JP2000507051A - 一体化されたコイルを具えた装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は基板上に一体化されたコイル（Ｌ）を具えている装置に関するものであり、そのコイル（Ｌ）は巻線（３、３）を有する螺旋の形で第１導体トラック（１）を、その螺旋の外側に置かれている第１トラック（１）の外側端部（６）、及びその螺旋の内側に置かれている第１トラック（１）の内側端部（７）と共に有し、且つ前記のコイル（Ｌ）は内側端部（７）へ接続され且つ前記の螺旋の外側へ続く導電性交差ストリップ（10）を具えているので、前記の交差ストリップ（10）が前記の螺旋内の巻線（３）との交差（11）を形成する。そのようなコイル（Ｌ）による問題点は交差ストリップ（10）と第１導体トラック（１）の交差（11）がその装置の周波数動作に悪影響する漏洩キャパシタンスを生じることである。本発明によると、この装置は補償導体トラック（21）が設けられ、それが第１巻線（２）との電気接点（31）を作り、且つ第１巻線（２）と隣接する巻線（３）との重複部分を実演することを特徴としている。補償導体トラック（21）と巻線（３）との間の重複部分が、補償キャパシタンスを形成している。コイル（Ｌ）の周波数動作への交差（11）の漏洩キャパシタンスの影響はこの補償キャパシタンスにより補償される。

Description

【発明の詳細な説明】 一体化されたコイルを具えた装置 本発明は基板上に一体化されたコイルＬを具えている装置に関するもので、そ のコイルは螺旋の外側に置かれている第１トラックの外側端部、及び螺旋の内側 に置かれている第１トラックの内側端部を有する、巻線を有する螺旋の形で第１ 導体トラックを含み、且つ前記のコイルは内側端部へ接続され且つ螺旋の外側へ 続く導電性交差ストリップを具えているので、その交差ストリップがその螺旋内 の巻線との交差を形成する。 そのような装置は、電磁波の周波数に依存してフィルタ装置のような特別の応 答を現さねばならない応用に対して非常に適して用いられ得る。実際には、前記 コイルはスイッチング素子を設けられた半導体基板又は絶縁基板のような、絶縁 された、比較的平らな基板上に設けられる。このコイルは一体化され、すなわち このコイルは解けた、巻かれた電線で構成されずに、代わりに集積回路の製造か ら知られる技術によって製造される。このコイルは螺旋の形で第１導体トラック を具えている。そのような螺旋による問題点は、その螺旋の内側端部が接触する ことが困難であることである。この目的のために、いわゆる交差ストリップが用 いられ、それがその螺旋の内側端部との接点を作り、且つその螺旋の外側へ続い て、前記の交差ストリップが第１導体トラックの上又は下に延在する。その交差 ストリップは第１導体トラックと同じ導電性層内に形成されない。第１導体トラ ックとこの交差ストリップとの間の交差は特別のキャパシタンスを有し、且つ第 １導体トラック上の点と交差ストリップとを互いに容量的に結合する。この結合 が、特に高周波数において、装置の周波数特性に悪影響するので、これは望まし くない。 冒頭文節に記載された種類の装置は特開昭62-69545号公報から既知であり、そ の装置は多数の交差を具え、且つ前記の交差の位置において、絶縁材料の比較的 厚い層が、その装置の平坦性が極端に影響されること無く交差ストリップと第１ トラックとの間に設けられ得るように、その第１トラックが凹まされている。こ の厚い層によって、第１トラックと交差ストリップとの間のキャパシタンスが小 さいだけである。 従来技術による上述の装置は、そのような凹みは製造するのが比較的困難であ ると言う欠点を有している。凹みは基板内に作られねばならない。第１トラック がこの凹みを交差させる。第１トラックが部分的に中断されるか、あるいはその 凹みの縁で非常に薄くなると言う危険がある。それに加えて、絶縁材料の厚い層 を設けることが必要である。 なかんずく、もっと容易に製造され得て、且つ交差ストリップの交差がその装 置の周波数特性に影響しないか、又はほとんど影響しない装置を提供することが 本発明の目的である。 これを達成するために、本発明による装置は、補償導体トラックが設けられ、 それが第１巻線との電気接点を作り、且つその第１巻線と隣接する巻線との重複 部分を実演する。かくして、第１導体トラックの第１巻線と電気的に接触し、且 つ前記第１巻線の次の巻線、すなわち第１導体トラックの先立つ又は次の巻線と 一部重複する付加的な導体トラックが存在する。その結果、補償導体トラックと 第１巻線と隣接する巻線との間に電気接点は無く、その補償導体トラックは隣接 する巻線へ容量的に結合されるのみである。 本発明は、コイルの周波数動作への交差の漏洩キャパシタンスの影響が、補償 導体トラックによってそのコイルへ付加的な補償キャパシタンスを加えることに より、補償され得ると言う認識に基づいている。補償導体トラックと交差と隣接 する巻線との間の重複部分が、そのような付加的な補償キャパシタンスを形成す る。 本発明による一体化されたコイルは独立のコイルとして用いられ得る。本発明 による装置は好適に、一体化されたコイルＬが第１トラックの外側端部と交差ス トリップとへ接続されているコンデンサＣを設けられ、それでＬＣ共振器が形成 されることを特徴としている。ＬＣ共振器での本発明によるコイルの使用は、そ の装置の伝達関数における、及び周波数の関数としてその共振器のインピーダン ス動作における共振ピークを防ぐ。 補償導体トラックが全部の交差の近くに設けられた場合に特別の利点が達成さ れる。その結果、全部の漏洩キャパシタンスが補償されるので、コイルの非常に 良好な周波数動作が達成される。 交差ストリップ及び補償導体トラックは異なる金属層内に設けられてもよい。 好適には、その交差ストリップと補償導体トラックとは導電性材料の同じ層内に 設けられる。この場合には、補償導体トラックは２個のエッチングマスクを適合 することにより非常に容易に製造され得て、すなわち接触孔用の一つのエッチン グマスクであって、そのエッチングマスクは第１トラックへ交差ストリップを接 続するための接触孔と、第１巻線の位置において第１導体トラックへ補償導体ト ラックを接続するための接触孔とのき両方を製造するために現在用いられている マスクと、導電性層へパターンを与えるための第２エッチングマスクであって、 その第２エッチングマスクは交差ストリップと補償導体トラックとの両方を製造 するために現在用いられているマスクとである。 本発明による装置は好適に、前記の交差ストリップが第１トラックよりも小さ い厚さと大きい幅とを有していることを特徴としている。交差ストリップの小さ い厚さが表面形状での極端な変動を防ぐので、表面の不動態化、別の導電性層の 準備、及び接続の作成のような、別の処理ステップ中の問題点が、比較的厚い交 差ストリップが用いられる場合にあり得る問題点よりも非常に小さくなる。しか しながら、そのような比較的薄い交差ストリップは比較的高い電気抵抗を有する ので、コイルの品質は悪影響される。これが本発明による装置において、交差ス トリップの幅が比較的大きくなるように選ばれる理由である。そのような大きい 幅が交差ストリップの電気抵抗の低減へ導くので、良好な品質のコイルが得られ る。既知の装置においては、漏洩キャパシタンスの大きさが交差ストリップの幅 により直接支配されるので、ストリップの幅は制限を受ける。交差ストリップの 幅が広いほど、交差の漏洩キャパシタンスが大きくなる。本発明による装置にお いては、これらの漏洩キャパシタンスが補償されるので、交差ストリップの大き い幅にもかかわらず、正しく機能する装置が得られる。 好適には、本発明による装置は、補償導体トラックの重複部分の量は、螺旋の 内側での交差の位置においてよりも、螺旋の外側での交差の位置において大きい 。補償キャパシタンスの値は、第１近似においては、交差の漏洩キャパシタンス と、 補償導体トラックが第１トラックと共に作る電気接点とコイルの内側及び外側端 部との間に置かれたコイルの部分の間のインピーダンス比との値により決められ る。かくして、インピーダンス比の値は、その交差が螺旋の外側に対してより近 く置かれるので増大し、且つ従って漏洩キャパシタンスの良好な補償のために、 より大きい補償キャパシタンスが必要である。そのような大きい補償キャパシタ ンスは重複部分のより大きい量により与えられる。重複部分の前記のより大きい 量は、例えば補償導体トラックのより大きい幅により得ることができる。 本発明のこれらの態様が以下に記載される実施例から明らかになり、且つ本発 明の他の態様が以下に記載される実施例を参照して解明されるだろう。 図において、 図１は既知の一体化されたコイルの平面図であり、 図２は周波数の関数としてその既知のコイル（曲線Ａ）と本発明によるコイル （曲線Ｂ）とのインピーダンスを示し、 図３は本発明による一体化されたコイルの平面図であり、 図４は周波数の関数として既知のＬＣ共振器（曲線Ａ）と本発明によるコイル を設けられたＬＣ共振器（曲線Ｂ）とのインピーダンスを示し、 図５は本発明による４個の巻線を有する一体化されたコイルの平面図である。 これらの図は純粋に図式的であり比例尺で描かれていない。これらの図中で、 対応する部分は一般に同じ参照符号を有している。 図１は（図示されない）基板上の一体カソードされたコイルＬを示し、そのコ イルは、この例においては、螺旋の外側に置かれている第１トラック１の外側端 部６、及びその螺旋の内側に置かれている第１トラック１の内側端部７を有する 、２個の巻線２、３を有している螺旋の形での第１導体トラック１を具えており 、且つコイルＬは内側端部７へ接続され且つその螺旋の外側へ続く導電性交差ス トリップ10を具えているので、その交差ストリップがその螺旋内で巻線３との交 差11を形成する。この例においては、コイルＬが２個の巻線をそなえているが、 しかしながら、実際には異なる数の巻線がコイルの所望の自己誘導に依存して可 能である。実際には、コイルＬは絶縁された、比較的平らな基板、この例におい ては酸化アルミニウム基板上に設けられる。その第１導体トラック１はアルミニ ウ ムを具え、且つ100μmの幅と3μmの厚さとを有している。それらの巻線間の距離 は50μmである。この例においては、コイルＬは正方形であり、コイルの外側寸 法15は約2000μmである。交差ストリップ10はアルミニウムで作られており且つ4 00μmの幅と0.1μmの厚さとを有している。酸化珪素絶縁層が交差11の位置にお いて第１導体トラック１から交差ストリップ10を分離している。その酸化層の厚 さは第１導体トラックと交差ストリップとの間に600pF/mm²のキャパシタンスが あるようになっている。その交差ストリップ10はその酸化層内の接触孔16を介し てコイルＬの内側側端部７へ接続されている。 図２において、曲線Ａは図１に従ったコイルのインピーダンス特性を示してい る。この図において、コイルの周波数は水平軸上にプロットされ且つコイルのイ ンピーダンス特性は垂直軸上にプロットされている。このインピーダンス特性は コイルのインダクタンスにより、交差11のキャパシタンス、すなわち交差ストリ ップ10と第１導体トラック１との間のキャパシタンスにより、第１導体トラック と基板との間のキャパシタンスにより及び巻線２、３の間の分布キャパシタンス により決められる。このコイルのインピーダンスは約4GHzにおいて強い、第２共 振ピークを有することは明らかである。そのような第２共振ピークは一般に望ま しくない。 図３は本発明による装置を示している。共振ピークを防ぐために、そのような 装置は第１巻線２との電気接点31を作り且つ第１巻線２と隣接する巻線３との重 複部分を実演する補償導体トラック21を設けられている。この補償導体トラック 21が接触孔31を介して第１導体トラック１の巻線２との電気接点を作る。補償導 体トラック21と巻線２と隣接する巻線３との間に電気接点は無い。補償導体トラ ック21は巻線３へ容量的に結合されるのみである。その補償導体トラックが巻線 ３との電気接点を作り且つ巻線２と重複部分を実演することも代わりに可能であ る。 図２において、曲線２は本発明によって且つ図３に示されたようなコイルのイ ンピーダンス特性を示している。約4GHzにおける望ましくないインピーダンスピ ークは消えてしまっていることは明らかである。かくして、本発明によるコイル は、周波数の関数として非常に一層好適なインピーダンス変動を有する。 交差ストリップ10と補償導体トラック21とは、異なる金属層に設けられてもよ い。この例においては、交差ストリップ10と補償導体トラック21とは、導体材料 すなわちアルミニウムの同じ層に設けられている。それのおかげで、補償導体ト ラック21は、第１導体トラック１へ交差ストリップ10を接続するためのエッチン グマスクを適合させることにより、接触孔16、31に対してエッチングマスクを適 合させることにより、且つ交差ストリップ10と補償導体トラック21とに対して用 いられる導電性層に対してエッチングマスクを適合させることにより、非常に容 易に製造され得る。この例においては、交差ストリップ10は第１導体トラック１ よりも小さい厚さと大きい幅とを、すなわち0.1μmの厚さと400μmの幅とを有し ている。交差ストリップ10の前記の小さい厚さのおかげで、表面形状の極端な変 動が防がれる。そのような交差ストリップ10の電気抵抗は比較的低い。本発明に よる装置においては、広い交差ストリップ10の漏洩キャパシタンスは補償される ので、交差ストリップの大きい幅にもかかわらず正しく機能する装置が達成され る。 一体化されたコイルＬは独立のコイルとして用いられ得る。好適には、その一 体化されたコイルＬは第１トラック１の外側端部６と交差ストリップ10とへ接続 されているコンデンサＣを設けられるので、ＬＣ共振器が形成される。そのよう な装置は、電磁波の周波数に依存して、フィルタ装置のような特別の応答を現さ ねばならない応用に対して特に適して用いられ得る。図４において、曲線Ａ及び Ｂは並列キャパシタンスを設けられたコイルのインピーダンス特性を示している ので、その装置は約100MHの共振を有している。曲線Ａは補償トラックの存在し ない場合のインピーダンス変動を示し、曲線Ｂは補償トラックの存在する場合の インピーダンス変動を示している。補償トラック無しの装置は約１GHzにおいて 望ましくないインピーダンスピークを現すことは明らかである。補償トラックを 有するコイル装置はこの共振ピークを有しない。 図５は（図示されない）基板上に一体化されたコイルＬを示しており、そのコ イルは、この例においては、螺旋の外側に置かれている第１トラック１の外側端 部６、及び螺旋の内側に置かれている第１トラックの内側端部７を有する、４個 の巻線２、３、４、５を有する、螺旋の形での第１導体トラック１を具えており 、 且つそのコイルＬは内側端部７へ接続され、且つその螺旋の外側へ続く導電性交 差ストリップ10を具えているので、その交差ストリップがその螺旋内に巻線５、 ４、３との交差11、12、13を形成している。コイルのインピーダンス変動におけ る共振ピークを防ぐため、補償導体トラック21、22、23が設けられ、それが第１ 巻線５、４、３との電気接点31、32、33を作り、且つそれが第１巻線５、４、３ と隣接する巻線４、３、２との重複部分を実演する。補償導体トラック21、22、 23が接続孔31、32、33を介して第１導体トラック１の巻線５、４、３との電気接 点を作る。それぞれ、補償導体トラック21、22、23と隣接する巻線４、３、２と の間に電気接点は無い。補償導体トラック21、22、23は、それぞれ隣接する巻線 ４、３、２へ容量的に結合されるのみである。補償導体トラック21、22、23と巻 線４、３、２との間の重複部分が補償キャパシタンスを形成している。これらの キャパシタンスの値は重複部分の量Ｏ、誘電体定数ε、及び交差ストリップと第 １導体トラックとの間の絶縁層の厚さｄにより、既知のように支配され、すなわ ちＣ＝ε×Ｏ／ｄである。既知のコンピュータシミュレーションプログラムによ って、図５に示されたような巻線と補償キャパシタンスとにより形成された回路 網は計算され得る。補償キャパシタンスの大きさは、インピーダンス特性におい て、交差ストリップの交差により形成される漏洩キャパシタンスの影響が最小に されるように決められる。 補償導体トラックの重複部分の量が螺旋の内側での交差の位置におけるよりも 螺旋の外側での交差の位置において大きいことを計算が示す。第１近似において は、補償キャパシタンスの値が、交差の漏洩キャパシタンスの大きさと、補償導 体が第１トラックと作る電気接点とコイルの内側及び外側端部との間に置かれた コイルの部分間のインピーダンス比とにより決められる。交差が螺旋の外側へも っと近く置かれるのでインピーダンス比の値は増加し、且つ従ってより大きい補 償キャパシタンスが漏洩キャパシタンスを正しく補償するために必要である。そ のようなより大きい補償キャパシタンスは前記のより大きい重複部分により達成 される。そのより大きい重複部分は補償導体トラックのより大きい幅により得ら れる。 本発明は上述の部分において記載された例に制限されない。例えば、その例に おいて、特別の材料が第１導体トラック、交差ストリップ、補償導体トラック、 及び交差ストリップと第１導体トラックとの間の絶縁層に対して用いられる。タ ングステン、銅、窒化チタン又はモリブデンのような、他の材料が導体トラック のための材料として代わりに用いられ得て、一方窒化物又はオキシ窒化物のよう な、絶縁材料が絶縁層のために用いられ得ることは明らかであろう。更に、ガラ ス板又は絶縁された半導体基板のような、酸化アルミニウム以外の材料の基板上 にコイルを設けることも代わりに可能である。後者の場合には、半導体（例えば シリコン）基板がコイル又はＬＣ共振器と一緒に装置を形成する半導体スイッチ ング素子を具えてもよい。その装置は既知の技術によって製造され得る。導体ト ラック用の材料は、蒸着、化学的蒸着（CVD;chemical vapor deposition）又は 電着のような技術によって設けられ得る。絶縁層は、蒸着、化学的蒸着及び類似 ののもののような、既知の技術によって貼付される。フォトリソグラフィー及び エッチングのような技術が、与えられた材料と接触孔とから導体トラックを形成 するために用いられる。この例においては、補償導体トラックは全長上で一定幅 により引かれる。代わりに、例えば、電気接点の位置においては小さく且つ重複 部分の位置においては大きいように、その幅が変化してもよい。本発明はこの例 に記載された周波数に限られない。一般に、本発明の効果は高い周波数における ほど大きくなる。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 の周波数動作への交差（11）の漏洩キャパシタンスの影 響はこの補償キャパシタンスにより補償される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板上に一体化されたコイルＬを具えている装置であって、前記のコイルは 螺旋の外側に置かれている第１トラックの外側端部、及び螺旋の内側に置かれて いる第１トラックの内側端部を有する、巻線を有する螺旋の形で第１導体トラッ クを含み、且つ前記のコイルは内側端部へ接続され且つ螺旋の外側へ続く導電性 交差ストリップを具えているので、その交差ストリップがその螺旋内の巻線との 交差（11）を形成する装置において、 補償導体トラックが設けられ、該トラックが第１巻線との電気接点を作り、 且つ前記の第１巻線と隣接する巻線との重複部分を実演することを特徴とする装 置。 ２．請求項１記載の装置において、一体化されたコイルＬが第１トラックの外側 端部と交差ストリップとへ接続されているコンデンサＣを設けられ、それでＬＣ 共振器が形成されることを特徴とする装置。 ３．請求項１又は２のいずれか１項に記載の装置において、補償導体トラックが 全部の交差の近くに設けられることを特徴とする装置。 ４．請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、前記交差ストリップと 補償導体トラックとが導電性材料の同じ層内に設けられることを特徴とする装置 。 ５．請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置において、前記の交差ストリップ が前記の第１トラックよりも小さい厚さと大きい幅とを有していることを特徴と する装置。 ６．請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置において、補償導体トラックの重 複部分の量が、螺旋の内側での交差の位置においてよりも、螺旋の外側での交差 の位置において大きいことを特徴とする装置。