JP2000232202A - 高周波用高ｑインダクタ - Google Patents

高周波用高ｑインダクタ

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JP2000232202A
JP2000232202A JP11351563A JP35156399A JP2000232202A JP 2000232202 A JP2000232202 A JP 2000232202A JP 11351563 A JP11351563 A JP 11351563A JP 35156399 A JP35156399 A JP 35156399A JP 2000232202 A JP2000232202 A JP 2000232202A
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inductor
layer
wiring
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JP11351563A
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Toshiaki Ando
敏晃 安藤
Makoto Sakakura
真 坂倉
Toshibumi Nakatani
俊文 中谷
Koji Takinami
浩二 滝波
Yukio Hiraoka
幸生 平岡
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のＩＣ上で構成されるインダクタ部は、単
層で構成されていたため、半導体プロセスで制限された
配線層の厚みの関係で、直列抵抗成分が大きく、Ｑ値の
高いインダクタを得ることができなかった。 【解決手段】多層にインダクタ１１、１４を配置してそ
の間を接続し、２層目の配線層１４の１部もインダクタ
として使用し、インダクタの電流の流れる断面積を増や
すことにより直列抵抗成分を削減する。また層を２層と
することにより高周波領域における表皮効果の影響を受
けなくしＱ値の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ＩＣ上にお
いて、高周波で用いるＱ値の高いインダクタの構造に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術について図９を用いて説明す
る。図９において、１はインダクタ部、２は１層目にお
ける取り出し配線、３は２層目における取り出し配線、
５は１層目と２層目の接続部、７は層間膜、８は平坦化
膜である。
【０００３】このように従来のインダクタは、インダク
タ部が単層で構成されており、他の部品との接続のため
の取り出し配線に２層目を使用していた。
【０００４】この場合一般的に知られるインダクタの特
性として、大きなインダクタンス値を得ようとする場
合、線路長を長くする必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、大きなインダクタンス値を得るには線路
長が長くなるために、インダクタを構成する配線材料の
抵抗により直列抵抗成分が大きくなり、インダクタのＱ
値が劣化するという課題を有していた。
【０００６】また、線路長を長くするとインダクタの全
体のサイズが大きくなりがちであった。
【０００７】本発明は、従来のこのようなインダクタの
課題を考慮し、抵抗が大きくならず、Ｑ値の高いインダ
クタを得ることを目的とするものである。
【０００８】また、本発明は、線路長を長くしても、サ
イズが大きくならないインダクタを得ることを目的とす
るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の本発明（請求項１
に対応する）は、１つのインダクタが、複数のＩＣ配線
層にそれぞれ配置された、複数のインダクタ要素を有
し、それぞれのインダクタ要素が形成する磁界の方向が
実質上同じであることを特徴とする高周波用高Ｑインダ
クタである。
【００１０】第２の本発明（請求項２に対応する）は、
前記複数のインダクタ要素が直列に接続されていること
を特徴とする第１の本発明の高周波用高Ｑインダクタで
ある。
【００１１】第３の本発明（請求項３に対応する）は、
前記複数のインダクタ要素が並列に接続されていること
を特徴とする第１の本発明の高周波用高Ｑインダクタで
ある。
【００１２】第４の本発明（請求項４に対応する）は、
前記複数のインダクタ要素は、直列に接続された回路部
分と、並列に接続された回路部分とを有することを特徴
とする第１の本発明の高周波用高Ｑインダクタである。
【００１３】第５の本発明（請求項５に対応する）は、
前記インダクタ要素の少なくとも一つのインダクタ要素
がミアンダ形状に、又は、スパイラル形状に配列されて
いることを特徴とする第１の本発明の高周波用高Ｑイン
ダクタである。
【００１４】第６の本発明（請求項６に対応する）は、
前記複数のインダクタ要素同士の接続部は、それぞれの
インダクタ要素が配置されたＩＣ配線層の間に形成され
た層間膜に形成されていることを特徴とする第１〜５の
いずれかの本発明の高周波用高Ｑインダクタである。
【００１５】第７の本発明（請求項７に対応する）は、
前記インダクタ要素からの取り出し配線は、前記インダ
クタ要素が配置されたＩＣ配線層に配置されていること
を特徴とする第１の本発明の高周波用高Ｑインダクタで
ある（図１対応）。
【００１６】第８の本発明（請求項８に対応する）は、
前記複数のインダクタ要素は、それぞれスパイラル形状
に配列され、互いに並列接続され、一つの前記取り出し
配線は、前記インダクタ要素のスパイラルの中心部に接
続されるとともに、前記ＩＣ配線層のいずれかを利用し
て外部へ取り出されており、その取り出しに利用された
ＩＣ配線層に配置された前記スパイラル形状のインダク
タ要素は、その取り出し配線と交叉する各部位で途切れ
ており、その各途切れた端部同士は、別のＩＣ配線層に
配置された前記スパイラル形状のインダクタ要素の一部
に接続されることによって、互いに接続されていること
を特徴とする第７の本発明の高周波用高Ｑインダクタで
ある（図３対応）。
【００１７】第９の本発明（請求項９に対応する）は、
前記インダクタ要素からの取り出し配線は、前記インダ
クタ要素が配置されたＩＣ配線層でなく、別に設けられ
た配線層に配置されていることを特徴とする第１〜６の
いずれかの本発明の高周波用高Ｑインダクタである（図
２対応）。
【００１８】第１０の本発明（請求項１０に対応する）
は、前記取り出し配線と、それに接続される前記インダ
クタ要素との間は、前記取り出し配線が配置された配線
層と、前記インダクタ要素が配置されたＩＣ配線層との
間の層間膜に設けられた接続部で接続されていることを
特徴とする第９の本発明の高周波用高Ｑインダクタであ
る（図２対応）。
【００１９】第１１の本発明（請求項１１に対応する）
は、前記複数のインダクタ要素は、それぞれスパイラル
形状に配列され、前記複数のインダクタ要素は隣り合う
同士接続され、その接続の仕方は、中心部同士を接続
し、また最外部同士を接続することによって互いに直列
接続され、前記隣り合う同士の各インダクタ要素のスパ
イラルの巻き方は互いに逆転しており、各インダクタ要
素が生成する磁界の方向は実質上同一方向を向いている
ことを特徴とする第１の本発明の高周波用高Ｑインダク
タである（図４、５対応）。
【００２０】第１２の本発明（請求項１２に対応する）
は、前記複数のインダクタ要素は、それぞれスパイラル
形状に配列され、前記複数のインダクタ要素は一つ置き
に互いに接続され、その接続の仕方は、中心部同士を接
続し、また最外部同士を接続することによって互いに直
列接続され、隣り合う同士の各インダクタ要素のスパイ
ラルの巻き方は互いに同方向を向いており、各インダク
タ要素が生成する磁界の方向は実質上同一方向を向いて
いることを特徴とする第１の本発明の高周波用高Ｑイン
ダクタである（図６対応）。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
【００２２】（実施の形態１）図１は本発明の高周波用
高Ｑインダクタの第１の実施の形態を示す。図におい
て、１１はミアンダタイプの１層目にあるインダクタ部
（本発明のインダクタ要素に相当する。以後同じ）、１
２、１３は１層目取り出し配線、１４は２層目にあるイ
ンダクタ部、１５、１６は１層目と２層目の接続部、１
７は層間膜、１８は平坦化膜である。
【００２３】この接続部１５，１６はたとえば１個が１
μm角程度のコンタクト部を、９個集めて形成する。
【００２４】上記のように、従来、１層のみを使用して
構成されていたインダクタ部を、１層目と２層目にそれ
ぞれ配置し、それらのインダクタ部を互いに並列接続す
る２層構造とした。
【００２５】これによって、従来、低周波、及び高周波
における直列抵抗成分が大きく、低いＱ値であったもの
を、断面積を増やし、更に高周波における表皮効果によ
るＱ値の劣化を抑えた高周波用高Ｑ値インダクタを得る
ことができる。
【００２６】なお、本発明は、１層目と２層目の並列接
続をインダクタ部全体にわたって行う場合も含む。
【００２７】（実施の形態２）図２は本発明の高周波用
高Ｑインダクタの第２の実施の形態を示す。図におい
て、２１はスパイラル形状の１層目インダクタ部、２２
は１層目取り出し配線、２３はスパイラル形状の２層目
インダクタ部、２４は３層目にある、２層目のインダク
タ部２３からの取り出し配線、２５、２６は１層目と２
層目の接続部、２７、２８は層間膜、２９は平坦化膜、
２１０は２層目と３層目の接続部である。１層目のイン
ダクタ部２２と、２層目のインダクタ部２３とは互いに
同じ方向に巻いたスパイラル形状をなしている。
【００２８】上記のように、従来、１層のみを使用して
構成されていたインダクタ部を、１層目と２層目にそれ
ぞれ配置し、それらのインダクタ部２２，２３を互いに
並列接続した２層構造とする。
【００２９】これによって、従来、低周波、及び高周波
における直列抵抗成分が大きく、低いＱ値であったもの
を、断面積を増やし、更に高周波における表皮効果によ
るＱ値の劣化を抑えた高周波用高Ｑ値インダクタを得る
ことができる。
【００３０】尚、１層目と２層目の並列接続をインダク
タ部全体にわたって行う場合も本発明は含む。
【００３１】又、ここでは層を３層としたが、同様の構
造を有する層を４層以上設け、最下層に取り出し配線を
持つようにしてももちろんかまわない。
【００３２】（実施の形態３）図３は本発明の高周波用
高Ｑインダクタの第３の実施の形態を示す。図におい
て、３１はスパイラル状の１層目インダクタ部、３２は
１層目取り出し配線、３３はスパイラル状の２層目イン
ダクタ部、３４は２層目取り出し配線、３５は１層目と
２層目の接続部、３７は層間膜、３８は平坦化膜であ
る。
【００３３】これらのインダクタ部３１，３３は並列接
続されている。
【００３４】本実施の形態３では、２層目の取り出し配
線３４は、２層目のインダクタ部３３が設けられた層自
体を利用している点に特徴がある。そこで、その２層目
におけるインダクタ部３３を、同じ層にある取り出し配
線３４と交叉する部位で、互いに接触しないように、一
旦途切れさせ、その途切れた両端部を接続部３５により
１層目に取り出し、１層目のインダクタ３１と接続する
構成をとる。これによって、２層目のインダクタ部３３
は、ほぼスパイラル形状を持つ一本のインダクタ部とな
る。
【００３５】上記のように、従来、１層のみを使用して
構成されていたインダクタ部を、１層目と２層目を使用
し並列接続する２層構造とし、更に、取り出し配線と同
じ層にインダクタを形成することにより、配線層の層数
が少ないプロセスにおいても、従来、低周波、及び高周
波における直列抵抗成分が大きく、低いＱ値であったも
のを、断面積を増やし、更に高周波における表皮効果に
よるＱ値の劣化を抑えた高周波用高Ｑ値インダクタを得
ることができる。
【００３６】実施の形態２の場合は、取り出し配線を形
成する層を別に設けたが、本実施の形態３では、インダ
クタ部の配線層を利用して取り出し配線を形成する点に
特徴がある。
【００３７】尚、本発明は、１層目と２層目の並列接続
をインダクタ全体にわたって行う場合も含む。
【００３８】又、ここでは層を２層としたが、本発明
は、同様な構造の層を３層以上設け、いずれかの層に取
り出し配線を設けることも含む。その際、取り出し配線
と交叉するインダクタ部は、上下いずれの他のインダク
タ部へ接続させることも自由である。
【００３９】なお、図７，図８は従来の１層のみを利用
するインダクタと、上記本実施の形態のインダクタの性
能を比較したグラフである。
【００４０】図７では、Ｌに対するＲの変化をプロット
したもので、本実施の形態の２層タイプの方が、Ｒが小
さくなっている。
【００４１】図８では、Ｌに対するＱの変化をプロット
したもので、本実施の形態の２層タイプの方が、Ｑが高
くなっている。
【００４２】（実施の形態４）図４は本発明の高周波用
高Ｑインダクタの第４の実施の形態を示す。図におい
て、４１はスパイラル形状の１層目インダクタ部、４２
は１層目取り出し配線、４３は１層目２層目接続部、４
４はスパイラル形状の２層目インダクタ部、４５は２層
目と３層目の接続部、４６はスパイラル形状の３層目イ
ンダクタ部、４７は３層目と４層目の接続部、４８はス
パイラル形状の４層目インダクタ部、４９は４層目取り
出し配線、４１０、４１１、４１２は層間膜、４１３は
平坦化膜である。
【００４３】ここで、それぞれのインダクタ部は隣り合
う同士が接続される。すなわち、その中心部同士が接続
され、また、最外部同士が接続される。従って、これら
のインダクタ部は直列接続されているといえる。
【００４４】このとき、インダクタの形状は奇数層と偶
数層で表裏反転した形状とする。
【００４５】このようにすることによって、各インダク
タ部が形成する磁界の方向は同一方向となり、結合が有
効に行われる。
【００４６】上記のように、Ｑ値を高めるため、従来１
層のみを使用して構成されていたインダクタ部の全長を
単に長くするだけでは、サイズが大きくなるという課題
があったが、本実施の形態４では、インダクタ部の長さ
を全体として立体的に長くしているので、サイズがコン
パクトになる。
【００４７】尚、ここでは４層の場合を示したが、図５
に示すように、本発明は、さらに同様の構造を５層、６
層と増加させてもよい。これらの層が偶数個ある場合
は、取り出し配線はインダクタ部の最外部から取り出せ
るので簡単である。
【００４８】また、これらの層が奇数個ある場合は、図
２や図３で説明した方法で取り出し配線を設けることが
できる。
【００４９】また、図６に示すように、隣り合う１組の
インダクタ部のスパイラルの巻き方を同じ方向とし、隣
り合う組同士のインダクタ部の巻き方を逆転させてもよ
い。その場合は、一つ飛ばしに、図のように直列接続し
ていく。
【００５０】このようにしても、各インダクタ部が形成
する磁界の方向は同一方向となり、結合が有効となる。
【００５１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、配線層１
層のみで構成されていたインダクタ部分が多層構造とな
ることにより、直列抵抗成分が低く、表皮効果の影響を
受けないＱ値の高いインダクタをＩＣ上で作成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すインダクタ図
【図２】本発明の第２の実施形態を示すインダクタ図
【図３】本発明の第３の実施形態を示すインダクタ図
【図４】本発明の第４の実施形態を示すインダクタ図
【図５】本発明の他の実施形態を示すインダクタの模式
図
【図６】本発明の他の実施形態を示すインダクタの模式
図
【図７】本発明の実施の形態と、従来例との性能の比較
を示すグラフ
【図８】本発明の実施の形態と、従来例との性能の比較
を示すグラフ
【図９】従来のインダクタ図
【符号の説明】
１１ １層目インダクタ部 １２ １層目取り出し配線 １３ １層目取り出し配線 １４ ２層目インダクタ部 １５、１６ １層目２層目接続部 １７ 層間膜 ２２ １層目インダクタ部 ２３ ２層目インダクタ部 ２４ ２層目取り出し配線 ２５、２６ １層目２層目の接続部 ２７、２８ 層間膜 ２１０ ２層目３層目の接続部 ３１ 一層目インダクタ部 ３２ 一層目取り出し配線 ３３ ２層目インダクタ部 ３４ ２層目取り出し配線 ３５ １層目２層目接続部 ３７ 層間膜 ４１ １層目インダクタ部 ４２ 一層目取り出し配線 ４３ １層目２層接続部 ４４ ２層目インダクタ部 ４５ ２層目３層目接続部 ４６ ３層目インダクタ部 ４７ ３層目４層目接続部 ４８ ４層目インダクタ部 ４９ ４層目取り出し配線 ４１０〜４１２ 層間膜 １８、２９、３８ 平坦化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中谷 俊文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 滝波 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平岡 幸生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １つのインダクタが、複数のＩＣ配線層
    にそれぞれ配置された、複数のインダクタ要素を有し、
    それぞれのインダクタ要素が形成する磁界の方向が実質
    上同じであることを特徴とする高周波用高Ｑインダク
    タ。
  2. 【請求項２】 前記複数のインダクタ要素が直列に接続
    されていることを特徴とする請求項１記載の高周波用高
    Ｑインダクタ。
  3. 【請求項３】 前記複数のインダクタ要素が並列に接続
    されていることを特徴とする請求項１記載の高周波用高
    Ｑインダクタ。
  4. 【請求項４】 前記複数のインダクタ要素は、直列に接
    続された回路部分と、並列に接続された回路部分とを有
    することを特徴とする請求項１記載の高周波用高Ｑイン
    ダクタ。
  5. 【請求項５】 前記インダクタ要素の少なくとも一つの
    インダクタ要素がミアンダ形状に、又は、スパイラル形
    状に配列されていることを特徴とする請求項１記載の高
    周波用高Ｑインダクタ。
  6. 【請求項６】 前記複数のインダクタ要素同士の接続部
    は、それぞれのインダクタ要素が配置されたＩＣ配線層
    の間に形成された層間膜に形成されていることを特徴と
    する請求項１〜５のいずれかに記載の高周波用高Ｑイン
    ダクタ。
  7. 【請求項７】 前記インダクタ要素からの取り出し配線
    は、前記インダクタ要素が配置されたＩＣ配線層に配置
    されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波用
    高Ｑインダクタ。
  8. 【請求項８】 前記複数のインダクタ要素は、それぞれ
    スパイラル形状に配列され、互いに並列接続され、一つ
    の前記取り出し配線は、前記インダクタ要素のスパイラ
    ルの中心部に接続されるとともに、前記ＩＣ配線層のい
    ずれかを利用して外部へ取り出されており、 その取り出しに利用されたＩＣ配線層に配置された前記
    スパイラル形状のインダクタ要素は、その取り出し配線
    と交叉する各部位で途切れており、その各途切れた端部
    同士は、別のＩＣ配線層に配置された前記スパイラル形
    状のインダクタ要素の一部に接続されることによって、
    互いに接続されていることを特徴とする請求項７記載の
    高周波用高Ｑインダクタ。
  9. 【請求項９】 前記インダクタ要素からの取り出し配線
    は、前記インダクタ要素が配置されたＩＣ配線層でな
    く、別に設けられた配線層に配置されていることを特徴
    とする請求項１〜６のいずれかに記載の高周波用高Ｑイ
    ンダクタ。
  10. 【請求項１０】 前記取り出し配線と、それに接続され
    る前記インダクタ要素との間は、前記取り出し配線が配
    置された配線層と、前記インダクタ要素が配置されたＩ
    Ｃ配線層との間の層間膜に設けられた接続部で接続され
    ていることを特徴とする請求項９記載の高周波用高Ｑイ
    ンダクタ。
  11. 【請求項１１】 前記複数のインダクタ要素は、それぞ
    れスパイラル形状に配列され、 前記複数のインダクタ要素は隣り合う同士接続され、 その接続の仕方は、中心部同士を接続し、また最外部同
    士を接続することによって互いに直列接続され、 前記隣り合う同士の各インダクタ要素のスパイラルの巻
    き方は互いに逆転しており、 各インダクタ要素が生成する磁界の方向は実質上同一方
    向を向いていることを特徴とする請求項１記載の高周波
    用高Ｑインダクタ。
  12. 【請求項１２】 前記複数のインダクタ要素は、それぞ
    れスパイラル形状に配列され、 前記複数のインダクタ要素は一つ置きに互いに接続さ
    れ、 その接続の仕方は、中心部同士を接続し、また最外部同
    士を接続することによって互いに直列接続され、 隣り合う同士の各インダクタ要素のスパイラルの巻き方
    は.同方向と逆方向を順次繰り返しており、 各インダクタ要素が生成する磁界の方向は実質上同一方
    向を向いていることを特徴とする請求項１記載の高周波
    用高Ｑインダクタ。
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