CN111863779B - 集成变压器及集成电感的交叉结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了集成变压器或集成电感的交叉结构，可以应用于各种集成变压器或集成电感，使集成变压器或集成电感的设计更具弹性，以满足各种集成变压器或集成电感对耦合系数及/或品质因数的需求。本发明的交叉结构包含制作于半导体结构的第一金属层的多个线段，以及制作于半导体结构的第二金属层的多个线段，第一金属层不等于第二金属层。

Description

集成变压器及集成电感的交叉结构

技术领域

本发明涉及集成变压器及集成电感，尤其涉及集成变压器及集成电感的交叉结构。

背景技术

变压器为射频集成电路中用来实现单端至差分信号转换、信号耦合、阻抗匹配等功能的重要元件，随着集成电路往系统单芯片(System on Chip，SoC)发展，集成变压器(integrated transformer)及/或集成电感(integrated inductor)已逐渐取代传统的分离式元件，而被广泛地使用在射频集成电路中。然而，集成电路中的变压器及电感，往往会占用大量的芯片面积，因此，如何缩小集成电路中的变压器及电感的面积，并同时维持元件的特性(例如耦合系数(coupling coefficient，K)或品质因数(quality factor，Q))，成为一个重要的课题。

特别是，交叉(crossing)结构对集成变压器及集成电感的绕线或布局以及对于品质因数及对称性扮演关键的角色。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的一目的在于提供一种集成变压器及集成电感的交叉结构。

本发明公开一种应用于集成变压器的交叉结构，包含第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段及第七线段。第一线段、第二线段、第三线段、第四线段及第五线段制作于半导体结构的第一金属层，而第六线段及第七线段制作于半导体结构的第二金属层。第六线段通过多个贯穿结构连接第一线段及第五线段，使得第一线段、第五线段及第六线段形成第一导线。第七线段通过多个贯穿结构连接第二线段及第四线段，使得第二线段、第七线段及第四线段形成第二导线。第一金属层不等于第二金属层。集成变压器包含第一电感及第二电感，第一导线及第三线段为第一电感的一部分，第二导线为第二电感的一部分。第一导线跨越第二导线及第三线段，且第二导线跨越第三线段。

本发明还公开一种应用于集成变压器或集成电感的交叉结构，包含：第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段、第七线段及第八线段。第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段及第六线段制作于半导体结构的第一金属层，而第七线段及第八线段制作于半导体结构的第二金属层。第七线段通过多个贯穿结构连接第三线段及第五线段，使得第三线段、第五线段及第七线段形成第一导线。第八线段通过多个贯穿结构连接第四线段及第六线段，使得第四线段、第六线段及第八线段形成第二导线。第一金属层不等于第二金属层。第一导线跨越第一线段及第二线段，且第二导线跨越第一线段及第二线段。

本发明还公开一种应用于集成变压器或集成电感的交叉结构，包含：第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段、第七线段、第八线段、第九线段，及第十线段。第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段及第七线段制作于半导体结构的第一金属层，而第八线段、第九线段及第十线段制作于半导体结构的第二金属层。第八线段通过多个贯穿结构连接第一线段及第七线段，使得第一线段、第七线段及第八线段形成第一导线。第九线段通过多个贯穿结构连接第二线段及第五线段，使得第二线段、第五线段及第九线段形成第二导线。第十线段通过多个贯穿结构连接第三线段及第六线段，使得第三线段、第六线段及第十线段形成第三导线。第一金属层不等于第二金属层。第一导线跨越第四线段、第二导线及第三导线，第二导线跨越第四线段，且第三导线跨越第四线段。

本发明提供多种交叉结构，可以应用于多种集成变压器或集成电感，使集成变压器或集成电感的设计更具弹性，以满足各种集成变压器或集成电感对耦合系数及/或品质因数的需求。

有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作实施例详细说明如下。

附图说明

图1A～图1B为本发明集成变压器的一实施例的结构图；

图2A～图2C为本发明交叉结构的一实施例的结构图；

图3A～图3C为本发明交叉结构的另一实施例的结构图；

图4A～图4C为本发明交叉结构的另一实施例的结构图；以及

图5A～图5C为本发明交叉结构的另一实施例的结构图。

符号说明

11-a、11-p、22-a、22-l、11-b、11-c、11-d、11-e、11-f、11-g、11-h、11-i、11-j、11-k、11-l、11-m、11-n、11-o、12-a、12-b、12-c、12-d、12-e、12-f、12-g、12-h、12-i、12-j、12-k、12-l、12-m、12-n、22-b、22-c、22-d、22-e、22-f、22-g、22-h、22-i、22-j、22-k、21-a、21-b、21-c、21-d、21-e、21-f、21-g、21-h、21-i、21-j 端点

200、300、400、500 交叉结构

50、60 框选区域

201、202、203、204、301、302、303、304、401、402、403、404、501、502、503、504、505、506、507 贯穿结构

210、220、230、240、250、260、270、310、320、330、340、350、360、370、410、420、430、440、450、460、470、480、510、520、530、540、550、560、570、580、585、590、595 线段

220-1、220-2、230-1、230-2、230-3、260-1、260-2、260-3、270-1、270-2、320-1、320-2、320-3、330-1、330-2、330-3、330-4、360-1、360-2、360-3、360-4、370-1、370-2、370-3、410-1、410-2、410-3、420-1、420-2、420-3、470-1、470-2、480-1、480-2、540-1、540-2、540-3、580-1、580-2、580-3 子线段

具体实施方式

以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。

图1A及图1B为本发明集成变压器的一实施例的结构图。图1A的多个线段或走线实作于半导体结构的第一金属层，图1B的多个线段或走线实作于半导体结构的第二金属层，第二金属层不等于第一金属层。举例来说，第一金属层是半导体结构中的重布线层(Re-Distribution Layer,RDL)，而第二金属层可以是半导体结构中的超厚金属(Ultra ThickMetal,UTM)层。

图1A及图1B的集成变压器包含第一电感及第二电感。端点(end point)11-a以及端点11-p是第一电感的输出/输入端，也形成集成变压器的其中一个端口(port)；端点22-a以及端点22-l是第二电感的输出/输入端，也形成集成变压器的另一个端口。

请同时参阅图1A及图1B。端点11-b及端点11-c相连接；更明确地说，相连接的端点通过贯穿结构(例如导孔(via)结构或是导孔阵列(via array))相连接。类似地，端点11-d及端点11-e相连接；端点11-f及端点11-g相连接；端点11-h及端点11-i相连接；端点11-j及端点11-k相连接；端点11-l及端点11-m相连接；端点11-n及端点11-o相连接。端点12-a及端点12-b相连接；端点12-c及端点12-d相连接；端点12-e及端点12-f相连接；端点12-g及端点12-h相连接；端点12-i及端点12-j相连接；端点12-k及端点12-l相连接；端点12-m及端点12-n相连接。端点22-b及端点22-c相连接；端点22-d及端点22-e相连接；端点22-f及端点22-g相连接；端点22-h及端点22-i相连接；端点22-j及端点22-k相连接。端点21-a及端点21-b相连接；端点21-c及端点21-d相连接；端点21-e及端点21-f相连接；端点21-g及端点21-h相连接；端点21-i及端点21-j相连接。

关于图1A和图1B的集成变压器的更多细节可以参考本公开发明人公开于中国台湾地区专利申请案第108114413号的相似结构，本技术领域技术人员可以从该申请案得知本公开的集成变压器的其他特征。

图2A～图2C为本公开的交叉结构的一实施例的结构图。交叉结构200对应图1A的框选区域50及图1B的框选区域60。更明确地说，贯穿结构201连接端点11-b及端点11-c；贯穿结构202连接端点21-e及端点21-f；贯穿结构203连接端点21-c及端点21-d；以及贯穿结构204连接端点11-d及端点11-e。图2B显示交叉结构200的其中一金属层，图2C显示交叉结构200的另一金属层。

如图2A～图2C所示，交叉结构200包含线段210、线段220、线段230、线段240、线段250、线段260及线段270。线段210、线段220、线段230、线段240及线段250实作于第一金属层，而线段260及线段270实作于第二金属层。线段220包含子线段220-1及子线段220-2。线段230包含子线段230-1、子线段230-2及子线段230-3。线段260包含子线段260-1、子线段260-2及子线段260-3。线段270包含子线段270-1及子线段270-2。线段260通过贯穿结构201及贯穿结构204连接线段210及线段250，如此一来线段210、线段260及线段250形成第一导线。类似地，线段270通过贯穿结构202及贯穿结构203连接线段220及线段240，如此一来线段220、线段270及线段240形成第二导线。

线段260跨越线段220及线段230，换言之，第一导线跨越第二导线及线段230。线段270跨越线段230，换言之，第二导线跨越线段230。请同时参阅图1A和图1B及图2A至图2C，线段230及第一导线为第一电感的一部分，而第二导线为第二电感的一部分。

线段210、子线段220-1、子线段230-1、子线段230-3、线段240、线段250、子线段260-1、子线段260-3及子线段270-2实质上为平行。子线段220-2、子线段230-2、子线段260-2及子线段270-1实质上为平行。

请参阅图2B。子线段220-1与子线段220-2之间的夹角θ₂₁实质上为90度。子线段230-1与子线段230-2之间的夹角θ₂₂实质上为90度。子线段230-2与子线段230-3之间的夹角θ₂₃实质上为90度。

请参阅图2C。子线段260-1与子线段260-2之间的夹角θ₂₄实质上为90度。子线段260-2与子线段260-3之间的夹角θ₂₅实质上为90度。子线段270-1与子线段270-2之间的夹角θ₂₆实质上为90度。

图3A～图3C为本公开的交叉结构的另一实施例的结构图。交叉结构300对应图1A的框选区域50及图1B的框选区域60。更明确地说，贯穿结构301连接端点11-b及端点11-c；贯穿结构302连接端点21-e及端点21-f；贯穿结构303连接端点21-c及端点21-d；以及贯穿结构304连接端点11-d及端点11-e。图3B显示交叉结构300的其中一金属层，图3C显示交叉结构300的另一金属层。

如图3A～图3C所示，交叉结构300包含线段310、线段320、线段330、线段340、线段350、线段360及线段370。线段310、线段320、线段330、线段340及线段350实作于第一金属层，而线段360及线段370实作于第二金属层。线段320包含子线段320-1、子线段320-2及子线段320-3。线段330包含子线段330-1、子线段330-2、子线段330-3及子线段330-4。线段360包含子线段360-1、子线段360-2、子线段360-3及子线段360-4。线段370包含子线段370-1、子线段370-2及子线段370-3。线段360通过贯穿结构301及贯穿结构304连接线段310及线段350，如此一来线段310、线段360及线段350形成第一导线。类似地，线段370通过贯穿结构302及贯穿结构303连接线段320及线段340，如此一来线段320、线段370及线段340形成第二导线。

线段360跨越线段320及线段330，换言之，第一导线跨越第二导线及线段330。线段370跨越线段330，换言之，第二导线跨越线段330。请同时参阅图1A和图1B及图3A至图3C，线段330及第一导线为第一电感的一部分，而第二导线为第二电感的一部分。

线段310、子线段320-1、子线段320-3、子线段330-1、子线段330-4、线段340、线段350、子线段360-1、子线段360-4、子线段370-1及子线段370-3实质上为平行。子线段320-2及子线段330-3实质上为平行。子线段360-2及子线段370-2实质上为平行。

请参阅图3A。子线段320-2与子线段360-2之间的夹角θ₃₁实质上为90度。子线段330-3与子线段370-2之间的夹角θ₃₂实质上为90度。

请参阅图3B。子线段320-1与子线段320-2之间的夹角θ₃₃实质上为135度。子线段320-2与子线段320-3之间的夹角θ₃₄实质上为135度。子线段330-2与子线段330-3之间的夹角θ₃₅实质上为135度。子线段330-3与子线段330-4之间的夹角θ₃₆实质上为135度。

请参阅图3C。子线段360-1与子线段360-2之间的夹角θ₃₇实质上为135度。子线段360-2与子线段360-3之间的夹角θ₃₈实质上为135度。子线段370-2与子线段370-3之间的夹角θ₃₉实质上为135度。类似地，子线段370-1与子线段370-2之间的夹角实质上为135度。

图4A至图4C为本公开的交叉结构的一实施例的结构图。图4A显示完整的交叉结构400。图4B显示交叉结构400的其中一金属层，图4C显示交叉结构400的另一金属层。

如图4A～图4C所示，交叉结构400包含线段410、线段420、线段430、线段440、线段450、线段460、线段470及线段480。线段410、线段420、线段430、线段440、线段450及线段460实作于第一金属层，而线段470及线段480实作于第二金属层。线段410包含子线段410-1、子线段410-2及子线段410-3。线段420包含子线段420-1、子线段420-2及子线段420-3。线段470包含子线段470-1及子线段470-2。线段480包含子线段480-1及子线段480-2。线段470通过贯穿结构401及贯穿结构402连接线段430及线段450，如此一来线段430、线段470及线段450形成第一导线。类似地，线段480通过贯穿结构403及贯穿结构404连接线段440及线段460，如此一来线段440、线段480及线段460形成第二导线。

线段470跨越线段410及线段420，换言之，第一导线跨越线段410及线段420。线段480跨越线段410及线段420，换言之，第二导线跨越线段410及线段420。子线段410-1、子线段410-3、子线段420-1、子线段420-3、线段430、线段440、线段450、线段460、子线段470-2及子线段480-2实质上为平行。子线段410-2、子线段420-2、子线段470-1及子线段480-1实质上为平行。

在一些实施例中，交叉结构400可以应用于集成变压器或集成电感，图4A显示集成变压器或集成电感的第一圈、第二圈、第三圈及第四圈(从上到下)。更明确地说，子线段410-1、线段450及子线段470-2为第一圈的一部分；子线段420-1、线段460及子线段480-2为第二圈的一部分；线段430及子线段410-3为第三圈的一部分；线段440及子线段420-3为第四圈的一部分。线段470及子线段410-2用来连接第一圈及第三圈。线段480及子线段420-2用来连接第二圈及第四圈。

请参阅图4B。子线段410-1与子线段410-2之间的夹角θ₄₁实质上为90度。子线段410-2与子线段410-3之间的夹角θ₄₂实质上为90度。子线段420-1与子线段420-2之间的夹角θ₄₃实质上为90度。子线段420-2与子线段420-3之间的夹角θ₄₄实质上为90度。

请参阅图4C。子线段480-1与子线段480-2之间的夹角θ₄₅实质上为90度。类似地，子线段470-1与子线段470-2之间的夹角实质上为90度。

图5A～图5C为本公开的交叉结构的一实施例的结构图。图5A显示完整的交叉结构500。图5B显示交叉结构500的其中一金属层，图5C显示交叉结构500的另一金属层。

如图5A～图5C所示，交叉结构500包含线段510、线段520、线段530、线段540、线段550、线段560、线段570、线段580、线段585、线段590及线段595。线段510、线段520、线段530、线段540、线段550、线段550及线段570实作于第一金属层，而线段580、线段585、线段590、及线段595实作于第二金属层。线段540包含子线段540-1、子线段540-2及子线段540-3。线段580包含子线段580-1、子线段580-2及子线段580-3。线段580通过贯穿结构501及贯穿结构502连接线段510及线段570，如此一来线段510、线段580及线段570形成第一导线。类似地，线段585通过贯穿结构503及贯穿结构504连接线段520及线段550，如此一来线段520、线段585及线段550形成第二导线。类似地，线段590通过贯穿结构505及贯穿结构506连接线段530及线段560，如此一来线段530、线段590及线段560形成第三导线。线段595与线段550通过贯穿结构507相连接。

线段580跨越线段540、线段550及线段560，换言之，第一导线跨越线段540、第二导线及第三导线。线段585跨越线段540，换言之，第二导线跨越线段540。线段590跨越线段540，换言之，第三导线跨越线段540。线段510、线段520、线段530、子线段540-1、子线段540-3、线段550、线段560、线段570、子线段580-1、子线段580-3、线段585、线段590及线段595实质上为平行。子线段540-2及子线段580-2实质上为平行。

在一些实施例中，交叉结构500可以应用于集成变压器或集成电感，图5A显示集成变压器或集成电感的第一圈、第二圈、第三圈及第四圈(从上到下)。更明确地说，线段510、子线段540-3及子线段580-1为第一圈的一部分；线段520、线段550、线段585及线段595为第二圈的一部分；线段530、线段560及线段590为第三圈的一部分；子线段540-1、线段570及子线段580-3为第四圈的一部分。线段580及子线段540-2用来连接第一圈及第四圈。

请参阅图5B及图5C。子线段540-1与子线段540-2之间的夹角θ₅₁实质上为90度。子线段540-2与子线段540-3之间的夹角θ₅₂实质上为90度。子线段580-1与子线段580-2之间的夹角θ₅₃实质上为90度。子线段580-2与子线段580-3之间的夹角θ₅₄实质上为90度。

请注意，前揭图示中，元件的形状、尺寸以及比例等仅为示意，是供本技术领域技术人员了解本发明之用，非用以限制本发明。虽然本发明的实施例如上所述，然而所述实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种交叉结构，应用于一集成变压器，包含：

一第一线段、一第二线段、一第三线段、一第四线段，及一第五线段，其中该第一线段、该第二线段、该第三线段、该第四线段及该第五线段制作于一半导体结构的一第一金属层；以及

一第六线段及一第七线段，其中该第六线段及该第七线段制作于该半导体结构的一第二金属层；

其中该第六线段通过多个贯穿结构连接该第一线段及该第五线段，该第一线段、该第五线段及该第六线段形成一第一导线；

其中该第七线段通过多个贯穿结构连接该第二线段及该第四线段，该第二线段、该第七线段及该第四线段形成一第二导线；

其中该第一金属层不等于该第二金属层，该集成变压器包含一第一电感及一第二电感，该第一导线及该第三线段为该第一电感的一部分，该第二导线为该第二电感的一部分，该第一导线跨越该第二导线及该第三线段，且该第二导线跨越该第三线段。

2.如权利要求1所述的交叉结构，其中该第六线段包含一第一子线段及一第二子线段，且该第一子线段与该第二子线段的夹角为90度。

3.如权利要求2所述的交叉结构，其中该第三线段包含一第三子线段及一第四子线段，且该第一子线段平行该第三子线段，以及该第二子线段平行该第四子线段。

4.如权利要求1所述的交叉结构，其中该第六线段包含一第一子线段及一第二子线段，且该第一子线段与该第二子线段的夹角为135度。

5.如权利要求4所述的交叉结构，其中该第二线段包含一第三子线段，该第三线段包含一第四子线段，以及该第七线段包含一第五子线段，且该第一子线段垂直该第三子线段，以及该第四子线段垂直该第五子线段。

6.一种交叉结构，应用于一集成变压器或一集成电感，包含：

一第一线段、一第二线段、一第三线段、一第四线段、一第五线段，及一第六线段，其中该第一线段、该第二线段、该第三线段、该第四线段、该第五线段及该第六线段制作于一半导体结构的一第一金属层；以及

一第七线段及一第八线段，其中该第七线段及该第八线段制作于该半导体结构的一第二金属层；

其中该第七线段通过多个贯穿结构连接该第三线段及该第五线段，该第三线段、该第五线段及该第七线段形成一第一导线；

其中该第八线段通过多个贯穿结构连接该第四线段及该第六线段，该第四线段、该第六线段及该第八线段形成一第二导线；

其中该第一金属层不等于该第二金属层，该第一导线跨越该第一线段及该第二线段，且该第二导线跨越该第一线段及该第二线段。

7.如权利要求6所述的交叉结构，其中该集成变压器或该集成电感依序包含一第一圈、一第二圈、一第三圈及一第四圈，该第七线段用来连接该第一圈及该第三圈，且该第八线段用来连接该第二圈及该第四圈。

8.如权利要求6所述的交叉结构，其中该第七线段包含一第一子线段及一第二子线段，且该第一子线段与该第二子线段的夹角为90度。

9.一种交叉结构，应用于一集成变压器或一集成电感，包含：

一第一线段、一第二线段、一第三线段、一第四线段、一第五线段、一第六线段，及一第七线段，其中该第一线段、该第二线段、该第三线段、该第四线段、该第五线段、该第六线段及该第七线段制作于一半导体结构的一第一金属层；以及

一第八线段、一第九线段，及一第十线段，其中该第八线段、该第九线段及该第十线段制作于该半导体结构的一第二金属层；

其中该第八线段通过多个贯穿结构连接该第一线段及该第七线段，该第一线段、该第七线段及该第八线段形成一第一导线；

其中该第九线段通过多个贯穿结构连接该第二线段及该第五线段，该第二线段、该第五线段及该第九线段形成一第二导线；

其中该第十线段通过多个贯穿结构连接该第三线段及该第六线段，该第三线段、该第六线段及该第十线段形成一第三导线；

其中该第一金属层不等于该第二金属层，该第一导线跨越该第四线段、该第二导线及该第三导线，该第二导线跨越该第四线段，且该第三导线跨越该第四线段。

10.如权利要求9所述的交叉结构，其中该集成变压器或该集成电感依序包含一第一圈、一第二圈、一第三圈及一第四圈，该第八线段用来连接该第一圈及该第四圈。

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