JP2002289784A

JP2002289784A - 集積回路におけるインダクタ

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Publication number: JP2002289784A
Application number: JP2001091426A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Tanaka; 和顕田中; Aritsugu Yajima; 有継矢島; Akira Yamaguchi; 陽山口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】集積回路でインダクタを実現する場合に、そ
の性能を示すＱの値を大きくすることができる集積回路
におけるインダクタの提供。【解決手段】このインダクタは、少なくとも５層の配
線層からなる集積回路３１内に、１組の螺旋状の１次コ
イル３２と２次コイル３３とを並行に形成させ、中心導
体４をその両コイル３２、３３の中心に長さ方向に向け
て配置させた。１次コイル３２は、第１配線層と第２配
線層を用いて形成される第１のコイル形成素子３５や第
４配線層と第５配線層を用いて形成される第２のコイル
形成素子３６等からなり、これらを螺旋状に一連に接続
して構成した。２次コイル３３も１次コイル３２と同様
に構成した。これにより、コイル３２、３３の配線の断
面積を大きくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁層で絶縁され
た少なくとも５つの配線層を有する集積回路において、
その集積回路内に配線層を利用して形成される３次元の
インダクタ（コイル）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多層の配線層からなる半導体集積
回路のような集積回路内に、その配線層を利用して３次
元のコイルを形成するインダクタとして、図５乃至図８
に示すようなものが知られている。図５は従来のインダ
クタの平面図、図６は図５のＡ−Ａ線の断面図、図７は
図５のＢ−Ｂ線の断面図、図８はそのインダクタのコイ
ルと中心導体の部分のみを抽出した斜視図である。

【０００３】この従来のインダクタは、３層の配線層か
らなる集積回路１内に、１組の螺旋状の１次コイル２と
２次コイル３とを並行に形成させ、かつ、Ｕ字状の中心
導体４をその１次コイル２と２次コイル３の中心に長さ
方向に向けて配置させ、その中心導体４を介して両コイ
ル２、３が電磁的に結合できるようにしたものである
（図５および図８参照）。

【０００４】この従来のインダクタは、図６および図７
に示すように、シリコン基板のような半導体基板５上に
絶縁層６が形成され、この絶縁層６内の第１配線層から
第３配線層の各所定位置に、１次コイル２を形成するた
めに、第１層メタル１１、第２層メタル１２、第３層メ
タル１３をそれぞれ設けている。第１層メタル１１と第
２層メタル１２とは、絶縁層６の厚さ方向に形成される
接続導体（ビアホール）１４により電気的に接続され、
かつ、第２層メタル１２と第３層メタル１３とは、絶縁
層６の厚さ方向に形成される接続導体１５により電気的
に接続され、これらメタル１１〜１３および接続導体１
４、１５とが一連に接続され、図８に示すような螺旋状
の１次コイル２を形成している。

【０００５】また、図６および図７に示すように、絶縁
層６内の第１配線層から第３配線層の各所定位置に、２
次コイル３を形成するために、第１層メタル２１、第２
層メタル２２、第３層メタル２３をそれぞれ設けてい
る。第１層メタル２１と第２層メタル２２とは、絶縁層
６の厚さ方向に形成される接続導体（ビアホール）２４
により電気的に接続され、かつ、第２層メタル２２と第
３層メタル２３とは、絶縁層６の厚さ方向に形成される
接続導体２５により電気的に接続され、これらメタル２
１〜２３および接続導体２４、２５とが一連に接続さ
れ、図８に示すような螺旋状の２次コイル３を形成して
いる。

【０００６】さらに、絶縁層６内の第２配線層の所定位
置には、１次コイル２および２次コイル３の中心側の長
さ方向に位置するように、Ｕ字状の中心導体４が設けら
れ、この共通の中心導体４により１次コイル２と第２コ
イル３とは電磁的に結合するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のイ
ンダクタは、１次コイル２の構成素子として、絶縁層６
内の第１配線層から第３配線層の各所定位置に形成した
第１層メタル１１、第２層メタル１２、第３層メタル１
３を使用している。これは、２次コイル３の構成につい
ても同様である。

【０００８】ところが、集積回路では、各配線層の厚さ
が一般に数μｍと非常に薄いので、コイル２、３の各抵
抗値が高くなってしまう。このため、集積回路でインダ
クタを構成する場合には、その性能を示すＱ（Ｑｕａｌ
ｉｔｙｆａｃｔｏｒ）の値を大きくすることができな
いという不都合があった。そこで、本発明の目的は、上
記の点に鑑み、集積回路でインダクタを実現する場合
に、その性能を示すＱの値を大きくすることができる集
積回路におけるインダクタを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し本発
明の目的を達成するために、請求項１〜請求項３に記載
の各発明は、以下のように構成した。すなわち、請求項
１に記載の発明は、絶縁層で絶縁された少なくとも５つ
の配線層を有する集積回路において、前記集積回路内
に、螺旋状のコイルを形成し、前記コイルは、前記配線
層のうち下部側の２層以上の配線層と、前記配線層のう
ち上部側の２層以上の配線層と、各配線層を電気的に接
続する接続導体とを用いて作成するようにしたことを特
徴とするものである。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の集積回路におけるインダクタにおいて、前記集
積回路内には、前記螺旋状のコイルの他に、このコイル
の中心側に長さ方向に向けて配置される中心導体をさら
に形成し、前記中心導体は、前記配線層のうち中間の１
層以上の配線層を用いて作成するようにしたことを特徴
とするものである。

【００１１】さらに、請求項３に記載の発明は、絶縁層
で絶縁された少なくとも５つの配線層を有する集積回路
において、前記集積回路内に、螺旋状のコイルと、この
コイルの中心側に長さ方向に向けて配置される中心導体
とをそれぞれ形成し、前記コイルは、第１配線層と第２
配線層の各所定位置にコイル用導体をそれぞれ形成し、
その両コイル用導体を層厚方向に電気的に接続した複数
の第１のコイル形成素子と、第４配線層と第５配線層の
各所定位置にコイル用導体をそれぞれ形成し、その両コ
イル用導体を層厚方向に電気的に接続した複数の第２の
コイル形成素子とを含み、前記第１のコイル形成素子と
前記第２のコイル形成素子とを螺旋状に接続して構成
し、前記中心導体は、第３配線層の所定位置に形成した
中心導体用の導体からなることを特徴とするものであ
る。

【００１２】このように、本発明では、螺旋状のコイル
を、配線層のうち下部側の２層以上の配線層と、配線層
のうち上部側の２層以上の配線層とを用いて作成するよ
うにした。このため、本発明によれば、コイルを形成す
る配線の断面積を大きくすることができ、配線の抵抗値
を全体的に下げることができるので、その良さを示すＱ
の値を大きくできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。まず、この実施形態の説明に
先立って、本発明の基本的な考え方について以下に説明
する。本発明は、少なくとも５層の配線層からなる集積
回路内に螺旋状のコイル（インダクタ）を形成させたも
のであり、そのコイルは、その配線層のうち下部側の２
層以上の配線層と、その上部側の２層以上の配線層とを
用いて構成するようにし、これによりコイルの配線を厚
くして、換言するとその配線の断面積を大きくしてコイ
ルの抵抗値を全体的に下げるようにしたものである。

【００１４】コイルの良さを示すＱの値は、下記の式で
表されるため、上記のように抵抗値を下げることによ
り、本発明ではＱの値を大きく改善できる。Ｑ＝Ｘ／Ｒ
ここで、Ｘはコイルのリアクタンスの値、Ｒはコイルの
等価直列抵抗の値である。

【００１５】次に、本発明による集積回路におけるイン
ダクタの実施形態について、図１〜図４を参照して説明
する。図１はこの実施形態の平面図、図２は図１のＣ−
Ｃ線の断面図、図３は図１のＤ−Ｄ線の断面図、図４は
この実施形態のコイルと中心導体の部分のみを抽出した
斜視図である。

【００１６】この実施形態に係るインダクタは、少なく
とも５層（この例では５層）の配線層からなる半導体集
積回路などの集積回路３１内に、１組の螺旋状の１次コ
イル３２と２次コイル３３とを並行に形成させ、かつ、
Ｕ字状の中心導体４をその１次コイル３２と２次コイル
３３の中心に長さ方向に向けて配置させ、その中心導体
４を介在して両コイル３２、３３が電磁的に結合するよ
うにしたものである（図１および図４参照）。

【００１７】１次コイル３２は、図２および図３に示す
ように、第１配線層と第２配線層を用いて形成される第
１のコイル形成素子３５、この第１のコイル形成素子３
５とコイルの長さ方向に交互に配置されるとともに第４
配線層と第５配線層を用いて形成される第２のコイル形
成素子３６、および第３層に形成される第３層メタル４
３等からなり、これらを図４に示すように螺旋状に一連
に接続してコイルを形成するようにした。これにより、
１次コイル３２の配線を厚くして全体の抵抗値を下げる
ようにした。

【００１８】さらに詳述すると、１次コイル３２は、図
２及び図３に示すように、シリコン基板のような半導体
基板５上に絶縁層６が形成される。そして、その絶縁層
６内の第１配線層から第５配線層の各所定位置に、１次
コイル３２を形成するために、コイル用導体である第１
層メタル４１、第２層メタル４２、第３層メタル４３、
第４メタル層４４、および第５メタル層４５がそれぞれ
設けられている。

【００１９】第１層メタル４１と第２層メタル４２と
は、層厚方向に対向して設けられるとともに、絶縁層６
の厚さ方向に形成される接続導体（ビアホール）４６に
より複数個所（この例では４箇所）が電気的に接続さ
れ、これにより第１のコイル形成素子３５を形成してい
る。第４層メタル４４と第５層メタル４５とは、層厚方
向に対向して設けられるとともに、絶縁層６の厚さ方向
に形成される接続導体４７により複数個所が電気的に接
続され、これにより第２のコイル形状素子３６を形成し
ている。

【００２０】また、第２層メタル４２の両端は、これと
接続すべき両側の各第４層メタル４４、４４の対応する
各端部と、各第３層メタル４３、４３を介在して接続導
体４８、４８によりそれぞれ接続されている。一方、２
次コイル３３は、図２および図３に示すように、第１配
線層と第２配線層を用いて形成される第１のコイル形成
素子３７、この第１のコイル形成素子３７とコイルの長
さ方向に交互に配置されるとともに第４配線層と第５配
線層を用いて形成される第２のコイル形成素子３８、お
よび第３層に形成される第３層メタル５３等からなり、
これらを図４に示すように螺旋状に一連に接続してコイ
ルを形成するようにした。これにより、２次コイル３３
の配線を厚くして全体の抵抗値を下げるようにしたさら
に詳述すると、２次コイル３３は、図２及び図３に示す
ように、シリコン基板のような半導体基板５上に絶縁層
６が形成される。そして、その絶縁層６内の第１配線層
から第５配線層の各所定位置に、２次コイル３３を形成
するために、コイル用導体である第１層メタル５１、第
２層メタル５２、第３層メタル５３、第４メタル層５
４、および第５メタル層５５がそれぞれ設けられてい
る。

【００２１】第１層メタル５１と第２層メタル５２と
は、層厚方向に対向して設けられるとともに、絶縁層６
の厚さ方向に形成される接続導体５６により複数個所が
電気的に接続され、これにより第１のコイル形成素子３
７を形成している。第４層メタル５４と第５層メタル５
５とは、層厚方向に対向して設けられるとともに、絶縁
層６の厚さ方向に形成される接続導体５７により複数個
所が電気的に接続され、これにより第２のコイル形状素
子３８を形成している。

【００２２】また、第２層メタル５２の両端は、これと
接続すべき両側の第４層メタル５４、５４の対応する各
端部と、各第３層メタル５３、５３を介在して接続導体
５８、５８によりそれぞれ接続されている。さらに、絶
縁層６内の第３配線層の所定位置には、１次コイル３２
および２次コイル３３の中心側の長さ方向に位置するよ
うに、Ｕ字状の中心導体４が設けられ、この共通の中心
導体４により１次コイル３２と第２コイル３３とが電磁
的に結合するようになっている。

【００２３】以上説明したように、この実施形態に係る
インダクタでは、コイル３２、３３を、下部側の第１配
線層および第２配線層と、上部側の第４配線層および第
５配線層とを用いて構成するようにした。このため、コ
イル３２、３３の配線を厚くしてコイルの抵抗値を全体
的に下げることができるので、その良さを示すＱの値を
大きくすることができる。

【００２４】なお、上記の実施形態では、インダクタを
１次コイル３２と２次コイル３３とからなる構成とした
が、これに代えて、両コイルのうちのいずれか一方だけ
で構成するようにしても良い。また、上記の実施形態で
は、中心導体４を含むものとしたが、この中心導体は省
略するようにしても良い。

【００２５】さらに、上記の実施形態では、コイル３
２、３３の形成に第３配線層に設けた第３層メタル４
３、５３を使用するようにしたが、第３層メタル４３、
５３を使用せずにコイル３２、３３を形成するようにし
ても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コイルを形成する配線の断面積を大きくすることがで
き、配線の抵抗値を全体的に下げることができるので、
コイルの良さを示すＱの値を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成を示す平面図である。

【図２】図１のＣ−Ｃ線の断面図である。

【図３】図１のＣ−Ｃ線の断面図である。

【図４】この実施形態のコイルと中心導体の部分のみを
抽出した斜視図である。

【図５】従来の集積回路におけるインダクタの構成を示
す平面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線の断面図である。

【図７】図５のＢ−Ｂ線の断面図である。

【図８】従来のインダクタのコイルと中心導体の部分の
みを抽出した斜視図である。

【符号の説明】

４中心導体５半導体基板６絶縁層３１集積回路３２１次コイル３３２次コイル３５、３７第１のコイル形成素子３６、３８第２のコイル形成素子４１、５１第１層メタル４２、５２第２層メタル４３、５３第３層メタル４４、５４第４層メタル４５、５５第５層メタル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口陽東京都千代田区内幸町１丁目１番２号総合通信エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 5E062 DD01 FF01 FG01 5E070 AA19 AB01 AB06 BA01 CA01 CA13 CA15 5F033 HH07 JJ07 KK07 VV08 XX10 5F038 AZ04 CD12 EZ11 EZ20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層で絶縁された少なくとも５つの配
線層を有する集積回路において、前記集積回路内に、螺旋状のコイルを形成し、前記コイルは、前記配線層のうち下部側の２層以上の配
線層と、前記配線層のうち上部側の２層以上の配線層
と、各配線層を電気的に接続する接続導体とを用いて作
成するようにしたことを特徴とする集積回路におけるイ
ンダクタ。
【請求項２】前記集積回路内には、前記螺旋状のコイ
ルの他に、このコイルの中心側に長さ方向に向けて配置
される中心導体をさらに形成し、前記中心導体は、前記配線層のうち中間の１層以上の配
線層を用いて作成するようにしたことを特徴とする請求
項１記載の集積回路におけるインダクタ。
【請求項３】絶縁層で絶縁された少なくとも５つの配
線層を有する集積回路において、前記集積回路内に、螺旋状のコイルと、このコイルの中
心側に長さ方向に向けて配置される中心導体とをそれぞ
れ形成し、前記コイルは、第１配線層と第２配線層の各所定位置に
コイル用導体をそれぞれ形成し、その両コイル用導体を
層厚方向に電気的に接続した複数の第１のコイル形成素
子と、第４配線層と第５配線層の各所定位置にコイル用
導体をそれぞれ形成し、その両コイル用導体を層厚方向
に電気的に接続した複数の第２のコイル形成素子とを含
み、前記第１のコイル形成素子と前記第２のコイル形成
素子とを螺旋状に接続して構成し、前記中心導体は、第３配線層の所定位置に形成した中心
導体用の導体からなることを特徴とする集積回路におけ
るインダクタ。