[发明专利]一种金属线圈及电流检测结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路中的电流检测结构。

背景技术

霍尔盘(Hall plate)是一种集成在半导体芯片内部的霍尔传感器，用来检测磁信号并输出与之成线性关系的电信号。

现有的一种电流检测结构是在霍尔盘芯片外缠绕一圈或多圈的金属线圈，当电流流经该金属线圈时，所产生的磁场被霍尔盘芯片检测到，并输出与该磁场信号成线性关系的电信号。通过分析霍尔盘输出的电信号，即可得到流经该金属线圈的电流大小。

这种电流检测结构中，产生磁场的金属线圈缠绕在霍尔盘芯片外，与检测磁场的霍尔盘芯片是分离开的，两者之间的距离很难控制得完全一致，使得电流检测的误差较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金属线圈，其可以制造于半导体芯片内部，从而可实现与霍尔盘芯片相集成。集成有金属线圈与霍尔盘的芯片作为一种电流检测电路，可实现对电流的精确检测。

为解决上述技术问题，本发明金属线圈制作于半导体材料上，所述半导体材料上具有一层或多层金属层，所述金属线圈的每一匝分别位于半导体材料上的一层金属层中，相邻的匝之间通过接触孔电极相连接。

与之相对应的一种电流检测结构为：在半导体材料之上具有一层或多层金属层，金属线圈的每一匝分别位于半导体材料上的每一层金属层中；金属线圈的相邻的匝之间通过接触孔电极相连接；在所述金属线圈正下方的半导体材料中具有一个p阱或n阱作为霍尔盘。

所述电流检测结构的原理为：流过金属线圈的电流会产生一个磁场，霍尔盘感应到该磁场并产生电信号，该电信号与金属线圈中的电流成线性关系。

本发明金属线圈直接制造在半导体材料上，因而可与霍尔盘集成在同一个半导体芯片中，这样便能对电流大小进行较精确的测量。

附图说明

图1是本发明金属线圈的俯视示意图；

图2a～图2d分别是本发明金属线圈的各层俯视示意图；

图3a是本发明电流检测结构的俯视示意图；

图3b是图3a的剖视示意图；

图4是本发明电流检测结构的另一实施例。

图中附图标记说明：

L1为金属线圈；L11、L12、L13、L14分别为金属线圈的各匝；01、12、23、34为接触孔电极；H1为霍尔盘；M1为调制器、CPA1为第一运算放大器、M2为调制器、LF1为低通滤波器；CPA2为第二运算放大器。

具体实施方式

请参阅图1，这是本发明金属线圈的俯视示意图。该金属线圈L1从俯视角度观察呈现为环状。优选地，该金属线圈L1从俯视角度看呈现为圆形或正多边形，例如为正八边形等。

传统的金属线圈是用金属细线缠绕形成，本发明则将金属线圈L1制作于半导体材料上，例如为硅衬底。本领域一般技术人员均知，在半导体材料上具有一层或多层金属层，相邻的两层金属层之间有层间介质(ILD)相隔离。相邻的两层金属层之间如需连线，则通过接触孔电极来实现，最常见的接触孔电极为钨塞。本发明所述的金属线圈L1包括一匝或多匝，每一匝金属线圈在俯视角度观察是完全重合的。根据目前半导体集成电路制造工艺，可以为1～9匝，最为常见的是2～5匝。金属线圈L1的每一匝分别位于半导体材料上的每一层金属层中，且大致呈环形。金属线圈L1的相邻的匝之间通过接触孔电极相连接。

图2a～图2d展示了一个具有4匝的金属线圈L1从上往下每一匝的示意图。

请参阅图2a，这是金属线圈L1从上往下的第一匝L11，制造在从上往下的第一层金属层中。该第一匝L11大致成具有一个小缺口的环状。在该小缺口的两端分别具有一个接触孔电极01、12。

接触孔电极01用来将从上往下的第一层金属引出，更具体来说是用来将金属线圈L1的第一匝L11对外引出。可替换地，也可采用同层金属布线、上层金属布线、下层金属布线与接触孔电极的任意组合将金属线圈L1的第一匝L11对外引出。

请参阅图2b，这是金属线圈L1从上往下的第二匝L12，制造在从上往下的第二层金属层中。该第二匝L12大致成具有一个小缺口的环状。在该小缺口的两端分别具有一个接触孔电极12、23。

接触孔电极12用来连接从上往下的第一层和第二层金属，更具体来说是用来连接金属线圈L1从上往下的第一匝L11和第二匝L12。

请参阅图2c，这是金属线圈L1从上往下的第三匝L13，制造在从上往下的第三层金属层中。该第三匝L13大致成具有一个小缺口的环状。在该小缺口的两端分别具有一个接触孔电极23、34。