[發明專利]一種金屬線圈及電流檢測結構

無效

• 申請號: 201110418914.6
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103165580A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 駱川;周平
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;G01R19/00
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路中的電流檢測結構。

背景技術

霍爾盤(Hall?plate)是一種集成在半導體芯片內部的霍爾傳感器，用來檢測磁信號并輸出與之成線性關系的電信號。

現有的一種電流檢測結構是在霍爾盤芯片外纏繞一圈或多圈的金屬線圈，當電流流經該金屬線圈時，所產生的磁場被霍爾盤芯片檢測到，并輸出與該磁場信號成線性關系的電信號。通過分析霍爾盤輸出的電信號，即可得到流經該金屬線圈的電流大小。

這種電流檢測結構中，產生磁場的金屬線圈纏繞在霍爾盤芯片外，與檢測磁場的霍爾盤芯片是分離開的，兩者之間的距離很難控制得完全一致，使得電流檢測的誤差較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種金屬線圈，其可以制造于半導體芯片內部，從而可實現與霍爾盤芯片相集成。集成有金屬線圈與霍爾盤的芯片作為一種電流檢測電路，可實現對電流的精確檢測。

為解決上述技術問題，本發明金屬線圈制作于半導體材料上，所述半導體材料上具有一層或多層金屬層，所述金屬線圈的每一匝分別位于半導體材料上的一層金屬層中，相鄰的匝之間通過接觸孔電極相連接。

與之相對應的一種電流檢測結構為：在半導體材料之上具有一層或多層金屬層，金屬線圈的每一匝分別位于半導體材料上的每一層金屬層中；金屬線圈的相鄰的匝之間通過接觸孔電極相連接；在所述金屬線圈正下方的半導體材料中具有一個p阱或n阱作為霍爾盤。

所述電流檢測結構的原理為：流過金屬線圈的電流會產生一個磁場，霍爾盤感應到該磁場并產生電信號，該電信號與金屬線圈中的電流成線性關系。

本發明金屬線圈直接制造在半導體材料上，因而可與霍爾盤集成在同一個半導體芯片中，這樣便能對電流大小進行較精確的測量。

附圖說明

圖1是本發明金屬線圈的俯視示意圖；

圖2a～圖2d分別是本發明金屬線圈的各層俯視示意圖；

圖3a是本發明電流檢測結構的俯視示意圖；

圖3b是圖3a的剖視示意圖；

圖4是本發明電流檢測結構的另一實施例。

圖中附圖標記說明：

L1為金屬線圈；L11、L12、L13、L14分別為金屬線圈的各匝；01、12、23、34為接觸孔電極；H1為霍爾盤；M1為調制器、CPA1為第一運算放大器、M2為調制器、LF1為低通濾波器；CPA2為第二運算放大器。

具體實施方式

請參閱圖1，這是本發明金屬線圈的俯視示意圖。該金屬線圈L1從俯視角度觀察呈現為環狀。優選地，該金屬線圈L1從俯視角度看呈現為圓形或正多邊形，例如為正八邊形等。

傳統的金屬線圈是用金屬細線纏繞形成，本發明則將金屬線圈L1制作于半導體材料上，例如為硅襯底。本領域一般技術人員均知，在半導體材料上具有一層或多層金屬層，相鄰的兩層金屬層之間有層間介質(ILD)相隔離。相鄰的兩層金屬層之間如需連線，則通過接觸孔電極來實現，最常見的接觸孔電極為鎢塞。本發明所述的金屬線圈L1包括一匝或多匝，每一匝金屬線圈在俯視角度觀察是完全重合的。根據目前半導體集成電路制造工藝，可以為1～9匝，最為常見的是2～5匝。金屬線圈L1的每一匝分別位于半導體材料上的每一層金屬層中，且大致呈環形。金屬線圈L1的相鄰的匝之間通過接觸孔電極相連接。

圖2a～圖2d展示了一個具有4匝的金屬線圈L1從上往下每一匝的示意圖。

請參閱圖2a，這是金屬線圈L1從上往下的第一匝L11，制造在從上往下的第一層金屬層中。該第一匝L11大致成具有一個小缺口的環狀。在該小缺口的兩端分別具有一個接觸孔電極01、12。

接觸孔電極01用來將從上往下的第一層金屬引出，更具體來說是用來將金屬線圈L1的第一匝L11對外引出?？商鎿Q地，也可采用同層金屬布線、上層金屬布線、下層金屬布線與接觸孔電極的任意組合將金屬線圈L1的第一匝L11對外引出。

請參閱圖2b，這是金屬線圈L1從上往下的第二匝L12，制造在從上往下的第二層金屬層中。該第二匝L12大致成具有一個小缺口的環狀。在該小缺口的兩端分別具有一個接觸孔電極12、23。

接觸孔電極12用來連接從上往下的第一層和第二層金屬，更具體來說是用來連接金屬線圈L1從上往下的第一匝L11和第二匝L12。

請參閱圖2c，這是金屬線圈L1從上往下的第三匝L13，制造在從上往下的第三層金屬層中。該第三匝L13大致成具有一個小缺口的環狀。在該小缺口的兩端分別具有一個接觸孔電極23、34。