[發明專利]片上變壓器的襯底渦流的射頻模型方法

有效

• 申請號: 201210385566.1
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103730335A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 黃景豐
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01F41/00;H01F41/04
• 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

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種片上變壓器的襯底渦流的射頻模型方法。

背景技術

如圖1A-圖1C所示，是現有片上變壓器的結構示意圖；如圖1A所示，片上變壓器120由第一差分電感121和第二差分電感122嵌套而成。所述第一差分電感122和所述第二差分電感122都形成于半導體襯底如硅襯底上、且所述第一差分電感121和所述第二差分電感122都和所述半導體襯底隔離有介質層如氧化硅。

如圖1B所示，所述第一差分電感121包括第一端口121a、第二端口121b和第一中心抽頭121c，所述第一端口121a和所述第一中心抽頭121c之間的金屬螺旋線圈一和所述第二端口121b和所述第一中心抽頭121c之間的金屬螺旋線圈二為對稱結構。

如圖1C所示，所述第二差分電感122包括第三端口122a、第四端口122b和第二中心抽頭122c，所述第三端口122a和所述第二中心抽頭122c之間的金屬螺旋線圈三和所述第四端口122b和第二中心抽頭122c之間的金屬螺旋線圈四為對稱結構。

片上變壓器的金屬螺旋線圈會在所述半導體襯底上產生襯底渦流；如圖2所示，是現有片上變壓器產生襯底渦流效應的示意圖，電感線圈電流會在襯底中形成磁場耦合引起的渦流以及電場耦合引出的位移電流。

為了更好的制作片上變壓器，如果能夠先得到一個片上變壓器的準確模型，通過模型模擬出片上變壓器的各種性質，從而能確定片上變壓器在制作過程中的各種參數，相比于先制作出一個片上變壓器的樣品然后在測試該樣品是否符合要求的方法，采用模型方法能夠大大加快片上變壓器的設計和制作速率，提高工作效率。因此建立一個片上變壓器的準確模型成為片上變壓器的設計過程中的一個關鍵。

如圖3所示，是現有片上變壓器的射頻模型方法中模型等效電路圖；該等效電路包括兩部分，一部分為形成于襯底上的片上變壓器本身的等效電路，另一部分為片上變壓器在襯底中產生的襯底渦流部分的等效電路。

圖1中的金屬螺旋線圈一、金屬螺旋線圈二、金屬螺旋線圈三和金屬螺旋線圈四中任意一個金屬螺旋線圈段和半導體襯底之間在射頻條件下工作時都設置有對應的電路結構即和襯底渦流效應有關的襯底部分的模型等效電路，任意一個金屬螺旋線圈段所對應的電路結構都如圖4所示，包括：介質層電容101、襯底電容102和襯底電阻103，介質層電容101為所對應的金屬螺旋線圈段和襯底之間由介質層產生的電容，襯底電容102和襯底電阻103分別為對應的金屬螺旋線圈段的襯底產生的電容和電阻。

圖3中，所述第一差分電感121的第一端口121a、第二端口121b和第一中心抽頭121c和所述第二差分電感122的第三端口122a、第四端口122b和第二中心抽頭122c對應的等效電路的端口分別為端口104、106、105、107、109和108。端口104、106、105、107、109和108中的每一個端口和襯底之間都設置有如圖4所示的結構，分別為介質層電容101a、101b、101c和101d，襯底電容102a、102b、102c和102d，襯底電阻103a、103b、103c和103d。

金屬螺旋線圈一、金屬螺旋線圈二、金屬螺旋線圈三和金屬螺旋線圈四的等效電路的電感分別為電感110a、110b、110c和110d。在金屬螺旋線圈一、金屬螺旋線圈二、金屬螺旋線圈三和金屬螺旋線圈四所對應的端口104、106、107、109的位置處都設置有由多級的第一電阻和第一電感的串聯結構并聯形成的結構，各并聯結構對應的第一級的第一電阻和第一電感分別為電感111a、111b、111c和111d，電阻112a、112b、112c和112d。各并聯結構在對應的端口之間還串聯有第二電阻，各并聯結構對應的第二電阻分別為電阻115a、115b、115c和115d。各端口處的并聯結構和對應的第二電阻用于對所對應的金屬螺旋線圈段的電感進行更精確的調整模擬。

在金屬螺旋線圈一、金屬螺旋線圈二、金屬螺旋線圈三和金屬螺旋線圈四所對應的端口104、106、107、109兩兩之間具有寄生電容，分別為電容113a、113b、113c、113d、113e和113f。

在金屬螺旋線圈一、金屬螺旋線圈二、金屬螺旋線圈三和金屬螺旋線圈四所對應的電感110a、110b、110c和110d兩兩之間具有互感，分別為互感114a、114b、114c、114d、114e和114f。