CN107946279B - 调节电感结构感值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种调节电感结构感值的方法，所述电感结构包括衬底、形成于衬底上的导电层和形成于所述导电层上的第一介质层，所述第一介质层中形成有电感线圈，所述衬底和所述电感线圈之间形成有一导电层，当所述电感线圈上有电流时，衬底会感应出感应电荷，该感应电荷产生一个与线圈电流相反的镜像电流，而在所述导电层上施加电压，电压的增大和减小可以改变所述衬底上感应出的感应电荷，从而控制所述镜像电流的大小，最终改变有效磁场强度和有效的电感结构感值。

Description

调节电感结构感值的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种调节电感结构感值的方法
背景技术
电感结构是应用于高频电子电路中的重要的无源元件，其性能的好坏直接影响了集成电路的性能。电感结构的感值受限于线圈的圈数、长度等固定物理量，除非采用MEMS悬空等技术，目前没有有效的方法改变这些物理量从而实现电感结构感值的改变。另外一种可变电感结构是利用晶体管(MOSFET)、电容(capacitor)等搭成的电路，这种电路在电流发生突然改变时会阻碍该改变，从而产生电感结构效应，但是这种等效电感结构性能低下。
总之，现有技术中缺乏一种采用常规的CMOS工艺制造出的可调节感值的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调节电感结构感值的方法，以解决现有技术中无法有效的调节电感结构的感值等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种调节电感结构感值的方法，所述调节电感结构感值的方法包括：
提供电感结构，所述电感结构包括衬底、形成于所述衬底上的导电层及形成于所述导电层上的第一介质层，所述第一介质层中形成有电感线圈；
在所述电感结构的导电层施加电压；
可选的，所述导电层包括多个导电条，多个所述导电条形成一个“米”字结构；
可选的，每个所述导电条的端部形成有分支结构；
可选的，所述导电层的材料包括多晶硅、铝、铜和钨中的一种或多种；
可选的，所述衬底和所述导电层之间还包括一第二介质层；
可选的，所述第二介质层的材料包括氧化硅、碳氧化硅和低K介质中的一种或多种；
可选的，所述第二介质层的厚度为15埃-30000埃；
可选的，所述衬底的电阻率大于或等于100欧姆·厘米；
可选的，在所述电感结构的导电层施加的电压在0V-20V之间。
发明人研究发现，平面螺旋电感结构一般采用CMOS工艺在半导体衬底表面的层间介质层上形成单层或多层螺旋状金属线来实现，单层或多层螺旋状金属线作为电感线圈，流经电感线圈的电流产生的磁通量变化会在衬底上感应出与电感线圈相反的镜像电流，而由镜像电流形成的磁通变化会减弱电感线圈的磁场，从而抵消电感结构本身的部分磁通量，造成电感结构的总磁通量及实际感值下降，利用这一原理可以设计出一种可调节电感结构感值的方法。
在本发明提供的调节电感结构感值的方法中，所述电感结构包括衬底、形成于衬底上的导电层和形成于导电层上的第一介质层，所述第一介质层中形成有电感线圈，所述衬底和所述电感线圈之间形成有一导电层，当所述电感线圈上有电流时，变化的磁场会在衬底上感生出涡流，该涡流与电感线圈电流相反，使得电感线圈的有效磁通量减小而使得电感感值下降，涡流越大电感感值下降越大，因此控制衬底上产生的涡流大小便可以控制电感感值的变化。当在所述导电层上施加电压时，衬底的表面会产生电荷，电压的增大和减小可以改变所述衬底上感应出的感应电荷，当电荷改变时，涡流随之变化，从而使得有效磁场强度和电感结构的有效感值随之产生改变。
附图说明
图1为实施例提供的调节电感结构感值的方法的示意图；
图2为实施例提供的第一电感结构的示意图；
图3为实施例提供的第二电感结构的示意图；
图4为实施例提供的第三电感结构的示意图；
其中1-衬底，12-第二介质层，2-导电层，21-导电条，22-分支结构，23-交点，3-电感线圈，4-第一介质层，I1–镜像电流，I2–电感线圈电流。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1，其为实施例提供的调节电感结构感值的方法的示意图，如图1所示，所述调节电感结构感值的方法包括：
S1：提供电感结构，所述电感结构包括衬底、形成于所述衬底上的导电层及形成于所述导电层上的第一介质层，所述第一介质层中形成有电感线圈；
S2：在所述电感结构的导电层施加电压。
在图1-图4中，所述电感结构包括衬底1、形成于所述衬底上1的导电层2及形成于所述导电层2上的第一介质层4；其中，所述第一介质层4中形成有电感线圈3。当所述电感线圈3上有电流时，变化的磁场会在衬底1上感生出涡流，该涡流与电感线圈3电流相反，使得电感线圈3的有效磁通量减小而使得电感感值下降，涡流越大电感感值下降越大，因此控制衬底1上产生的涡流大小便可以控制电感感值的变化。当在所述导电层2上施加电压时，衬底1的表面会产生电荷，电压的增大和减小可以改变所述衬底1上感应出的感应电荷，当电荷改变时，涡流随之变化，从而使得有效磁场强度和电感结构的有效感值随之产生改变。
请继续参阅图2，提供衬底1，所述衬底1为后续形成电感结构提供基板，在所述衬底1的其他区域表面，还形成有MOS晶体管、电阻、电容等其他电学器件，使得所述衬底1表面的器件组成一个集成电路。所述衬底1的材料包括硅衬底、锗硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底，绝缘体上硅衬底等，不限于此。本实施例中，所述衬底1的材料为硅。优选的，所述衬底1为高阻硅衬底，并且电阻率大于或等于100欧姆·厘米。
所述衬底1上形成有一第二介质层12以隔离所述衬底1和所述导电层2，所述第二介质层12覆盖所述衬底1。所述第二介质层12的厚度在15埃-30000埃之间，本实施例中，所述第二介质层12的厚度可根据所述导电层2的材料进行调整。所述第二介质层12的材料可以是氧化硅和碳氧化硅，优选的，所述第二介质层12的材料也可以是低K材料，所述低K介质材料为氟硅玻璃、无定形碳、多孔介质材料其中一种，所述低K材料的介电常数小，有利于降低了所述衬底1与电感线圈3之间的寄生电容，从而提高了电感结构的Q值。
接下来，请参阅图3，所述第二介质层12的表面形成有一导电层2，所述导电层2覆盖所述第二介质层12。所述导电层12的材料可以是导电的半导体材料或者金属材料，例如，所述导电层2的材料可以是多晶硅，也可以是铝金属、铜金属和钨金属中的一种或多种。
优选的，所述导电层2包括多根导电条21，例如是2根、3根、4根和5根，所述导电条21的长度和宽度本实施例不作限制，可根据衬底1的形状和面积适应性的调整。每个所述导电条21相交形成一个交点23，可以理解的是，所有所述导电条21均在同一平面内。如图2所示，所述导电层1由4根相交的导电条21形成，所有所述导电条21形成一个“米”字结构，当然，若衬底1的面积很大，可以适当增加导电条21的数量；若衬底1的面积很小，可以适当减少导电条21的数量，便于更好的控制电感结构的感值的改变。
接下来请参阅图4，优选的，每个所述导电条21都有分支结构22，所述分支结构22形成于所述导电条21的两端，所述分支结构22与所述导电条21的材料相同，并且在同一平面内。当所述导电条21呈“米”字状发散排布时，所交点23处的导电条21相对密集，越往外发散，所述导电条21越稀疏，越不利于控制，所以在所述导电条21的端部设置分支结构22，使衬底1的外围区域的导电条相对密集一些，便于更好的控制电感结构的感值的改变。
所述导电层2上形成有第一介质层4，所述第一介质层4中形成有电感线圈3，在所述第一介质层4中形成所述电感线圈3的形成方法可以是现有技术中的任意一种，本发明不作限制。例如，在所述第一介质层4上形成金属层，在所述金属层表面形成图形化的光刻胶层，所述光刻胶层的图形与电感线圈的图形相适应，以所述光刻胶层为掩膜，对所述金属层进行刻蚀，形成电感线圈3。其中，所述电感线圈3为平面螺旋线圈，具体可以为正方形的螺旋线圈、六边形的螺旋线圈、八边形的螺旋线圈、圆形螺旋线圈其中的一种，所述螺旋线圈的两端与导电插塞相连接。
在其他实施例中，在所述电感线圈也可以为多层堆叠线圈，形成第一层间介质，在所述第一层间介质上形成第一层电感线圈后，在所述第一层电感线圈表面形成第二层间介质层，在所述第二层间介质层表面形成第二层电感线圈，然后再在所述第二层电感线圈表面形成第三层间介质层，依次类推，直到形成第N层电感线圈，N大于等于2所有所述层间介质层形成第一介质层4。其中位于不同层的电感线圈的形状大小一致且上下对称排列，位于不同层的电感线圈通过相同图形的导电沟槽电学连接，使得所述电感结构的电感线圈的总电阻变小，有利于提高电感结构的Q值。
在所述导电条21上设置焊盘，用于与外部电源连接，通过外部电源在导电条21上施加电压，优选的，在导电条21上施加的电压在0V-20V之间，当往导电条21上施加电压，同时当所述电感线圈3上有电流流过时，所述衬底1上会感应出感应电荷，从而产生一个与电感线圈电流I2相反的镜像电流I1，而镜像电流I1的大小会引起所述电感线圈3上磁通量的改变，从而改变所述电感线圈3上的有效磁场强度。所以，本实施例基于这一原理，通过在所述导电层2上施加电压，电压的增大和减小可以改变所述衬底1上感应出的感应电荷，从而控制所述镜像电流I1的改变，最终改变电感线圈3的有效磁场强度和有效的电感结构感值。
在所述电感结构的导电层2施加电压。通过当往导电条21上施加电压，同时当所述电感线圈3上有电流流过时，所述衬底1上会感应出感应电荷，从而产生一个与电感线圈电流I2相反的镜像电流I1，而镜像电流I1的大小会引起所述电感线圈3上磁通量的改变，从而改变所述电感线圈3上的有效磁场强度。所以，本实施例基于这一原理，通过在所述导电层2上施加电压，电压的增大和减小可以改变所述衬底1上感应出的感应电荷，从而控制所述镜像电流I1的改变，最终改变电感线圈3的有效磁场强度和有效的电感结构感值。
综上，在本发明提供调节电感结构感值的方法中，具有如下的优点：所述电感结构包括衬底、形成于衬底上的导电层和形成于导电层上的第一介质层，所述第一介质层中形成有电感线圈，所述衬底和所述电感线圈之间形成有一导电层，当所述电感线圈上有电流时，变化的磁场会在衬底上感生出涡流，该涡流与电感线圈电流相反，使得电感线圈的有效磁通量减小而使得电感感值下降，涡流越大电感感值下降越大，因此控制衬底上产生的涡流大小便可以控制电感感值的变化。当在所述导电层上施加电压时，衬底的表面会产生电荷，电压的增大和减小可以改变所述衬底上感应出的感应电荷，当电荷改变时，涡流随之变化，从而使得有效磁场强度和电感结构的有效感值随之产生改变。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种调节电感结构感值的方法，其特征在于，所述调节电感结构感值的方法包括：
提供电感结构，所述电感结构包括衬底、形成于所述衬底上的导电层及形成于所述导电层上的第一介质层，所述第一介质层中形成有电感线圈；
在所述电感结构的导电层施加电压以改变所述衬底上感应出的感应电荷。
2.如权利要求1所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，所述导电层包括多个导电条，多个所述导电条形成一个“米”字结构。
3.如权利要求1所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，每个所述导电条的端部形成有分支结构。
4.如权利要求1所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，所述导电层的材料包括多晶硅、铝、铜和钨中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，所述衬底和所述导电层之间还包括第二介质层。
6.如权利要求5所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，所述第二介质层的材料包括氧化硅、碳氧化硅及低K介质中的一种或多种。
7.如权利要求5所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，所述第二介质层的厚度为15埃-30000埃。
8.如权利要求1所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，所述衬底的电阻率大于或等于100欧姆·厘米。
9.如权利要求1所述的调节电感结构感值的方法，其特征在于，在所述电感结构的导电层施加的电压在0V-20V之间。
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