DE10340391A1

DE10340391A1 - Induktor mit geringem Energieverlust

Info

Publication number: DE10340391A1
Application number: DE10340391A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Heima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2004-08-05
Also published as: US6894598B2; TWI224855B; JP2004221475A; US20040140878A1; TW200414502A

Abstract

Ein Induktor der Erfindung besitzt eine Schichtstruktur, bei welcher eine Isolierschicht und eine Verdrahtungsschicht abwechselnd auf einem Halbleitersubstrat aufgeschichtet sind. Die Schichtstruktur enthält wenigstens zwei Verdrahtungsschichten und eine zwischen ihnen angeordnete Isolierschicht. Eine erste Verdrahtungsschicht besitzt ein erstes Windungsteil und ein zweites Windungsteil, welche um dieselbe Ebene gewunden und zueinander benachbart angeordnet sind. Eine zweite Verdrahtungsschicht besitzt ein Verdrahtungsteil, welches einen einzigen Pfad von einem Anschlusss davon zu dem anderen besitzt. Die ersten und zweiten Windungsteile sind mit dem Verdrahtungsteil elektrisch verbunden. Wenn eine Spannung zwischen einem Anschluss des ersten Windungsteils und einem Anschluss des zweiten Windungsteils angelegt wird, verlaufen Ströme, welche in den ersten und zweiten Windungsteilen fließen, in entgegengesetzten Richtungen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein induktives Bauelement bzw. einen Induktor, dessen Energieverlust gering ist.

Einer kleinen und hochintegrierten Monolithischen Mikro- und Millimeterwellen-Schaltung (MMIC, monolithic microwave integrated curcuit) wird erhöhte Aufmerksamkeit als Hochfrequenzschaltung gewidmet, welche für Mobilkommunikation, Satellitenkommunikation oder dergleichen verwendet wird. Dabei liegt eine integrierte Mikrowellenschaltung einer Vielschichtstruktur vor, bei welcher ein aktives Bauelement (ein Feldeffekttransistor (FET), ein Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT, high electron mobility transistor) oder dergleichen) und ein passives Bauelement (eine Übertragungsleitung, ein Kondensator, ein Induktor oder dergleichen) zusammen auf einem Halbleitersubstrat angebracht sind. In den vergangenen Jahren wurde die Hochfrequenzschaltung mit einem komplementären Metalloxidhalbleiter (CMOS, complementary metal-oxid semiconductor) hergestellt. Bei dieser MMIC wird oft ein Spiralinduktor als induktives Bauelement bzw. Induktor verwendet. Der Spiralinduktor besitzt eine Spirale, eine elektrisch leitfähige Struktur, welche um eine Ebene herum gewickelt ist. Wenigstens einer der außenseitigen und innenseitigen Anschlüsse der leitfähigen Struktur ist elektrisch mit einer auf einer anderen Verdrahtungsschicht vorgesehenen Elektrode über ein Loch oder ein Durchgangsloch verbunden. Der Spiralinduktor besitzt einen Vorteil dahingehend, dass die Anzahl von Verdrahtungsschichten verringert werden kann, welche zur Bildung des Induktors benötigt werden.

Wenn eine Spannung zwischen den außenseitigen und innenseitigen Anschlüssen des Spiralinduktors angelegt wird, fließt ein Spiralstrom in der leitfähigen Struktur, um ein Magnetfeld um den Induktor herum zu indizieren. Insbesondere in dem mittleren Abschnitt der Spirale wird ein Magnetfluss erzeugt, welcher die Ebene durchdringt, auf der die leitfähige Struktur gebildet wird. Dieser Magnetfluss tritt in ein Halbleitersubstrat (nicht isolierendes Substrat) ein. Wenn nun der Magnetfluss entsprechend dem Stromfluss durch die leitfähige Struktur der Spirale geändert wird, wird ein Wirbelstrom in dem Substrat durch einen elektromagnetischen Induktionseffekt erzeugt. Da dieser Wirbelstrom in der Richtung entgegengesetzt zu dem Magnetfluss erzeugt wird, wird die Magnetflussdichte verringert. Als Ergebnis wird eine Selbstinduktivität (L) des Spiralinduktors verringert, und es wird der Wert des Gütefaktors (Q) davon verringert. Mit anderen Worten, der Energieverlust ist bei dem herkömmlichen Spiralinduktor hoch. Darüber hinaus ist der Energieverlust in einer integrierten Schaltung hoch, welche einen Spiralinduktor als Ganzes enthält, da der Energieverlust in dem Spiralinduktor hoch ist.

Um bei dem herkömmlichen Spiralinduktor den Q-Wert zu verbessern, werden zwei Wiindungen (zwei Spiralinduktoren) angeordnet, welche einander gegenüberliegen (dabei wird beispielsweise auf die japanische Veröffentlichungsschrift Nr. 2000-208704 verwiesen). Die zwei Windungen sind parallel angeschlossen. Die Windungsrichtungen der zwei Windungen verlaufen symmetrisch und zueinander entgegengesetzt. Bei den zwei Windungen kann in dem Fall, bei welchem der Strom durch die zwei Windungen fließt, die wechselseitige Induktivität verringert werden, und der Q-Wert kann hoch sein.

Des weiteren gibt es ein induktives Bauelement, bei welchem ein hoher Wert von Q durch paralleles Verbinden von zwei Schleifen erzielt werden kann, um den Gesamtwiderstandswert zu verringern (dabei wird beispielsweise auf die japanische Veröffentlichungsschrift Nr. 2002-508592 verwiesen).

Des weiteren kann der hohe Wert von Q durch Entfernen von vier Ecken einer Spiralspule erzielt werden, welche um eine rechtwinklige Form herum gewunden ist (dabei wird beispielsweise auf die japanische Veröffentlichungsschrift Nr. 3-89543 verwiesen).

Jedoch ist der in der japanischen Veröffentlichungsschrift Nr. 2000-208704 beschriebene Induktor lediglich auf eine Schaltung anwendbar, welche dieselben zwei Spiralinduktoren verwendet, obwohl eine Hochfrequenzschaltung lediglich einen Spiralinduktor anstelle von zweien in vielen Fällen verwendet.

Darüber hinaus beansprucht der in der japanischen Veröffentlichungsschrift Nr. 2000-208704 beschriebene Induktor eine große Fläche. Da die Fläche eines Spiralinduktors Tausende und Zehntausende von Malen so groß wie diejenige eines anderen Bauelements ist, wenn zwei Spiralinduktoren verwendet werden, ist die von den Spiralinduktoren beanspruchte Fläche äußerst erhöht. Des weiteren wird in den japanischen Veröffentlichungsschriften Nr. 2000-208704, 2002-508592 und 3-89543 überhaupt nicht darauf Bezug genommen, dass der Q-Wert verringert wird, da der durch den Strom, welcher in dem Induktor fließt, induzierte Magnetfluss in das Halbleitersubstrat eintritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Induktor bereitzustellen, bei welchem der wert von Q hoch ist und der Energieverlust gering ist.

Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Induktor bereitzustellen, welcher verhindert, dass ein durch den Stromfluss darin induzierter Magnetfluss in ein Substrat eintritt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Entsprechend einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Induktor bereitgestellt mit einer Schichtstruktur, bei welcher eine Isolierschicht und eine Verdrahtungsschicht abwechselnd auf einem Halbleitersubstrat aufgeschichtet sind, wobei die Schichtstruktur eine erste Schichtstruktur, eine zweite Schichtstruktur und eine dazwischen angeordnete Isolierschicht aufweist, wobei die erste Schichtstruktur eine erste Verdrahtungsschicht aufweist, auf welcher ein erstes Windungsteil und ein auf derselben Ebene gewundenes zweites Windungsteil benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die zweite Schichtstruktur eine zweite Verdrahtungsschicht aufweist, auf welcher ein erstes Verdrahtungsteil angeordnet ist, welches einen einzigen Pfad von einem Anschluß davon zu dem anderen Anschluß davon bildet, wobei die erste Isolierschicht ein erstes Durchkontaktierungsloch und ein zweites Durchkontaktierungsloch aufweist, welche die erste Verdrahtungsschicht mit der zweiten Verdrahtungsschicht verbinden,
wobei ein erster Anschluss des ersten Windungsteils mit einem zweiten Anschluss des ersten Verdrahtungsteils durch das erste Durchkontaktierungsloch verbunden ist und ein dritter Anschluss des zweiten Windungsteils mit einem vierten Anschluss des ersten Verdrahtungsteils durch das zweite Durchkontaktierungsloch verbunden ist, und
wodurch ein Strom um das erste Windungsteil herum von einem fünften Anschluss davon zu dem ersten Anschluss davon fließt und ein Strom um das zweite Windungsteil herum von dem dritten Anschluss davon zu dem sechsten Anschluss davon fließt, wobei die Richtungen jener Ströme entgegengesetzt zueinander verlaufen, wenn eine Spannung zwischen dem fünften Anschluss des ersten Wicklungsteils und dem sechsten Anschluss des zweiten Windungsteils angelegt wird.

Der Induktor der vorliegenden Erfindung besitzt einen Vorteil dahingehend, dass verhindert wird, dass der durch den darin fließenden Strom erzeugte Magnetfluss in das Substrat in einem Gebiet eintritt, welches von dem Induktor umgeben ist, wodurch der Q-Wert des Induktors erhöht und der Energieverlust davon verringert wird.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
1A zeigt eine Draufsicht auf einen Spiralinduktor einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1B zeigt eine Querschnittsansicht des Spiralinduktors.
2A zeigt eine Draufsicht auf einen Spiralinduktor einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2B zeigt eine Querschnittsansicht des Spiralinduktors, und 2C zeigt ein schematisches Diagramm von Verbindungen zwischen Verdrahtungsschichten des Spiralinduktors.
3A zeigt eine Draufsicht auf einen Spiralinduktor einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3B zeigt eine Querschnittsansicht des Spiralinduktors, und 3C zeigt ein schematisches Diagramm von Verbindungen zwischen Verdrahtungsschichten des Spiralinduktors.
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Spiralinduktor einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4B zeigt einen Querschnitt des Spiralinduktors, und 4C zeigt eine schematische Ansicht von Verbindungen zwischen Verdrahtungsschichten des Spiralinduktors.
5A zeigt eine Draufsicht auf einen Spiralinduktor einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 5B zeigt eine Querschnittsansicht des Spiralinduktors.
6A zeigt eine Draufsicht auf einen anderen Spiralinduktor der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6B zeigt eine Querschnittsansicht des Spiralinduktors.
7A zeigt eine Draufsicht auf einen Spiralinduktor einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 7B zeigt eine Querschnittsansicht des Spiralinduktors.
Die folgende Beschreibung stellt eine detailliert Erläuterung der Hauptausführungsformen der Erfindung dar, wobei auf die Figuren Bezug genommen wird und dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente jeweils in den unterschiedlichen Figuren bezeichnen.
Erste Ausführungsform
1 zeigt einen Spiralinduktor (spiral inductor) der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 1A eine Draufsicht auf den Spiralinduktor und 1B eine Querschnittsansicht entlang einer gestrichelten Linie A-A zeigen. Der Spiralinduktor 1 besitzt eine geschichtete Struktur, bei welcher eine Verdrahtungsschicht und eine Isolierschicht abwechselnd auf ein Halbleitersubstrat 2 geschichtet sind. Entsprechend 1B besitzt die geschichtete Struktur Verdrahtungsschichten 3 und 4, eine dazwischen angeordnete Isolierschicht 5 und eine zwischen der Verdrahtungsschicht 4 und dem Halbleitersubstrat 2 angeordnete Isolierschicht 6. Insbesondere sind die Isolierschicht 6, die Verdrahtungsschicht 4, die Isolierschicht 5 und die Verdrahtungsschicht 3 in dieser Reihenfolge auf dem Halbleitersubstrat 2 geschichtet. Jede der Verdrahtungsschichten des Spiralinduktors 1 besitzt eine aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen gebildete elektrisch leitfähige Struktur. Wie in 1A dargestellt enthält der Spi ralinduktor 1 erste und zweite Windungsteile 7 und 8. Die ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 sind um eine einzige Ebene auf der Verdrahtungsschicht 3 gewunden, welche die oberste Schicht der geschichteten Struktur ist. Dabei besitzt jedes der ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 eine lediglich einmal von außen nach innen spiralförmig gewundene Form. Darüber hinaus setzt sich die Spiralwindung aus geraden Leitungen bzw. Linien (straight-lines) zusammen, welche miteinander in rechten Winkeln wie ein Rechteck verbunden sind. Die ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 besitzen dieselbe Form.
Wie in 1A dargestellt sind die ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 benachbart zueinander angeordnet. Wenn dabei das Teil der geraden Leitung bzw. Linie von einem Startpunkt (einem außenseitigen Anschluss 9 des Windungsteils 7) zu einer ersten Ecke entlang der Windungsrichtung des ersten Windungsteils 7 als das erste Teil der geraden Leitung bzw. Linie (first straight-line part) bezeichnet wird und das Gegenstück von einem Startpunkt (einem außenseitigen Anschluß 10 des Windungsteils 8) zu der ersten Ecke entlang der Windungsrichtung des zweiten Windungsteils 8 als das zweite Teil der geraden Linie bzw. Leitung (second straight-line part) bezeichnet wird, sind die ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 derart angeordnet, dass die ersten und zweiten Teile der geraden Leitung bzw. Linie parallel und gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus sind sie derart angeordnet, dass ihre Windungsrichtungen von dem außenseitigen Anschluss zu dem Innenseitigen symmetrisch, jedoch entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Als Ergebnis sind sie bezüglich eines Punktes auf der Verdrahtungsschicht 3 symmetrisch zueinander ausgebildet.
Ein Verdrahtungsteil 11, welches einen einzigen Pfad von einem Anschluss zu dem anderen besitzt, ist auf der Verdrahtungsschicht 4 des Spiralinduktors 1 vorgesehen. Der eine Anschluss des Verdrahtungsteils 11 ist elektrisch mit einem innenseitigen Anschluss 12 des ersten Windungsteils 7 auf der Verdrahtungsschicht 3 durch ein Durchkontaktierungsloch 14 verbunden, welches durch die Isolierschicht 5 gebohrt ist, während der andere Anschluss des Verdrahtungsteils 11 elektrisch mit einem innenseitigen Anschluss 13 des zweiten Windungsteils 8 durch ein anderes Durchkontaktierungsloch 15 verbunden ist, welches durch die Isolierschicht 5 gebohrt ist. Insbesondere ist das Verdrahtungsteil 11 auf der Verdrahtungsschicht außer der Verdrahtungsschicht vorgesehen, auf welcher die ersten und zweiten windungsteile 7 und 8 vorgesehen sind, wobei eine elektrische Verbindung zu den ersten und zweiten Windungsteilen 7 und 8 vorgesehen ist. Das Verdrahtungsteil 11 kann irgendeine Form besitzen, wenn es eine elektrische Verbindung zu den zwei Windungsteilen 7 und 8 herstellen kann, es wird jedoch die folgende Form bevorzugt. Das Verbindungsteil 11 des Spiralinduktors 1 besitzt ein Teil einer geraden Leitung bzw. Linie (hiernach als drittes Teil einer geraden Leitung bzw. Linie bezeichnet). Das dritte Teil einer geraden Leitung ist auf der Verdrahtungsschicht 4 derart positioniert, dass es parallel mit den ersten und zweiten Teilen einer geraden Leitung ausgerichtet und einem Gebiet zwischen den ersten und zweiten Teilen einer geraden Leitung auf der Verdrahtungsschicht gegenüberliegt. Was das Verdrahtungsteil 11 anbelangt, liegt der Abschnitt, welcher sich von dem mit dem ersten Windungsteil 7 verbundenen Anschluss zu der dritten geraden Leitung erstreckt, gegenüber dem ersten Windungsteil 7 und ist entlang der Windungsrichtung der ersten Windungsteile 7 angeordnet, während der andere Abschnitt, welcher sich von dem mit dem zweiten Windungsteil 8 verbunden Anschluss zu dem dritten Teil einer geraden Leitung erstreckt, gegenüber dem zweiten Windungsteil 8 liegt und entlang der Windungsrichtung des zweiten Windungsteils 8 angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Form des Verdrahtungsteils 11 symmetrisch bezüglich dessen Mittelpunkt. Wenn des weiteren wie in 1A dargestellt die ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 und das Windungsteil 11 wie oben beschrieben angeordnet sind, bilden sie eine symmetrische Struktur bezüglich ihres Mittelpunkts von oben aus betrachtet.
Im folgenden wird der Betrieb des oben beschriebenen Spiralinduktors 1 beschrieben. Der eine (außenseitige) Anschluss 9 des ersten Windungsteils 7 und der eine (außenseitige) Anschluss 10 des zweiten Windungsteils 8 sind mit außenseitigen Geräten oder Schaltungen beispielsweise durch Erstreckung der Anschlüsse durch Durchkontierungslöcher verbunden. Wenn eine Spannung zwischen dem Anschluss 9 und 10 angelegt wird, fließt ein Strom in den Spiralinduktor 1. Pfeile in 1A stellen die Richtungen des Stromflusses in dem Spiralinduktor 1 dar, wenn der Strom von dem Anschluss 9 zu dem Anschluss 10 fließt. Der Strom fließt von dem außenseitigen Anschluss 9 zu dem Innenseitigen 12 in dem ersten Windungsteil 7. Danach erreicht er das Verdrahtungsteil 11 auf der Verdrahtungsschicht 4 durch das durch Kontaktierungsloch 14. Nachdem der Strom durch das Verdrahtungsteil 11 geflossen ist, kehrt er zu der Verdrahtungsschicht 3 durch das durch Kontaktierungsloch 15 zurück. Danach fließt der Strom von dem innenseitigen Anschluss 13 zu dem außenseitigen Anschluss 10 in dem zweiten Windungsteil 8. Wie in 1A dargestellt verlaufen die Richtung des Stroms, welcher in dem ersten Windungsteil 7 fließt, und diejenige des Stroms, welcher in dem zweiten Windungsteil 8 fließt, im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn und zueinander entgegengesetzt.
In 1B dargestellte Pfeile stellen die Richtungen des durch den Strom erzeugten Magnetflusses dar, welcher in die durch die Pfeile in 1A dargestellten Richtungen fließt. Der Magnetfluss in dem ersten Windungsteil 7 wird durch den Strom in der Richtung des Eintretens in das Substrat 2 von oben erzeugt. Der Magnetfluss in dem zweiten Windungsteil 8 wird durch den Strom in der Richtung des Austretens aus dem Substrat 2 erzeugt. Wie in 1B dargestellt durchdringt der Magnetfluss das erste Windungsteil 7 von oben nach unten (in der Richtung des Eintretens in das Substrat 2), tritt unter dem Verdrahtungsteil 11 hindurch und durchdringt das zweite Windungsteil 8 von unten nach oben (in der Richtung des Austretens aus dem Substrat 2). Somit kann der Magnetfluss, welcher in das Substrat 2 eintritt, verringert werden, und es kann verhindert werden, dass ein Wirbelstrom in einem Gebiet erzeugt wird, welches von Windungsteilen in dem Spiralinduktor umgeben wird. Als Ergebnis kann der Energieverlust des Spiralinduktors 1 verringert werden.
Der Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung selbst kann verhindern, dass der durch den Stromfluss in dem Induktor erzeugte Magnetfluss in das Substrat eintritt, ohne dass ein anderes Bauelement verwendet wird. Daraufhin ist es einfach, den Spiralinduktor zu optimieren, und es ist nicht nötig, ihn viele Male während der Verwendung zu optimieren. Daher kann derselbe Vorteil erzielt werden, wer auch immer ihn verwendet. D.h., es kann ein vielseitig einsetzbarer Induktor entsprechend dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform realisiert werden. Des weiteren kann der Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Modul des Induktors mit einer hohen Wiederverwendbarkeit in einer Bibliothek bereitgestellt werden.
Darüber hinaus kann bei dem Induktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Substrat mit einer relativ einfachen Struktur eindringt. Da des weiteren der Spiralinduktor eine Form derart aufweist, dass ein Induktor anscheinend in zwei Teile geteilt ist, kann das Bauelement, welches eine äußerst hohe Symmetrie besitzt, im Vergleich mit einem herkömmlichen Spiralinduktor realisiert werden.
Obwohl das Windungsteil von außen nach innen lediglich einmal in Form eines Rechtecks in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewunden ist, wird darüber hinaus festgestellt, dass die Form nicht darauf beschränkt ist. Das Windungsteil kann beispielsweise in Form eines Kreises herum gewunden sein. Darüber hinaus kann die Anzahl von Windungen zwei oder mehr betragen. Des weiteren können die benachbart zueinander angeordneten Windungsteile jeweils irgendeine Form besitzen, solange die Ströme, welche um sie herum fließen, in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlaufen. Sogar in dem Fall kann derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform erzielt werden.
Obwohl die zwei Windungsteile Seite an Seite in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, wird des weiteren festgestellt, dass die Anordnung nicht darauf beschränkt ist. Es ist in Ordnung, solange wie die zwei Windungsteile nahe beieinander derart angeordnet sind, dass die Ströme, welche in ihnen fließen, in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlaufen. In dem Fall kann derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform erzielt werden.
Obwohl die zwei Windungsteile dieselbe Form in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform besitzen, wird des weiteren festgestellt, dass die Form nicht darauf beschränkt ist. Sogar wenn sie unterschiedliche Formen besitzen, kann verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt. Wenn jedoch die zwei Windungsteile dieselbe Form besitzen, werden die Pfade der Ströme, welche um die Windungsteile herum fließen, symmetrisch (die Richtungen der Ströme verlaufen zueinander entgegengesetzt), und als Resultat wird der zu erzeugende Magnetfluss ebenfalls symmetrisch (die Richtungen der entsprechenden zwei Magnetflusslinien verlaufen zueinander entgegengesetzt). wenn der Magnetfluss symmetrisch ist, kann wirksam verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt.
Des weiteren wird festgestellt, dass die Form des Verdrahtungsteils nicht auf diejenige beschränkt ist, welche bezüglich dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde. Das Verdrahtungsteil kann irgendeine Form besitzen, wenn es eine elektrische Verbindung zu bzw. zwischen den zwei Windungsteilen herstellen kann. Beispielsweise kann das Windungsteil die Form besitzen, bei welcher eine lineare Erstreckung von einem Anschluss zu dem anderen erfolgt. Die Länge des Verdrahtungsteils ist vorzugsweise kurz, um dessen Widerstandswert zu verringern und den Q-Wert (Q value) des Spiralinduktors zu erhöhen. Wenn jedoch die Länge des Verdrahtungsteils auf einen kurzen wert festgelegt wird (beispielsweise kann das Verdrahtungsteil die Form besitzen, bei welcher eine lineare Erstreckung von einem Anschluss zu dem anderen erfolgt), liegt in einigen Fällen das Verdrahtungsteil zumindest einem der es (sie) kreuzenden Windungsteile gegenüber. Wenn bezüglich des Spiralinduktors 1 dieser Ausführungsform sich das Verdrahtungsteil 11 linear von dem mit dem Durchkontaktierungsloch 14 verbundenen Anschluss zu dem Anschluss erstreckt, welcher mit dem Durchkontaktierungsloch 15 verbunden ist, befindet es sich gegenüberliegend zu den ersten und zweiten Windungsteilen 7 und 8, so dass es schräg die ersten und zweiten Teile der geraden Leitung davon kreuzt. Da in diesem Fall die Stromflüsse die Windungsteile kreuzen, welche das Magnetfeld beeinflussen, ändert sich der Zustand des Magnetflusses, welcher die Windungsteile durchdringt. Daher wird es bevorzugt, dass das Verdrahtungtsteil nicht den Windungsteilen gegenüberliegend oder entlang der Windungsrichtungen der Windungsteile angeordnet wird, wenn es gegenüber den Windungsteilen liegt.
Obwohl die Verdrahtungsschicht, auf welcher das Verdrahtungsteil vorgesehen ist, niedriger als die Verdrah tungsschicht positioniert ist, auf welcher die Windungsteile in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, kann es darüber hinaus höher positioniert werden. Sogar in dem Fall kann derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform erzielt werden.
Des weiteren kann eine Isolierschicht weiter auf die oberste Schicht der geschichteten Struktur in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschichtet werden.
Zweite Ausführungsform
2 stellt einen Spiralinduktor der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 2A zeigt eine Draufsicht auf den Spiralinduktor, und 2B zeigt eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie B-B von 2A. Ein Spiralinduktor 21 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass eine Isolierschicht und eine Verdrahtungsschicht in dieser Reihenfolge auf die oberste Schicht der Schichtstruktur des Spiralinduktors 1 wie in 2B dargestellt geschichtet sind. Darüber hinaus sind auf dieser Verdrahtungsschicht dieselben Windungsteile wie jene bei dem Spiralinduktor der ersten Ausführungsform angeordnet.
Die oberste Schicht der Schichtstruktur des Spiralinduktors 21 ist eine Verdrahtungsschicht 22. Die Verdrahtungsschicht 22 ist oberhalb der Verdrahtungsschicht 3 mit einer zwischen den Verdrahtungsschichten 22 und 3 angeordneten Isolierschicht 23 positioniert. 2A zeigt eine Draufsicht auf die Verdrahtungsschicht 22. Zwei Verdrahtungsteile 27 und 28 sind auf der Verdrahtungsschicht 22 des Spiralinduktors 21 vorgesehen. Aus einem Vergleich mit 1A ist ersichtlich, dass Formen und Anordnungen der dritten und vierten Windungsteile 27 und 28 auf der Verdrahtungsschicht 22 ähnlich wie jene der ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 auf der Verdrahtungsschicht 3 sind. Das dritte Windungsteil 27 liegt dem ersten Windungsteil 7 gegenüber, und das vierte Windungsteil 28 liegt dem zweiten Windungsteil 8 gegenüber.
Jedes der dritten und vierten Windungsteile 27 und 28 ist in der Form eines Rechtecks von außen nach innen herum einmal gewunden. Ein außenseitiger Anschluss 27 des dritten Windungsteils 27 und ein außenseitiger Anschluss 30 des vierten Windungsteils 28 sind mit außenseitigen Bauelementen oder Schaltungen beispielsweise durch Erstrecken der Anschlüsse durch Kontaktlöcher verbunden. Ein innenseitiger Anschluss 32 des dritten Windungsteils 27 und ein innenseitiger Anschluss 33 des vierten Windungsteils 28 sind jeweils mit Durchkontaktierungslöchern 34 bzw. 35 verbunden.
2C stellt eine Verbindung der zwei Windungsteile 27 und 28 auf der Verdrahtungsschicht 22, der zwei Windungsteile 7 und 8 auf der Verdrahtungsschicht 3 und des Verdrahtungsteils 11 auf der Verdrahtungsschicht 4 untereinander dar. Hiernach wird eine Operation bzw. der Betrieb des Spiralinduktors 21 unter Bezugnahme auf 2C beschrieben. Dabei ist der außenseitige Anschluss 29 des dritten Windungsteils 27 mit dem außenseitigen Anschluss 9 des ersten Windungsteils 7 verbunden, und es ist der außenseitige Anschluss 30 des vierten Windungsteils 28 mit dem außenseitigen Anschluss 10 des zweiten Windungsteils 8 verbunden. Des weiteren ist der innenseitige Anschluss 32 des dritten Windungsteils 27 mit dem innenseitigen Anschluss 12 des ersten Windungsteils 7 durch das Durchkontaktierungsloch 34 verbunden, und es ist der innenseitige Anschluss 33 des vierten Windungsteils 28 mit dem innenseitigen Anschluss 13 des zweiten Windungsteils 8 durch das Durchkontaktierungsloch 35 verbunden. Insbesondere sind die zwei Windungsteile auf der Verdrahtungsschicht 22 und die zwei Windungsteile auf der Verdrahtungsschicht 3 parallel verbunden. Darüber hinaus sind ein Anschluss 36 und der andere 37 des auf der Verdrahtungsschicht 4 vorgesehenen Verdrahtungsteils 11 mit den Durchkontaktierungslöchern 34 bzw. 35 verbunden. Wenn in diesem Fall eine Spannung zwischen dem Anschluss 9 des ersten Windungsteils 7 und dem Anschluss 10 des zweiten Windungsteils 8 angelegt wird (d.h. zwischen dem Anschluss 29 des dritten Windungsteils 27 und dem Anschluss 30 des vierten Windungsteils 28), fließt ein Strom in dem Spiralinduktor 21. In 2C dargestellte Pfeile stellen die Richtungen des Stroms dar, welcher in dem Spiralinduktor 21 fließt. Zuerst wird die Beschreibung bezüglich des Stroms gegeben, welcher von dem dritten Windungsteil 27 zu dem vierten Windungsteil 28 auf der Verdrahtungsschicht 22 fließt. Der Strom fließt von dem Anschluss 29 zu dem Anschluss 32 in dem dritten Windungsteil 27. Danach erreicht er das Verdrahtungsteil 11, welches auf der Verdrahtungsschicht 4 vorgesehen ist, von dem Anschluss 32 des dritten Windungsteils 27 aus durch das Durchkontaktierungsloch 34. Nachdem der Strom von dem Anschluss 36 zu dem Anschluss 37 in dem Verdrahtungsteil 11 geflossen ist, kehrt er zu der Verdrahtungsschicht 22 durch das Durchkontaktierungsloch 35 zurück. Danach fließt der Strom von dem Anschluss 33 zu dem Anschluss 30 in dem vierten Windungsteil 28. Die Richtung des Stroms, welcher in dem dritten Windungsteil 27 fließt, und diejenige des Stroms, welcher in dem vierten Windungsteil 28 fließt, verlaufen im Urzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn und entgegengesetzt zueinander.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung bezüglich des Stroms, welcher von dem ersten Windungsteil 7 zu dem zweiten Windungsteil 8 auf der Verdrahtungsschicht 3 fließt. Der Strom fließt in dem ersten Windungsteil 7 von dem Anschluss 9 zu dem Anschluss 12. Danach erreicht er das auf der anderen Verdrahtungsschicht 4 vorgesehene Verdrahtungsteil 11 von dem Anschluss 12 des ersten Windungsteils 7 durch das Durchkontaktierungsloch 34. Danach kehrt der Strom zu der Verdrahtungsschicht 3 durch das Durchkontaktierungsloch 35 zurück, nachdem er in dem Verdrahtungsteil 11 von dem Anschluss 36 zu dem Anschluss 37 geflossen ist, und fließt von dem Anschluss 13 zu dem Anschluss 10 in dem zweiten Windungsteil 8. Die Richtung des Stroms, welcher in dem ersten Windungsteil 7 fließt, und diejenige des Stroms, welcher in dem zweiten Windungsteil 8 fließt, verlaufen im Urzeigersinn bzw. gegen den Urzeigersinn und zueinander entgegengesetzt. Darüber hinaus ist die Richtung des Stroms, welcher in dem ersten Windungsteil 7 fließt, dieselbe wie diejenige des Stroms, welcher in dem dritten Windungsteil 27 fließt, und die Richtung des Stroms, welcher in dem zweiten Windungsteil 8 fließt, ist dieselbe wie diejenige des Stroms, welcher in dem vierten Windungsteil 28 fließt.
In 2B dargestellte Pfeile stellen die Richtungen des Magnetflusses dar, welcher erzeugt wird, wenn die Ströme in die durch die Pfeile in 2A und 2C dargestellten Richtungen fließen. Der Magnetfluss wird in der Richtung des Eintretens in das Halbleitersubstrat 2 durch die Ströme erzeugt, welche in den zweiten und dritten Windungsteilen 7 und 27 fließen. Und der Magnetfluss wird in der Richtung des Austretens aus dem Halbleitersubstrat 2 durch die Ströme erzeugt, welche in den zweiten und vierten Windungsteilen 8 und 28 fließen. Wie in 2B dargestellt durchdringt der Magnetfluss das dritte Windungsteil 27 und das erste 7 von oben nach unten (in der Richtung des Eintretens in das Substrat 2), tritt unter dem Verdrahtungsteil 11 hindurch und durchdringt das zweite Windungsteil 8 und das vierte 28 von unten nach oben (in der Richtung des Austretens aus dem Substrat 2). Somit kann der in das Substrat 2 eintretende Magnetfluss verringert werden, und es kann verhindert werden, dass ein Wirbelstrom in einem Gebiet erzeugt wird, welches von den Windungsteilen des Spiralinduktors umgeben wird. Als Ergebnis kann ein Energieverlust des Spiralinduktors 21 verringert werden.
Bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es zwei Verdrahtungsschichten, wobei auf jeder von ihnen zwei Windungsteile vorgesehen sind und jedes Windungsteil in einer Verdrahtungsschicht parallel mit dem entsprechenden Windungsteil verbunden ist, das auf der anderen vorgesehen ist. Daher kann ein Gesamtwiderstand des Induktors verringert und der Q-Wert davon im Vergleich mit dem Spiralinduktor der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhöht werden.
Obwohl die Verdrahtungsschicht 22, auf welcher die dritten und vierten Windungsteile 27 und 28 vorgesehen sind, über der Verdrahtungsschicht 3 positioniert sind, auf welcher die ersten und zweiten Windungsteile des Spiralinduktors dieser Ausführungsform vorgesehen sind, kann des weiteren die Verdrahtungsschicht 22 zwischen der Verdrahtungsschicht 3 und der Verdrahtungsschicht 4 positioniert sein, auf welcher das Verdrahtungsteil 11 vorgesehen ist. Ebenso kann die Verdrahtungsschicht 22 unter der Verdrahtungsschicht 3 und 4 positioniert sein.
Obwohl die dritten und vierten Windungsteile lediglich einmal in Form eines Rechtecks von der Außenseite zu der Innenseite in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung herum gewunden sind, wird darüber hinaus festgestellt, dass ihre Form nicht darauf beschränkt ist. Jene Windungsteile können in Form eines Kreises beispielsweise herum gewunden sein. Darüber hinaus kann die Anzahl von Windungen zwei oder mehr betragen. Des weiteren können die dritten und vierten Windungsteile irgendeine Form besitzen, solange wie die Ströme, welche um die dritten und vierten Windungsteile herum fließen, welche benachbart zueinander angeordnet sind, in entgegengesetzten Richtungen zueinander verlaufen, der Strom, welcher um das dritte Windungsteil herum fließt, in derselben Richtung verläuft wie derjenige, welcher um das erste Windungsteil herum fließt, und der Strom, welcher um das vierte Windungsteil herum fließt, in derselben Richtung verläuft wie derjenige, welcher um das zweite Windungsteil herum fließt. Sogar in dem Fall kann derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform erzielt werden.
Obwohl zwei Verdrahtungsschichten vorgesehen sind, welche parallel in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeschlossen sind, können des weiteren drei oder mehr Verdrahtungsschichten vorgesehen sein, welche parallel angeschlossen sind.
Darüber hinaus ist bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verdrahtungsschicht, auf welcher das Verdrahtungsteil vorgesehen ist, unter den zwei Verdrahtungsschichten positioniert, auf denen die Windungsteile vorgesehen sind. Sie kann jedoch auch darüber oder dazwischen positioniert sein. Sogar in jenen Fällen kann derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform erzielt werden.
Darüber hinaus kann eine Isolierschicht weiter auf der obersten Verdrahtungsschicht der Schichtstruktur in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform geschichtet sein.
Des weiteren besitzen bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform zwei Windungsteile, welche auf den unterschiedlichen Verdrahtungsschichten vorgesehen und parallel verbunden sind, dieselben Formen und sind parallel in der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Substrats angeordnet, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muß. Sogar wenn sie unterschiedliche Formen besitzen und/oder nicht in der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, ist alles in Ordnung, solange wenigstens ein Magnetfluss vorhanden ist, welcher die zwei Windungsteile durchdringt. wenn sie dieselbe Form besitzen und parallel in der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, sind jedoch die Pfade der Stromflüsse symmetrisch (die Richtungen der Ströme sind dieselben), und die Magnetflusslinien, welche die zwei Windungsteile durchdringen, stimmen miteinander überein. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, daß effektiv verhindert werden kann, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt.
Darüber hinaus kann derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform erzielt werden.
Dritte Ausführungsform
3 stellt einen Spiralinduktor der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 3A zeigt eine Draufsicht auf den Spiralinduktor, und 3B zeigt eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie C-C von 3A. Ein Spiralinduktor 41 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass eine Verdrahtungsschicht 42 des weiteren zwischen den Verdrahtungsschichten 3 und 4 in der Schichtstruktur des Spiralinduktors 1 wie in 3B dargestellt vorgesehen ist. Darüber hinaus ist eine Isolierschicht 43 zwischen den Verdrahtungsschichten 42 und 3 vorgesehen, und es ist eine Isolierschicht 44 zwischen den Verdrahtungsschichten 42 und 4 vorgesehen. Auf der Verdrahtungsschicht 42 sind zwei Windungsteile 45 und 46 vorgesehen, welche Formen von rechtwinkligen offenen Schleifen besitzen, die sich von jenen der zwei Windungsteile auf der Verdrahtungsschicht 3 unterscheiden.
3C stellt eine Verbindung der zwei Windungsteile 7 und 8 auf der Verdrahtungsschicht 3, der zwei Windungsteile 45 und 46 auf der Verdrahtungsschicht 42 und des Verdrah tungsteil 11 auf der Verdrahtungsschicht 4 untereinander dar. Hiernach wird eine Operation bzw. der Betrieb des Spiralinduktors 41 unter Bezugnahme auf 3C beschrieben. Der innenseitige Anschluss 12 des ersten Windungsteils 7 ist mit einem Anschluss 47 der ersten rechteckigen Schleife 45 durch ein Durchkontaktierungsloch 52 verbunden, und der andere Anschluss 48 der ersten rechteckigen Schleife 45 ist mit dem einen Anschluss 36 der Verdrahtungsschicht 11 durch ein Durchkontaktierungsloch 53 verbunden. Und der innenseitige Anschluss 13 des zweiten Windungsteils 8 ist mit einem Anschluss 49 der zweiten rechteckigen Schleife 46 durch ein Durchkontaktierungsloch 54 verbunden, und der andere Anschluss 50 der zweiten rechteckigen Schleife 46 ist mit dem anderen Anschluss 37 des Verdrahtungsteils 11 durch ein Durchkontaktierungsloch 55 verbunden. Wenn dabei eine Spannung zwischen dem Anschluss 9 des ersten Windungsteils 7 und dem Anschluss 10 des zweiten Windungsteils 8 angelegt wird, fließt ein Strom in dem Spiralinduktor 41. In 3C dargestellte Pfeile stellen die Richtungen des Stroms dar, welcher in dem Spiralinduktor 41 fließt. Der Strom fließt von dem Anschluss 9 zu dem Anschluss 12 in dem ersten Windungsteil 7 auf der Verdrahtungsschicht 3 und erreicht die auf der Verdrahtungsschicht 42 vorgesehene erste reckteckige Schleife 45 von dem Anschluss 12 des ersten Windungsteils 7 aus durch das Durchkontaktierungsloch 52. Danach fließt der Strom von dem Anschluss 47 zu dem Anschluss 48 in der ersten rechteckigen Schleife 45 und erreicht das Verdrahtungsteil 11 auf der Verdrahtungsschicht 4 von dem Anschluss 48 der ersten rechteckigen Schleife 45 aus durch das Durchkontaktierungsloch 53. Danach fließt der Strom von dem Anschluss 36 zu dem Anschluss 37 in dem Verdrahtungsteil 11 und erreicht die zweite rechteckige Schleife 46 von dem Anschluss 37 des Verdrahtungsteils 11 aus durch das Kontaktierungsloch 55. Danach fließt der Strom von dem Anschluss 50 aus zu dem Anschluss 49 in der zweiten rechteckigen Schleife 46 und erreicht das zweite Windungsteil 8 von dem Anschluss 49 der zweiten rechteckigen Schleife 46 aus durch das Durchkontaktierungsloch 54. Danach fließt der Strom von dem Anschluss 13 zu dem Anschluss 10 in dem zweiten Windungsteil 8.
Die Richtung des Stroms, welcher in dem ersten Windungsteil 7 fließt und diejenige des Stroms, welche in dem Windungsteil 8 fließt, verlaufen im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn und zueinander entgegengesetzt. Die Richtung des Stroms, welcher in der ersten rechteckigen Schleife 45 fließt, und diejenige des Stroms, welcher in der zweiten rechteckigen Schleife 46 fließt, verlaufen im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn und zueinander entgegengesetzt. Daher ist die Richtung des Stroms, welcher in der ersten rechteckigen Schleife 45 fließt, die gleiche wie diejenige des Stroms, welcher in dem ersten Windungsteil 7 fließt, und die Richtung des Stroms, welcher in der zweiten rechteckigen Schleife 46 fließt, ist die gleiche wie diejenige des Stroms, welcher in dem zweiten Windungsteil 8 fließt.
In 3B dargestellte Pfeile stellen die Richtungen des Magnetflusses dar, welcher durch den Strom erzeugt wird, der in den durch in 3A und 3C dargestellten Richtungen fließt. Der Magnetfluss wird in der Richtung des Eintretens in das Halbleitersubstrat 2 durch die Ströme erzeugt, welche in dem ersten Windungsteil 7 und der ersten rechteckigen Schleife 45 fließt. Und der Magnetfluss wird in der Richtung des Austretens aus dem Halbleitersubstrat 2 von den Strömen erzeugt, welche in dem zweiten Windungsteil 8 und der zweiten rechteckigen Schleife 46 fließen. Wie in 3B dargestellt durchdringt der Magnetfluss das erste Windungsteil 7 und die erste rechteckige Schleife 45 von oben nach unten (in der Richtung des Eintretens in das Substrat 2), tritt unter dem Verdrahtungsteil 11 hindurch und durchdringt die zweite rechteckige Schleife 46 und das zweite Windungsteil 8 von unten nach oben (in der Richtung des Austretens aus dem Substrat). Somit kann der Magnet fluss, welcher in das Substrat 2 eintritt, verringert werden, und es kann verhindert werden, dass ein Wirbelstrom in einem Gebiet erzeugt wird, welches von den Windungsteilen des Spiralinduktors umgeben ist. Als Ergebnis kann ein Energieverlust des Spiralinduktors 41 verringert werden.
Bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die gewundenen Verdrahtungen in Serie zwischen dem ersten Windungsteil und dem Verdrahtungsteil und zwischen dem zweiten Windungsteil und dem Verdrahtungsteil angeschlossen. Somit ist im Vergleich mit dem Spiralinduktor der ersten Ausführungsform die Anzahl von Windungen des Spiralinduktors erhöht, und es kann ein Wert der Selbstinduktivität (L) davon erhöht werden. Als Ergebnis kann der Q-Wert davon erhöht werden.
Darüber hinaus besitzt bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform jede gewundene Verdrahtung die Form einer rechteckigen offenen Schleife. Sie kann jedoch die Form einer Spirale besitzen. Die gewundene Verdrahtung kann irgendeine Form besitzen, solange wie ein Anschluss der gewundenen Verdrahtung mit einem Anschluss des entsprechenden Windungsteils verbunden ist, der andere davon mit einem Anschluss des Verdrahtungsteils verbunden ist und die Richtung des Stroms, welcher in der gewundenen Verdrahtung fließt, gleich derjenigen des Stroms ist, welcher in dem entsprechenden Verdrahtungsteil fließt.
Obwohl des weiteren die zwei gewundenen Verdrahtungsschleifen von denen jede in Serie zwischen dem Windungsteil und dem Verdrahtungsteil angeschlossen ist, dieselbe Form in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform besitzen, wird es festgestellt, dass die Formen nicht darauf begrenzt sind. Sogar wenn sie unterschiedliche Formen besitzen, kann verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt. Wenn sie jedoch dieselbe Form besitzen, werden die Pfade der Ströme, welche um sie herum fließen, symme trisch (die Richtungen der Ströme verlaufen entgegengesetzt zueinander), so dass der erzeugte Magnetfluss ebenfalls symmetrisch wird (die Richtungen der entsprechenden zwei Magnetflusslinien verlaufen zueinander entgegengesetzt). Wenn der Magnetfluss symmetrisch ist, kann effektiver verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt.
Obwohl jene gewundene Verdrahtungsschleife und jedes Windungsteil in der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Substrats des Spiralinduktors dieser Ausführungsform ausgerichtet sind, muss das nicht notwendigerweise so sein. Es ist in Ordnung, solange wenigstens ein Magnetfluss vorhanden ist, welcher das Windungsteil und die gewundene Verdrahtungsschleife durchdringt. Wenn sie jedoch parallel in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, sind die Pfade der Ströme, welche durch sie fließen symmetrisch, und die Magnetflusslinien, welche sie durchdringen, stimmen miteinander überein. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass effektiv verhindert werden kann, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt.
Darüber hinaus ist bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform die Verdrahtungsschicht, auf welcher das Verdrahtungsteil vorgesehen ist, unter den zwei Verdrahtungsschichten vorgesehen, auf welchen die Windungsteile und die gewundenen Verdrahtungsschleifen vorgesehen sind. Aber die Verdrahtungsschicht, auf welcher das Verdrahtungsteil vorgesehen ist, kann über ihnen positioniert sein. In dem Fall ist die Verdrahtungsschicht, auf welcher die gewundenen Verdrahtungsschleifen vorgesehen sind, zwischen der Verdrahtungsschicht, auf welcher die Windungsteile vorgesehen sind, und der Verdrahtungsschicht positioniert, auf welcher das Verdrahtungsteil vorgesehen ist. Sogar in dem Fall kann derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform erzielt werden.
Darüber hinaus kann eine Isolierschicht des weiteren auf die oberste Schicht der Schichtstruktur in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform geschichtet werden. Darüber hinaus kann bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Vierte Ausführungsform
4 stellt einen Spiralinduktor der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 4A zeigt eine Draufsicht auf den Spiralinduktor, und 4B zeigt eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie D-D von 4A. Ein Spiralinduktor 61 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die Verdrahtungsschichten 63 und 64 des weiteren zwischen der Verdrahtungsschicht 4 und dem Halbleitersubstrat 2 in der Schichtstruktur des Spiralinduktors 1 wie in 4B dargestellt vorgesehen sind. Darüber hinaus sind Isolierschichten 66, 67 und 68 zwischen der Verdrahtungsschicht 4 und der Verdrahtungsschicht 63, zwischen den Verdrahtungsschichten 63 und 64 bzw. zwischen der Verdrahtungsschicht 64 und dem Halbleitersubstrat 2 vorgesehen. Verdrahtungsteile 70, 71 und 72, von denen jedes einen einzigen Pfad von einem Anschluss zu dem anderen besitzt, sind auf den Verdrahtungsschichten 4, 63 bzw. 64 vorgesehen.
Jedes der Verdrahtungsteile 70, 71 und 72 besitzt ein Teil einer geraden Leitung bzw. Linie (straight-line part). Zuerst wird das Verdrahtungsteil 70 beschrieben. Das Teil einer geraden Leitung des Verdrahtungsteils 70 ist auf der Verdrahtungsschicht 4 parallel zu den ersten und zweiten Teilen einer geraden Leitung und gegenüberliegend dem Gebiet zwischen den ersten und zweiten Teilen einer geraden Leitung auf der Verdrahtungsschicht 3 positioniert. Was das Verdrahtungsteil 70 anbelangt, ist ein Abschnitt, welcher einen Anschluss mit einem Teil außer dem Teil einer geraden Leitung verbindet, gegenüberliegend den ersten Windungsteilen 7 entlang der Windungsrichtung angeordnet, und der Abschnitt, welcher den anderen Anschluss mit einem Teil außer dem Teil einer geraden Leitung bzw. Linie verbindet, ist entgegengesetzt zu dem zweiten Windungsteil 8 entlang der Windungsrichtung angeordnet. Als Ergebnis liegt das Verdrahtungsteil 70 derart gegenüber den ersten und zweiten Windungsteilen 7 und 8, dass es sie nicht kreuzt. Die Form des Verdrahtungsteils 72 ist dieselbe wie diejenige des Verdrahtungsteils 70 in dem Spiralinduktor 61 dieser Ausführungsform. Darüber hinaus sind wie in 4B dargestellt die Verdrahtungsteile 70, 71 und 72 parallel in der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Substrats 2 angeordnet.
4C stellt eine Verbindung der Verdrahtungsteile 70, 71 und 72 untereinander dar. Der Anschluss 12 des ersten Windungsteils 7, welches auf der Verdrahtungsschicht 3 vorgesehen ist, ist mit einem Ende (welches gegenüberliegend dem Anschluss 12 positioniert ist) des Verdrahtungsteils 70, welches auf der Verdrahtungsschicht 4 vorgesehen ist, durch das in der Isolierschicht 5 vorgesehene Durchkontaktierungsloch 14 verbunden. Das andere Ende des Verdrahtungsteils 70 ist mit einem Ende (welches gegenüberliegend dem anderen Ende des ersten Verdrahtungsteil positioniert ist) des auf der Verdrahtungsschicht 64 vorgesehen Verdrahtungsteils 72 durch ein Durchkontaktierungsloch 75 verbunden, welches die Isolierschicht 66, die Verdrahtungsschicht 63 und die Isolierschicht 67 verbindet. Das andere Ende des Verdrahtungsteils 72 ist mit einem Ende (welches gegenüberliegend dem anderen Ende des Verdrahtungsteils 72 positioniert ist) des auf der Verdrahtungsschicht 63 vorgesehen Verdrahtungsteils 71 durch ein in der Isolierschicht 67 vorgesehenes Durchkontaktierungsloch 76 verbunden. Das andere Ende des Verdrahtungsteils 71 ist mit dem Anschluss 13 (welcher gegenüberliegend dem anderen Ende des Verdrah tungsteils 71 positioniert ist) des zweiten Windungsteils 8 durch ein Durchkontaktierungsloch 77 verbunden, welches die Isolierschicht 66, die Verdrahtungsschicht 4 und die Isolierschicht 5 durchdringt.
Bei dem Spiralinduktor 61 dieser Ausführungsform sind die Durchkontaktierungslöcher 77 und 75 derart vorgesehen, dass sie nicht miteinander verbunden sind. Daher ist der Anschluss des Verdrahtungsteils 70, welcher mit dem Durchkontaktierungsloch 75 verbunden ist, derart positioniert, dass er nicht gegenüber dem Anschluss des Verdrahtungsteils 71 liegt, welcher mit dem Durchkontaktierungsloch 77 verbunden ist. Diesbezüglich besitzt der Abschnitt, welcher den mit dem Durchkontaktierungsloch 75 verbundenen Anschluss mit dem Teil einer geraden Leitung bzw. Linie des Verdrahtungsteils 70 verbindet, die Form, die sich von dem Abschnitt unterscheidet, welcher den mit dem Durchkontaktierungsloch 77 verbundenen Anschluss und das Teil einer geraden Leitung bzw. Linie des Verdrahtungsteils 71 verbindet.
In dem Fall der oben beschriebenen Verbindungen sind die Teile einer geraden Leitung bzw. Leitung der Verdrahtungsteile 70, 71 und 72 parallel auf derselben Ebene in der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 angeordnet. Die Ebene ist vertikal zu der Ebene (Verdrahtungsschicht 3), auf welcher die ersten und zweiten Windungsteile 7 und 8 vorgesehen sind.
In 4A und 4C dargestellte Teile stellen die Richtungen des Stroms dar, welcher in dem Spiralinduktor 61 fließt. Der Strom fließt von dem Anschluss 9 aus zu dem Anschluss 12 in dem ersten Windungsteil 7 auf der Verdrahtungsschicht 3 und erreicht das Verdrahtungsteil 70 auf der Verdrahtungsschicht 4 von dem Anschluss 12 des ersten Windungsteils 7 aus durch das Durchkontaktierungsloch 14. Danach fließt der Strom durch das Verdrahtungsteil 70 und er reicht das Verdrahtungsteil 72 auf der Verdrahtungsschicht 64 durch das Durchkontaktierungsloch 75. Danach fließt der Strom durch Verdrahtungsteil 72 und erreicht das Verdrahtungsteil 71 auf der Verdrahtungsschicht 63 durch das Durchkontaktierungsloch 76. Danach fließt der Strom durch Verdrahtungsteil 71 und erreicht das zweite Windungsteil 8 auf der Verdrahtungsschicht 3 durch das Durchkontaktierungsloch 77. Danach fließt der Strom vom Anschluss 13 aus zu dem Anschluss 10 in dem zweiten Windungsteil 8.
In 4B dargestellte Pfeile stellen die Richtungen des durch den Strom erzeugten Magnetflusses dar, welcher in die durch Pfeile in 4A und 4C dargestellte Richtungen fließt. Der durch den Strom, welcher in dem ersten Windungsteil 7 fließt, erzeugte Magnetfluss verläuft in der Richtung des Eintretens in das Halbleiterstubstrat 2, und der durch den Strom, welcher in dem zweiten Windungsteil 8 fließt, erzeugte Magnetfluss verläuft in der Richtung des Austretens aus dem Halbleitersubstrat 2. Wie in 4B dargestellt durchdringt der Magnetfluss das erste Windungsteil 7 von oben nach unten (in der Richtung des Eintretens in das Substrat 2), durchdringt die durch die Teile einer geraden Leitung bzw. Linie der Verdrahtungsteile 70, 71 und 72 gebildete Ebene in der Richtung vertikal zu der Ebene zwischen den Verdrahtungsteilen 71 und 72, und durchdringt das zweite Windungsteil 8 von unten nach oben (in der Richtung des Austretens aus dem Substrat). Somit kann der Magnetfluss, welcher in das Substrat 2 eintritt, verringert werden, und es kann verhindert werden, dass ein Wirbelstrom in einem Gebiet erzeugt wird, welches von den Windungsteilen des Spiralinduktors umgeben ist. Als Ergebnis kann ein Energieverlust des Spiralinduktors 61 verringert werden.
Bei dem Spiralinduktor 61 dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann des weiteren im Vergleich mit dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Halbleitersubstrat 2 eindringt. Als Ergebnis kann der Energieverlust des Spiralinduktors weiter verringert werden.
Obwohl die drei Verdrahtungsteile dieselbe Größe in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform besitzen, wird darüber hinaus festgestellt, dass sie nicht darauf beschränkt sind. Obwohl jeder der drei Verdrahtungsteile das Teil einer geraden Leitung bzw. Linie besitzt und die Teile einer geraden Leitung bzw. Linie parallel zu der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, wird des weiteren festgestellt, dass sie nicht darauf beschränkt sind. Obwohl die durch die Teile einer geraden Leitung bzw. Linie der drei Verdrahtungsteile gebildete Ebene vertikal zu der Ebene ist, auf welcher die Windungsteile vorgesehen sind, wird des weiteren festgestellt, dass sie nicht darauf beschränkt sind. Es ist in Ordnung, solange der Magnetfluss, welcher ein Windungsteil in einer Richtung durchdringt, unterstützt wird, das andere in der entgegengesetzten Richtung wegen des Magnetfelds zu durchdringen, welches durch den Strom induziert wird, der in den drei Verdrahtungsteilen und den Durchkontaktierungslöchern fließt, die sie verbinden, so dass verhindert wird, dass der durch die Windungsteile erzeugte Magnetfluss in das Substrat eintritt. Wenn jedes der drei Verdrahtungsteile das Teil einer geraden Leitung bzw. Linie besitzt und die Teile einer geraden Leitung parallel in der Richtung vertikal zu der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, kann jedoch wirksam verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt. Vorzugsweise ist die gerade Leitung bzw. Linie, welche die Mitte der Windung des einen Windungsteils mit der Mitte der Windung des anderen verbindet, vertikal zu der Ebene, welche durch die Teile einer geraden Leitung bzw Linie der drei Verdrahtungsteile gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt stimmen der Pfad des Magnetflusses, welcher das eine Windungsteil von oben nach unten durchdringt und das andere Windungsteil von unten nach oben durchdringt, mit dem Pfad des Magnetflusses überein, welcher von dem Strom erzeugt wird, der durch die drei Verdrahtungsteile fließt. Als Ergebnis kann darüber hinaus verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Substrat eindringt.
Darüber hinaus kann eine Isolierschicht ferner auf die oberste Verdrahtungsschicht der Schichtstruktur in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform geschichtet werden.
Des weiteren kann bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Fünfte Ausführungsform
5 stellt einen Spiralinduktor der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 5A zeigt eine Draufsicht auf den Spiralinduktor, und 5B zeigt eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie E-E von 5A. Ein Spiralinduktor 81 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass eine Verdrahtungsschicht 82 des weiteren zwischen der Verdrahtungsschicht 4 und dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und eine aus einem Supraleiter gebildete elektromagnetische Abschirmplatte 84 auf der Verdrahtungsschicht 82 gebildet ist. Die Isolierschicht 6 ist zwischen den Verdrahtungsschichten 4 und 82 vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Isolierschicht 83 zwischen der Verdrahtungsschicht 82 und dem Halbleitersubstrat 2 vorgesehen.
In 5B dargestellte Pfeile stellen die Richtung des Magnetflusses dar, welcher von dem Strom erzeugt wird, der in die durch Pfeile in 5A dargestellte Richtungen fließt. Der durch den Strom, welcher in dem ersten Windungsteil 7 fliegt, erzeugte Magnetfluss verläuft in der Richtung des Eintretens in das Halbleitersubstrat 2, und der Magnetfluss, welcher durch den Strom erzeugt wird, der in dem zweiten Windungsteil 8 fließt, verläuft in der Richtung des Austretens aus dem Halbleitersubstrat 2. Wie in 5B dargestellt wird der Magnetfluss, welcher das erste Windungsteil 7 von oben nach unten (in der Richtung des Eintretens in das Substrat (2)) durchdringt, von der aus dem Supraleiter gebildeten elektromagnetischen Abschirmplatte 84 abgewiesen bzw. abgestoßen. Ein Teil des Magnetflusses tritt unter dem Verdrahtungsteil 11 hindurch und durchdringt das zweite Windungsteil 8 von oben nach unten (in der Richtung des Austretens des Substrats). Ein anderer Teil des Magnetflusses ist entlang der Oberfläche der elektromagnetischen Abschirmplatte 84 vorhanden und tritt nicht in das Halbleitersubstrat 2 ein.
Bei dem Spiralinduktor 81 dieser Ausführungsform ist der Supraleiter, welcher das Magnetfeld abweist, zwischen dem Substrat und der zum Substrat am nächsten befindlichen Verdrahtungsschicht angeordnet. Somit kann der Magnetfluss, welcher in das Substrat 2 eindringt, verringert werden, und es kann verhindert werden, dass ein Wirbelstrom in einem Gebiet erzeugt wird, welches von den Windungsteilen des Spiralinduktors umgeben ist. Als Ergebnis kann ein Energieverlust des Spiralinduktors verringert werden.
Darüber hinaus kann eine Isolierschicht des weiteren auf die obersten Verdrahtungsschicht der Schichtstruktur in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform geschichtet sein.
Darüber hinaus kann bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Des weiteren kann die Struktur, bei welcher der Supraleiter, der das Magnetfeld abweist, zwischen dem Substrat und der dem Substrat am nächsten befindlichen Verdrahtungs schicht angeordnet ist, auf einen herkömmlichen Spiralinduktor angewandt werden. Sogar wenn die Struktur auf den herkömmlichen Spiralinduktor angewandt wird, kann derselben Vorteil dahingehend bereitgestellt werden, dass der Magnetfluss, welcher in das Substrat eindringt, verringert werden kann, und ein Energieverlust des Spiralinduktors verringert werden kann. 6 stellt einen anderen Spiralinduktor dieser Ausführungsform dar, bei welchem der Supraleiter, der das Magnetfeld abweist, in dem herkömmlichen Spiralinduktor vorgesehen ist, welcher spiralförmig auf derselben Ebene herum gewunden ist. 6A zeigt eine Draufsicht auf den Spiralinduktor, und 6B zeigt eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie F-F von 6A.
Wie in 6A dargestellt ist eine Windung 95, welche spiralförmig gewunden ist, auf der Verdrahtungsschicht 3 vorgesehen. Ein außenseitiger Anschluß 97 der Spiralwindung 95 ist mit einem außenseitigen Gerät oder einer Schaltung beispielsweise durch eine Verlängerung des Anschlusses durch ein Durchkontaktierungsloch verbunden. Ein innenseitiger Anschluss 98 der Windung 95 ist elektrisch mit einer Elektrode 96, die auf einer anderen Verdrahtungsschicht 4 vorgesehen ist, durch ein Durchkontaktierungsloch 99 verbunden. Wenn eine Spannung zwischen dem außenseitigen Anschluss 97 und dem innenseitigen Anschluss 98 angelegt wird, fließt ein Strom in der Windung 95.
In 6B dargestellte Pfeile stellen die Richtungen des Magnetflusses dar, welcher durch den Strom erzeugt wird, der in die durch Pfeile in 6a dargestellte Richtungen in der Windung 95 fließt. Der Magnetfluss wird in der Richtung des Durchdringens des mittleren Abschnitts der Windung 95 durch den Strom, welcher darin fließt, erzeugt. Wie in 6B dargestellt wird der Magnetfluss, welcher die Windung 95 von oben nach unten durchdringt (in der Richtung des Eindringens in das Substrat 2) von der aus dem Supraleiter gebildeten elektromagnetischen Abschirmplatte 84 abgewiesen. Der Magnetfluss verläuft entlang der Oberfläche der elektromagnetischen Abschirmplatte 84 und bewegt sich nach oben außerhalb der Windung 95 und tritt danach aus dem Spiralinduktor 91 heraus. Somit kann der Magnetfluss, welcher in das Substrat eindringt, verringert werden, und es kann verhindert werden, dass ein Wirbelstrom in einem Gebiet erzeugt wird, welches von den Windungsteilen des Spiralinduktors umgeben ist. Als Ergebnis kann ein Energieverlust des Spiralinduktors verringert werden.
Sechste Ausführungsform
7 stellt einen Spiralinduktor der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 7A zeigt eine Draufsicht auf den Spiralinduktor, und 7B zeigt eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie G-G von 7A. Ein Spiralinduktor 101 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spiralinduktor 1 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass zwei Windungsteile 102 und 103, welche auf der Verdrahtungsschicht 3 vorgesehen sind, dieselbe Form derart besitzen, dass die Ecken der Windungsteile 7 und 8, welche in Form eines Rechtecks gewunden sind, entfernt sind.
Entsprechend 7A sind ein außenseitiger Anschluß 104 des ersten Windungsteils 102 und ein außenseitiger Anschluß 105 des zweiten Windungsteils 103 mit außenseitigen Geräten oder Schaltungen beispielsweise durch Verlängern der Anschlüsse durch Durchkontaktierungslöcher verbunden. wenn eine Spannung zwischen dem Anschluß 104 des ersten Windungsteils 102 und dem Anschluß 105 des zweiten Windungsteils 103 angelegt wird, fließt der Strom in dem Spiralinduktor 101. Pfeile in 7A stellen die Richtungen des Stroms dar, welcher in dem Spiralinduktor 101 fließt, wenn ein Strom von dem Anschluß 104 zu dem Anschluß 105 fließt. Der Strom fließt von dem außenseitigen Anschluß 104 zu einem innenseitigen Anschluß 106 in dem ersten Windungs teil 102 und erreicht das Verdrahtungsteil 11 auf einer anderen Verdrahtungsschicht 4 durch das Durchkontaktierungsloch 14. Nachdem der Strom durch das Verdrahtungsteil 11 geflossen ist, kehrt er zu der Verdrahtungsschicht 3 durch das Durchkontaktierungsloch 15 zurück und fließt von einem innenseitigen Anschluss 107 zu dem außenseitigen Anschluß 105 in dem zweiten Verdrahtungsteil 103. Wie in 7A dargestellt verläuft die Richtung des Stroms, welcher in dem ersten Windungsteil 102 fließt, und diejenige des Stroms, welcher in dem zweiten Windungsteil 103 fließt, im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn und zueinander entgegengesetzt. Pfeile in 7B stellen die Richtungen des Magnetflusses dar, welcher durch den Strom erzeugt wird, der in den durch Pfeile in 7A dargestellten Richtungen fließt.
Da bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform die Ecken in den Windungsteilen, welche in Form eines Rechtecks gewunden sind, um 45° entfernt sind, kann beispielsweise eine Stromkonvergenz bzw. ein Zusammenlaufen des Stroms an den Abschnitten verringert werden, wo die Ecken entfernt sind, um den Q-Wert des Induktors zu erhöhen.
Wenn das Windungsteil in Form eines Polygons (mit mehr Winkeln als bei einem Viereck) oder eines Kreises gewunden ist, wird des weiteren verhindert, dass sich ein Strom lokal konzentriert, so dass der Q-Wert des Induktors erhöht werden kann.
Des weiteren kann eine Isolierschicht auf der obersten Verdrahtungsschicht der Schichtstruktur in dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform aufgeschichtet sein.
Des weiteren kann bei dem Spiralinduktor dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derselbe Vorteil wie bei dem Spiralinduktor der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Siebente Ausführungsform
Die bezüglich der ersten bis sechsten Ausführungsformen beschriebenen Spiralinduktoren können auf eine integrierte monolithische Mikrowellenschaltung (MMIC, monolithic microwave integrated circuit) angewandt werden, welche für Mobilkommunikation oder Satellitenkommunikation oder dergleichen verwendet wird. Dies ist eine integrierte Mikrowellenschaltung, auf welcher ein aktives Bauelement (ein FET, ein HEMT oder dergleichen) und ein passives Element (eine Übertragungsleitung, ein Kondensator, ein Induktor oder dergleichen) zusammen auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind. wenn der Induktor der vorliegenden Erfindung in dem MMIC verwendet wird, kann ein Magnetfluss, welcher von einem Strom erzeugt wird, der in dem Induktor fließt, in das Halbleitersubstrat eindringen. Als Ergebnis kann ein Energieverlust in dem Induktor des MMICs verringert werden. Darüber hinaus kann bei dem Induktor der vorliegenden Erfindung verhindert werden, dass der Magnetfluss in das Halbleitersubstrat eindringt, während ein belegter Bereich im Vergleich mit einem herkömmlichen Spiralinduktor klein gehalten wird.
Vorstehend wurde ein Induktor mit geringem Energieverlust offenbart. Der Induktor der vorliegenden Erfindung besitzt eine Schichtstruktur, bei welcher eine Isolierschicht und eine Verdrahtungsschicht abwechselnd auf einem Halbleitersubstrat aufgeschichtet sind. Die Schichtstruktur enthält wenigstens zwei Verdrahtungsschichten und eine zwischen ihnen angeordnete Isolierschicht. Eine erste Verdrahtungsschicht besitzt ein erstes Windungsteil und ein zweites Windungsteil, welche um dieselbe Ebene gewunden und zueinander benachbart angeordnet sind. Eine zweite Verdrahtungsschicht besitzt ein Verdrahtungsteil, welches einen einzigen Pfad von einem Anschluss davon zu dem anderen besitzt. Die ersten und zweiten Windungsteile sind mit dem Verdrahtungsteil elektrisch verbunden. Wenn eine Spannung zwischen einem Anschluss des ersten Windungsteils und einem Anschluss des zweiten Windungsteils angelegt wird, verlaufen Ströme, welche in den ersten und zweiten Windungsteilen fließen, in entgegengesetzten Richtungen.

Claims

Induktor (1, 21, 41, 61, 81, 91, 101) mit einer Schichtstruktur, bei welcher eine Isolierschicht und eine Verdrahtungsschicht abwechselnd auf einem Halbleitersubstrat (2) aufgeschichtet sind, wobei die Schichtstruktur eine erste Schichtstruktur, eine zweite Schichtstruktur und eine dazwischen angeordnete Isolierschicht (5, 44) aufweist, wobei die erste Schichtstruktur eine erste Verdrahtungsschicht (3) aufweist, auf welcher ein erstes Windungsteil (7) und ein auf derselben Ebene gewundenes zweites Windungsteil (8) benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die zweite Schichtstruktur eine zweite Verdrahtungsschicht (4) aufweist, auf welcher ein erstes Verdrahtungsteil (11, 70) angeordnet ist, welches einen einzigen Pfad von einem Anschluß davon (36, 37) zu dem anderen Anschluß davon (37, 36) bildet, wobei die erste Isolierschicht (5, 44) ein erstes Durchkontaktierungsloch (14, 34, 53) und ein zweites Durchkontaktierungsloch (15, 35, 55) aufweist, welche die erste Verdrahtungsschicht (3) mit der zweiten Verdrahtungsschicht (4) verbinden, wobei ein erster Anschluss (12) des ersten Windungsteils (7) mit einem zweiten Anschluss (36) des ersten Verdrahtungsteils (11, 70) durch das erste Durchkontaktierungsloch (14, 34, 53) verbunden ist und ein dritter Anschluss (13) des zweiten Windungsteils (8) mit einem vierten Anschluss (37) des ersten Verdrahtungsteils (11, 70) durch das zweite Durchkontaktierungsloch (15, 35, 55) verbunden ist, und wodurch ein Strom um das erste Windungsteil (7) herum von einem fünften Anschluss davon (9) zu dem ersten Anschluss davon (12) fließt und ein Strom um das zweite Windungsteil (8) herum von dem dritten Anschluss davon (13) zu dem sechsten Anschluss davon (10) fließt, wobei die Richtungen jener Ströme entgegengesetzt zueinander verlaufen, wenn eine Spannung zwischen dem fünften Anschluss (9) des ersten Wicklungsteils (7) und dem sechsten Anschluss (10) des zweiten Windungsteils (8) angelegt wird.
Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verdrahtungsteil (11) einen ersten Abschnitt, welcher einem Gebiet zwischen den ersten (7) und zweiten Windungsteilen (8) gegenüberliegt, und/oder einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher sich entlang der Windungsrichtungen der ersten (7) und zweiten Windungsteile (8) erstreckt, und das erste Verdrahtungsteil (11) eine symmetrische Form bezüglich dessen Mittelpunkt besitzt.
Induktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schichtstruktur des weiteren eine dritte Verdrahtungsschicht (22) auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Verdrahtungsschicht (4) bezüglich der ersten Verdrahtungsschicht (3) und eine zweite Isolierschicht (23) aufweist, welche zwischen den ersten (3) und dritten Verdrahtungsschichten (22) angeordnet ist, wobei die zweite Isolierschicht (23) ein drittes Durchkontaktierungsloch (34) und ein viertes Durchkontaktierungsloch (35) aufweist, welche die erste Verdrahtungsschicht (3) mit der dritten Verdrahtungsschicht (22) verbinden, ein drittes Verdrahtungsteil (27) und ein auf derselben Ebene gewundenes viertes Verdrahtungsteil (28) zueinander benachbart auf der dritten Verdrahtungsschicht (22) angeordnet sind, das dritte Windungsteil (27) einen siebenten Anschluss (32), welcher elektrisch mit dem ersten Anschluss (12) des ersten Windungsteils (7) durch das dritte Durchkontaktierungsloch (34) verbunden ist, und einen achten Anschluss (29) aufweist, welcher mit dem fünften Anschluss (9) des ersten Windungsteils (7) verbunden ist, das vierte Windungsteil (28) einen neunten Anschluss (33), welcher elektrisch mit dem dritten Anschluss (13) des zweiten Windungsteils (8) durch das vierte Durchkontaktie rungsloch (35) verbunden ist, und einen zehnten Anschluss (30) aufweist, welcher mit dem sechsten Anschluss (10) des zweiten Windungsteils (8) verbunden ist, und wodurch ein Strom um das dritte Windungsteil (27) herum von dem achten Anschluss (29) davon zu dem siebenten Anschluss (32) davon fließt und ein Strom um das vierte Windungsteil (28) herum von dem neunten Anschluss (33) davon zu dem zehnten Anschluss (30) davon fließt, wobei die Richtung des Stroms, welcher um das dritte Windungsteil (27) herum fließt, gleich der Richtung der Ströme ist, welche um das erste Windungsteil (7) herum fließen, und die Richtung des Stroms, welcher um das vierte Windungsteil (28) herum fließt, gleich der Richtung des Stroms ist, welcher um das zweite Windungsteil (8) herum fließt, wenn eine Spannung zwischen dem fünften Anschluss (9) des ersten Windungsteils (7) und dem sechsten Anschluss (10) des zweiten Windungsteils (8) angelegt wird.
Induktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schichtstruktur des weiteren eine dritte Verdrahtungsschicht (42) auf derselben Seite der zweiten Verdrahtungsschicht (4) bezüglich der ersten Verdrahtungsschicht (3) und eine zweite Isolierschicht (43) aufweist, welche zwischen den ersten (3) und dritten Verdrahtungsschichten (42) angeordnet ist, wobei die erste Isolierschicht (44) zwischen den zweiten (4) und dritten Verdrahtungsschichten (42) angeordnet ist und erste (53) und zweite Durchkontaktierungslöcher (55) aufweist, welche die zweite Verdrahtungsschicht (4) mit der dritten Verdrahtungsschicht (42) verbinden, wobei die zweite Isolierschicht (43) ein drittes Durchkontaktierungsloch (52) und ein viertes Durchkontaktierungsloch (54) aufweist, welche die erste Verdrahtungsschicht (3) mit der dritten Verdrahtungsschicht (42) verbinden, ein drittes Windungsteil (45) und ein auf derselben Ebene gewundenes viertes Windungsteil (46) benachbart zu einander auf der dritten Verdrahtungsschicht (42) angeordnet sind, der erste Anschluss (12) des ersten Windungsteils (7) mit einem siebenten Anschluss (47) des dritten Windungsteils (45) durch das dritte Durchkontaktierungsloch (52) verbunden ist, ein achter Anschluss (48) des dritten Windungsteils (45) mit dem zweiten Anschluss (36) des ersten Verdrahtungsteils (11) durch das erste Durchkontaktierungsloch (53) verbunden ist, der vierte Anschluss (37) des ersten Verdrahtungsteils (11) mit einem neunten Anschluss (50) des vierten Windungsteils (46) durch das zweite Durchkontaktierungsloch (55) verbunden ist und ein zehnter Anschluss (49) des vierten Windungsteils (46) mit dem dritten Anschluss (13) des zweiten Windungsteils (8) durch das vierte Durchkontaktierungsloch (54) verbunden ist, und wodurch ein Strom um das erste Windungsteil (7) herum von dem fünften Anschluss (9) davon zu dem ersten Anschluss (12) davon fließt, ein Strom um das zweite Windungsteil (8) herum von dem dritten Anschluss (13) davon zu dem sechsten Anschluss (10) davon fließt, ein Strom um das dritte Windungsteil (45) herum von dem siebenten Anschluss (47) davon zu dem achten Anschluss (48) davon fließt und ein Strom um das vierte Windungsteil (46) herum von dem neunten Anschluss (50) davon zu dem zehnten Anschluss (49) davon fließt, wobei die Richtungen der Ströme, welche um die ersten (7) und zweiten Windungsteile (8) herum fließen, entgegengesetzt zueinander sind, die Richtung des Stroms, welcher um das dritte Windungsteil (45) herum fließt, gleich der Richtung des Stroms ist, welcher um das erste Windungsteil (7) herum fließt, und die Richtung des Stroms, welcher um das vierte Windungsteil (46) herum fließt, gleich der Richtung des Stroms ist, welcher um das zweite Windungsteil (8) herum fließt, wenn eine Spannung zwischen dem fünften Anschluß (9) des ersten Windungsteils (7) und dem sechsten Anschluss (10) des zweiten Windungsteils (8) angelegt wird.
Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schichtstruktur zwischen der ersten Schichtstruktur und dem Halbleitersubstrat (2) positioniert ist, die zweite Schichtstruktur eine dritte Verdrahtungsschicht (63), welche zwischen der zweiten Verdrahtungsschicht (4) und dem Halbleitersubstrat (2) positioniert ist, eine vierte Verdrahtungsschicht (64), welche zwischen der dritten Verdrahtungsschicht (63) und dem Halbleitersubstrat (2) positioniert ist, eine zweite Isolierschicht (66), welche zwischen den zweiten (4) und dritten Verdrahtungsschichten (63) angeordnet ist, und eine dritte Isolierschicht (67) aufweist, welche zwischen den dritten (63) und vierten Verdrahtungsschichten (64) angeordnet ist, die dritte Verdrahtungsschicht (63) ein zweites Verdrahtungsteil (71), welches einen einzigen Pfad von einem Anschluss davon zu dem anderen Anschluss davon besitzt, und die vierte Verdrahtungsschicht (64) ein drittes Verdrahtungsteil (72) aufweist, welches einen einzigen Pfad von einem Anschluss davon zu dem anderen Anschluss davon bildet, die zweite Schichtstruktur ein drittes Durchkontaktierungsloch (75), welches die zweite Isolierschicht (66) durchdringt, die dritte Verdrahtungsschicht (63) und die dritte Isolierschicht (67), welche die zweite Verdrahtungsschicht (4) mit der vierten Verdrahtungsschicht (64) verbinden, ein viertes Durchkontaktierungsloch (76), welches die dritte Isolierschicht (67) durchdringt, und ein fünftes Durchkontaktierungsloch aufweist, welches die zweite Verdrahtungsschicht (4) und die zweite Isolierschicht (66) durchdringt, das zweite Durchkontaktierungsloch und das fünfte Durchkontaktierungsloch ein sechstes Durchkontaktierungsloch (77) bilden, welches die erste Verdrahtungsschicht (3) mit der dritten Verdrahtungsschicht (63) verbindet, die ersten (70), zweiten (71) und dritten Verdrahtungsteile (72) Teile einer geraden Leitung besitzen, welche parallel zueinander verlaufen und in der Richtung ver tikal zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats (2) angeordnet sind, der erste Anschluss (12) des ersten Windungsteils (7) mit dem zweiten Anschluss des ersten Verdrahtungsteils (70) durch das erste Durchkontaktierungsloch (14) verbunden ist, der vierte Anschluss des ersten Verdrahtungsteils (70) mit einem siebenten Anschluss des dritten Verdrahtungsteils (72) durch das dritte Durchkontaktierungsloch (75) verbunden ist, ein achter Anschluss des dritten Verdrahtungsteils (72) mit einem neunten Anschluss des zweiten Verdrahtungsteils (71) durch das vierte Durchkontaktierungsloch (76) verbunden ist und ein zehnter Anschluss des zweiten Verdrahtungsteils (8) mit dem dritten Anschluss des zweiten Windungsteils (8) durch das sechste Durchkontaktierungsloch (77) verbunden ist, eine gerade Leitung, welche eine Mitte einer Windung des ersten Windungsteils (7) mit einer Mitte der Windung des zweiten Windungsteils (8) verbindet, vertikal zu einer Ebene verläuft, welche durch die Teile einer geraden Leitung der ersten (70), zweiten (71) und dritten Verdrahtungsteile (72) gebildet ist, und wodurch ein Strom um das erste Windungsteil (7) herum von dem fünften Anschluss (9) davon zu dem ersten Anschluss (12) davon fließt, ein Strom um das zweite Windungsteil (8) herum von dem dritten Anschluss (13) davon zu dem sechsten Anschluss (10) davon fließt, wobei die Richtungen der Ströme zueinander entgegengesetzt verlaufen, wenn eine Spannung zwischen dem fünften Anschluss (9) des ersten Windungsteils (7) und dem sechsten Anschluss (10) des zweiten Windungsteils (8) angelegt wird.
Induktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Teile einer geraden Leitung der ersten, zweiten und dritten Verdrahtungsteile (70, 71, 72) gegenüber einem Gebiet zwischen den ersten und zweiten Windungsteilen (7, 8) angeordnet ist.
Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schichtstruktur des weiteren eine aus einem Supraleiter gebildete elektromagnetische Abschirmplatte (84) zwischen dem Halbleitersubstrat (2) und der nächsten Verdrahtungsschicht (82) von dem zweiten Halbleitersubstrat (2) aufweist.
Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Windungsteile (102, 103) in einem Kreis oder in Form eines Polygons mit mehr Winkeln als bei einem Rechteck gewunden ist.