專利名稱：新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，有關(guān)將CMOSエ藝在射頻技術(shù)中應(yīng)用的可能性研究大量增多，尤其是深亞微米的CMOS技術(shù)在IOGHz以下的某些領(lǐng)域已經(jīng)能同傳統(tǒng)的GaAs微器件一爭高下，這無疑推動(dòng)了 CMOS電路的發(fā)展。利用CMOS標(biāo)準(zhǔn)エ藝實(shí)現(xiàn)在一塊芯片上的數(shù)字、模擬及部分射頻部分的集成，不僅可以大大降低制造成本，而且可以實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。這也迎合了全球通訊市場的迅猛發(fā)展中，無線通信系統(tǒng)對減小芯片尺寸，降低制作成本以及縮短研發(fā)周期的要求。故而，近年來應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的微波單片集成電路得到了空前的高速發(fā)展，而變壓器作為RFIC與MMIC中極為重要的無源器件，通常被應(yīng)用與低噪聲放大器、壓控振蕩器、雙平衡混頻器、功率放大器等電路中，以此來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、差分與單端信號(hào)轉(zhuǎn)換，交流耦合及増加帶寬等。與數(shù)字集成電路和低頻電路不同，射頻集成電路廣泛使用無源元件。由于受到エ藝的限制，集成無源元件的性能遠(yuǎn)低于分立元件，而且對射頻集成電路來說，電路性能在很大程度上受限于無源元件。因此，在エ藝允許的情況下，通過尺寸或者版圖設(shè)計(jì)盡可能提高集成無源元件的性能，對于射頻集成電路來說具有特別重要的意義。特別是隨著近幾十年來，數(shù)字集成電路的工作電壓根據(jù)Moore定律不斷下降，限制了模擬以及射頻電路的工作電壓。也有人使用多工作電壓系統(tǒng)來緩解這ー問題，不過這會(huì)増加電路的功耗及復(fù)雜程度。因此，為了適應(yīng)現(xiàn)今的低電壓工作環(huán)境，基于繞線間磁場耦合工作的片上變壓器在片上系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色，而其在射頻前端電路中的作用更是不可替代。片上變壓器應(yīng)用能提高射頻電路的緊湊性并實(shí)現(xiàn)電路高性能。變壓器能有效地實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、穩(wěn)定性、直流偏置。不同于傳統(tǒng)的單端結(jié)構(gòu)的射頻電路，差分結(jié)構(gòu)的電路能很好地利用片上變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)比相同面積下的單端結(jié)構(gòu)高出3dB的輸出功率。變壓器因于其自身電阻、耦合系數(shù)以及內(nèi)在的阻抗，基本上不需要額外的結(jié)構(gòu)就能提高穩(wěn)定性。變壓器來進(jìn)行匹配能簡化電路結(jié)構(gòu)，直接可以通過變壓器直接進(jìn)行偏置和匹配，不需額外的扼流電感。不過，隨著射頻通信頻率的不斷提高，片上變壓器的導(dǎo)電硅基襯底將會(huì)引入越來越多的寄生耦合現(xiàn)象。采用標(biāo)準(zhǔn)CMOSエ藝實(shí)現(xiàn)的片上變壓器的品質(zhì)因子都較低，一般在10以下。這是由于片上器件存在的各種非理想因素引起的，這包括微帶線有限的電導(dǎo)率引起的損耗，高頻時(shí)由于趨膚效應(yīng)和其他的磁場效應(yīng)而使得這種損耗更加嚴(yán)重；高頻時(shí)非絕緣的襯底和微帶線之間的電磁場相互作用而引起的損耗；金屬層和襯底之間存在的寄生電容以及金屬線之間的邊緣電容。類似于片上電感，為了減少襯底的影響可以加大變壓器與襯底之間的氧化層的厚度、采用輕摻雜襯底或者使用絕緣襯底(S0Iエ藝或者単獨(dú)將變壓器下的襯底掏空并填充絕緣材料)。這些エ藝都與標(biāo)準(zhǔn)CMOSエ藝不兼容，會(huì)使得成本增加。更好的辦法是在標(biāo)準(zhǔn)CMOSエ藝的支持下，通過對片上變壓器進(jìn)行優(yōu)化來提高性能，在變壓器下使用最底層金屬接地隔離層來將變壓器和襯底隔離，減小襯底損耗。
發(fā)明內(nèi)容為了克服襯底效應(yīng)對片上變壓器的影響，本實(shí)用新型的目的是提供ー種新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)，包括片上變壓器，在片上變壓器的正下方設(shè)置有多層襯底屏蔽層；所述的襯底屏蔽層由矩形金屬條和多根形狀相同的金屬柵條組成，所述的金屬柵條與矩形金屬條垂直設(shè)置，金屬柵條之間等間距平行設(shè)置。作為優(yōu)選，所述的襯底屏蔽層為ー層。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更好的襯底隔離，減小襯底損耗，并且通過多個(gè)襯底屏蔽層能實(shí)現(xiàn)電容功能。

圖I是本實(shí)用新型的新型襯底屏蔽層示意圖。圖2是本實(shí)用新型利用第一層金屬(Ml)作為屏蔽層的片上變壓器立體示意圖。圖3是本實(shí)用新型利用第一層金屬(Ml)及第ニ層金屬(M2)作為屏蔽層實(shí)現(xiàn)電容功能的截面示意圖。圖4是本實(shí)用新型利用第一層金屬(Ml)、第二層金屬(M2)及第三層金屬(M3)作為屏蔽層實(shí)現(xiàn)電容功能的截面示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的新型襯底屏蔽層可以是多層，作為優(yōu)選，所述的襯底屏蔽層為ー層。如圖I、圖2所示，本實(shí)用新型包括片上變壓器，在片上變壓器的正下方設(shè)置有ー層襯底屏蔽層；所述的襯底屏蔽層由矩形金屬條和多根形狀相同的金屬柵條組成，所述的金屬柵條與矩形金屬條垂直設(shè)置，金屬柵條之間等間距平行設(shè)置。本實(shí)用新型能有效地實(shí)現(xiàn)片上變壓器和襯底的隔離，使得片上變壓器磁場與襯底之間實(shí)現(xiàn)隔斷，避免隔離層中出現(xiàn)渦流損耗，使得襯底損耗減小，同時(shí)也減小了對相鄰器件的信號(hào)串?dāng)_。圖2是本實(shí)用新型利用第一層金屬(Ml)作為屏蔽層的片上電感立體示意圖。射射頻信號(hào)從變壓器初級(jí)線圈的端ロ I (Portl)、端ロ 3 (Port3)，通過磁場耦合后從次級(jí)線圈的端ロ 2 (Port2)、端ロ 4 (Port4)出來。通過屏蔽層(如第一層金屬M(fèi)l)實(shí)現(xiàn)變壓器和襯底的隔離，可以避免隔離層中出現(xiàn)渦流損耗，減小襯底損耗。本實(shí)用新型能通過多個(gè)襯底屏蔽層來實(shí)現(xiàn)電容功能，圖3為本實(shí)用新型利用第一層金屬(Ml)及第ニ層金屬(M2)作為屏蔽層來實(shí)現(xiàn)電容功能的截面示意圖。具體實(shí)現(xiàn)方式為屏蔽層2 (用第二層金屬M(fèi)2實(shí)現(xiàn))通過連線連接到電源端，屏蔽層I (用第一層金屬M(fèi)l實(shí)現(xiàn))通過連線接地。這樣就可以形成第二層金屬(M2)與襯底之間的電容Cl、第一層金屬(Ml)與第二層金屬(M2)之間的電容C2，得到總的電容C為電容Cl與電容C2的并聯(lián)。若圖3所示的兩層襯底屏蔽層所得到的電容值不夠大，則可以用更多層金屬實(shí)現(xiàn)屏蔽層，比如圖4所示為本實(shí)用新型利用第一層金屬(Ml)、第二層金屬(M2)、第三層金屬(M3)作為屏蔽層實(shí)現(xiàn)電容功能。具體的實(shí)現(xiàn)方式為屏蔽層2 (第二層金屬M(fèi)2)通過連線連接到電源端，屏蔽層I (第一層金屬M(fèi)l)與屏蔽層3 (第三層金屬M(fèi)3)分別接地。這樣就可以得 到第二層金屬(M2)與襯底之間的電容Cl、第一層金屬(Ml)與第二層金屬(M2)之間的電容C2、第三層金屬(M3)與第二層金屬(M2)之間的電容C2，得到總的電容C為電容Cl與電容C2的并聯(lián)。
權(quán)利要求1.新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)，其特征在于包括片上變壓器，在片上變壓器的正下方設(shè)置有多層襯底屏蔽層；所述的襯底屏蔽層由矩形金屬條和多根形狀相同的金屬柵條組成，所述的金屬柵條與矩形金屬條垂直設(shè)置，金屬柵條之間等間距平行設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的片上變壓器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的襯底屏蔽層為一層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型包括片上變壓器，在片上變壓器的正下方設(shè)置有多層襯底屏蔽層；所述的襯底屏蔽層由矩形金屬條和多根形狀相同的金屬柵條組成，所述的金屬柵條與矩形金屬條垂直設(shè)置，金屬柵條之間等間距平行設(shè)置。本實(shí)用新型的新型襯底屏蔽層的片上變壓器結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更好的襯底隔離，減小襯底損耗，并且通過多個(gè)襯底屏蔽層能實(shí)現(xiàn)電容功能。
文檔編號(hào)H01F30/06GK202373582SQ20112055161
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者孫玲玲, 文進(jìn)才, 章南, 蘇國東 申請人:杭州電子科技大學(xué)