[发明专利]螺旋电感元件

说明书

技术领域

本发明有关于一种半导体集成电路，特别是有关于一种螺旋电感(spiralinductor)元件。

背景技术

许多数位及类比部件及电路已成功地运用于半导体集成电路。上述部件包含了无源元件，例如电阻、电容或电感等。典型的半导体集成电路包含一硅基底。一层以上的介电层设置于基底上，且一层以上的金属层设置于介电层中及介电层上。这些金属层可通过现行的半导体工艺技术而形成芯片内建部件，例如芯片内建电感元件(on-chip inductor)。

传统上，芯片内建电感元件形成于基底上且运用于射频频带(radiofrequency band)集成电路设计。请参照图1A及1B，其中图1A绘示出一习知芯片内建螺旋电感元件平面示意图，而图1B则绘示出沿图1A中1B-1B’线的剖面示意图。芯片内建螺旋电感元件形成于一基底100上方的绝缘层102上，其包括一螺旋导线103及一内连线结构。螺旋导线103设置于绝缘层102上。内连线结构包括嵌入于一绝缘层102中的导电插塞105及109及一导电层107与位于绝缘层102中的信号输出/输入部111。螺旋导线103通过导电插塞105及109、导电层107及信号输出/输入部111而形成一电流路径，以与芯片外部或内部电路电性连接。平面型螺旋电感元件的优点在于可通过减少位于芯片外建的电路元件数量及其所需的复杂内连线而增加电路的积集度。再者，平面式螺旋电感可避免电路与芯片外建(off-chip)电路之间接合垫(bond pad)或接线(bond wire)所产生的寄生效应。

在螺旋电感元件中，螺旋导线产生的导体损耗(conductor loss)、螺旋导线与半导体基底之间的寄生电容、以及螺旋导线耦合至半导体基底所产生的基底损耗(substrate loss)而使得品质因素(quality factor/Q value)降低，导致电感效能降低。为了减少导体损耗，有人曾提出增加螺旋导线的厚度及线宽的作法。另外，为了减少基底损耗，有人曾提出在螺旋导线与基底之间设置一接地的金属遮蔽层(shielding layer)。虽然金属遮蔽层可减少螺旋导线耦合至半导体基底，却会在遮蔽金属层与基底之间产生额外的寄生电容，使螺旋导线与半导体基底之间的寄生电容增加。

由于集成电路装置的效能取决于电感元件之电感元件品质因素，因此有必要寻求一种新的电感元件结构以增加电感元件的品质因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种螺旋电感元件，其通过将多匝螺旋线圈中具有较大电场的绕线部位的电场局部导引至接地端，以降低因耦合效应所造成基底中之能量损耗，进而改善电感品质因素。

根据上述目的，本发明提供一种螺旋电感元件，包括：一绝缘层、一螺旋导线、及一非连续螺旋导线。绝缘层设置于一基底上。螺旋导线，其为多匝的，设置于绝缘层上，其中螺旋导线的最外匝及最内匝导线部分别具有一第一端及一第二端，且第一端及第二端其中一端接地。非连续螺旋导线，其为单匝的，设置于绝缘层上，平行且邻近螺旋导线中延伸自未接地端的该匝导线部，其中非连续螺旋导线接地。

又根据上述目的，本发明提供一种螺旋电感元件，包括：一绝缘层、一螺旋导线、一第一导线段、一第二导线段、及一导线连接部。绝缘层，设置于一基底上。螺旋导线，其为多匝的，设置于绝缘层上。第一导线段设置于绝缘层上，平行且邻近螺旋导线的最外匝导线部，其中第一导线段接地。第二导线段设置于绝缘层上，平行且邻近螺旋导线的最内匝导线部。导线连接部设置于绝缘层内且电性连接第一导线段及第二导线段。

又根据上述目的，本发明提供一种螺旋电感元件，包括：一绝缘层、一螺旋导线、及一导线段。绝缘层，设置于一基底上。螺旋导线，其为多匝的，设置于绝缘层上。螺旋导线的最外匝及最内匝导线部分别具有一第一端及一第二端，且第一端及第二端其中一端接地。导线段设置于绝缘层上，平行且邻近螺旋导线中延伸自未接地端的部分匝导线部，其中导线段接地。

本发明通过将多匝螺旋线圈中具有较大电场的绕线部位的电场局部导引至接地端，以改善电感品质因素。

附图说明

图1A是绘示出习知螺旋电感元件的平面示意图。

图1B是绘示出沿1A图中1B-1B’线的剖面示意图。

图2A是绘示出根据本发明实施例的螺旋电感元件平面示意图。

图2B是绘示出沿2A图中2B-2B’线的剖面示意图。

图2C是绘示出沿2A图中2C-2C’线的剖面示意图。

图3是绘示出根据本发明一实施例的螺旋电感元件平面示意图。