集成變壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓器，主要涉及一種集成變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓器(transformer)以及平衡/非平衡式變壓器(balun)為射頻集成電路中用來(lái)實(shí)現(xiàn)單端至差動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)耦合、阻抗匹配等功能的重要元件，隨著集成電路往片上系統(tǒng)(System on Chip, SoC)發(fā)展，集成變壓器(integrated transformer/balun)已逐漸取代傳統(tǒng)的分離式元件，而被廣泛地使用在射頻集成電路中。然而，集成電路中的被動(dòng)元件，例如電感及變壓器，往往會(huì)消耗大量的芯片面積，因此，如何將集成電路中被動(dòng)元件的數(shù)量簡(jiǎn)化以及將被動(dòng)元件的面積最小化，并同時(shí)最佳化元件特性，例如質(zhì)量因子(qualityfactor, Q)及稱合系數(shù)(coupling coefficient, K)等等，是一個(gè)重要的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種集成變壓器，其具有高的質(zhì)量因子及耦合系數(shù)，且可以使用較少的金屬層來(lái)實(shí)現(xiàn)，以降低芯片的制造成本并最佳化其元件特性。
[0004]依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，一種集成變壓器包含有一第一繞線、一第二繞線及多個(gè)橋接線，其中該第一繞線是由一第一金屬層所形成，且該第一繞線具有不相連的多個(gè)區(qū)段；該第二繞線是由一第二金屬層所形成，且該第二繞線具有不相連的多個(gè)區(qū)段；該多個(gè)橋接線是由一第三金屬層所形成，其中該多個(gè)橋接線中一部分的橋接線是分別用來(lái)連接該第一繞線的該多個(gè)區(qū)段，以使得該第一繞線的該多個(gè)區(qū)段形成一第一電感；以及該多個(gè)橋接線中另一部分的橋接線是分別用來(lái)連接該第二繞線的該多個(gè)區(qū)段，以使得該第二繞線的該多個(gè)區(qū)段形成一第二電感。
[0005]依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，一種集成變壓器包含有一第一繞線、一第二繞線及至少兩個(gè)第三繞線，其中該第一繞線是由一第一金屬層所形成、該第二繞線是由一第二金屬層所形成、且該兩個(gè)第三繞線由該第三金屬層所形成，其中該第三金屬層位于該第一金屬層與該第二金屬層之間。該兩個(gè)第三繞線之一電連接到該第一繞線，該兩個(gè)第三繞線之另一是電連接到該第二繞線，且該兩個(gè)第三繞線彼此電絕緣。
【附圖說明】
[0006]圖1A為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的集成變壓器的三個(gè)金屬層的圖案。
[0007]圖1B為圖1A所示的集成變壓器的上視圖及下視圖。
[0008]圖1C為圖1B的上視圖的X-X’剖面及Y-Y’剖面的側(cè)視圖。
[0009]圖1D為圖1A、1B中位于橋接線132附近的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2A為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的集成變壓器的三個(gè)金屬層的圖案。
[0011]圖2B為圖2A所示的集成變壓器的上視圖及下視圖。
[0012]圖3A為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的集成變壓器的三個(gè)金屬層的圖案。
[0013]圖3B為圖3A所示的集成變壓器的上視圖及下視圖。
[0014]圖4A、4B為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的集成變壓器的四個(gè)金屬層的圖案。
[0015]圖4C為圖4A、4B所示的集成變壓器的上視圖及下視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]請(qǐng)參考圖1A、圖1B及圖1C，其中圖1A為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的集成變壓器的三個(gè)金屬層的圖案，圖1B為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的集成變壓器的上視圖及下視圖，且圖1C為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的集成變壓器的側(cè)視圖。本實(shí)施方式的集成變壓器例如可應(yīng)用于射頻芯片中的變壓器(transformer)或是平衡/非平衡式變壓器(balun)。
[0017]關(guān)于本實(shí)施方式的集成變壓器，請(qǐng)先參考圖1A，集成變壓器主要由三個(gè)金屬層所構(gòu)成，其中示圖的第一金屬層的圖案為一第一繞線(primary winding),且包含了兩個(gè)輸入/輸出端口(port)lll及多個(gè)不相連的區(qū)段112、114、116、118，且每一個(gè)區(qū)段包含至少一個(gè)貫通孔(via hole) 119 ;示圖的第二金屬層的圖案為一第二繞線(secondary winding),且包含了兩個(gè)輸入/輸出端口(port) 121及多個(gè)不相連的區(qū)段122、124、126、128，且每一個(gè)區(qū)段包含至少一個(gè)貫通孔，例如示圖的貫通孔127、129 ;此外，示圖的第三金屬層的圖案包含多個(gè)橋接線(例如示圖的132、134)，以及多個(gè)第三繞線(例如示圖的136、138)。此外，在本實(shí)施方式中，第三金屬層是位于第一金屬層與第二金屬層之間。
[0018]接著，請(qǐng)同時(shí)參考圖1A及圖1B，在圖1B的上視圖中，第一繞線的各個(gè)區(qū)段112、114、116、118分別通過貫通孔電連接到使用第三金屬層制作的橋接線(例如示圖的橋接線132)，并通過這些橋接線與另一個(gè)區(qū)段電連接。舉例來(lái)說，示圖的區(qū)段112可通過橋接線132電連接到區(qū)段116。通過橋接線的連結(jié)，第一繞線的各個(gè)區(qū)段112、114、116、118會(huì)全部連接形成一第一電感(primary inductor)。
[0019]另外，在圖1B的下視圖中，第二繞線的各個(gè)區(qū)段122、124、126、128分別通過貫通孔電連接到使用第三金屬層制作的橋接線(例如示圖的橋接線134)，并通過這些橋接線與另一個(gè)區(qū)段電連接。舉例來(lái)說，示圖的區(qū)段122可通過橋接線134電連接到區(qū)段128。通過橋接線的連結(jié)，第二繞線的各個(gè)區(qū)段122、124、126、128會(huì)全部連接形成一第二電感(secondary inductor),其中該第二電感本身電絕緣于該第一電感。
[0020]需注意的是，在圖1B的上視圖中，考慮到附圖的簡(jiǎn)潔起見，只繪出了第一繞線及與第一繞線有直接相連接的第三金屬層，而并未繪出第二金屬層及所有的第三金屬層；基于同樣理由，在圖1B的下視圖中，也只繪出了第二繞線及與第二繞線有直接相連接的第三金屬層，而并未繪出第一金屬層及所有的第三金屬層。在本實(shí)施方式的集成變壓器中，除了橋接線或輸入/輸出端口等地方，圖1A中第一金屬層、第二金屬層及第三金屬層中每一圈的圖案是重疊的。
[0021]此外，圖1C為圖1B的上視圖的X-X’剖面及Y-Y’剖面的側(cè)視圖，如圖1C所示，第一金屬層110、第三金屬層130及第二金屬層120分別由介電層142、144、146與其他金屬層進(jìn)行絕緣。
[0022]如圖1A、圖1B及圖1C所示，由于本實(shí)施方式的集成變壓器的第一繞線以及與第二繞線所使用的橋接線是使用同一個(gè)金屬層(也即，第三金屬層130)來(lái)制作，因此，本實(shí)施方式的集成變壓器只需要三個(gè)金屬層便可制作完成，因此可以確實(shí)降低制作成本。
[0023]需注意的是，圖1A、圖1B及圖1C的線圈在俯視時(shí)實(shí)質(zhì)上為共中心且至少部份重疊的圖案形式。
[0024]雖然圖1A、1B、1C所示的集成變壓器只使用三個(gè)金屬層來(lái)實(shí)施，但本發(fā)明并不以此為限，在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，參考圖1C，第一金屬層110的上方可以另外設(shè)置多個(gè)與第一繞線的圖案類似的金屬繞線，其分別由另外的金屬層來(lái)實(shí)施，并彼此互相連接以形成一并聯(lián)結(jié)構(gòu)，以降低第一繞線的電阻值，并增加質(zhì)量因子(Q值)。另外，第二金屬層120的下方也可以另外設(shè)置多個(gè)與第二繞線的圖案類似的金屬繞線，其分別由另外的金屬層來(lái)實(shí)施，并彼此互相連接以形成一并聯(lián)結(jié)構(gòu)，以降低第一繞線的電阻值，并增加質(zhì)量因子(Q值)。只要第一金屬層110與第二金屬層120使用同一個(gè)金屬層(也即，第三金屬層130)來(lái)作為橋接之用，這些設(shè)計(jì)上的變化均應(yīng)隸屬于本發(fā)明的范圍。
[0025]另外，在圖1A所示的第三金屬層的圖案中，還包含了多個(gè)第三繞線(如示圖的136、138)，且每一個(gè)第三繞線的兩個(gè)端口分別通過貫通孔連接到該第二繞線的區(qū)段122、124、126、128。特別地，在圖1A所示的第三金屬層的圖案中，第三金屬層中除了多個(gè)橋接線(如132、134)的部分及必要的保留空間之外，其他位置均用來(lái)制作多個(gè)第三繞線，且這些第三繞線所形成的圖案實(shí)質(zhì)相同于該第二繞線所形成的圖案，也即在圖1A所示的第三金屬層除了多個(gè)橋接線的部分之外，其余的圖案均相同于第二金屬層的圖案。由于這些第三繞線所形成的圖案很類似該第二繞線所形成的圖案，且經(jīng)由多個(gè)貫通孔連接到該第二繞線，因此，可以將這些第三繞線視為與第二繞線并聯(lián)，進(jìn)一步降低了電阻值，并增加了質(zhì)量因子(Q 值)。
[0026]如上所述，本實(shí)施方式中的第三金屬層除了作為橋接線以連接第一繞線的不同區(qū)段，以及連接第二繞線的不同區(qū)段之外，還可以將剩余的空間用來(lái)制作圖案以與第二繞線并聯(lián)，因此，可以充分地利用第三金屬層，確實(shí)降低制作成本及增進(jìn)元件質(zhì)量特性。
[0027]需注意的是，圖1A、圖1B及圖1C所示的集成變壓器僅為一實(shí)例說明，而非是本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，圖1A所示的第三金屬層可以只具有橋接線(如示圖的132、134)，而不需要有任何的第三繞線(如示圖的136、138)，也即圖1A中的第三繞線(如示圖的136、138)可以自示圖中移除而不會(huì)影響到集成變壓器的實(shí)質(zhì)操作，此設(shè)計(jì)上的變化應(yīng)隸屬于本發(fā)明的范圍。
[0028]另外，請(qǐng)參考圖1D，圖1D為圖1A、1B中位于橋接線132附近的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)同時(shí)參考圖1A、1B，在圖1D中，第一繞線中的區(qū)段112是通過貫通孔電連接到橋接線132，而第二繞線中的區(qū)段122是通過貫通孔電連接到第三繞線136 (或138)，因此，此結(jié)構(gòu)會(huì)增加第一繞線與第