[发明专利]片上变压器的衬底涡流的射频模型方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种片上变压器的衬底涡流的射频模型方法。

背景技术

如图1A-图1C所示，是现有片上变压器的结构示意图；如图1A所示，片上变压器120由第一差分电感121和第二差分电感122嵌套而成。所述第一差分电感122和所述第二差分电感122都形成于半导体衬底如硅衬底上、且所述第一差分电感121和所述第二差分电感122都和所述半导体衬底隔离有介质层如氧化硅。

如图1B所示，所述第一差分电感121包括第一端口121a、第二端口121b和第一中心抽头121c，所述第一端口121a和所述第一中心抽头121c之间的金属螺旋线圈一和所述第二端口121b和所述第一中心抽头121c之间的金属螺旋线圈二为对称结构。

如图1C所示，所述第二差分电感122包括第三端口122a、第四端口122b和第二中心抽头122c，所述第三端口122a和所述第二中心抽头122c之间的金属螺旋线圈三和所述第四端口122b和第二中心抽头122c之间的金属螺旋线圈四为对称结构。

片上变压器的金属螺旋线圈会在所述半导体衬底上产生衬底涡流；如图2所示，是现有片上变压器产生衬底涡流效应的示意图，电感线圈电流会在衬底中形成磁场耦合引起的涡流以及电场耦合引出的位移电流。

为了更好的制作片上变压器，如果能够先得到一个片上变压器的准确模型，通过模型模拟出片上变压器的各种性质，从而能确定片上变压器在制作过程中的各种参数，相比于先制作出一个片上变压器的样品然后在测试该样品是否符合要求的方法，采用模型方法能够大大加快片上变压器的设计和制作速率，提高工作效率。因此建立一个片上变压器的准确模型成为片上变压器的设计过程中的一个关键。

如图3所示，是现有片上变压器的射频模型方法中模型等效电路图；该等效电路包括两部分，一部分为形成于衬底上的片上变压器本身的等效电路，另一部分为片上变压器在衬底中产生的衬底涡流部分的等效电路。

图1中的金属螺旋线圈一、金属螺旋线圈二、金属螺旋线圈三和金属螺旋线圈四中任意一个金属螺旋线圈段和半导体衬底之间在射频条件下工作时都设置有对应的电路结构即和衬底涡流效应有关的衬底部分的模型等效电路，任意一个金属螺旋线圈段所对应的电路结构都如图4所示，包括：介质层电容101、衬底电容102和衬底电阻103，介质层电容101为所对应的金属螺旋线圈段和衬底之间由介质层产生的电容，衬底电容102和衬底电阻103分别为对应的金属螺旋线圈段的衬底产生的电容和电阻。

图3中，所述第一差分电感121的第一端口121a、第二端口121b和第一中心抽头121c和所述第二差分电感122的第三端口122a、第四端口122b和第二中心抽头122c对应的等效电路的端口分别为端口104、106、105、107、109和108。端口104、106、105、107、109和108中的每一个端口和衬底之间都设置有如图4所示的结构，分别为介质层电容101a、101b、101c和101d，衬底电容102a、102b、102c和102d，衬底电阻103a、103b、103c和103d。

金属螺旋线圈一、金属螺旋线圈二、金属螺旋线圈三和金属螺旋线圈四的等效电路的电感分别为电感110a、110b、110c和110d。在金属螺旋线圈一、金属螺旋线圈二、金属螺旋线圈三和金属螺旋线圈四所对应的端口104、106、107、109的位置处都设置有由多级的第一电阻和第一电感的串联结构并联形成的结构，各并联结构对应的第一级的第一电阻和第一电感分别为电感111a、111b、111c和111d，电阻112a、112b、112c和112d。各并联结构在对应的端口之间还串联有第二电阻，各并联结构对应的第二电阻分别为电阻115a、115b、115c和115d。各端口处的并联结构和对应的第二电阻用于对所对应的金属螺旋线圈段的电感进行更精确的调整模拟。

在金属螺旋线圈一、金属螺旋线圈二、金属螺旋线圈三和金属螺旋线圈四所对应的端口104、106、107、109两两之间具有寄生电容，分别为电容113a、113b、113c、113d、113e和113f。

在金属螺旋线圈一、金属螺旋线圈二、金属螺旋线圈三和金属螺旋线圈四所对应的电感110a、110b、110c和110d两两之间具有互感，分别为互感114a、114b、114c、114d、114e和114f。