护设计的验证数据，C4为图10的上方电感100采用本案的保护环设计的屏避防护设计的验证数据，如图所示，本案的保护环设计的屏避防护设计约可提升品质因素5％。此外，曲线C5为图10的下方电感200采用传统单保护环设计的屏避防护设计的验证数据，C6为图10的下方电感200采用本案的保护环设计的屏避防护设计的验证数据，如图所示，本案的保护环设计的屏避防护设计约可提升品质因素5％。

由上述本发明实施方式可知，基于本发明实施例的积体电感结构采用改进结构的保护环及图案式接地防护层，可使积体电感的电感品质因素较佳，进而提升积体电感结构的效能。再者，于积体电感结构中采用改进结构的保护环，则可将少数水气阻挡于保护环之外，进而避免水气影响位于保护环内的其余结构。

虽然上文实施方式中揭露了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不悖离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种积体电感结构，包含：

一保护环(guard ring)，包含：

一内环，配置于一第一金属层，并包含至少二个内环开口；

一外环，配置于一第二金属层，并包含至少一个外环开口；

一交错结构，交错耦接于该至少二个内环开口其中一者及该外环开口，俾使该外环开口封闭；

一图案式接地防护层，配置于该内环的内侧，并耦接于该内环及该外环；以及

一电感，形成于该保护环及该图案式接地防护层之上。

2.根据权利要求1所述的积体电感结构，其中该至少二个内环开口其中一者包含至少二个内环开口端点，其中该外环开口包含至少二个外环开口端点，其中该交错结构包含：

一第一连接部，交错耦接于该至少二个内环开口端点其中一者及该至少二个外环开口端点其中一者；以及

一第二连接部，与该第一连接部交错，并交错耦接于该至少二个内环开口端点其中另一者及该至少二个外环开口端点其中另一者。

3.根据权利要求1所述的积体电感结构，其中该外环包含：

至少二个外环开口，其中该交错结构交错耦接于该至少二个内环开口其中一者及该至少二个外环开口其中一者。

4.根据权利要求3所述的积体电感结构，其中该至少二个内环开口其中一者位于该积体电感结构的一侧，并包含至少二个内环开口端点，其中该至少二个外环开口其中一者位于该积体电感结构的该侧，并包含至少二个外环开口端点，其中该交错结构包含：

一第一连接部，交错耦接于该至少二个内环开口端点其中一者及该至少二个外环开口端点其中一者；以及

一第二连接部，与该第一连接部交错，并交错耦接于该至少二个内环开口端点其中另一者及该至少二个外环开口端点其中另一者。

5.根据权利要求1～4任一项所述的积体电感结构，其中该内环内侧为一第一区域，该内环外侧至该外环为止为一第二区域，其中该图案式接地防护层配置于该第一区域及该第二区域中的任一者，或者该图案式接地防护层配置于该第一区域及该第二区域。

6.一种积体电感结构，包含：

一第一保护环，包含：

一第一内环，配置于一第一金属层，并包含至少一个第一内环开口；

一第一外环，配置于一第二金属层，并包含至少一个第一外环开口；

一第二保护环，包含：

一第二内环，配置于该第一金属层，并包含至少一个第二内环开口；

一第二外环，配置于该第二金属层，并包含至少一个第二外环开口；

一交错结构，交错耦接该至少一个第一内环开口与该至少一个第二外环开口，并交错耦接该至少一个第一外环开口与该至少一个第二内环开口；

一图案式接地防护层，配置于该第一内环的内侧及该第二内环的内侧，并耦接于该第一内环、该第一外环、该第二内环及该第二外环；以及

一电感，形成于该保护环及该图案式接地防护层之上。

7.根据权利要求6所述的积体电感结构，其中该第一内环开口包含：

一第一内环开口端点，位于一第一侧；以及

一第二内环开口端点，位于一第二侧；

其中该第一外环开口，包含：

一第一外环开口端点，位于该第一侧；以及

一第二外环开口端点，位于该第二侧；

其中该第二内环开口包含：

一第三内环开口端点，位于该第一侧；以及

一第四内环开口端点，位于该第二侧；

其中该第二外环开口包含：

一第三外环开口端点，位于该第一侧；以及

一第四外环开口端点，位于该第二侧；

其中该交错结构包含：

一第一连接部，耦接该第二内环开口端点与该第三外环开口端点；以及

一第二连接部，耦接该第二外环开口端点与该第三内环开口端点。

8.根据权利要求6所述的积体电感结构，其中该第一内环包含至少二个第一内环开口，该第一外环包含至少二个第一外环开口，该第二内环包含至少二个第二内环开口，该第二外环包含至少二个第二外环开口，其中该交错结构交错耦接于该至少二个第一内环开口其中一者及该至少二个第二外环开口其中一者，并交错耦接于该至少二个第二内环开口其中一者及该些第一外环开口其中一者。

9.根据权利要求8所述的积体电感结构，其中该第一内环开口包含：

一第一内环开口端点，位于一第一侧；以及

一第二内环开口端点，位于一第二侧；

其中该第一外环开口，包含：

一第一外环开口端点，位于该第一侧；以及

一第二外环开口端点，位于该第二侧；

其中该第二内环开口包含：

一第三内环开口端点，位于该第一侧；以及

一第四内环开口端点，位于该第二侧；

其中该第二外环开口包含：

一第三外环开口端点，位于该第一侧；以及

一第四外环开口端点，位于该第二侧；

其中该交错结构包含：

一第一连接部，耦接该第二内环开口端点与该第三外环开口端点；

一第二连接部，耦接该第二外环开口端点与该第三内环开口端点；

一第三连接部，与该第一连接部及该第二连接部交错，并耦接该第一内环开口端点与该第四外环开口端点；以及

一第四连接部，与该第一连接部及该第二连接部交错，并耦接该第一外环开口端点与该第四内环开口端点。

10.根据权利要求6～9任一项所述的积体电感结构，其中该第一内环内侧及该第二内环内侧为一第一区域，其中该第一内环外侧至该第一外环为止及该第二内环外侧至该第二外环为止为一第二区域，其中该电感配置于该第一区域及该第二区域中的任一者，或者该电感配置于该第一区域及该第二区域，其中该图案式接地防护层配置于该第一区域及该第二区域中的任一者，或者该图案式接地防护层配置于该第一区域及该第二区域。