CN1629988A - 电感元件 - Google Patents

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Abstract

本发明所提供一种即使在基板上形成的情况下，也能获得良好的特性的电感元件。电感元件(100)有在半导体衬底(110)的表面上形成的旋涡状的两条导体(120、122)。上层导体(120)和下层导体(122)有大致相同的形状，一个导体(120)作为电感导体使用，另一个导体(122)作为浮置导体使用。另外，引线(130、132)连接在导体(120)的外周端和内周端的每一端上，连接在内周端上的引线(132)通过下层导体(122)和半导体衬底(110)之间被引出到外周边一侧。

Description

电感元件
本案系母案(申请号为00811719.5)的分案。
技术领域
本发明涉及在半导体衬底等各种基板上形成的电感元件。
背景技术
已知一种利用薄膜形成技术，在半导体衬底上形成旋涡状的图形电极，将该图形电极作为电感元件利用的半导体电路。如果电流流过在这样的半导体衬底上形成的电感元件，则沿垂直于旋涡状的图形电极的方向发生磁通量，但由于该磁通量在半导体衬底表面上发生涡电流，会抵消有效磁通量，所以作为电感元件无法有效地起作用，这是不适宜的。特别是，流过电感元件的信号的频率越高，该倾向就越显著，难以在半导体衬底上形成包括电感元件的高频电路。
作为避免这样的不适宜情况的现有技术，已知有特开平10-208940号公报中公开的电感元件。该电感元件具有将与电感导体形状相同的浮置导体配置在电感导体和基板之间的双层结构，能降低基板表面上发生的涡电流。
可是，由于特开平10-208940号公报中公开的电感元件在基板上呈平面地形成电感导体和浮置导体，所以通过配置从电感导体延伸的引线，有可能遮挡由电感导体发生的有效磁通量流，存在不能获得充分的特性的问题。另外，由于浮置导体在电学上完全呈浮置状态，所以随着电感导体中输入输出的信号频率等的不同，在该浮置导体中往往发生不需要的反射，随着使用条件的不同，有可能不能获得充分的特性。
发明的公开
本发明就是鉴于这样的问题而创作的，其目的在于提供一种即使在基板上形成的情况下，也能获得良好的特性的电感元件。
本发明的电感元件有相互呈绝缘状态在基板上重叠形成的两个导体，将离开基板的一个导体作为电感导体用，同时在接近基板的另一个导体和基板之间引出该电感导体的引线。将两个导体配置在基板上，将离开基板一侧的导体作为电感导体用，通过使另一个导体介于该电感导体和基板之间，能降低基板表面上发生的涡电流、以及在电感导体和基板表面之间发生的寄生电容。特别是通过从另一导体和基板之间引出该电感导体的引线，能将遮挡由电感导体发生的有效磁通量流抑制到最小限度，能获得良好的特性。
另外，最好在上述的基板上形成三层以上的金属层，用相互相隔一层以上的不同层的金属层形成上述两个导体和引线中的每一个。通过作成这样的结构，能使电感导体和引线至少分离两层以上，所以更能减少流过引线的电流产生的影响。
另外，本发明的电感元件有相互呈绝缘状态在基板上重叠形成的两个导体，将离开基板的一个导体作为电感导体用，同时在规定的阻抗元件中将另一个导体的至少一个端部作为终端。由于由电感导体发生的有效磁通量的作用，电流在另一导体中流动，但由于在阻抗元件中将该另一导体的端部作为终端，所以能防止该部分中的不需要的反射，进行特性改善，因此能获得良好的特性。另外，通过利用电阻器、电容器、电感器中的任意一种、或它们的某种组合形成阻抗元件，能调整另一导体的频率特性等，所以通过将阻抗元件的元件常数调整到适当的值，能改善特性。
另外，最好能变更构成上述阻抗元件的电阻器、电容器、电感器中的任意一种的元件常数，通过使该元件常数可变来调整终端条件。通过利用来自外部的某种装置来变更例如施加的控制电压的值，能通过变更全体阻抗元件的元件常数、即终端条件来调整电感元件的特性。
特别是在上述的基板是半导体衬底的情况下，最好利用可变电容二极管形成元件常数可变的电容器。通过使用由半导体衬底形成的可变电容二极管，能使零部件小型化，同时与以后外接零部件进行布线等的情况相比，能简化制造工序，从而降低制造成本。同样，在上述的基板是半导体衬底的情况下，最好利用以沟道作为电阻体使用的FET形成。由于使用由利用半导体衬底形成的FET构成的可变电阻，所以零部件能小型化，同时与以后外接零部件进行布线等的情况相比，能简化制造工序，从而降低制造成本。
另外，构成阻抗元件的电感器最好由在基板上按照规定的形状形成的导体层形成。将导体的端部作为终端使用的电感器，由于不要求高Q值，所以能用基板上的导体图形来实现，而且由于能在同一工序中利用进行各种布线等的金属层形成该导体图形，所以能使零部件小型化，简化工序，以及与此相伴随的成本的降低。
另外，上述的两个导体最好呈大致相同的形状或长形。由于使形状相同，上层的导体与基板表面不直接相向，所以能降低使其直接相向时基板上产生的涡电流。另外，由于使两个导体的形状呈长形，所以能使上层的导体具有规定的电感。特别是在使导体形成一周以上的旋涡形或曲折形的情况下，能具有较大的电感，所以适合于组装到频率较低的电路的情况。另外，在使导体形成小于一周的圆圈形或大致为直线形的情况下，与形成旋涡形的情况相比，能减少电感，所以适合于组装到频率较高的电路的情况。
另外，在圆圈数大于一周的旋涡状的情况下，虽然需要从该旋涡状的电感导体的内周边一侧端部引出引线，但由于通过靠近基板的导体和基板之间将该引线引出，所以能将由电感导体发生的对有效磁通量流的遮挡抑制到最小限度。
另外，上述的电感元件适合于作为具有电感分量和电容分量的复合元件使用。该电感元件有互相重合的两个导体，其特性中也包含电容分量，所以能与电感器或电容器组合起来作为电路的一部分使用。
附图的简单说明
图1是表示第一实施形态的电感元件的平面结构图。
图2是表示图1所示的电感元件中包含的上层导体的图。
图3是表示图1所示的电感元件中包含的下层导体的形状图。
图4是表示电感导体中包含的两条导体的连接状态的图。
图5是沿图1中的V-V线的放大剖面图。
图6是表示第二实施形态的电感元件的结构图。
图7是表示将可变电容二极管连接在下层导体的内周端上的情况下的结构图。
图8是表示在半导体衬底上形成了图7所示的可变电容二极管时的剖面结构图。
图9是表示将可变电阻连接在下层导体的内周端上的情况下的结构图。
图10是表示电感元件中包含的导体的变例的图。
图11是表示电感元件中包含的导体的变例的图。
图12是表示电感元件中包含的导体的变例的图。
实施发明用的优选形态
以下，参照附图具体地说明采用了本发明的一个实施形态的电感元件。
[第一实施形态]
图1是表示第一实施形态的电感元件的平面结构图。另外，图2是表示图1所示的电感元件中包含的上层导体的图。图3是表示图1所示的电感元件中包含的下层导体的形状图。
本实施形态的电感元件100有在半导体衬底110的表面上形成的呈旋涡状的两条导体120、122。这两条导体120、122有大致相同的形状，从半导体衬底110的表面一侧看时，成为上层的一个导体120和成为下层的另一导体122大致重叠地配置。各导体120、122由例如金属薄膜(金属层)或多晶硅等半导体材料形成。
图4是表示上述的两条导体120、122的连接状态的图。如图4所示，引线130、132连接在上层导体120的外周端(外缘端)和内周端(中心端)的每一个上，下层导体122离开半导体衬底110和上层导体120在电学上呈浮置状态。
上层导体120具有作为电感导体的功能，通过连接在其两端上的引线130、132，与在半导体衬底110上形成的电路(图中未示出)相连接。
图5是沿图1中的V-V线的放大剖面图。如图4及图5所示，在半导体衬底110的表面上形成至少三层金属层160、162、164，用离开半导体衬底110最远的最上层的金属层160形成作为电感导体的一个导体120，用中层的金属层162形成另一个导体122。
另外，用离开半导体衬底110最近的最下层的金属层164形成从最上层的导体120的内周端引出的引线132。例如，如图5所示，导体120的内周端和引线132的一端通过通孔150连接，由最下层的金属层164形成的引线132向外周边一侧引出，以便与呈旋涡状的电感导体的各圆圈部分正交。另外，在用三层金属层160、162、164形成的导体120、122、引线132、以及半导体衬底110彼此之间形成绝缘层140、142、144，相互进行绝缘。
由于本实施形态的电感元件100具有上述的结构，在连接在上层导体120的两端的每一端的引线130、132之间呈现规定的电感，所以能将该上层导体120作为电感导体用。另外，通过在该上层导体120的下侧形成具有与该导体120大致相同形状的导体122，能将上层导体120和半导体衬底110隔开，所以能降低在半导体衬底110上发生的涡电流、以及在上层导体120和半导体衬底110之间产生的寄生电容，能有效地使上层导体120具有作为电感导体的功能。
另外，在本实施形态的电感元件100中，用最下层的金属层164形成从作为电感导体的上层导体120的内周端引出的引线132，夹持着另一个导体122配置在离开电感导体最远的位置。因此，能将遮挡由电感导体发生的有效磁通量流抑制到最小限度，能获得良好的特性。因此，由于能用半导体衬底110的表面上的至少三层金属层160、162、164形成本实施形态的电感元件100，所以能在半导体衬底110上与其他零部件一起形成为一体而集成化。
[第二实施形态]
图6是表示第二实施形态的电感元件100A的结构图，与图4所示的第一实施形态的电感元件100不同之处在于追加了规定的阻抗元件200。
即，在上述的第一实施形态的电感元件100中，如果着眼于与作为电感导体的一个导体120大致重叠配置的另一个导体122，则两者的端部成为自由端(开放状态)。在本实施形态中，由于使导体122的内周端通过阻抗元件200作为终端，所以能改善或调整电感元件100A总体的特性。
例如，当电流流过电感元件100A的一个导体120时，在另一个导体122中产生感应电流，但由于使另一个导体122的内周端通过阻抗元件200作为终端，所以能防止该内周端上的不需要的反射。另外，通过调整或变更阻抗元件200的元件常数，能容易地改善或变更包括电感元件100A的电路的频率特性。例如，在欲降低频率的情况下，使用电感器作为阻抗元件200即可。反之，在欲提高频率的情况下，用电容器作为阻抗元件200即可。或者，也可以将这些电感器、电容器或电阻器任意地组合起来形成阻抗元件200。
另外，上述的阻抗元件200能使用最简单的电感器、电容器、或电阻器的芯片零部件。另外如图5中的剖面结构所示，如果考虑在半导体衬底110上形成构成电感元件100A的两个导体120、122，则最好也用半导体制造技术在半导体衬底110上形成阻抗元件200。例如，可以考虑用高电阻体形成电阻器、或者使具有规定的面积的两层金属层相向形成电容器、或者用规定形状的导体形成电感器的情况。另外，由于能只用阻抗元件200作为终端用元件，所以即使在用电感器实现终端用元件的情况下，也不需要那么高的Q。因此，也可以将在半导体衬底110上形成规定形状(例如旋涡状)的导体构成的电感器作为阻抗元件200使用。
另外，也可以使用能利用来自外部的控制装置变更元件常数的阻抗元件200。图7是表示将可变电容二极管210连接在导体122的内周端的情况下的结构图。可变电容二极管210由于在反向偏置状态下使用，所以作为具有规定的电容的电容器而工作，通过改变反向偏压的大小，能变更电容。该可变电容二极管210通过除去直流分量用的电容器212连接在导体122的内周端上。
图8是表示在半导体衬底110上形成了图7所示的可变电容二极管210时的剖面结构图。如图8所示，包括在由n型硅衬底(n-Si衬底)形成的半导体衬底110的表面附近形成的p+区220、以及再在其一部分上形成的n+区222，这些p+区220和n+区222形成pn结层。另外，在p+区220的表面上形成接地用的电极230，在n+区222的表面上形成将可变的反向偏压作为控制电压Vc施加用的电极232。通过将正的控制电压Vc加在电极232上，能形成其电容随着该控制电压Vc的大小而变化的可变电容二极管210。
图9是表示将由FET240构成的可变电阻连接在导体122的内周端上的情况下的结构图。如图9所示，通过将FET240的沟道作为电阻体使用，能容易地实现可变电阻。通过变更加在栅极上的控制电压Vc，能变更在源极和漏极之间形成的沟道的电阻。另外，通过在半导体衬底110的表面附近形成源区和漏区，同时在形成这些区域或它们之间的沟道的区域附近形成规定形状的电极，从而能容易地在半导体衬底110上形成FET240。
这样，通过使用根据从外部施加的控制电压Vc能变更元件常数的阻抗元件，将导体122的端部作为终端，则能变更终端条件，所以即使在输入输出到电感元件100A的信号的频率等变更了的情况下，也能与该变更一致地调整终端条件，能够改善特性。
另外，本发明不限定于上述实施形态，能在本发明的要旨的范围内作各种变形来实施。例如，在上述的实施形态中，由于使电感元件100、100A中包含的两条导体120、122形成旋涡状，所以能实现具有大电感的电感元件100、100A，但也可以呈曲折形形成两条导体120、122(图10)。另外，在作为高频电路的一个零部件使用该电感元件100、100A的情况下，由于用小的电感就足够了，所以也可以减少导体120、122的圈数，形成为小于一圈(图11)，或大致呈直线状地形成(图12)。
另外，在上述的实施形态中，虽然将两个导体120、122的形状设定成大致相同，但也可以设定成不同的形状。例如，也可以设定下层导体122的圈数比上层导体120的圈数多。这样，如果下层导体122的全部或一部分被配置在上层导体120的下侧，则由于上层导体120不直接与半导体衬底110相对，所以能有效地防止上层导体120引起的涡电流的发生。
另外，在上述的实施形态中，虽然通过在半导体衬底110上形成两条导体120、122，来形成电感元件100、100A，但也能实现在金属等导体基板上形成了两条导体120、122的电感元件。如果能在导体基板上紧密接触地形成电感元件100、100A，则能将电感元件100、100A配置在金属制的密封外壳等的表面上，容易确保电感元件的设置空间。
另外，上述的第二实施形态的电感元件100A虽然利用电感元件200将下层导体122的内周端作为终端，但也可以通过阻抗元件将外周端作为终端，或者使两端分别通过阻抗元件作为终端。在使导体122的两端的每一端通过阻抗元件作为终端的情况下，使各阻抗元件的元件常数不同即可。
工业上利用的可能性
如上所述，如果采用本发明，则能将两个导体中的离开基板一侧的导体作为电感导体用，同时使该电感导体的引线从接近基板的另一导体和基板之间通过，能将遮挡由电感导体发生的有效磁通量流抑制到最小限度，能够得良好的特性。
另外，如果采用本发明，由于由电感导体发生的有效磁通量的作用，电流也流到另一导体中，但由于在阻抗元件中将该另一导体的端部作为终端，所以能防止该部分的不需要的反射以改善特性。

Claims (11)

1.一种电感元件，其特征在于：
有相互呈绝缘状态在基板上重叠形成的两个导体，将离开上述基板的一个上述导体作为电感导体用，同时在规定的阻抗元件中将另一个上述导体的至少一个端部作为终端。
2.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
上述的阻抗元件能变更电阻器、电容器、电感器中的至少一种的元件常数，通过变更上述元件常数来变更终端条件。
3.根据权利要求2所述的电感元件，其特征在于：
上述基板是半导体衬底，
由利用在上述半导体衬底的内外形成的半导体层的可变电容二极管形成上述电容器。
4.根据权利要求2所述的电感元件，其特征在于：
上述基板是半导体衬底，
由利用在上述半导体衬底的内外形成的半导体层的FET的沟道形成上述电阻。
5.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
上述两个导体有大致相同的形状。
6.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
上述两个导体呈长形。
7.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
上述两个导体形成圈数小于一圈的圆圈形状。
8.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
上述两个导体形成圈数在一圈以上的旋涡状。
9.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
上述两个导体大致呈直线状。
10.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
上述两个导体呈曲折状。
11.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于：
有上述电感元件的电感分量、以及上述两个导体之间的电容分量。
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