一种垂直结构片上集成变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种垂直结构片上集成变压器，通过将变压器的结构制作成垂直于芯片水平方向，大大减小了所占用的芯片平面面积，从而减小了电感覆盖衬底的面积，使得变压器与衬底间的寄生电容减小，这样有利于提高变压器的谐振频率，该种结构适用于高频电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属微电子
，涉及一种片上的变压器，具体涉及一种集成螺旋结构的变压器。
技术介绍
随着硅工艺技术的成熟，无线通信实现了革命性的突破，例如个人通信系统，无线局域网络，卫星通信以及全球定位系统方面，进一步导致射频集成电路(RFICs)制造技术和特性分析成为研究的热点。由于互感的存在使片上螺旋变压器的工作效率相对片上集成电感更高，因此，片上螺旋变压器已被广泛应用到射频集成电路以及模拟前端电路的设计过程中。例如射频集成电路中的阻抗变换、阻抗匹配、直流隔离、信号耦合中。在过去的十几年里，对于如何设计高性能螺旋变压器，人们做了大量的实验和理论研究工作，它们具有高品质因素、高谐振频率以及最小的芯片面积。为了有效地改进螺旋变压器的品质因素，学者们提出很多工艺上的或者形状上的优化方案，例如悬空垂直结构，差分驱动模式，应用高阻硅作为衬底，插入格状接地屏蔽(PGS)等。进一步地，芯片占用的面积也是影响芯片性能的重要因素之一，在如何减省芯片占用面积的同时，提高变压器谐振频率，也是设计者应该注意的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于减小芯片平面面积的同时减小电感覆盖衬底的面积，提高变压器的谐振频率，使之适用于高频电路。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种垂直结构片上集成变压器，包括初级线圈、次级线圈、初级线圈的引线11和引线 12，次级线圈的引线13和引线14，其特征在于，初级线圈由金属层1分别经过通孔V21、金属层21、通孔V22、金属层22、通孔V23、金属层23、通孔V24、金属层对、通孔V25连接到金属层31的一端，金属层31的另一端分别经过通孔V41、金属层41、通孔V42连接到金属层 51的一端，金属层51另一端经过通孔V51连接到金属层6的一端、金属层6)的另一端经过通孔V52连接到金属层52的一端，金属层52的另一端分别经过通孔V43、金属层42、通孔V44连接到金属层32的一端、金属层32另一端分别经过通孔V75、金属层75、通孔V74、 金属层74、通孔V73、金属层73、通孔V72、金属层72、通孔V71连接到金属层8的一端所组成；次级线圈通过金属层13经过通孔V53连接到金属层15的一端，金属层15的另一端分别经过通孔V26、金属层沈、通孔V27、金属层27、通孔M8连接到金属层观、金属层28的另一端经过通孔V54、金属层M、通孔V55、金属层55、通孔V56连接到金属层16的一端，金属层16的另一端经过通孔V57连接到金属层14的一端所组成；所述引线11与金属层1相连，引线12与金属层8相连，引线13经过通孔V53与金属层15的一端相连，引线14经过通孔V57与金属层16的一端相连；所述金属层1和金属层8同属于第一金属层且相互绝缘，金属层15、金属层16、金属层21和金属层72同属于第二金属层且相互绝缘，金属层22、金属层沈、金属层55、金属层6 和金属层73同属于第三金属层且相互绝缘，金属层23、金属层27、金属层51、金属层52、金属层M和金属层74同属于第四金属层且相互绝缘，金属层M、金属层28和金属层75同属于第五金属层且相互绝缘、金属层31和金属层32同属于第六金属层且相互绝缘；所述金属层51与金属层52，金属层41与金属层42，金属层31与金属层32相对于其各自的中轴线成中心对称；所述的第一金属层的中轴线、第二金属层的中轴线、第三金属层的中轴线、第四金属层的中轴线、第五金属层的中轴线、第六金属层的中轴线位于同一平面内，且该平面垂直于芯片上下表面；所述初级线圈和次级线圈相互绝缘。作为可选方案，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六金属层由标准COMS工艺中从上而下的6层金属层构成。作为可选方案，所述第一金属层其厚度为4um、第二金属层其厚度为3um、第三金属层其厚度为0. 5um、第四金属层其厚度为0. 25um、第五金属层其厚度为0. 25um、第六金属层其厚度为0. 25um ；所述第一金属层与第二金属层之间的通孔厚度为1. 5 um、第二金属层与第三金属层之间的通孔其厚度为2. lum、第三金属层与第四金属层之间的通孔厚度为0. 5 um、第四金属层与第五金属层之间的通孔厚度为0. 245 um、第五金属层和第六金属层之间的通孔厚度为0. 245 um。本专利技术的有益效果在于一方面将变压器的结构制作成垂直于芯片水平方向，其最明显的优势就是大大减小了所占用的芯片平面面积，另一方面，该结构减小了电感覆盖衬底的面积，由此一来，变压器与衬底间的寄生电容便减小了，这样有利于提高变压器的谐振频率，因此，该种结构适用于高频电路。附图说明图1为集成变压器的正向立体图； 图2为集成变压器的左视图3为集成变压器的前视图； 图4为本专利技术实施例的L-f关系仿真图； 图5为本专利技术实施例的Q_f关系仿真图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。本结构共采用IBM标准工艺的六层金属，由上而下依次为第一金属层其厚度为 4um，第二金属层其厚度为3um，第三金属层其厚度为0. 5um，第四金属层其厚度为0. 25um, 第五金属层其厚度为0. 25um，第六金属层其厚度为0. 25um，平行的各层金属之间以通孔连接，第一金属层与第二金属层之间的通孔厚度为1.5 um，第二金属层与第三金属层之间的通孔其厚度为2. lum，第三金属层与第四金属层之间的通孔厚度为0.5 um，第四金属层与第五金属层之间的通孔厚度为0. 245 um，第五金属层和第六金属层之间的通孔厚度为0. 245 um。如图1所示，变压器的结构细节为首先描述初级线圈，引线11、引线12为第一金属层上变压器初级线圈的两个端口，金属层1、金属层8为同层金属上的互连线；线2为垂直于芯片方向上的连线，其具体构成由上而下依次为通孔V21、金属层21、通孔V22、金属层 22、通孔V23、金属层23、通孔V24、金属层对以及通孔V25 ；金属层31为第六金属层上的互连线，从左向右看，其走向为先沿-χ轴方向构建一段长度，继而沿y轴方向延伸一段距离。 如图2所示，金属层41为第五金属层上的互连线；金属层51为第四金属层上的互连线，从左向右看，其走向为先沿-χ轴方向构建一段长度，继而沿_y轴方向延伸一段距离，该延伸距离与金属层31在y轴方向上延伸的长度相等。金属层6为第三金属层上互连线；金属层 52与金属层51、金属层42与金属层41、金属层32与金属层31成中心对称，这里不作赘述， 线7与线2结构相同且成中心对称，也为垂直于芯片方向上的连线。初级线圈的电流流向为引线11，金属层1，线2，金属层31，通孔V41，金属层41， 通孔V42，金属层51，通孔V51，金属层6，通孔V52，金属层52，通孔V43，金属层42，通孔V44， 金属层32，线7，金属层8，引线12。次级线圈的结构为引线13、引线14为第一金属层上变压器次级线圈的两个端口， 金属层15、金属层16为第二金属层上的互连线；线21为垂直于芯片方向上的连线，其具体构成由上而下依次为通孔V26、金属层沈、通孔V27、金属层27，通孔V28 ；金属层28为第五金属层上的互连线；线71与线21的结构相同，也为垂直于芯片方向上的连线，这里不作赘述。次级线圈的电流流向为本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种垂直结构片上集成变压器，包括初级线圈、次级线圈、初级线圈的引线（１１）和引线（１２），次级线圈的引线（１３）和引线（１４），其特征在于，初级线圈由金属层（１）分别经过通孔（Ｖ２１）、金属层（２１）、通孔（Ｖ２２）、金属层（２２）、通孔（Ｖ２３）、金属层（２３）、通孔（Ｖ２４）、金属层（２４）、通孔（Ｖ２５）连接到金属层（３１）的一端，金属层（３１）的另一端分别经过通孔（Ｖ４１）、金属层（４１）、通孔（Ｖ４２）连接到金属层（５１）的一端，金属层（５１）另一端经过通孔（Ｖ５１）连接到金属层（６）的一端、金属层（６）的另一端经过通孔（Ｖ５２）连接到金属层（５２）的一端，金属层（５２）的另一端分别经过通孔（Ｖ４３）、金属层（４２）、通孔（Ｖ４４）连接到金属层（３２）的一端、金属层（３２）另一端分别经过通孔（Ｖ７５）、金属层（７５）、通孔（Ｖ７４）、金属层（７４）、通孔（Ｖ７３）、金属层（７３）、通孔（Ｖ７２）、金属层（７２）、通孔（Ｖ７１）连接到金属层（８）的一端所组成；次级线圈通过金属层（１３）经过通孔（Ｖ５３）连接到金属层（１５）的一端，金属层（１５）的另一端分别经过通孔（Ｖ２６）、金属层（２６）、通孔（Ｖ２７）、金属层（２７）、通孔（Ｖ２８）连接到金属层（２８）、金属层（２８）的另一端经过通孔（Ｖ５４）、金属层（５４）、通孔（Ｖ５５）、金属层（５５）、通孔（Ｖ５６）连接到金属层（１６）的一端，金属层（１６）的另一端经过通孔（Ｖ５７）连接到金属层（１４）的一端所成；　　　　所述引线（１１）与金属层（１）相连，引线（１２）与金属层（８）相连，引线（１３）经过通孔（Ｖ５３）与金属层（１５）的一端相连，引线（１４）经过通孔（Ｖ５７）与金属层（１６）的一端相连；所述金属层（１）和金属层（８）同属于第一金属层且相互绝缘，金属层（１５）、金属层（１６）、金属层（２１）和金属层（７２）同属于第二金属层且相互绝缘，金属层（２２）、金属层（２６）、金属层（５５）、金属层（６）和金属层（７３）同属于第三金属层且相互绝缘，金属层（２３）、金属层（２７）、金属层（５１）、金属层（５２）、金属层（５４）和金属层（７４）同属于第四金属层且相互绝缘，金属层（２４）、金属层（２８）和金属层（７５）同属于第五金属层且相互绝缘，金属层（３１）和金属层（３２）同属于第六金属层且相互绝缘；所述金属层（５１）与金属层（５２），金属层（４１）与金属层（４２），金属层（３１）与金属层（３２）相对于其各自的中轴线成中心对称；所述的第一金属层的中轴线、第二金属层的中轴线、第三金属层的中轴线、第四金属层的中轴线、第五金属层的中轴线、第六金属层的中轴线位于同一平面内，且该平面垂直于芯片上下表面；所述初级线圈和次级线圈相互绝缘。...

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构片上集成变压器，包括初级线圈、次级线圈、初级线圈的引线(11)和引线(12)，次级线圈的引线(13)和引线(14)，其特征在于，初级线圈由金属层(1)分别经过通孔(V21)、金属层(21)、通孔(V22)、金属层(22)、通孔(V23)、金属层(23)、通孔(V24)、 金属层(24)、通孔(V25)连接到金属层(31)的一端，金属层(31)的另一端分别经过通孔 (V41)、金属层(41)、通孔(V42)连接到金属层(51)的一端，金属层(51)另一端经过通孔 (V51)连接到金属层(6)的一端、金属层(6)的另一端经过通孔(V52)连接到金属层(52) 的一端，金属层(52)的另一端分别经过通孔(V43)、金属层(42)、通孔(V44)连接到金属层(32)的一端、金属层(32)另一端分别经过通孔(V75)、金属层(75)、通孔(V74)、金属层 (74)、通孔(V73)、金属层(73)、通孔(V72)、金属层(72)、通孔(V71)连接到金属层(8)的一端所组成；次级线圈通过金属层(13)经过通孔(V53)连接到金属层(15)的一端，金属层(15)的另一端分别经过通孔(M6)、金属层(26)、通孔(V27)、金属层(27)、通孔(V28)连接到金属层(28)、金属层(28)的另一端经过通孔(VM)、金属层(M)、通孔(V55)、金属层 (55)、通孔(V56)连接到金属层(16)的一端，金属层(16)的另一端经过通孔(V57)连接到金属层(14)的一端所成；所述引线(11)与金属层(1)相连，引线(12)与金属层(8)相连，引线(13)经过通孔(V53)与金属层(15)的一端相连，引线(14)经过通孔(V57)与金属层(16)的一端相连； 所述金属层(1)和金属层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，孙玲玲，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86