JPH0389548A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 インダクタ素子を形成する半導体集積回路に関し、 小型化を達成しつつ所望のインダクタンスが得られて寄
生容量も小さくて高周波でも性能のよいインダクタ素子
となる半導体集積回路を提供することを目的とし、 半導体基板上に、所定幅を有する複数の配線を互いに逆
方向に巻回するとともに、これらの配線を巻回方向に対
して多層状に配置し、かつ各配線同士の接続はスパイラ
ルの中心で行い、さらに各配線はその上下層を互い違い
に配置し、該上下層の電流方向が同一となるインダクタ
素子を形成するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体集積回路に係り、詳しくは、スパイラ
ルコイルを内蔵したモノリシック集積回路に関する。

モノリシックＩＣとは、シリコンの単結晶からなる一体
の石からできているＩＣを指し、超小型回路の主流にな
っている。また、一般にＩＣとはモノリシックＩＣをい
うことが多い。

近年、各種高周波回路のＩＣ化および小型化の要求に伴
いモノリシックＩＣ内にスパイラルコイルを形成する必
要が出ている。

〔従来の技術〕

従来の半導体集積回路、特に高周波回路においてインダ
クタンス素子（コイル）は基板（例えば、プリント基板
若しくはハイブリッドＩＣ基板）上に個別部品として取
り付けられるか、あるいは基板上にマイクロストリップ
ラインやスパイラルコイルを形成するという方法で作ら
れている。

後者の例としては、例えば特開昭６１−２９４８５０号
公報に記載のものがある。このものは、半導体基板上に
設けられた上層配線と下層配線との間に配線層を介して
強磁性体層を設けてトランス結合による部品を作るもの
であるが、強磁性体層に接した配線のどちらか一方を用
いることで、インダクタンスを有するコイルにも使用で
きるとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の半導体集積回路にあっ
ては、前者の場合は、インダクタ素子の形成が上記構成
によるため、ＩＣを使用する各種高周波回路機器の小型
化に障害となるという不具合がある。

一方、後者の場合はかかる不具合は解消されるものの、
ＩＣ内にスパイラルコイルを形成する際にコイルの半径
が極めて小さくなることから、前者のように個別部品と
して作る場合に比ベインダクタンスが非常に小さく、約
１　／１０００程度となって所望のインダクタンスが得
られず、所望の値を得るためには結局、大型化する必要
があり、例えば高周波部品として適するような極超小型
のコイルがＩＣ内に実際上はできないという問題点があ
った。

具体的には、第５図に示すようにスパイラルコイル１が
、 ストリップ幅：Ｗ コイル内径：ｄ、［ｍｍ） コイル外形：ｄｏ（ａ＋ｓ） の条件で形成されているとき、インダクタンスＬは次式
■で決定される。

ｎ：ターン数（ｎ＝５程度） ここで、ｄ、、ｄ、の単位をＩＣに合わせて（μ鴎〕に
すると、Ｌは上述のように１　／１０００程度となる。

また、ＩＣの配線はプリント基板やハイブリッド基板の
配線に比べて非常に抵抗が高く（材質と薄膜のため〉、
インダクタ素子として所望のインダクタンスが得難く、
そのため寄生容量も大きくて性能が悪いという問題点が
あった。例えば、インダクタンスを大きくしようとする
と、コイル配線が長くなり、電流経路も長くなって効率
が悪い。

又、一般にｌ　ＧＨｚ程度以上の高周波で使用されるコ
イルはほとんど空芯である事からしても、磁性体をコイ
ル内に設けた場合、使用する周波数が高いほど高周波損
失が大きくなり、その結果としてＱ特性が悪くなる為高
周波コイルとしてはあまり適さないといった問題がある
。

そこで本発明は、小型化を達成しつつ、所望のインダク
タ素子が得られて寄生容量も小さくて高周波でも性能の
よいインダクタンス素子となる半導体集積回路を提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明による半導体集積回路は上記目的達成のため、半
導体基板上に、所定幅を有する複数の配線を互・いに逆
方向に巻回するとともに、これらの配線を巻回方向に対
して多層状に配置し、かつ各配線同士の接続はスパイラ
ルの中心で行い、さらに各配線はその上下層を互い違い
に配置し、該上下層の電流方向が同一となるインダクタ
素子を形成している′。

〔作用〕

本発明では、各多層配線の上下層間の電流方向が同一と
なり、これにより、その上下層間に自己誘導作用が生じ
て高インダクタンスが得られ、また、各上下層が互い違
いに配線されることで、配線の重なりが小さくなって寄
生容量が低減する。

したがって、ＩＣ基板上で小型化を達成しつつ、従来の
ＩＣ製造技術のみを使って高周波で性能の良いインダク
タ素子が形成できる。

〔原理説明〕

第１．２図は本発明の詳細な説明する図である。

第１図において、１１は半導体基板で、例えばＰ形ある
いはＮ形の基板が用いられ、これはＩＣを形成するとき
と同じものである。１２は導電性の物質からなる第１の
配線、１３は同じく第２の配線であり、例えば幅が１〔
μ−〕である。第１の配線１２および第２の配線１３は
互いに逆方向にスパイラル状に巻回され、この例では第
１の配線１２は右回りに、第２の配線１３は左回りに巻
回される。

第１の配線１２および第２の配線１３はその断面を第２
図に示すように、巻回方向に対して多層状に（この例で
は２層状に）配置され、その間には絶縁層（例えば、Ｓ
　ｉ　Ｏｘ　）　１４が形成されて絶縁を保っている。

また、第１の配線１２および第２の配線１３同士の接続
はスパイラルの中心部で行われ、この部分がコンタクト
部１５になっている。さらに、第１の配線１２および第
２の配線１３はその上下方向の重なりが互い違いになる
ように配置され、所定の距離が保たれている。第１の配
線１２および第２の配線１３の各端部は電流が供給され
る電極１２ａ。

１３ａとなっている。

以上の構成において、電極１２３．１３ａの間に電圧を
供給すると、第１の配線１２および第２の配線１３の何
れも第１図中手面方向の電流経路は同一方向となる。こ
のため、いわゆる上下層間に自己誘導作用を生じて高い
インダクタンスが得られ、所望のインダクタンスを得る
のが容易となる。また、第１の配線１２および第２の配
線１３が互い違いに配置されて重なりがないため、寄生
容量も格段と低減する。したがって、従来例に比して短
い電流経路で効率がよく、かつ超小型の性能のよいスパ
イラルコイルを実現することができる。

〔実施例〕

次に、上記原理に基づく本発明の一実施例について第３
．４図を参照して説明する。第３図はスパイラルコイル
２０の平面図であり、この図において、２１は第１の配
線、２２は第２の配線、２３はコンタクト部、２１ａ、
２２ａは電極である。第１の配線２１および第２の配線
２２は図示は略しているが、ＩＣ基板上に互いに逆方向
に方形状に巻回されて多層（この場合は２層）に形成さ
れ、相互の重なりが少なくなるように配置されている。

また、方形にループ（スパイラル）された各配線２１．
２２の四角は完全な直角ではなく、角を取るような形状
に形成されている。なお、スパイラルコイル２０の大き
さは図示のようにｉ＋　＝２００　ａｍ　、　　１＊　
＝３００μ−程度であり、ＩＣ基板上において十分に集
積化できるものである。

以上の構成によるスパイラルコイル２０について、その
作動特性を調べた結果、測定周波数５００　Ｍｎ２にお
いて約１０ＯｎＨのインダクタンス（Ｑ特性は約３）を
得た。このように、このスパイラルコイル２０は多層に
よる自己誘導作用と、かつ互い違いに配線したことによ
る寄生容量の低減により、超小型でありながら約１００
　ｎＨという大きなインダクタンスを得ており、さらに
、自己共振周波数も０．８ＧＨ２と高く、高周波にも使
用できるものとなっている。また、このスパイラルコイ
ル２０では四角に９０”の直角のコーナ（エルボ）を避
けて４５°の処理を行うことで、この部分の電流集中を
極力減らしてＱ特性が向上している。なお、４５°の処
理に限らず、例えば曲線や鈍角を用いてもよい。

第４図は第３図の構成によるスパイラルコイル２０を通
用した高周波回路の一例を示す図である。

図中２０ａ〜２０ｃにスパイラルコイルが使用され、こ
れらは高周波信号の伝達を抑える素子としての機能を有
している。また、Ｃ，、Ｃ，はコンデンサ、Ｔ１は高周
波増幅を行うトランジスタである。

この例においてもモノリシ・ンクＩＣに内蔵し、増幅回
路の小型化に大きく寄与している。

なお、上述の実施例では本発明を高周波増幅回路に使用
しているが、すべての集積回路内に形威し、使用するこ
とが可能である。

また、２層配線だけでなく、３層、４層等の多層でも同
一形状でスパイラルコイルを形成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小型化を遠戚しつつ、所望のインダク
タンスが得られて寄生容量も小さくて高周波で性能の良
いインダクタ素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の詳細な説明する図であり、第１図
はそのスパイラルコイルの構成を示す図、第２図はその
スパイラルコイルの断面を示す図、第３．４図は本発明
に係る半導体集積回路の一実施例を示す図であり、 第３図はそのスパイラルコイルの構成を示す図、第４図
はそのスパイラルコイルを適用した高周波増幅回路の回
路図、 第５図は従来のスパイラルコイルの構成を示す図である
。 １１・・・・・・半導体基板、 １２．２１・・・・・・第１の配線、 １３．２２・・・・・・第２の配線、 １２ａ、１３ａ、２１ａ、２２ａ・・・・・・電極、１
４・・・・・・絶縁層、 １５．２３・・・・・・コンタクト部、２０．２０ａ〜
２０ｃ・・・・・・スパイラルコイル。 本発明の詳細な説明するスパイラルコイルの構成を示す
図第 図 本発明の詳細な説明するスパイラルコイルの断面を示す
図第 図 一実施例のスパイラルコイルを適用した高周波増幅回路
の回路間第 図 従来のスパイラルコイルの構成を示す間第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板上に、所定幅を有する複数の配線を互いに逆
   方向に巻回するとともに、 これらの配線を巻回方向に対して多層状に配置し、 かつ各配線同士の接続はスパイラルの中心で行い、 さらに各配線はその上下層を互い違いに配置し、該上下
   層の電流方向が同一となるインダクタ素子を形成したこ
   とを特徴とする半導体集積回路。