200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有頻積體電路元 於一種三維變壓器、。 f幻寸別疋有關 【先前技術】 的气普及化與方便性使射頻積體電路 改^二以忍㈤在❸十互補式金氧半導體(CM0S)射頻電 了絲元件的高雜性不㈣握外，電感也是、 °由於基板為高耗損性基板，因此電 寸性相虽不易掌握。傳統CM〇s射頻電路中所使 是承齡GaAs電路所制的平岭構，其缺 =%過大，而這造會成所設計出的射頻電路面積過 成本增加。 _變壓器(Tmnsf_er)也是射頻積體電路中不可或缺 =之，近年來陸繽有許多研究利用變壓 ^電路，其好處不但可以節省晶片面積，更可以達^ 讀的應用。'然而，隨著科的小型化 = 器所你面積過大已不符合所f。 寻元十岭， 【發明内容】 壓器本發日·供—觀緣合率並可節省晶片面積之三維變 本發明提出-種三維賴器，其包括—第—線圈與 線圈，各線圈包括一第一埠、—第-皇一 卑二 中間層内圍金屬線、多個中間層阜= 200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 第一線圈之各層金屬線與第二線圈之各層金屬線相對鹿 置，且各線圈是以各第一埠連接頂層金屬線，且自頂屑二: 線、中間層金屬線之内圍金屬線至底層金屬線之第一端雷“篱 接且以一時針方向繞行而下，且自底層金屬線之第二螳空^連 層金屬線之最上層外圍金屬線電性連接且 二中間 行而上4連接各第二埠。 卜％針方向繞 依照本發明實細所述之王維龍器、巾， 順時針方向。 、守針方向為 依照本發明實關所述之三維變㈣巾， 為逆時針方向。 、守坷万向 依照本發明實闕所述之三維變壓 二線圈之長度相等。 、闺/、昂 依照本發明實施例所述之三維變壓器中，各声 圈與第二線圈之長度相等。 為 依照本發明實施例所述之三轉壓器中，第 二線圈之長度成一比例。 固/、罘 _ 依照^明實施例所述之三維變壓器中，第— 度與弟二線圈之寬度相等。 見 依照本發明實施例所述之三維變壓器中， 質與第二線圈之材質相同。 、、’ _<材 依照本發明實施例所述之三維變壓器中，第一 度與第二線圈之材質相異。 '、’園 <見 第-賴之各層之中間層相金屬線射間層 線之距離與第二_之中間層相金鱗與中間勒圍^ 200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 線之間的距離相等。 依照本發明實施例所述之三維變壓器中，第一 層金屬線與第二線圈之各層金屬線之間的距離相等。、σ f發明之三維霞器可提綠合率並可節省晶片面積。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 ί實較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 音圖圖圖sti據本發明實施例所緣示之一種三維魏器的示 3'卜同心冒不圖1之三維賴器之第一線圈的示意圖。圖 ::圖1之三維變壓器之第二線圈的示意圖。 /青茶照圖卜本實施例之三維變屢器10配置於半導體其 _上，其包括一第一線圈100與一第二線圈2〇〇。 土 一第ίίΖί ί圖2,第—線圈勘包括一第一埠加_、 括—頂^兵夕層弟一金屬線106。多層第一金屬線106包 頁：弟-金屬線110、多個中間層第一金屬線12〇 _ 金屬線150，其彼此是以介電層12例如是氧化轉絕 第一二=圖在第一線圈100中，頂層第一金屬線110的 而a兵第一埠連接，其第議 基1電性連接多個中間層第一金屬線12〇。 1曰南插 120 2 ’在第一線11 100中，各中間層第一金屬線 140 Λ '匕括Γ内圍第一金屬、線130與一外圍第一金屬線 第一姓間層乐一金屬線120之最上層内圍第一金屬線132之 132a透過介層窗插塞161與頂層第一金屬線u〇之第 200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 二端110b連接’其第二端13沘透過介層窗插塞162電性連接 其下層之内圍第一金屬線m。中間層第一金屬線1S0之最下 層内圍第一金屬線136之第一端136a透過介層窗插塞163電 !·生連接其上層之關第—金屬線134，其第二端1施透過介 層窗插塞164電性連接底層第一金屬線15〇之第一端15如。 曰請參照圖2,在第-線圈210中，中間層第一金屬線12〇 下層外圍第-金屬線146之第—端驗透過介層窗插塞 電性連接底層第-金屬線15〇之第二端15%，1第二端 過介層窗插塞166電性連接其上層之外圍第^金屬線 妖。中間層第一金屬線120之最上層外圍第一金屬線142之 二，似透過介層窗插塞167 _連接其下層之外圍第一 至屬線H4，其第二端142b與第二埠綱連接。 # 一請蒼照圖1與圖3 ’第二線圈·包括一第一蟑搬、一 二j，ί ί層第二金屬線2〇6。多層第二金屬線206包括 第】中間層第二金屬線2 4二，、彼此时電層例如是氧⑽來絕緣之。 呑月茶照圖3，在第-綠H1 9ΓΗΊ rfr 第P 泉圈〇中，頂層第二金屬線210的 而210a與弟一埠202連接，苴第 塞261電性連而2滿透過介層窗插 玍連接中間層第二金屬線22〇 〇 請參照圖3，在第二線圈中，各中間層第二 22〇分別包括一内圍第-全屬飧 蜀線 24〇。中賴二金屬^mf—外圍第二金屬線 第—踹2仏、#、典入層内圍第二金屬線232之 而232透過介層窗插塞261與頂芦 二端210b連接，其第二4山咖/、頂層乐一金屬線210之第 一而232b透過介層窗插塞262電性連接 200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 其下層之内圍第二金屬線234。中間層第二金屬線，之最下 層^第二金屬線236之第-端236a透過介層窗插塞263電 ^接其上層之内圍第二金屬線234 ’其第二端遍透過介 層®插基264電性連接底層第二金屬線MO之第一端—a。 η請參照圖3，在第二線圈中，中間層第二金屬線22〇 夕卜圍第二金驗246之第一端2如透過介層窗插塞 挪電性連接底層第二金屬線25〇之第二端纖，其第二端 :ί過介1窗插s 266電性連接其上層之外圍第二金屬線 斤。中間層乐—金屬線220之最上層外圍第二金屬線皿之 弟-端242a透過介層窗插塞267電性 金屬線施，其第二端勘與第二埠2〇4連接下層之外圍弟一 請參照圖1，第-線圈100之各層金屬線1〇6與第二線圈 200之各層金屬線206相對應配置。並且，各線圈⑽漏是 以各該第一璋102/202連接頂層金屬線110/210，且自頂層全 屬線1麵〇、内圍金屬線測32、134/234、㈣％至^ ，線150/250之第一端膽5〇a電性連接且以一時針“ 繞行而下，且自底層金屬線蘭5〇之第二端簡25〇b、外 圍金屬線146/246、144/244至中間層金屬線12〇/22〇之最上層 外圍金屬線變42紐連接且關—時針方向繞行而上 上層外圍金屬線142/242 ’再連接各第二埠胸2〇4。 圖1所缘示之三維變麼器結構的第—線圈100以及第二 線圈200驳以順時針方向繞行而下，再以順時針方向繞行而 上在另一员例中，二維變壓器結構的第一線圈工㈨以及 線圈200分別是以逆時針方向繞行而下，再以逆時針方向繞行 200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 而上。 本實施例之三維變壓器中，就x-y平面來說，各層之第一 線圈1〇〇與第二線圈200均相互對應。就z方向來說，第一線 圈100與第二線圈200相互交錯堆疊。因此，第一線圈100 與第二線圈200不僅可以在χ-y平面耦合也可以Z方向上耦 合，故可有效提升耦合率。經實驗證實，其耦合率可達90% 以上。
本實施例之三維變壓器中，第一線圈100與第二線圈200 之各層金屬線的長度相等，介層窗插塞161〜167以及261〜267 長度也相等，因此，其二者之總長度相等。在另一實施例中， 第一線圈100與第二線圈200之總長度成一比例。例如是第一 線圈100與第二線圈200之總長度成丨：2、1 : 3、1 : 4、或 更高。 本貫施例之三維變壓器中，第一線圈1〇〇之各層金屬線 的覓度W1與第二線圈2〇〇之各層金屬線的寬度W2相等。各 層金屬線之間的距離L可以相等或相異。此外，第一線圈1〇〇 之各f外圍第一金屬線14〇與内圍第一金屬線13〇之距離氾 與該第二線圈200之各層之外圍第二金屬線24〇與内圍第二金 屬線230之距離d2相等。然而，在實際應用時並不限於此。 本實施例之三維變壓器中，第一線圈1〇〇之材質與第二 線圈200之材質可以相同或相異，其二者之材質例如是導電材 料如銅或是銘。 + 上的實施例中，是以、_之總金屬層數為五層之三 維魏絲說明之，然而，在實際的朗上，並不限於此，其 200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 可以依據實際的需要或是積體電路的總金屬層數來加以變化。 本發明之賴11為三維’其可以提緣合率並可有效利 用積體電路的金屬層，以節省晶片面積。而且，本發明之三 變壓器的製程與現有積體電路之製程相容，且f程朽易。一、 此，’本發明之懸n可應用於射頻積體電路，用以製 作低雜訊放大器（low noise amplifier)以及電壓控制振盪器 (Voltage Controlled Oscillator)等。 口。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ’' 【圖式簡單說明】 圖1是依照本發明實施例所繪示之一種三維變壓哭一 意圖。 π 圖2是繪示圖1之三維變壓器之第一線圈的示意圖。 圖〇疋緣示圖1之三維變壓器之第二線圈的示意圖。 【主要元件符號說明】 W:半導體基底 12 :介電層 100、200 :線圈 102、104、202、204 :埠 106、206:多層金屬線 11〇、210 :頂層金屬線 120'220:中間層金屬線 200839805 UMCD-2006-0389 22289twf.doc/n 130、132、134、136、230、232、234、236 :内圍金屬線 140、142、144、146、240、242、244、246 :外圍金屬線 132a、132b、134a、134b、136a、136b、232a、232b、234a、 234b、236a、236b :内圍金屬線端點 140、142、144、146、240、242、244、246 :外圍金屬線 142a、142b、144a、144b、146a、146b、242a、242b、244a、 244b、246a、246b :外圍金屬線端點 150、250 :底層金屬線 161〜167、261〜267 :介層窗插塞 Wl、W2 :寬度 Dl、d2 :距離 L :長度 12