JP2001274020A - コイルユニット、コイル、変圧器および昇圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い効率で電圧を昇圧することができる昇圧
回路、該昇圧回路に好適に用いられる変圧器、該変圧器
に好適に用いられるコイルおよびコイルユニットを提供
する。 【解決手段】 第１の導電体層からなる第１の配線Ａ１
に対して第２の導電体層からなる第２の配線Ａ２が交差
するように複数の第１および第２の配線Ａ１，Ａ２を順
次配置し、第１および第２の配線Ａ１，Ａ２の端部をビ
アホールプラグＢ１により接続し、略螺旋状に巻回され
たコイルＬを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置内に形
成されるコイルユニットおよびコイル、これらを用いた
変圧器およびこの変圧器を用いた昇圧回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の不揮発性半導体メモリが開
発され、この不揮発性半導体メモリのうち、例えばフラ
ッシュメモリでは、フローティングゲートに電荷を蓄積
し、電荷の有無によりデータの記憶を行うとともに、電
荷の有無によるしきい値電圧の変化を検出することによ
りデータの読み出しを行っている。

【０００３】このようなフラッシュメモリ等の不揮発性
半導体メモリでは、書き込み時にコントロールゲート等
に高い電圧を印加する必要があり、ＶＣＣ単一電源型不
揮発性半導体メモリでは、電源電圧を昇圧して高電圧を
発生させるために昇圧回路が用いられている。

【０００４】この昇圧回路としては、通常、コンデンサ
およびトランジスタ等により構成される昇圧回路が用い
られ、複数のコンデンサを順次充放電させることによ
り、電源電圧から高電圧を発生させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の昇圧回路
では、コンデンサが順次充放電しながら電圧を昇圧する
ため、コンデンサの放電により電力が無駄に消費され、
電力の変換効率は５０％を越えることができず、通常は
約１０〜２０％程度である。

【０００６】一方、不揮発性半導体メモリが用いられる
各種電子機器には省電力化が要望されており、不揮発性
半導体メモリ自体の消費電力を低減するため、昇圧回路
の高効率化が要望されている。

【０００７】本発明の目的は、高い効率で電圧を昇圧す
ることができる昇圧回路、該昇圧回路に好適に用いられ
る変圧器、該変圧器に好適に用いられるコイルおよびコ
イルユニットを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】（１）
第１の発明 第１の発明に係るコイルユニットは、半導体基板の上に
形成される第１の導電体層からなる第１の配線と、第１
の導電体層の上に形成される第２の導電体層からなり、
一端が第１の配線の一端の上に配置されるとともに、他
端が第１の配線の他端と異なる位置に配置される第２の
配線と、第１の配線の一端と第２の配線の一端とを接続
する導電部材とを備えるものである。

【０００９】本発明に係るコイルユニットにおいては、
第１の配線が半導体基板の上に形成される第１の導電体
層から形成され、第２の配線が第１の導電体層の上に形
成される第２の導電体層から形成されるとともに、第２
の配線の一端が第１の配線の一端の上に配置され、第１
の配線の一端と第２の配線の一端とが導電部材により接
続される。したがって、第１および第２の配線ならびに
導電部材により半導体装置内に略螺旋状に１回巻回され
たコイルユニットを形成することができる。

【００１０】（２）第２の発明 第２の発明に係るコイルは、第１の発明に係るコイルユ
ニットを複数備え、第１の配線の他端と第２の配線の他
端とを導電部材により順次接続するものである。

【００１１】本発明に係るコイルにおいては、略螺旋状
に１回巻回されたコイルユニットを連続的に接続し、半
導体装置内に略螺旋状に複数回巻回されたコイルを形成
することができる。

【００１２】（３）第３の発明 第３の発明に係るコイルは、第２の発明に係るコイルの
構成において、第１の配線と第２の配線とが交差する角
度は、９０度未満である。この場合、第１および第２の
配線の位置をずらせて略螺旋状に巻回されたコイルを容
易に形成することができる。

【００１３】（４）第４の発明 第４の発明に係るコイルは、第２または第３の発明に係
るコイルの構成において、コイルは、ループ状に形成さ
れ、コイルの終端がコイルの始端に近接して配置される
ものである。

【００１４】この場合、コイルにより発生する磁束がル
ープ内を流れ、磁束の漏れを少なくすることができるの
で、コイル内の磁束密度を向上することができる。

【００１５】（５）第５の発明 第５の発明に係る変圧器は、第２または第３の発明に係
るコイルから１次コイルおよび２次コイルを形成し、第
１の配線と第２の配線との間にループ形状の強磁性体が
配置されるものである。

【００１６】本発明に係る変圧器においては、１次コイ
ルにより発生する磁束がループ形状の強磁性体内を流
れ、１次コイルにより発生する磁束の変化を２次コイル
に作用させて、電磁誘導により２次側に起電力を生じさ
せることができる。

【００１７】（６）第６の発明 第６の発明に係る変圧器は、第５の発明に係る変圧器の
構成において、強磁性体は、絶縁膜を挟んで積層されて
いるものである。この場合、強磁性体が積層されている
ので、強磁性体での損失を低減することができる。

【００１８】（７）第７の発明 第７の発明に係るコイルユニットは、半導体基板の上に
形成される第１の導電体層からなる第１の配線と、第１
の導電体層の上に形成される第２の導電体層からなり、
一端が第１の配線の一端の上に配置されるとともに、他
端が第１の配線の他端と異なる位置に配置される第２の
配線と、第１の配線の一端と第２の配線の一端とを接続
する導電部材とを含む第１のコイルユニットと、半導体
基板と第１の導電体層との間に形成される第３の導電体
層からなる第３の配線と、第２の導電体層の上に形成さ
れる第４の導電体層からなり、一端が第３の配線の一端
の上に配置されるとともに、他端が第３の配線の他端と
異なる位置に配置される第４の配線と、第３の配線の一
端と第４の配線の一端とを接続する導電部材とを含む第
２のコイルユニットとを備え、第３の配線は、第１の配
線の両端を越えて延出し、第４の配線は、第２の配線の
両端を越えて延出するものである。

【００１９】本発明に係るコイルユニットにおいては、
第１の配線が半導体基板の上に形成される第１の導電体
層から形成され、第２の配線が第１の導電体層の上に形
成される第２の導電体層から形成されるとともに、第２
の配線の一端が第１の配線の一端の上に配置され、第１
の配線の一端と第２の配線の一端とが導電部材により接
続される。

【００２０】また、第１の配線の両端を越えて延出する
第３の配線が半導体基板と第１の導電体層との間に形成
される第３の導電体層から形成され、第２の配線の両端
を越えて延出する第４の配線が第２の導電体層の上に形
成される第４の導電体層から形成されるとともに、第４
の配線の一端が第３の配線の一端の上に配置され、第３
の配線の一端と第４の配線の一端とが導電部材により接
続される。

【００２１】この結果、半導体装置内に略螺旋状に１回
巻回された第１のコイルユニットの外周に略螺旋状に１
回巻回された第２のコイルユニットを形成することがで
きる。

【００２２】（８）第８の発明 第８の発明に係るコイルユニットは、半導体基板の上に
形成される第１の導電体層からなる第１の配線と、第１
の導電体層の上に形成される第２の導電体層からなり、
一端が第１の配線の一端の上に配置されるとともに、他
端が第１の配線の他端と異なる位置に配置される第２の
配線と、第１の配線の一端と第２の配線の一端とを接続
する導電部材とを含む第１のコイルユニットと、第１の
導電体層からなり、第１の配線に隣接して配置される第
３の配線と、第２の導電体層からなり、第２の配線に隣
接して配置されるとともに、一端が第３の配線の一端の
上に配置され、他端が第３の配線の他端と異なる位置に
配置される第４の配線と、第３の配線の一端と第４の配
線の一端とを接続する導電部材とを含む第２のコイルユ
ニットとを備えるものである。

【００２３】本発明に係るコイルユニットにおいては、
第１の配線が半導体基板の上に形成される第１の導電体
層から形成され、第２の配線が第１の導電体層の上に形
成される第２の導電体層から形成されるとともに、第２
の配線の一端が第１の配線の一端の上に配置され、第１
の配線の一端と第２の配線の一端とが導電部材により接
続される。

【００２４】また、第１の導電体層からなる第３の配線
が第１の配線に隣接して配置され、第２の導電体層から
なる第４の配線が第２の配線に隣接して配置されるとと
もに、第４の配線の一端が第３の配線の一端の上に配置
され、第３の配線の一端と第４の配線の一端とが導電部
材により接続される。

【００２５】この結果、第１および第２の導電体層を用
いて簡略な製造工程により、半導体装置内に略螺旋状に
１回巻回された第１のコイルユニットに隣接して略螺旋
状に１回巻回された第２のコイルユニットを形成するこ
とができる。

【００２６】（９）第９の発明 第９の発明に係る変圧器は、第７または第８の発明に係
るコイルユニットを複数備え、第１の配線の他端と第２
の配線の他端とを導電部材により接続することにより第
１のコイルユニットを順次接続して第１のコイルを形成
し、第３の配線の他端と第４の配線の他端とを導電部材
により接続することにより第２のコイルユニットを順次
接続して第２のコイルを形成するものである。

【００２７】本発明に係る変圧器においては、略螺旋状
に１回巻回された第１および第２のコイルユニットを連
続的に接続し、略螺旋状に複数回巻回された第１および
第２のコイルを形成することができ、半導体装置内に変
圧器を形成することができる。

【００２８】（１０）第１０の発明 第１０の発明に係る変圧器は、第９の発明に係る変圧器
の構成において、第１のコイルの巻数は、第２のコイル
の巻数と異なるものである。この場合、第１および第２
のコイルの巻数に応じて電圧を変化させることができ
る。

【００２９】（１１）第１１の発明 第１１の発明に係る変圧器は、第９または第１０の発明
に係る変圧器の構成において、第１のコイルは、２次コ
イルであり、第２のコイルは、１次コイルである。この
場合、１次コイルにより発生する磁束の変化を２次コイ
ルに作用させて、電磁誘導により２次側に起電力を生じ
させることができる。

【００３０】（１２）第１２の発明 第１２の発明に係る変圧器は、第９〜第１１のいずれか
の発明に係る変圧器の構成において、第１のコイルは、
ループ状に形成され、第１のコイルの終端が第１のコイ
ルの始端に近接して配置され、第２のコイルは、ループ
状に形成され、第２のコイルの終端が第２のコイルの始
端に近接して配置されるものである。

【００３１】この場合、１次コイルにより発生する磁束
がループ内を流れ、磁束の漏れを少なくすることができ
るので、１次コイル内の磁束密度を向上することができ
る。したがって、１次コイルにより発生する磁束を効率
よく２次コイルに作用させて、高い効率で電力を発生さ
せることができる。

【００３２】（１３）第１３の発明 第１３の発明に係る昇圧回路は、第５、第６、第９〜第
１２のいずれかの発明に係る変圧器と、変圧器の１次コ
イル側に接続される発振器と、変圧器の２次コイル側に
接続される整流回路とを備えるものである。

【００３３】本発明に係る昇圧回路においては、発振器
から出力される交流電圧を変圧器により増幅し、増幅さ
れた交流電圧を整流回路により整流することができ、昇
圧した電圧を出力することができる。このとき、コンデ
ンサによる昇圧回路を用いていないため、コンデンサの
放電により電力を無駄に消費することなく、変圧器によ
り高い効率で電圧を昇圧することができる。

【００３４】（１４）第１４の発明 第１４の発明に係る昇圧回路は、第１３の発明に係る昇
圧回路の構成において、変圧器は、複数の変圧器を含
み、複数の変圧器の複数の１次コイルが発振器に並列に
接続され、複数の変圧器の複数の２次コイルが直列に接
続され、その両端が整流回路に接続されるものである。

【００３５】この場合、各変圧器の１次コイルと２次コ
イルの巻数が同じ場合でも、１次コイル側が並列に接続
され、２次コイル側が直列に接続されているので、２次
コイル側の電圧が加算され、２次コイル側の電圧を昇圧
することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明の一実
施の形態によるコイルの製造工程を説明するための第１
ないし第３の平面図であり、図４は、図１ないし図３に
示す製造工程により製造されたコイルの一部を示す概略
斜視図である。

【００３７】図１に示すように、半導体基板（図示省
略）の上に層間膜（図示省略）を形成した後、その上に
金属配線層からなる第１の導電体層を形成し、図示のよ
うなトラック状に各配線が形成されるように第１の導電
体層をエッチングし、複数の第１の配線Ａ１を形成す
る。

【００３８】なお、第１の配線Ａ１を形成する第１の導
電体層は、導電性を有する材料であれば特に限定され
ず、アルミニウム等の種々の金属材料を用いることがで
きる。また、第１の配線Ａ１の形状も、図示の形状に特
に限定されず、コイルとして形成した場合の電気特性を
満たすものであれば、種々の形状を用いることができ
る。

【００３９】次に、図２に示すように、複数の第１の配
線Ａ１の上に層間膜（図示省略）を形成した後、形成し
た層間膜に複数のビアホールを形成し、形成したビアホ
ールに導電部材であるタングステンプラグからなるビア
ホールプラグＢ１を埋め込み、第１の配線Ａ１の両端を
ビアホールプラグＢ１と接続する。

【００４０】なお、ビアホールプラグＢ１を形成する導
電部材は、導電性を有する材料であれば特に限定され
ず、タングステン、アルミニウム等の種々の金属材料を
用いることができる。また、ビアホールプラグＢ１の形
状および数等も、図示の形状および数等に特に限定され
ず、コイルとして形成した場合の電気特性を満たすもの
であれば、種々の形状および数等を用いることができ
る。

【００４１】次に、図３に示すように、ビアホールプラ
グＢ１が埋め込まれた層間膜の上に金属配線層からなる
第２の導電体層を形成し、図示のようなトラック状に各
配線が形成されるように第２の導電体層をエッチング
し、複数の第２の配線Ａ２を形成してビアホールプラグ
Ｂ１と接続する。

【００４２】なお、第２の配線Ａ２を形成する第２の導
電体層は、導電性を有する材料であれば特に限定され
ず、アルミニウム等の種々の金属材料を用いることがで
きる。また、第２の配線Ａ２の形状も、図示の形状に特
に限定されず、コイルとして形成した場合の電気特性を
満たすものであれば、種々の形状を用いることができ
る。

【００４３】上記のように形成された第２の配線Ａ２の
一端は、第１の配線Ａ１の一端の上に位置するように配
置され、第２の配線Ａ２の他端は、第１の配線Ａ１の他
端と異なる位置になるように配置されるとともに、その
下に他の第１の配線Ａ１の他端が配置される。

【００４４】このように、第１の配線Ａ１に対して第２
の配線Ａ２が交差するように順次配置され、第１および
第２の配線Ａ１，Ａ２の端部をビアホールプラグＢ１に
より接続することにより、図４に示すように、略螺旋状
に巻回されたコイルＬが形成される。

【００４５】なお、第１の配線Ａ１とビアホールプラグ
Ｂ１を介して接続される第２の配線Ａ２とのなす角度
は、９０度未満であることが好ましく、形成されるコイ
ルの巻数等に応じて種々の角度に設定される。

【００４６】また、図３に示すように、コイルＬの始端
Ｔ１の上に終端Ｔ２が配置され、コイルＬがループ状に
形成されている。この場合、コイルＬにより発生する磁
束がループ内を流れ、磁束の漏れが少なくなり、コイル
Ｌ内の磁束密度を向上することができる。なお、本発明
によるコイルの形状は、上記の例に特に限定されず、円
形、楕円形等の他のループ形状であってもよく、また、
ループ形状ではなく直線的に配置してもよい。

【００４７】図５は、本発明によるコイルを用いた変圧
器の一部を示す平面図であり、図６は、図５に示す変圧
器の一部を示す一部破断平面図である。なお、図５に示
す変圧器の１次および２次コイルも図３に示すコイルＬ
と同様に略トラック形状を有しているが、図５では、そ
の半分を示している。また、図６では、図示を容易にす
るため、図５に示す変圧器の各部材の形状を簡略化して
示している。

【００４８】まず、半導体基板（図示省略）の上に層間
膜（図示省略）を形成した後、その上に金属配線層から
なる第３の導電体層を形成し、図示のようなトラック状
に各配線が形成されるように第３の導電体層をエッチン
グし、複数の第３の配線Ａ３を形成する。

【００４９】なお、第３の配線Ａ３を形成する第３の導
電体層は、導電性を有する材料であれば特に限定され
ず、アルミニウム等の種々の金属材料を用いることがで
きる。また、第３の配線Ａ３の形状も、図示の形状に特
に限定されず、コイルとして形成した場合の電気特性を
満たすものであれば、種々の形状を用いることができ
る。

【００５０】次に、複数の第３の配線Ａ３の上に層間膜
（図示省略）を形成した後、その上に第１の導電体層を
形成し、図示のようなトラック状に各配線が形成される
ように第１の導電体層をエッチングし、複数の第１の配
線Ａ１を形成する。

【００５１】次に、複数の第１の配線Ａ１の上に層間膜
（図示省略）を形成した後、形成した層間膜に複数のビ
アホールを形成し、形成したビアホールにビアホールプ
ラグＢ１を埋め込み、第１の配線Ａ１の両端をビアホー
ルプラグＢ１と接続する。

【００５２】次に、ビアホールプラグＢ１が埋め込まれ
た層間膜の上に第２の導電体層を形成し、図示のような
トラック状に各配線が形成されるように第２の導電体層
をエッチングし、複数の第２の配線Ａ２を形成してビア
ホールプラグＢ１と接続する。このようにして、図３に
示すコイルＬと同様に、２次コイルＬ２が形成される。

【００５３】次に、複数の第２の配線Ａ２の上に層間膜
（図示省略）を形成した後、形成した層間膜から第３の
配線Ａ３に達するように複数のビアホールを形成し、形
成したビアホールに導電部材であるタングステンプラグ
からなるビアホールプラグＢ２を埋め込み、第３の配線
Ａ３の両端をビアホールプラグＢ２と接続する。

【００５４】なお、ビアホールプラグＢ２を形成する導
電部材は、導電性を有する材料であれば特に限定され
ず、タングステン、アルミニウム等の種々の金属材料を
用いることができる。また、ビアホールプラグＢ２の形
状および数等も、図示の形状および数等に特に限定され
ず、コイルとして形成した場合の電気特性を満たすもの
であれば、種々の形状および数等を用いることができ
る。

【００５５】次に、ビアホールプラグＢ２が埋め込まれ
た層間膜の上に金属配線層からなる第４の導電体層を形
成し、図示のようなトラック状に各配線が形成されるよ
うに第４の導電体層をエッチングし、複数の第４の配線
Ａ４を形成してビアホールプラグＢ２と接続する。ま
た、ビアホールプラグにより第３の導電体層から第１の
導電体層へ、第１の導電体層から第２の導電体層へ、第
２の導電体層から第４の導電体層へ順次上に接続し、第
３の導電体層の第３の配線Ａ３を第４の導電体層の第４
の配線Ａ４に接続するようにしてもよい。

【００５６】なお、第４の配線Ａ４を形成する第４の導
電体層は、導電性を有する材料であれば特に限定され
ず、アルミニウム等の種々の金属材料を用いることがで
きる。また、第４の配線Ａ４の形状も、図示の形状に特
に限定されず、コイルとして形成した場合の電気特性を
満たすものであれば、種々の形状を用いることができ
る。

【００５７】上記のように形成された第４の配線Ａ４の
一端は、第３の配線Ａ３の一端の上に位置するように配
置され、第４の配線Ａ４の他端は、第３の配線Ａ３の他
端と異なる位置になるように配置されるとともに、その
下に他の第３の配線Ａ３の他端が配置される。

【００５８】このように、第３の配線Ａ３に対して第４
の配線Ａ４が交差するように順次配置され、第３および
第４の配線Ａ３，Ａ４の端部をビアホールプラグＢ２に
より接続することにより、半導体装置内に２次コイルＬ
２の外周に略螺旋状に巻回された１次コイルＬ２が形成
される。

【００５９】なお、第３の配線Ａ３とビアホールプラグ
Ｂ２を介して接続される第４の配線Ａ４とのなす角度
は、９０度未満であることが好ましく、形成されるコイ
ルの巻数等に応じて種々の角度に設定される。

【００６０】また、図示を省略しているが、図３に示す
コイルＬと同様に、１次コイルＬ１の始端の上に終端が
配置されて１次コイルＬ１がループ状に形成され、２次
コイルＬ２の始端の上に終端が配置されて２次コイルＬ
２がループ状に形成されている。したがって、１次コイ
ルＬ１により発生する磁束がループ内を流れ、磁束の漏
れが少なくなり、１次コイルＬ１により発生する磁束を
２次コイルＬ２に効率よく作用させて、高い効率で電力
を発生させることができる。

【００６１】なお、本発明による変圧器の１次および２
次コイルの形状は、上記の例に特に限定されず、円形、
楕円形等の他のループ形状であってもよく、また、ルー
プ形状ではなく直線的に配置してもよい。

【００６２】また、図５および図６に示すように、１次
コイルＬ１の巻数Ｎ１は２次コイルＬ２の巻数Ｎ２より
も少なくなるように形成されている。したがって、１次
コイルＬ１により発生する磁束を２次コイルＬ２に作用
させて、１次コイルの電圧をＮ２／Ｎ１倍に昇圧して２
次コイルＬ２から出力することができる。

【００６３】なお、１次コイルＬ１の巻数Ｎ１および２
次コイルＬ２の巻数Ｎ２は、上記の例に特に限定され
ず、種々の巻数に設定することができ、２次コイルＬ２
側で得られる電圧を種々変化させることができる。

【００６４】図７は、図５に示す変圧器を用いた昇圧回
路の一例を示すブロック図である。図７に示す昇圧回路
は、リングオシレータ１、変圧器２、整流回路３を含
む。

【００６５】発振器となるリングオシレータ１は、所定
周波数の交流電圧を発生し、変圧器２の１次コイルＬ１
に印加する。変圧器２は、図５に示す変圧器２により構
成される。変圧器２の１次コイルＬ１は、リングオシレ
ータ１から出力される交流電圧に応じた磁束を発生さ
せ、この磁束により２次コイルＬ２に誘導起電力が発生
し、２次コイルＬ２は１次コイルの交流電圧をＮ２／Ｎ
１倍にして出力する。変圧器２の２次コイルＬ２は整流
回路３に接続され、整流回路３は２次コイルＬ２の出力
電圧を整流して昇圧した電圧を出力する。

【００６６】このように、図７に示す昇圧回路では、コ
ンデンサを用いていないため、コンデンサの放電により
電力を無駄に消費することなく、変圧器により高い効率
で電圧を昇圧することができる。

【００６７】図８は、図７に示す整流回路３の一例を示
す回路図であり、図９は、図８に示す整流回路のダイオ
ードとして用いられるＰチャネル型ＭＯＳ（Metal Oxid
e Semiconductor ）ダイオードを示す図である。

【００６８】図８に示す整流回路は、４つのダイオード
Ｄ１〜Ｄ４から構成される。ダイオードＤ１のアノード
にダイオードＤ２のカソードが接続され、ダイオードＤ
１のカソードにダイオードＤ３のカソードが接続され、
ダイオードＤ４のカソードにダイオードＤ３のアノード
が接続され、ダイオードＤ４のアノードにダイオードＤ
２のアノードが接続される。

【００６９】このようにして、ブリッジ回路が構成さ
れ、２次コイルＬ２から出力される交流電圧が整流され
て出力される。また、図８に示すダイオードＤ１〜Ｄ４
としては、図９に示すように、ダイオード接続されたＰ
チャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＱ１からなるＰ
チャネル型ＭＯＳダイオードを用いることができる。

【００７０】なお、発振器および整流回路は、上記の例
に特に限定されず、種々の発振器および整流回路を用い
ることができ、また、整流回路に用いられるダイオード
も上記の例に特に限定されず、種々のダイオードを用い
ることができる。

【００７１】図１０は、本発明のコイルを用いた他の変
圧器の平面図であり、図１１は、図１０に示す変圧器の
一部を示す概略斜視図である。

【００７２】図１０および図１１に示す変圧器は、１次
コイルＬａおよび２次コイルＬｂから構成され、１次コ
イルＬａおよび２次コイルＬｂの内側すなわち第１の配
線Ａ１と第２の配線Ａ２との間に鉄心として作用する強
磁性体Ｃを配置したものである。１次コイルＬａおよび
２次コイルＬｂは、図３に示すコイルＬの直線状の部分
から形成され、強磁性体Ｃは、通常の半導体製造方法に
より層間膜（図示省略）を介して第１の配線Ａ１と第２
の配線Ａ２との間に図示のようにループ状に形成され
る。

【００７３】この場合、１次コイルＬａにより発生する
磁束が強磁性体Ｃ内を流れ、１次コイルＬａにより発生
する磁束の変化を２次コイルＬｂに作用させて、電磁誘
導により２次側に起電力を生じさせることができる。な
お、強磁性体Ｃは、コバルト、鉄、ニッケル等の強磁性
体であれば特に限定されないが、シリコンとの整合性の
よいコバルトを用いることが好ましい。

【００７４】また、図１０に示す変圧器において、１次
コイルＬａおよび２次コイルＬｂの巻数が異なる場合
は、図７に示す昇圧回路に用いることができ、１次コイ
ルＬａおよび２次コイルＬｂの巻数が同じ場合は、以下
に説明する図１５に示す昇圧回路に用いることができ、
それぞれ同様の効果を得ることができる。

【００７５】図１２は、図１０に示す強磁性体の他の例
を示す概略斜視図である。図１２に示す強磁性体は、三
層の強磁性体Ｃ１〜Ｃ３から構成され、各層の間には絶
縁膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）が形成され、各
強磁性体Ｃ１〜Ｃ３が絶縁された状態で積層されてい
る。

【００７６】この場合、強磁性体Ｃ１〜Ｃ３が積層され
ているので、鉄心として作用する強磁性体Ｃ１〜Ｃ３の
渦電流損等の鉄損による損失を低減することができ、コ
イル内の磁束密度を向上することができる。なお、強磁
性体の積層数は、多い方が好ましいが、上記の例に特に
限定されず、他の枚数であってもよい。

【００７７】図１３は、本発明によるコイルを用いたさ
らに他の変圧器の平面図であり、図１４は、図１３に示
す変圧器の一部を示す平面図である。

【００７８】図１３および図１４に示す変圧器を構成す
る１次および２次コイルＬ１，Ｌ２は、以下のようにし
て図３に示すコイルＬと同様に製造される。

【００７９】まず、半導体基板（図示省略）の上に層間
膜（図示省略）を形成した後、その上に第１の導電体層
を形成し、図示のようなトラック状にかつ第１の配線Ａ
１２と第３の配線Ａ１１とが交互に配置されるように第
１の導電体層をエッチングし、複数の第１および第３の
配線Ａ１２，Ａ１１を形成する。

【００８０】次に、複数の第１および第３の配線Ａ１
２，Ａ１１の上に層間膜（図示省略）を形成した後、形
成した層間膜に複数のビアホールを形成し、形成したビ
アホールに導電部材となるビアホールプラグＢ１２，Ｂ
１１を埋め込み、第１の配線Ａ１２の両端をビアホール
プラグＢ１２と接続し、第３の配線Ａ１１の両端をビア
ホールプラグＢ１１と接続する。

【００８１】次に、ビアホールプラグＢ１２，Ｂ１１が
埋め込まれた層間膜の上に第２の導電体層を形成し、図
示のようなトラック状にかつ第２の配線Ａ２２と第４の
配線Ａ２１とが交互に配置されるように第２の導電体層
をエッチングし、複数の第２および第４の配線Ａ２２，
Ａ２１を形成してビアホールプラグＢ１２，Ｂ１１と接
続する。

【００８２】このようにして、第１の導電体層からなる
第１の配線Ａ１２と第２の導電体層からなる第２の配線
Ａ２２とがビアホールプラグＢ１２により順次接続さ
れ、略螺旋状に巻回された２次コイルＬ２が形成され
る。また、第１の配線Ａ１２間に第３の配線Ａ１１が配
置され、第２の配線Ａ２２間に第４の配線Ａ２１が配置
され、第３の配線Ａ１１と第４の配線Ａ２１とがビアホ
ールＢ１１により接続され、略螺旋状に巻回された１次
コイルＬ１が形成される。

【００８３】したがって、図１３に示すように、１次お
よび２次コイルＬ１，Ｌ２とが二重螺旋構造となり、１
次コイルＬ１の巻数と２次コイルＬ２の巻数とは同一と
なるが、２つの導電体層から１次および２次コイルＬ
１，Ｌ２を形成することができ、製造工程を簡略化する
ことができる。

【００８４】また、１次コイルＬ１の始端Ｔ１１の上に
終端Ｔ２１が配置され、２次コイルＬ２の始端Ｔ１２の
上に終端Ｔ２２が配置され、１次および２次コイルＬ
１，Ｌ２がループ状に形成されている。したがって、１
次コイルＬ１により発生する磁束がループ内を流れ、磁
束の漏れが少なくなり、１次コイルＬ１により発生する
磁束を２次コイルＬ２に効率よく作用させて、高い効率
で電力を発生させることができる。

【００８５】図１５は、図１３に示す変圧器を用いた昇
圧回路の一例を示すブロック図である。図１５に示す昇
圧回路は、リングオシレータ１、３個の変圧器２ａ〜２
ｃおよび整流回路３を含む。なお、リングオシレータ１
および整流回路３の構成は図７に示すリングオシレータ
１および整流回路３と同様である。

【００８６】変圧器２ａ〜２ｃの各々は、図１３に示す
変圧器により構成される。したがって、各変圧器２ａ〜
２ｃの１次コイルＬ１ａ〜Ｌ１ｃの巻数と２次コイルＬ
２ａ〜Ｌ２ｃの巻数とは同一である。

【００８７】ここで、各変圧器２ａ〜２ｃの１次コイル
Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃはリングオシレータ１と並列に接続さ
れ、２次コイルＬ２ａ〜Ｌ２ｃは直列に接続され、その
両端が整流回路３に接続される。

【００８８】したがって、リングオシレータ１から出力
される交流電圧は各１次コイルＬ１ａ〜Ｌ１ｃから各２
次コイルＬ２ａ〜Ｌ２ｃに伝達され、２次コイルＬ２ａ
〜Ｌ２ｃ側では、１次コイルＬ１ａ〜Ｌ１ｃにより誘起
された電圧が加算され、１次コイルＬ１ａ〜Ｌ１ｃ側の
３倍の交流電圧が出力される。この交流電圧を整流回路
３により整流することにより、昇圧された電圧を出力す
ることができる。

【００８９】このように、図１５に示す昇圧回路では、
各変圧器２ａ〜２ｃの１次コイルＬ１ａ〜Ｌ１ｃと２次
コイルＬ２ａ〜Ｌ２ｃの巻数が同じ場合でも、２次コイ
ルＬ２ａ〜Ｌ２ｃ側に高い電圧を得ることができ、昇圧
された電圧を出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるコイルの製造工程
を説明するための第１の平面図である。

【図２】本発明の一実施の形態によるコイルの製造工程
を説明するための第２の平面図である。

【図３】本発明の一実施の形態によるコイルの製造工程
を説明するための第３の平面図である。

【図４】図１ないし図３に示す製造工程により製造され
たコイルの一部を示す概略斜視図である。

【図５】本発明によるコイルを用いた変圧器の一部を示
す平面図である。

【図６】図５に示す変圧器の一部を示す一部破断平面図
である。

【図７】図５に示す変圧器を用いた昇圧回路の一例を示
すブロック図である。

【図８】図７に示す整流回路の一例を示す回路図であ
る。

【図９】図８に示す整流回路のダイオードとして用いら
れるＰチャネル型ＭＯＳダイオードを示す図である。

【図１０】本発明のコイルを用いた他の変圧器の平面図
である。

【図１１】図１０に示す変圧器の一部を示す概略斜視図
である。

【図１２】図１０に示す強磁性体の他の例を示す概略斜
視図である。

【図１３】本発明によるコイルを用いたさらに他の変圧
器の平面図である。

【図１４】図１３に示す変圧器の一部を示す平面図であ
る。

【図１５】図１３に示す変圧器を用いた昇圧回路の一例
を示すブロック図である。

【符号の説明】

Ａ１，Ａ１２ 第１の配線 Ａ２，Ａ２２ 第２の配線 Ａ３，Ａ１１ 第３の配線 Ａ４，Ａ２１ 第４の配線 Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１１，Ｂ１２， ビアホールプラグ Ｃ，Ｃ１〜Ｃ３ 強磁性体 Ｌ コイル Ｌ１，Ｌａ，Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ １次コイル Ｌ２，Ｌｂ，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ ２次コイル Ｔ１，Ｔ１１，Ｔ１２ コイル始端 Ｔ２，Ｔ２１，Ｔ２２ コイル終端 １ リングオシレータ ２，２ａ〜２ｃ 変圧器 ３ 整流回路

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の上に形成される第１の導電
   体層からなる第１の配線と、 前記第１の導電体層の上に形成される第２の導電体層か
   らなり、一端が前記第１の配線の一端の上に配置される
   とともに、他端が前記第１の配線の他端と異なる位置に
   配置される第２の配線と、 前記第１の配線の一端と前記第２の配線の一端とを接続
   する導電部材とを備えることを特徴とするコイルユニッ
   ト。
2. 【請求項２】 請求項１記載のコイルユニットを複数備
   え、前記第１の配線の他端と前記第２の配線の他端とを
   導電部材により順次接続することを特徴とするコイル。
3. 【請求項３】 前記第１の配線と前記第２の配線とが交
   差する角度は、９０度未満であることを特徴とする請求
   項２記載のコイル。
4. 【請求項４】 前記コイルは、ループ状に形成され、前
   記コイルの終端が前記コイルの始端に近接して配置され
   ることを特徴とする請求項２または３記載のコイル。
5. 【請求項５】 請求項２または３記載のコイルから１次
   コイルおよび２次コイルを形成し、前記第１の配線と前
   記第２の配線との間にループ形状の強磁性体が配置され
   ることを特徴とする変圧器。
6. 【請求項６】 前記強磁性体は、絶縁膜を挟んで積層さ
   れていることを特徴とする請求項５記載の変圧器。
7. 【請求項７】 半導体基板の上に形成される第１の導電
   体層からなる第１の配線と、前記第１の導電体層の上に
   形成される第２の導電体層からなり、一端が前記第１の
   配線の一端の上に配置されるとともに、他端が前記第１
   の配線の他端と異なる位置に配置される第２の配線と、
   前記第１の配線の一端と前記第２の配線の一端とを接続
   する導電部材とを含む第１のコイルユニットと、 前記半導体基板と前記第１の導電体層との間に形成され
   る第３の導電体層からなる第３の配線と、前記第２の導
   電体層の上に形成される第４の導電体層からなり、一端
   が前記第３の配線の一端の上に配置されるとともに、他
   端が前記第３の配線の他端と異なる位置に配置される第
   ４の配線と、前記第３の配線の一端と前記第４の配線の
   一端とを接続する導電部材とを含む第２のコイルユニッ
   トとを備え、 前記第３の配線は、前記第１の配線の両端を越えて延出
   し、前記第４の配線は、前記第２の配線の両端を越えて
   延出することを特徴とするコイルユニット。
8. 【請求項８】 半導体基板の上に形成される第１の導電
   体層からなる第１の配線と、前記第１の導電体層の上に
   形成される第２の導電体層からなり、一端が前記第１の
   配線の一端の上に配置されるとともに、他端が前記第１
   の配線の他端と異なる位置に配置される第２の配線と、
   前記第１の配線の一端と前記第２の配線の一端とを接続
   する導電部材とを含む第１のコイルユニットと、 前記第１の導電体層からなり、前記第１の配線に隣接し
   て配置される第３の配線と、前記第２の導電体層からな
   り、前記第２の配線に隣接して配置されるとともに、一
   端が前記第３の配線の一端の上に配置され、他端が前記
   第３の配線の他端と異なる位置に配置される第４の配線
   と、前記第３の配線の一端と前記第４の配線の一端とを
   接続する導電部材とを含む第２のコイルユニットとを備
   えることを特徴とするコイルユニット。
9. 【請求項９】 請求項７または８記載のコイルユニット
   を複数備え、 前記第１の配線の他端と前記第２の配線の他端とを導電
   部材により接続することにより前記第１のコイルユニッ
   トを順次接続して第１のコイルを形成し、 前記第３の配線の他端と前記第４の配線の他端とを導電
   部材により接続することにより前記第２のコイルユニッ
   トを順次接続して第２のコイルを形成することを特徴と
   する変圧器。
10. 【請求項１０】 前記第１のコイルの巻数は、前記第２
    のコイルの巻数と異なることを特徴とする請求項９に記
    載の変圧器。
11. 【請求項１１】 前記第１のコイルは、２次コイルであ
    り、前記第２のコイルは、１次コイルであることを特徴
    とする請求項９または１０記載の変圧器。
12. 【請求項１２】 前記第１のコイルは、ループ状に形成
    され、前記第１のコイルの終端が前記第１のコイルの始
    端に近接して配置され、 前記第２のコイルは、ループ状に形成され、前記第２の
    コイルの終端が前記第２のコイルの始端に近接して配置
    されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記
    載の変圧器。
13. 【請求項１３】 請求項５、６、９〜１２のいずれかに
    記載の変圧器と、 前記変圧器の１次コイル側に接続される発振器と、 前記変圧器の２次コイル側に接続される整流回路とを備
    えることを特徴とする昇圧回路。
14. 【請求項１４】 前記変圧器は、複数の変圧器を含み、 前記複数の変圧器の複数の１次コイルが前記発振器に並
    列に接続され、前記複数の変圧器の複数の２次コイルが
    直列に接続され、その両端が前記整流回路に接続される
    ことを特徴とする請求項１３記載の昇圧回路。