一種新型的分形PGS結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種新型的分形PGS結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的片上螺旋電感、變壓器由于產(chǎn)生交變的電磁場，會(huì)在襯底引起感應(yīng)電流，產(chǎn)生能量損耗，降低了電感值和Q值。本實(shí)用新型專利技術(shù)的PGS位于線圈繞成的電感/變壓器的中心部分，采用底層薄的金屬層，通過分形理論的自相似和迭代原理在H形的基本單元和十字形的基本單元的基礎(chǔ)上，構(gòu)造一階、二階、三階、甚至更高階的圖案接地屏蔽層。本實(shí)用新型專利技術(shù)有效的屏蔽掉滲透到襯底的電磁場，降低可在襯底和襯底表面區(qū)域產(chǎn)生的感應(yīng)電流，達(dá)到降低襯底能量損耗和提高了電感值和品質(zhì)因數(shù)的作用。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于集成電路
，具體涉及一種新型的應(yīng)用分形理論的PGS(Patterned Ground Shield)結(jié)構(gòu)，而此分形PGS結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于無源器件電感/變壓器坐寸ο
技術(shù)介紹
隨著CMOS射頻集成電路的快速發(fā)展，高性能/低功耗/集成度的要求越來越高。而單元電路如低噪聲放大器、壓控振蕩器、混頻器、中頻濾波器，功率放大器等是整個(gè)電路成功的基礎(chǔ)，在這其中片上電感/變壓器又是必不可少的元件，因此，其設(shè)計(jì)和優(yōu)化已成為整個(gè)電路成功設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。評價(jià)電感/變壓器性能的一個(gè)重要指標(biāo)是品質(zhì)因數(shù)Q，它定義為電感在一個(gè)周期內(nèi)存儲的能量和損耗能量的比值，電感的Q值越大，表示該電感的質(zhì)量越好。在片電感/變壓器一般通過金屬薄膜在硅襯底上繞制而成，因此它們是一個(gè)比較開放性的結(jié)構(gòu)，其工作時(shí)候的電場和磁場會(huì)滲透到整個(gè)襯底之中，從而在襯底中以及襯底表面的區(qū)域產(chǎn)生反方向的感應(yīng)電流，會(huì)反作用于金屬線圈，會(huì)相對降低電感線圈的L值，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致額外的襯底能量損耗，降低了電感/變壓器Q值。如果能夠有效的減小參透到襯底的電磁場，對于減小損耗，提高電感/變壓器線圈的L值和Q值以及減小變壓器的插入損耗IL，是有很大影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
由上述可知，本技術(shù)要解決的問題是，利用線圈和襯底之間的薄的金屬層制造一接地屏蔽層，有效的屏蔽掉滲透到襯底的電磁場，從而減小在襯底中以及襯底表面區(qū)域產(chǎn)生的感應(yīng)電流，達(dá)到降低襯底能量損耗和提高線圈的品質(zhì)因數(shù)的作用。為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的技術(shù)方案如下—種新型的分形PGS結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于片上螺旋電感或變壓器，該分形PGS結(jié)構(gòu)位于線圈繞成的電感或變壓器的中心部分，采用底層的薄金屬層，利用分形理論在基本圖形單元的基礎(chǔ)上，構(gòu)造多階的圖案接地屏蔽層。所采用的薄金屬層，可以是單層的，也可以是幾層金屬并聯(lián)使用。所述的基本圖形單元共有兩種，分別是H形和十字形，這兩種形狀都是由相互垂直的金屬條和平行的金屬條合并為一體構(gòu)成。本技術(shù)的有益效果一方面該技術(shù)基于原有的制作工藝，沒有增加任何的工藝步驟，比較容易實(shí)現(xiàn)，也不會(huì)增加花費(fèi)。另一方面該分形PGS結(jié)構(gòu)，能夠有效的屏蔽掉線圈滲透到襯底的電磁場，這樣降低可在襯底和襯底表面區(qū)域產(chǎn)生的感應(yīng)電流，既可以達(dá)到降低襯底能量損耗和提高品質(zhì)因數(shù)的作用，又可以使得工作頻率提高，并可增加慢波因子，使得波走的比較慢，縮小電路布局所需要的面積。附圖說明圖I為本技術(shù)的一階H形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖2為本技術(shù)的二階H形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖3為本技術(shù)的三階H形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖4為本技術(shù)的一階的十字形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖5為本技術(shù)的二階的十字形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖6為本技術(shù)的三階的十字形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖7為本技術(shù)采用多層金屬的H形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖8為本技術(shù)采用多層金屬的十字形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖9為圖4的不意圖應(yīng)用于Iv對稱電感的L值與頻率的關(guān)系圖。圖10為圖4的不意圖應(yīng)用于Iv對稱電感的Q值與頻率的關(guān)系圖。圖11為圖I的不意圖應(yīng)用于一個(gè)對稱電感的L值與頻率的關(guān)系圖。圖12為圖I的不意圖應(yīng)用于Iv對稱電感的Q值與頻率的關(guān)系圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本技術(shù)作進(jìn)一步描述。圖I為本技術(shù)的一階H形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電感的一個(gè)實(shí)施例的平面示意圖，如圖所示，電感線11是由位于半導(dǎo)體襯底10 (例如硅襯底)的頂層金屬繞制而成，電感線12a和12b由半導(dǎo)體襯底10的次頂層金屬繞制而成，電感線11和12由空氣隔離開，S為金屬線圈間的間距。在電感的中心部分就是利用底層金屬層制成的H形的一階PGS基本單元13。基本單元13的構(gòu)造細(xì)節(jié)首先選定一個(gè)中心點(diǎn)，構(gòu)造H圖形最中間的長為L、寬為W的橫向金屬條，起始點(diǎn)為-L/2、-W/2，終點(diǎn)為L/2、W/2，確保L、W變化時(shí)，圖形始終位于中心；其次構(gòu)造垂直于中間金屬條的兩側(cè)的豎直的長L的兩個(gè)金屬條；然后構(gòu)造垂直于兩條豎直金屬條的長為L/2的四個(gè)金屬條；令所有金屬條寬度W相等，最后把所有的金屬條合并為一體，一階的H形分形PGS基本圖形單元13完成，接地部分由兩側(cè)的豎直金屬條的中間部分引出連接到地(圖中虛線部分)。二階H形PGS結(jié)構(gòu)圖2就是利用分形理論的自相似及疊代原理在一階H形PGS結(jié)構(gòu)圖I的基礎(chǔ)上，疊加四個(gè)主長度為原來1/2、次長度為原來1/4、寬度不變的H圖形13a。三階H形PGS結(jié)構(gòu)圖3就是利用分形理論的自相似及疊代原理在二階H形PGS結(jié)構(gòu)圖2的基礎(chǔ)上，疊加十六個(gè)主長度為原來1/4、次長度為原來1/8、寬度不變的H圖形13b。其實(shí)按照原理是可以無限迭代的，但是由于工藝等原因，只能用有限次迭代的準(zhǔn)分形PGS結(jié)構(gòu)，觀察其對電感、變壓器性能的影響。在上述的實(shí)施例中，電感的內(nèi)徑ID的取值范圍為40μπι 120 μ m，電感線的線寬取值范圍為2 μ m 10 μ m，間距S取值為2 μ m。且電感的類型不只限于例子，也可以是非對稱電感以及電感的形狀也不只限于例子，也可以是六邊形、八邊形、圓形等常用形狀。H形的基本單元的金屬條的長度L取值為10 μ m 70 μ m，寬度W取值范圍為O. 12 μ m 2 μ m。圖4為本技術(shù)的一階的十字形分形接地屏蔽(PGS)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電感的一個(gè)實(shí)施例的平面示意圖。和圖的區(qū)別就是中心部分的PGS為十字形的基本單元13.基本單元13的構(gòu)造細(xì)節(jié)首先選定一個(gè)中心點(diǎn)，構(gòu)造兩個(gè)相互垂直的長LI、寬Wl的金屬條，起始點(diǎn)為-Ll/2、-Wl/2，終點(diǎn)為Ll/2、Wl/2，確保L1、W1變化時(shí)，圖形始終位于中心；然后把兩個(gè)金屬條合并為一體，一階的十字形PGS基本圖形單元14完成，接地部分由十字形的四個(gè)頂點(diǎn)部分引出連接到地(圖中虛線部分)。二階的十字形PGS結(jié)構(gòu)圖5就是在一階的十字形PGS結(jié)構(gòu)圖4的基礎(chǔ)上，在主長度1/4處疊加四個(gè)長度為L1/2減去一個(gè)間距a，寬度為W1/2的垂直金屬條14a。三階的十字形PGS結(jié)構(gòu)圖6就是在二階的十字形PGS結(jié)構(gòu)圖5的基礎(chǔ)上，在主長度的1/8處和3/8處疊加八個(gè)長度為L1/4減去3/2倍的間距a，寬度為W1/4的垂直金屬條13b，在14a上次主長度的1/8處疊加八個(gè)長度為L1/4減去3/2倍的間距a，寬度為W1/4的垂直金屬條14b。同樣的其按照原理是可以無限迭代的，但是由于工藝等原因，只能用有限次迭代的準(zhǔn)分形PGS結(jié)構(gòu)，觀察其對電感、變壓器性能的影響。 在上述的實(shí)施例中，電感的內(nèi)徑ID的取值范圍為40μπι 120μπι，電感線的線寬取值范圍為2 μ m 10 μ m，間距S取值為2 μ m。且電感的類型不只限于例子，也可以是非對稱電感以及電感的形狀也不只限于例子，也可以是六邊形、八邊形、圓形等常用形狀。十字形的基本單元的金屬條的長度LI取值為40 μ m 120 μ m,寬度Wl取值范圍為O. 12 μ m 4 μ m0圖7為本技術(shù)的一個(gè)一階的H形PGS結(jié)構(gòu)采用多層金屬制造的橫截面示意圖。如圖所示，基本單元13采用底部的四個(gè)金屬層M1、M2、M3、M4通過通孔并聯(lián)形成一個(gè)厚金屬層制本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型的分形PGS結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于片上螺旋電感或變壓器，其特征在于：該分形PGS結(jié)構(gòu)位于線圈繞成的電感或變壓器的中心部分，采用底層的薄金屬層，利用分形理論在基本圖形單元的基礎(chǔ)上，構(gòu)造多階的圖案接地屏蔽層。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉軍，趙倩，
申請(專利權(quán))人：杭州電子科技大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國別省市：