[实用新型]一种半导体集成电感

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电感，具体涉及一种基于晶圆通孔及倒扣封装技术的立体螺旋半导体集成电感。

背景技术

电感是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。在集成电路中，尤其是模拟和射频集成电路中，电感是经常使用的无源器件之一，通常用于作为阻抗匹配元件、谐振电路元件、滤波器组成部件、扼流元件等。评价电感性能最重要的指标之一为品质因子Q值，Q值表示为一个储能元件（如电感、电容等）在同一信号周期内所储存能量与所消耗能量之比。高Q值电感意味着电感拥有较低的能量损耗，可以提升集成电路的性能，因此，高性能模拟和射频集成电路都要求其使用的电感具有高Q值。

目前，模拟和射频集成电路大多数采用如图1、2所示的平面螺旋结构的集成电感。如图1所示，平面螺旋电感100由第一金属层上金属走线102、第二金属层上金属走线101以及连接第一金属层和第二金属层的第一通孔103构成；金属走线101的首端及金属走线102的末端分别构成电感100的两个端口；通孔103连接金属走线101的末端及金属走线102的首端。可以看到，金属走线102、金属走线101、通孔103共同构成的电感100是平面螺旋结构。如图2所示为电感100沿着图1中A-B切线方向的侧向剖面示意图，集成电路所使用的衬底108，根据选用的半导体工艺的不同，衬底108可以是Si、GaAs、InP等材料，金属走线102制作于衬底108的上表面，并被第一介质层104覆盖包围，金属走线101制作于第一介质层104的上表面，并被第二介质层105覆盖包围，金属走线101的末端及金属走线102的首端由贯穿第一介质层104的通孔103连接。

如图1、2所示的这种集成电感制作在与衬底平面平行的平面上，在射频工作条件下，衬底中会感应形成涡旋电流（EddyCurrent），涡旋电流的方向与电感线圈中的电流方向相反，这必然导致电感线圈的磁通量减少，额外的能量损失较大从而使得整个电感的Q值较低。根据现有常用半导体技术水平，平面螺旋电感中金属走线的宽度通常为5um到40um，金属走线之间的间距通常为5um到20um，一个常用电感值（如10nH电感）的平面螺旋电感在芯片上所占面积的单边长度通常为100um到400um；可见平面螺旋电感占据了大量的芯片面积，其成本较高。

目前，以减少衬底的损耗入手来解决衬底中涡旋电流的问题主要有以下两种方案：

1、在平面螺旋电感下方设置由额外金属层构成的屏蔽层或者采用复杂的悬空式平面螺旋电感来减小衬底中的涡旋电流以提高电感的Q值。但是受到平面螺旋电感工作原理的限制无法从根本上解决问题，无法提高电感磁通量以增加电感值的同时降低涡旋电流并提高Q值。

2、通过多层金属走线串联的方式提高平面螺旋电感的电感值密度以降低平面螺旋电感占用的芯片面积，但是通常会使得电感的Q值降低。

因此，现有技术手段无法有效提高电感Q值，同时降低集成电感的成本。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型目的是：提供一种半导体集成电感，基于晶圆通孔（TSV，Through-SiliconVia）及倒扣封装技术（FC，Flip-Chip）的立体螺旋电感，可以有效降低衬底中的涡旋电流并具有低直流损耗从而具有很高的电感Q值，并且相比平面螺旋电感大幅提升了电感密度从而降低了制造成本。

本实用新型的技术方案是：

一种半导体集成电感，包括衬底、第一金属走线和第二金属走线，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第一表面平行设置有至少两条第一金属走线，所述第二表面平行设置有至少一条第二金属走线，所述第一金属走线和第二金属走线包括首端和末端，所述第一金属走线的第一条的首端为电感的第一端口，所述第一金属走线的最后一条的末端为电感的第二端口，所述衬底设置有贯穿第一表面和第二表面的晶圆通孔，所述晶圆通孔内填充有导电金属材料，所述第一金属走线的第n条的末端通过晶圆通孔连接第二金属走线的第n条的首端，第二金属走线的第n条的末端通过晶圆通孔连接第一金属走线的第n+1条的首端。

优选的，所述衬底为高阻衬底，可以为高阻Si衬底、GaAs衬底、InP衬底、高阻SOI衬底、玻璃衬底或者陶瓷衬底。

优选的，所述第一金属走线和第二金属走线的宽度为5um-50um，厚度为0.1um-20um，所述第一金属走线的间距和第二金属走线的间距为1um-20um。