形成於半導體基底上的電感器及其形成方法
2023-05-06 23:13:56
專利名稱：形成於半導體基底上的電感器及其形成方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體基底上的電感器製造，且特別是涉及一種內部形成有絕緣體塊(insulator slot)的電感器和形成這種電感器的方法。
技術背景電感器廣泛用於射頻(RF)應用。所述應用涵蓋非常寬的頻i普。例如個 人掌上型電話系統(personal handy-phone system, PHS )的一些應用要求電感 器以低於1 GHz的頻率工作。因此，電感器的最大質量因素(下文縮寫為Q) 必須往次GHz (sub-GHz)範圍內移動。對於具有可接受電感和低於1 GHz的最大質量因素的電感器而言，現有 解決方案為平行堆棧金屬層。然而，這種解決方案增加了側壁電容耦合且因 此使質量因素的寬帶性能(broadband performance)降級。另一解決方案為 加寬電感器的線圏，但過寬的線圏趨向於違背化學-機械拋光 (chemical-mechanical polishing, CMP )規則但以這種方式，在電阻降低後， 最大質量因素會改善但是工藝變化量顯著變大。電感器的最大質量因素應儘可能高。因此，希望具有這樣的電感器，其 以小於1 GHz的頻率適當地工作，且不具有現有解決方案的缺點。發明內容本發明在於提供形成於半導體基底上的電感器和形成這種電感器的方 法。可在不違背CMP規則的情況下，加寬由本發明提供的電感器。另外， 在較低操作頻率(例如，次GHz頻率)下，由本發明提供的電感器的特徵 在於可與現有電感器的相比的可接受電感和最大質量因素，而且工藝變異量 可以改善。出於上文所提及的目的，在本發明的實施例中提供形成於半導體基底上 的電感器。所述電感器包括單個金屬層和絕緣體層。所述金屬層構成電感器 的線圏。所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括在金
屬層中。在此實施例中，可使用氧化矽來形成絕緣體塊。絕緣體層可包括沿電感 器的線圏配置的 一行絕緣體塊。出於上文所提及的目的，在本發明的另一實施例中提供形成於半導體基 底上的電感器。所述電感器包括多個金屬層和絕緣體層。所述金屬層構成電 感器的線圏。所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括 在所述金屬層的其中之一中。在此實施例中，可使用氧化矽來形成絕緣體塊。絕緣體層可包括沿電感 器的線圈配置的 一行絕緣體塊。在此實施例中，每個絕緣體塊可包括在所述金屬層中的同 一金屬層中。 或者，絕緣體層可包括多個絕緣體塊，且絕緣體塊可分布在所述金屬層的每 一者中。在此實施例中，金屬層可並聯連接以構成電感器的線圈。或者，金屬層 可串聯連接以構成電感器的線圏。出於上文所提及的目的，在本發明的另一實施例中提供用於在半導體基 底上形成電感器的方法。所述方法包括以下步驟。首先，在半導體基底上形 成單個金屬層，且接著在所述半導體基底上形成絕緣體層。所述金屬層構成 電感器的線圏。所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包 括在金屬層中。出於上文所提及的目的，在本發明的另一實施例中提供用於在半導體基 底上形成電感器的方法。所述方法包括以下步驟。首先，在半導體基底上形 成多個金屬層，且接著在所述半導體基底上形成絕緣體層。所述金屬層構成 電感器的線圏。所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包 括在所述金屬層的其中之一 中。為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉優 選實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。只要有可能，就在附圖和描述內 容中使用相同的標號來指示相同或類似部分。
圖H艮示形成於半導體基底上的現有電感器的示意圖。圖2A和2B M示4艮據本發明實施例的電感器的示意圖。圖3A和3B l艮示根據本發明實施例的電感器的示意圖。圖4A和4B丄艮示根據本發明實施例的電感器的示意圖。圖5A和5B t艮示根據本發明實施例的電感器的示意圖。圖6、圖7和圖8是展示根據本發明各個實施例的電感器的示意圖。圖9是現有電感器與根據本發明實施例的電感器的電感對頻率的曲線圖。圖10是現有電感器與根據本發明實施例的電感器的質量因素對頻率的曲線圖。簡單符號說明100、 200、300、400、 500、 600、 700:電感器201、 202、301、302:絕緣體塊601、 602:區域701、 80卜'803:702、 811、812:介層窗901、 902、薩、.1002:曲線具體實施方式
圖l說明製造在半導體基底(未圖示)上的現有電感器100。電感器IOO 純粹地以金屬形成，無任何絕緣體材料。與此對比，圖2A說明根據本發明 實施例的電感器200。電感器200為內部埋入有絕緣體塊的金屬電感器，電 感器200也形成於半導體基底(未圖示)上。電感器200包括單個金屬層和 絕緣體層。金屬層構成電感器200的線圏。絕緣體層包括至少一個絕緣體塊， 且每個絕緣體塊均包括在金屬層中。圖2B是電感器200的左下角的放大圖。 沿電感器200的線圏的整個長度配置有一行絕緣體塊。舉例來說，絕緣體塊 201和202中的每一者都包括在金屬層內部。每個絕緣體塊201在形狀方面 為狹長矩形，而絕緣體塊202為L形。可使用氧化矽(例如，Si02)來形成 絕緣體塊。在本發明的範圍中，絕緣體塊並非限於單行配置。絕緣體塊可配置成多 行。不同行的絕緣體塊可彼此平行放置或以交錯方式放置。對絕緣體塊的相 對位置沒有限制。對行的數目也沒有限制。舉例來說，圖3A說明根據本發 明另一實施例的電感器300。沿電感器300的線圏有兩行。圖3B是電感器 300的左下角的放大圖。如可見，所述行的其中之一包括示範性絕緣體塊301 ， 且另一行包括示範性絕緣體塊302。類似地，圖4A和4B說明根據本發明另 一實施例的具有三行絕緣體塊的電感器400。圖5A和5B說明根據本發明又 一實施例的具有四行絕緣體塊的電感器500。在本發明的範圍中，絕緣體塊的配置相當靈活。可以任意大小和形狀來 形成每個絕緣體塊。絕緣體塊的數目和配置也為任意。舉例來說，絕緣體塊 可平均地或不平均地分布在電感器的線圏中。換句話說，絕緣體塊可對稱地 或不對稱地分布在電感器的線圏中。圖6是不均勻分布的實例。絕緣體塊僅 埋入電感器600的線圏的區域601和602中。然而，絕緣體塊優選是在電感 器線圏中具有平均且對稱的分布。此外，關於絕緣體塊相對於電感器的邊界 面的位置沒有限制。絕緣體塊可與含有的金屬層的任何邊界面隔開任意距 離。絕緣體塊可完全埋入金屬層中，換句話說，由金屬層在每個方向上環繞。 或者，絕緣體塊可部分地埋入金屬層中。在這種情況下，絕緣體塊可從金屬 層的一個或一個以上邊接口顯露出來。在上述實施例中，每個電感器包括單個金屬層。本發明還提供包括多個 金屬層的電感器。金屬層構成這種電感器的線圈。圖7說明根據本發明實施 例的電感器700。如圖7中所示，電感器700可包括三個、四個或五個金屬 層。金屬層(例如，701)平行堆棧且由介層窗(vias)(例如，702)連接。與 此對比，圖8說明根據本發明另一實施例的另一電感器800。三個金屬層 801-803由介層窗811和812串聯連接以構成電感器800的線圈。為簡單起見，圖7和圖8中未展示絕緣體塊。事實上，電感器700和800 中的每一者都包括至少一絕緣體層。所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊， 且每個絕緣體塊均包括在所述金屬層的其中之一中。在本發明的範圍中，絕 緣體塊在金屬層中的配置相當靈活。舉例來說，每個絕緣體塊可包括在相同 金屬層中。此外，絕緣體塊可分布在所述金屬層中的每一者中，或僅分布在 所述金屬層的一部分中。如上文所論述，關於絕緣體塊的大小、形狀、位置、數目、配置、分布 和其它特徵沒有限制。唯一的限制在於電感器必須遵守CMP規則，且電感 器的最大質量因素必須在所要的低頻率範圍(例如，低於lGHz)中。圖9和圖IO說明本發明的實施例的效果。圖9是圖1中的電感器100 與圖6中的電感器600的電感對頻率的曲線圖。圖9中的曲線901是電感器100的曲線圖，而曲線902是電感器600的曲線圖。圖IO是電感器IOO與電 感器600的質量因素對頻率的曲線圖。圖10中的曲線1001是電感器100的 曲線圖，而曲線1002是電感器600的曲線圖。通過僅使用金屬來形成電感 器100,線圏寬度為IO微米且內徑近似為200微米。使用金屬和絕緣體塊來 形成電感器600，線團寬度為2(H敖米且內徑近似為20(H數米。如圖10中所 示，本發明的此實施例將最大質量因素從2.488 GHz的現有操作頻率移到所 要的0.981 GHz的較低頻率。此外，電感器600的最大質量因素不會從電感 器100的最大質量因素衰減太多。除如上述實施例中所論述的電感器結構之外，本發明還提供用於在半導 體基底上形成電感器的方法。事實上，所述方法用於在上文所述的實施例中 形成電感器。所述方法的主要步驟為在半導體基底上形成一個或一個以上金 屬層，其接著在所述半導體基底上形成絕緣體層。所述金屬層構成電感器的 線圏。所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括在所述 金屬層的其中之一中。所述方法的技術細節與先前的實施例中所論述的電感 器結構的技術細節相同，所以此處不再重複。由於絕緣體塊，由本發明提供的電感器的線圏可在不違背CMP規則的 情況下加寬。另外，在較低操作頻率(例如，次GHz頻率)下，由本發明 提供的電感器的特徵在於可與現有電感器的相比的可接受電感和最大質量 因素。雖然本發明以優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明，本領 域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許的更動與潤飾，因 此本發明的保護範圍應當以後附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1、一種電感器，形成於半導體基底上，其包括單個金屬層；以及絕緣體層，其中所述金屬層構成所述電感器的線圈，所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括在所述金屬層中。
2、 如權利要求1所述的電感器，其中使用氧化矽來形成所述絕緣體塊。
3、 如權利要求1所述的電感器，其中所述絕緣體層包括沿所述電感器 的所述線圈配置的 一行絕緣體塊。
4、 一種電感器，形成於半導體基底上，其包括 多個金屬層；以及絕緣體層，其中所述金屬層構成所述電感器的線圏，所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括在所述金 屬層的其中之一中。
5、 如權利要求4所述的電感器，其中使用氧化矽來形成所述絕緣體塊。
6、 如權利要求4所述的電感器，其中所述絕緣體層包括沿所述電感器 的所述線圈配置的 一行絕緣體塊。
7、 如權利要求4所述的電感器，其中每個絕緣體塊均包括在所述金屬 層中的同一金屬層中。
8、 如權利要求4所述的電感器，其中所述絕緣體層包括多個絕緣體塊， 且所述絕緣體塊分布在所述金屬層中的每一者中。
9、 如權利要求4所述的電感器，其中所述金屬層並聯連接以構成所述 電感器的所述線圈。
10、 如權利要求4所述的電感器，其中所述金屬層串聯連接以構成所述 電感器的所述線圏。
11、 一種在半導體基底上形成電感器的方法，其包括 在所述半導體基底上形成單個金屬層；以及 在所述半導體基底上形成絕緣體層，其中 所述金屬層構成所迷電感器的線圏，所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括在所述金 屬層中。
12、 如權利要求11所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中使 用氧化矽來形成所述絕緣體塊。
13、 如權利要求11所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中所 述絕緣體層包括沿所述電感器的所述線圏配置的 一行絕緣體塊。
14、 一種在半導體基底上形成電感器的方法，其包括 在所述半導體基底上形成多個金屬層；以及 在所述半導體基底上形成絕緣體層，其中 所述金屬層構成所述電感器的線圏，所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括在所述金 屬層的其中之一中。
15、 如權利要求14所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中使 用氧化矽來形成所述絕緣體塊。
16、 如權利要求14所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中所 述絕緣體層包括沿所述電感器的所述線圏配置的 一行絕緣體塊。
17、 如權利要求14所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中每 個絕緣體塊均包括在所述金屬層中的同 一金屬層中。
18、 如權利要求14所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中所 述絕緣體層包括多個絕緣體塊，且所述絕緣體塊分布在所述金屬層中的每一 者中。
19、 如權利要求14所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中所 述金屬層並聯連接以構成所述電感器的所述線圏。
20、 如權利要求14所述的在半導體基底上形成電感器的方法，其中所 述金屬層串聯連接以構成所述電感器的所述線圏。
全文摘要
本發明提供形成於半導體基底上的電感器。所述電感器包括金屬層和絕緣體層。所述金屬層構成所述電感器的線圈。所述絕緣體層包括至少一個絕緣體塊，且每個絕緣體塊均包括在所述金屬層中。
文檔編號H01L27/00GK101150125SQ20061015921
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月22日 優先權日2006年9月22日
發明者歐俊宏, 許村來, 許績威, 陳瑞芳 申請人:聯華電子股份有限公司