JP2008535272A

JP2008535272A - 相補型金属酸化膜半導体アレイ技術を用いるアンテナ・システム

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Publication number: JP2008535272A
Application number: JP2008504519A
Authority: JP
Inventors: ティンズレー，キース; シュウ，ソンヨプ
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: CN101133516A; US20090121943A1; JP4928537B2; KR20070118275A; US20060220961A1; US20070262904A1; KR101062545B1; US7492317B2; CN101133516B; TWI326135B; WO2006105510A1; US7256740B2; TW200642161A

Abstract

放射素子を含む第１の金属層および放射素子に結合された第１の導体を含む第２の金属層を有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）集積回路装置のための装置、システム、および方法が記述される。第１の導体および放射素子は、ワイヤレスで信号を通信するアンテナを形成するために相互に結合される。

Description

本発明は、相補型金属酸化膜半導体アレイ技術を用いるアンテナ・システムに関する。

あらゆるワイヤレス通信装置は、ある形式あるいは構成のアンテナを含む。アンテナは、ある所望の特性、例えば、放射方向、カバーエリア、放射強度、ビーム幅、および、サイドローブ、その他の特性を備える電磁気信号を放出するために設計される。アンテナは、多くのタイプにおいて利用可能である。各タイプは、一般に電磁エネルギーを放射し、かつ受信するためのワイヤあるいは金属表面のような導電性の金属構造を含む。アンテナの普通のタイプは、ダイポール、ループ、アレイ、パッチ、導波に接続されたピラミッド状ホーン、ミリ波マイクロストリップ、共面導波、スロットライン、および、プリント回路アンテナを含む。

アンテナは、マイクロ波集積回路（ＭＩＣ）あるいはモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）中に集積して形成されてもよい。これらのタイプの集積アンテナは、基礎的な構成物として伝送線と導波を使用する。従来の集積アンテナは、セラミックスと積層板のいずれか、あるいはガリウムひ素（ＧａＡｓ）モノリシック集積回路実装上の単一層の基板上に形成される。これらのアプリケーション中に使用される伝送線は、製造、および、能動および個別コンポーネントを備える集積化を容易にするためにマイクロストリップあるいは共面導波（ＣＰＷ：coplanar waveguide）を利用する。

ミリ波マイクロストリップ・アンテナ技術は、マイクロ波電磁スペクトル中の一連のアプリケーションの設計に用いられてもよい。ミリ波マイクロストリップ・アンテナは、１０ｍｍから１ｍｍの範囲の波長に対応する３０ＧＨｚから３００ＧＨｚに及ぶ電磁スペクトル中で動作するように設計される。これらのアンテナに対するアプリケーションは、パーソナル・エリア・ネットワーク、広帯域ワイヤレス・ネットワーク、ワイヤレス携帯機器、ワイヤレス・コンピュータ、サーバ、ワークステーション、ラップトップ、超ラップトップ、ハンドヘルド・コンピュータ、電話、携帯電話、ページャ、ウォーキートーキー、ルータ、スイッチ、ブリッジ、ハブ、ゲートウェイ、ワイヤレス・アクセス・ポイント（ＷＡＰ）、個人向け携帯情報機器（ＰＤＡ）、ＴＶ、動画像データ圧縮標準規格３向け装置（ＭＰ３プレーヤ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）装置、電子財布、光学文字認識（ＯＣＲ）スキャナ、医療機器、カメラなどを含む。

図１は、アンテナ・システム１００の一実施例を示す。例えば、一実施例では、アンテナ・システム１００は、複数のＮ要素のミリメートル波（ミリ波）能動アンテナ・システムとして実装される。一実施例では、アンテナ・システム１００は、標準の相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）の製造および金属化プロセスで実装される。例えば、一実施例では、システム１００は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）装置を形成するために使用される超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）ＣＭＯＳプロセスに関連した製造技術の特徴を利用するミリ波集積回路（ＩＣ）通信システムを提供する。例えば、一実施例では、アンテナ・システム１００は、特に金属層１１０および金属層１２０のような１またはそれ以上の金属化層を形成する。ミリ波周波数（波長）に対応する伝送線１１２を形成する電磁気無線周波数（ＲＦ）導体は、金属層１１０上に形成される。信号／モードのフィールド・ライン終端のために関連する接地平面１１４は、さらに、金属層１１０上に、あるいはアンテナ・システム１００の特定の実装状態に依存して、金属層１１０より下のあるいは１またはそれ以上の他の金属層上に形成されてもよい。いくつかの実装では、スロットライン伝送線を利用するいくつかの実装である接地平面１１４を要求しない。伝送線１１２は、例えば、マイクロストリップ、ストリップ・ライン、共面導波および/またはスロットライン伝送線および/またはフィード・ラインを形成するために配置される。一実施例では、例えば、アンテナ・システム１００は、金属層１２０上に形成された放射素子１２２を含む。一実施例では、例えば、金属層１２０は、金属層１１０および伝送線１１２上に位置する上層の金属層である。一実施例では、例えば、放射素子１２２は、標準ＣＭＯＳ製造プロセスにおいて隆起した金属の「ダミーの充填（dummy fills）」として形成される。放射素子１２２は、ミリ波のアンテナ・システムを実現するためにアレイとして形成される。拡大表示２（図２）により詳細に示されるように、放射素子１２２は、相互インダクタンス結合、電界結合、あるいは磁界結合によって伝送線１１２に結合される。ＲＦエネルギーは、金属層１１０、例えば、一実施例では、金属層１２０より下の一金属層上に位置する伝送線１１２（例えば、共面導波ストリップ）を誘導することによって生成される直交電磁場（ＴＥＭ）モードを介して放射素子１２２と伝送線１１２との間で結合される。例えば、一実施例では、金属層１１０は、金属層１２０の下およそ１０μｍに位置する。一実施例では、ミリ波周波数（波長）での信号送信用指向性アンテナ・システムを形成するために、放射素子１２２は、金属層１１０，１２０の導電率、物質的損失正接（material loss tangents）、および基板誘電体（substrate dielectrics）と整合する寸法で形成される。

ミリ波アンテナ・システムのダイ上における従来の実装は、一般にＧａＡｓ、りん化インジウム（ＩｎＰ）、あるいは他の高い電子移動度材料で形成される。アンテナ・システム１００は、ダイ上に実装されてもよい。さらに、一実施例では、アンテナ・システム１００は、ＣＭＯＳ素子に関連し、ＣＭＯＳプロセス技術を使用する材料からなるミリ波アンテナ・システムとしてダイ上に実装されてもよい。一実施例では、アンテナ・システム１００は、ワイヤレス通信アプリケーションのための大規模／低価格集積化プロセス中で形成される。一実施例では、ミリ波信号を増幅するための装置を形成するために、アンテナ・システム１００は１３０ｎｍのＣＭＯＳプロセスで実現される。例えば、システム１００の他の実施例は、９０ｎｍおよび６５ｎｍプロセスで特に実現される。一実施例では、アンテナ・システム１００は、ダイ上の誘導ミリ波アンテナ・システムとして実現される。例えば、アンテナ・システム１００の実施例は、いくつかの従来のアンテナ・システムとしてミリ波信号を指向するための外部（ダイ外／パッケージ外の）アンテナ・システムではなく「ダイ上の」ミリ波ワイヤレス通信用の高利得／指向性アンテナを供給する。

アンテナ・システム１００の実施例は、さらに、ＩＣ用相互接続システムの一部として形成されてもよい。例えば、アンテナ・システム１００の実施例は、ミリ波ワイヤレス通信システムで使用されるあらゆるワイヤレス通信またはフリップチップ相互接続装置の一部、あるいは方式として形成される。一実施例では、アンテナ・システム１００は、とりわけ、ＣＭＯＳ素子用のミリ波周波数でダイ−パッケージ−アンテナ−大気のワイヤレス・インタフェースとして実現される。例えば、一実施例では、アンテナ・システム１００は、とりわけ、ＣＭＯＳ素子用のミリ波周波数でダイ−アンテナ−大気のワイヤレス・インタフェースとして実現される。アンテナ・システム１００の様々な実施例は、ミリ波ＣＭＯＳ回路を含むネットワーク装置の一部として形成されあるいは実装され、そのシステム１００は、将来のパーソナル・エリア・ネットワーク用の実装と協調を行う家電（ＣＥ）の周辺装置に集積されてもよい。

図２は、システム１００の一実施例の層の拡大図を示す。一実施例では、図２は、金属層１１０と金属層１２０との間の層を示す。放射素子１２２は、金属層１２０のサイド１２４上に形成される。伝送線１１２は、金属層１１０のサイド１１６上に形成される。本実施例はこの説明に制限されることはないが、金属層１１０と金属層１２０との間の距離２１０は、およそ１０μｍである。相互インダクタンス１２６は、金属層１２０のサイド１２４上に形成された放射素子１２２と、金属層１１０のサイド１１６上に形成された伝送線１１２との間の結合を提供する。

図３は、基板３０２上に形成されたＣＭＯＳ半導体の一実施例の垂直断面３００を示す。例えば、図３は８つの金属層の装置（Ｍ０−Ｍ７）を示す。しかしながら、実施例は、Ｍ_Ｎ層の金属化層を含むＣＭＯＳ半導体上に形成されてもよい。一実施例では、金属層Ｍ０３０４は、「金属１」と呼ばれる第１の金属層で、最上（トップ）の金属層Ｍ７は、例えば８番目の金属層１２０の短い名前である。１またはそれ以上の放射素子１２２が金属層１２０のサイド１２４上に形成される。金属層１１０（Ｍ６）は、トップ金属層１２０直下の金属層である。伝送線１１２は、金属層１１０のサイド１１６上に形成される。金属層Ｍ０−Ｍ６は、ビア３０６によって相互に結合する。例えば、伝送線１１２および放射素子１２２は、相互インダクタンス１２６によってその間で接続されるか、または結合される。

図４Ａ−図４Ｃは、ＣＭＯＳ製造および金属化プロセスを使用して形成された、マイクロストリップ（例えば、ストリップ・ライン）アンテナ・システム４００の一実施例の側断面図、平面図および正面図を示す。一実施例において、１またはそれ以上の放射素子４２２ａ，ｂ，ｎは、標準ＣＭＯＳ製造プロセスにおける隆起した金属の「ダミーの充填」のアレイとして形成される。特に、マイクロストリップ・アンテナ・システム４００は、マイクロ波ＩＣ、電子部品、および／または、相互接続装置中のミリ波アンテナ・システムに実装される。放射素子４２２ａ，ｂ，ｎを含む能動素子は、例えば、標準ＣＭＯＳ処理技術に従って最上層の金属層Ｍ_Ｎ上に形成される。接地平面４１４ａ，ｂ，ｎおよび伝送線４１２ａ，ｂ，ｎのような他の要素は、例えば、トップ金属層Ｍ_Ｎの下に位置する１またはそれ以上のサブ金属層４０４Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１上に形成される。しかしながら、本実施例は、この実装に制限されることはない。

図４Ａは、例えば、１またはそれ以上のマイクロストリップ伝送線４１２および１またはそれ以上の接地平面４１４を形成する１またはそれ以上の導電性ストリップ（例えば、ストリップ・ライン）を含む、マイクロストリップ・アンテナ・システム４００の断面側面図である。伝送線４１２および接地平面４１４は、基板４０２上に形成されたＣＭＯＳ半導体中の個別のサブ金属層４０４（Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１）上に形成される。一実施例では、マイクロストリップ伝送線４１２は、接地平面４１４の上で、最上層の金属層Ｍ_Ｎより下の金属層４０４のいずれか１つの上に位置する。マイクロストリップ伝送線４１２は、放射素子４２２ａ，ｂ，ｎが形成されるＣＭＯＳ半導体の最上層の金属層Ｍ_Ｎより第２の金属層上に位置してもよい。従って、一実施例では、マイクロストリップ伝送線４１２は、例えば、接地平面４１４と放射素子４２２ａ，ｂ，ｎとの間にはさまれる。例えば、一実施例では、マイクロストリップ伝送線４１２、接地平面４１４、および、放射素子４２２ａ，ｂ，ｎは、ストリップ・ラインのミリ波アプリケーションに関連した波長（あるいは、周波数）に整合する幾何形状（例えば、寸法）で形成される。

図４Ｂは、基板４０２上に形成されたＣＭＯＳ半導体の放射素子４２２ａ，ｂ，ｎ、マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎ、および、接地平面間の関係を示すマイクロストリップ・アンテナ・システム４００の平面図である。マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎは、例えば、接地平面４１４ａ，ｂ，ｎ上に位置し、かつ放射素子４２２ａ，ｂ，ｎがその上に形成される最上層の金属層Ｍ_Ｎの下に位置した金属層Ｍ_Ｎ−１上に、導電性ストリップとしてＣＭＯＳ半導体上に形成される。図４Ｂに示されるように、放射素子４２２ａ，ｂ，ｎ、マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎ、および接地平面４１４ａ，ｂ，ｎは、実質的に相互にオーバーラップした状態である。

図４Ｃは、ＣＭＯＳ半導体のサブ金属層４０４（Ｍ_１−Ｍ_Ｎ）上に形成された放射素子４２２ａ，ｂ，ｎ、マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎ、および接地平面４１４ａ，ｂ，ｎの間の関係を示すマイクロストリップ・アンテナ・システム４００の正面図である。一実施例では、マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎおよび接地平面４１４ａ，ｂ，ｎは、最上層の金属層Ｍ_Ｎより下にあるサブ金属層４０４（図４Ａ、Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１）上に形成される。一実施例中において、マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎは、接地平面４１４ａ，ｂ，ｎより上で、最上層の金属層Ｍ_Ｎ（図４Ａ）より下の少なくとも１つの金属層上の導電性金属片として形成される。

一実施例において、マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎは、相互インダクタンス４２６ａ，ｎ，ｂを介して放射素子４２２ａ，ｂ，ｎとそれぞれ結合する。一実施例において、金属層Ｍ_Ｎ上に載置された放射素子４２２ａ，ｂ，ｎは、例えば、一般に相互インダクタンス４２６ａ，ｂ，ｎとしてそれぞれ表わされる相互インダクタンス結合、電界結合、または磁界結合によって、金属層Ｍ_Ｎ−１上のマイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎとそれぞれ結合する。一実施例では、ＲＦエネルギーは、例えば、マイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎを電気的に誘導することにより生成される交差電磁（ＴＥＭ）モードによって、放射素子４２２ａ，ｂ，ｎとマイクロストリップ伝送線４１２ａ，ｂ，ｎとの間で結合する。一実施例では、金属層Ｍ_Ｎ−１は、例えば金属層Ｍ_Ｎの下およそ１０μｍに位置する。一実施例において、放射素子４２２ａ，ｂ，ｎは、ミリ波の周波数（波長）での信号の送信および受信用の指向性アンテナ・システムを形成するために、Ｍ_Ｎ（図４Ａ）、物質損失係数（metal loss tangents）および基板の誘電体を含む金属層４０４の導電率と整合する寸法に製作される。しかしながら、その実施例は、この関係に制限されることはない。

図５Ａ−図５Ｃは、ＣＭＯＳ製造技術および金属化プロセスを使用して形成された共面導波（coplanar waveguide）アンテナ・システム５００の一実施例に係る断面側面図、平面図、および正面図を示す。一実施例において、１またはそれ以上の放射素子５２２ａ，ｂ，ｎは、さらに標準ＣＭＯＳ製造プロセスにおける隆起した金属の「ダミーの充填」として形成される。例えば、共面導波アンテナ・システム５００は、とりわけマイクロ波ＩＣ、電子部品、および／または、相互接続装置中のミリ波アンテナ・システムで実装される。標準ＣＭＯＳ処理技術に従って、放射素子５２２ａ，ｂ，ｎを含むすべての能動素子は、最上層の金属層Ｍ_Ｎ上に形成される。接地平面５１４ａ，ｂ，ｎおよび伝送線５１２ａ，ｂ，ｎのような他の要素は、例えば、最上層の金属層Ｍ_Ｎより下に位置するサブ金属層５０４Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１上に形成される。しかしながら、この実施例は、この関係に制限されることはない。

図５Ａは、オーバーラップしない関係で１またはそれ以上の接地平面５１４から横に分割された共面導波伝送線５１２を形成する１またはそれ以上の導体を含む共面導波アンテナ・システム５００の断面側面図である。一実施例では、共面導波伝送線５１２および接地平面５１４は、共面上にあり、例えば、同一平面上に位置してもよい。一実施例では、共面導波伝送線５１２および接地平面５１４は、基板５０２上に形成されたＣＭＯＳ半導体の第２のサブ金属層５０４（Ｍ_ｌ−Ｍ_Ｎ−１）面に形成されるが、共面導波伝送線５１２および接地平面５１４がオーバーラップしないように横に分離される。一実施例では、共面導波伝送線５１２は、接地平面５１４上の金属層、あるいは接地平面５１４と同じ金属層のいずれかに位置する。例えば、一実施例では、共面導波伝送線５１２および接地平面５１４は、横に分離され、放射素子５２２ａ，ｂ，ｎは、ＣＭＯＳ半導体の最上層の金属層Ｍ_Ｎ上の共面導波伝送線５１２上に位置してもよい。特定の実装では、同じ金属層面上、あるいは個別の金属層面上のいずれかに共面導波伝送線５１２および接地平面５１４を提供するが、例えば、共面導波伝送線５１２は、接地平面５１４と放射素子５２２ａ，ｂ，ｎより下の１またはそれ以上の金属層との間に位置する。一実施例では、例えば、共面導波伝送線５１２、接地平面５１４、および放射素子５２２ａ，ｂ，ｎは、ミリ波のストリップ線への応用に関連した波長（あるいは周波数）と整合する幾何形状（例えば、寸法）で製作される。

図５Ｂは、放射素子５２２ａ，ｂ，ｎ、共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎ、および接地平面５１４ａ，ｂ，ｎの関係を示す共面導波アンテナ・システム５００の平面図である。共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎは、金属層Ｍ_Ｎ−１上に導電性ストリップとして形成され、それは接地平面５１４ａ，ｂ，ｎより上に、あるいは同じ金属層平面上に位置することができる。共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎは、ＣＭＯＳ半導体の最上層の金属層Ｍ_Ｎ上に形成された放射素子５２２ａ，ｂ，ｎより下に位置する。例えば、共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎは、金属層Ｍ_Ｎ−１上に形成される。共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎは、オーバーラップしない関係で、接地平面５１４ａ，ｂ，ｎの横に分離される。放射素子５２２ａ，ｂ，ｎは、例えば、実質的にオーバーラップする関係の共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎより上に位置する。

図５Ｃは、ＣＭＯＳ半導体の最上層の金属層Ｍ_Ｎより下のサブ金属層５０４（図５Ａ、Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１）上に形成される放射素子５２２ａ，ｂ，ｎ、共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎ、および接地平面５１４ａ，ｂ，ｎの関係を示す共面導波アンテナ・システム５００の正面図である。一実施例において、共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎは、接地平面５１４ａ，ｂ，ｎより上で、接地平面５１４ａ，ｂ，ｎと最上層の金属層Ｍ_Ｎ（図５Ａ）上に形成された放射素子５２２ａ，ｂ，ｎより下の少なくとも１つの金属層との間に、導電性金属ストリップとして形成される。

一実施例において、共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎは、相互インダクタンス５２６ａ，ｂ，ｎを介して、放射素子５２２ａ，ｂ，ｎにそれぞれ結合する。一実施例において、金属層Ｍ_Ｎ上に載置された放射素子５２２ａ，ｂ，ｎは、例えば、一般に相互インダクタンス５２６ａ，ｂ，ｎとしてそれぞれ表わされる相互インダクタンス結合、電界結合、または磁界結合によって、金属層Ｍ_Ｎ−１上にそれぞれ位置する共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎと結合する。一実施例では、ＲＦエネルギーは、例えば、共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎを電気的に誘導することにより生成されるＴＥＭモードによって、放射素子５２２ａ，ｂ，ｎと共面導波伝送線５１２ａ，ｂ，ｎとの間で結合する。一実施例では、金属層Ｍ_Ｎ−１は、例えば金属層Ｍ_Ｎの下およそ１０μｍに位置する。一実施例において、放射素子５２２ａ，ｂ，ｎは、ミリ波の周波数（波長）での信号の送信および受信用の指向性アンテナ・システムを形成するために、Ｍ_Ｎ（図５Ａ）、物質損失係数、および基板の誘電体を含む金属層５０４の導電率と整合する寸法に製作される。しかしながら、その実施例は、この関係に制限されることはない。

図６Ａ−図６Ｃは、ＣＭＯＳ製造技術および金属化プロセスを使用して形成されたスロットライン（slotline）アンテナ・システム６００の一実施例に係る断面側面図、平面図、および正面図を示す。一実施例において、放射素子は、標準ＣＭＯＳ製造プロセスにおける隆起した金属の「ダミーの充填」として形成される。例えば、スロットライン・アンテナ・システム６００は、とりわけマイクロ波ＩＣ、電子部品、および／または、相互接続装置中のミリ波アンテナ・システムで実装される。標準ＣＭＯＳ処理技術に従って、放射素子６２２ａ，ｂ，ｎを含むすべての能動素子は、最上層の金属層Ｍ_Ｎ上に形成される。伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ+１のような他の要素は、例えば、最上層の金属層Ｍ_Ｎより下に位置するサブ金属層６０４Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１上に形成される。しかしながら、この実施例は、この関係に制限されることはない。

図６Ａは、スロットライン伝送線６１２を形成する１またはそれ以上の導体からなるスロットライン・アンテナ・システム６００の断面側面図である。一実施例では、例えば、スロットライン伝送線６１２は、同じ金属層面に位置する。一実施例では、スロットライン伝送線６１２は、基板６０２上に形成されたＣＭＯＳ半導体のサブ金属層６０４（Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１）上に形成される。一実施例では、スロットライン伝送線６１２は、ＣＭＯＳ半導体の最上層の金属層Ｍ_Ｎに位置する放射素子６２２ａ，ｂ，ｎから分離される。一実施例では、スロットライン伝送線６１２は、例えば、放射素子６２２ａ，ｂ，ｎより下に位置する。一実施例では、例えば、スロットライン伝送線６１２および放射素子６２２ａ，ｂ，ｎは、スロットラインのミリ波アプリケーションに関連した波長（あるいは、周波数）に整合する幾何形状（例えば、寸法）で形成される。

図６Ｂは、放射素子６２２ａ，ｂ，ｎとスロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１との関係を示すスロットライン・アンテナ・システム６００の平面図である。スロットライン伝送線６２２ａ，ｂ，ｎは、基板６０２上に形成されたＣＭＯＳ半導体のサブ金属層６０４（Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１）（図６Ａ）上に導電性ストリップとして形成される。一実施例において、スロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１は、最上層の金属層Ｍ_Ｎ直下の金属層Ｍ_Ｎ−１上に導電性ストリップとして形成される。スロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ、ｎ＋１は、ＣＭＯＳ半導体の最上層の金属層Ｍ_Ｎ上に形成された放射素子６２２ａ，ｂ，ｎより下に位置する。例えば、スロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ、ｎ＋１は、放射素子６２２ａ，ｂ，ｎがスロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ，ｎ＋１のエッジ６３０ａ，ｂ，ｎおよび６３２ａ，ｂ，ｎとオーバーラップするように金属層Ｍ_Ｎ−１上に形成される。

図６Ｃは、サブ金属層６０４（図６Ａ、Ｍ_１−Ｍ_Ｎ−１）上に形成され、最上層の金属層Ｍ_Ｎより下に形成されたスロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｎの一実施例上に作成された、放射素子６２２ａ，ｂ，ｎとスロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１との関係を示すスロットライン・アンテナ・システム６００の正面図である。一実施例において、スロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１は、エッジ６３０ａ，ｂ，ｎおよび６３２ａ，ｂ，ｎを備える導電性の金属ストリップとして形成され、それは最上層の金属層Ｍ_Ｎ（図６Ａ）上に形成された放射素子６２２ａ，ｂ，ｎとオーバーラップする。

一実施例において、スロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１は、相互インダクタンス６２６ａ，ｂ，ｎによって放射素子６２２ａ，ｂ，ｎにそれぞれ結合する。一実施例において、金属層Ｍ_Ｎ上に位置する放射素子６２２ａ，ｂ，ｎ、一般に相互インダクタンス６２６ａ，ｂ，ｎとしてそれぞれ表わされる相互インダクタンス結合、電界結合、または磁界結合によって、金属層Ｍ_Ｎ−１上にそれぞれ位置するスロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１と結合する。一実施例では、ＲＦエネルギーは、例えば、スロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１を電気的に誘導することにより生成されるＴＥＭモードによって、放射素子６２２ａ，ｂ，ｎとスロットライン伝送線６１２ａ，ｂ，ｃ，ｎ＋１との間で結合する。一実施例では、金属層Ｍ_Ｎ−１は、例えば金属層Ｍ_Ｎの下およそ１０μｍに位置する。一実施例において、放射素子６２２ａ，ｂ，ｎは、ミリ波の周波数（波長）での信号の送信および受信用の指向性アンテナ・システムを形成するために、Ｍ_Ｎ（図６Ａ）、物質損失係数、および基板の誘電体を含む金属層６０４の導電率と整合する寸法に製作される。しかしながら、その実施例は、この関係に制限されることはない。

図７は、システム７００のブロック図の一実施例を示す。システム７００は、例えば、複数のノードを具備する通信システムを含む。ノードは、システム７００中に唯一のアドレスを有するあらゆる物理的または論理的な実体を含む。ノードの例としては、コンピュータ、サーバ、ワークステーション、ラップトップ、ウルトラ・ラップトップ、ハンドヘルド・コンピュータ、電話、携帯電話、個人向け携帯型情報端末（ＰＤＡ）、ルータ、スイッチ、ブリッジ、ハブ、ゲートウェイ、ワイヤレス・アクセス・ポイントなど（ＷＡＰ）などを含むが、必ずしもこれらに制限されることはない。唯一のアドレスは、例えば、インターネット・プロトコル（ＩＰ）アドレスのようなネットワーク・アドレス、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスのような装置アドレスなどを含む。その実施例は、この関係に制限されることはない。

システム７００のノードは、媒体情報および制御情報のような異なるタイプの情報を通信するために配置されている。媒体情報は、音声情報、ビデオ情報、オーディオ情報、テキスト情報、英数字の記号、グラフィックス、イメージなどのユーザに意義のある内容を表すあらゆるデータに関する。制御情報は、自動システムのために意義のあるコマンド、命令あるいは制御ワードを表すあらゆるデータに関する。例えば、制御情報は、システムを経由して媒体情報をルートし、あるいは予め定義した方法で媒体情報を処理するようにノードに命じるために使用されてもよい。

システム７００のノードは、１またはそれ以上のプロトコルに従って媒体および制御情報を通信する。プロトコルは、ノードが互いにどのように情報を通信するかを制御するための１組の予め定められた規則または命令を含む。プロトコルは、インターネット技術標準化委員会（ＩＥＴＦ）、国際電気通信連合（ＩＴＵ）、米国電気電子学会など（ＩＥＥＥ）のような規格団体によって公布されるような１またはそれ以上のプロトコル規格によって定義される。

システム７００は、ワイヤレス通信システムとして実装されるし、１またはそれ以上のタイプのワイヤレス通信媒体を介して情報を通信するために整えられた１またはそれ以上のワイヤレス・ノードを含む。ワイヤレス通信媒体の例には、無線周波数（ＲＦ）スペクトラムのようなワイヤレス・スペクトラムの一部を含む。ワイヤレス・ノードは、１またはそれ以上のアンテナ、ワイヤレス送信機／受信機（「トランシーバ」）、増幅器、フィルタ、制御ロジックなどのような専用のワイヤレス通信スペクトラムを介して情報信号を通信するのにふさわしいコンポーネントおよびインタフェースを含む。アンテナ用の例には、内部アンテナ、無指向性アンテナ、モノポール・アンテナ、ダイポール・アンテナ、エンド供給アンテナ、円偏波アンテナ、マイクロストリップ・アンテナ、ダイバーシティ・アンテナ、デュアル・アンテナ、アンテナ・アレーなどを含む。一実施例では、システム７００のノードは、既に議論したアンテナ・システム１００，４００，５００，６００を含む。実施例は、この点に制限されることはない。

図７を再び参照して、システム７００は、ノード７０２，７０４，７０６を含み、例えば、ＰＡＮのようなワイヤレス通信ネットワークを形成する。図７は、あるトポロジー（幾何学的形態）に限られた数のノードで示されるが、システム７００は所定の実装のために所望されるあらゆるタイプのトポロジーに、より多くのあるいはより少ないノードを含めることができる。本実施例は、この関係に制限されることはない。一実施例では、システム７００は、ノード７０２，７０４，７０６を含み、各々はトランシーバ７０８，７１０，７１２をそれぞれ含み、またＣＭＯＳ集積回路装置７５０を含む。ＣＭＯＳ集積回路装置７５０は、例えば、アンテナ・システム１００，４００，５００，６００のいずれか１つを含み、ワイヤレス・リンク７５２，７５４，７５６によるワイヤレス通信ネットワークを形成する。

図８は、例えば、アンテナ・システム１００，４００，５００，６００を有するＣＭＯＳ半導体を形成する方法の一実施例を示す。ブロック８００で、ＣＭＯＳ集積回路基板上に、放射素子を含む第１の金属層を形成し、放射素子に結合される第１の導体を含む第２の金属層を形成する。第１の導体および放射素子は、ワイヤレスで信号を通信するアンテナを形成するために相互に結合される。ブロック８０２では、第２の金属層および第１の導体より下に配置される第３の金属層を形成し、第３の金属層上に第１の接地平面を形成する。ブロック８０４では、第２の金属層より下に第１の接地平面を形成し、マイクロストリップ伝送線を形成するために、第１の導体に実質的にオーバーラップする放射素子を形成する。ブロック８０６では、第２の金属層上に配置された第１および第２の接地平面を形成し、第１と第２の接地平面との間に配置された第１の導体、および第１の導体に実質的にオーバーラップする放射素子を形成し、共面導波伝送線を形成する。一実施例では、第３の金属層を形成し、その第３の金属層上に第１および第２の接地平面を形成する。ブロック８０８では、第１の導体の横に配置された第２の金属層上に配置される第２の導体を形成する。ブロック８１０では、第１の導体のエッジ部分を第１のサイド上でオーバーラップさせ、かつ第２の導体のエッジ部分を第２のサイド上でオーバーラップさせて第１および第２の導体より上に放射素子を形成し、スロットライン伝送線を形成する。

多くの特定の詳細事項が実施例についての完全な理解を提供するために述べられた。しかし、これらの特定の詳細な事項がなくても実施例を実現できることは、当業者に理解されるであろう。他の事項として、周知の動作、コンポーネント、および回路は、実施例を不明瞭にしないために詳細には説明されていない。ここに開示された特定の構造上および機能上の詳細は代表的なものであり、必ずしも実施例の範囲を制限するものではないことが認識されるであろう。

さらに、「一実施例」あるいは「実施例」へのあらゆる言及は、特定の特徴、構造あるいは実施例に関して説明された特性が少なくとも１つの実施例に含まれることを意味することに注目すべきである。本明細書中の「一実施例」なる用語の出現は、必ずしもすべてが同じ実施例を参照しているものではない。

いくつかの実施例は、「結合された」および「接続された」なる表現と共にそれらの派生語を使用して説明されている。これらの用語は、互いに同義語として意図されないことを理解すべきである。例えば、いくつかの実施例は、２またはそれ以上の要素が互いに直接の物理的または電気的な接触があることを示すために「接続された」なる用語を使用して説明される。別の例において、いくつかの実施例は、２またはそれ以上の要素が直接の物理的または電気的な接触にあることを示すために「結合された」なる用語を使用して説明される。しかしながら、用語「結合された」は、さらに２またはそれ以上の要素が互いに直接の接触はないが、協動力するか相互に作用することを意味することがある。実施例は、この点に制限されることはない。

本実施例のある特徴がここにされる一方、多くの修正、置換、変更および均等が当業者には想到するであろう。従って、添付の請求項は、本実施例の真の思想の範囲内に入るものとして、このような修正および変更をすべてカバーすると理解される。

アンテナ・システム１００の一実施例を示す。システム１００におけるレイヤの一実施例の拡大図を示す。ＣＭＯＳ半導体の一実施例の断面図を示す。マイクロストリップ・アンテナ・システム４００の一実施例における断面側面図を示す。一実施例のおよびをマイクロストリップ・アンテナ・システム４００の一実施例における平面図を示す。マイクロストリップ・アンテナ・システム４００の一実施例における正面図を示す。共面導波アンテナ・システム５００の一実施例における断面側面図を示す。共面導波アンテナ・システム５００の一実施例における平面図を示す。共面導波アンテナ・システム５００の一実施例における正面図を示す。スロットライン・アンテナ・システム６００の一実施例における断面側面図を示す。スロットライン・アンテナ・システム６００の一実施例における平面図を示す。スロットライン・アンテナ・システム６００の一実施例における正面図を示す。システム７００のブロック図の一実施例を示す。アンテナ・システム１００，４００，５００，６００を有するＣＭＯＳ半導体を形成する方法の一実施例を示す。

Claims

放射素子を含む第１の金属層、および
前記放射素子に結合された第１の導体を含む第２の金属層、を有する、
相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）集積回路装置を含み、
前記第１の導体および前記放射素子は、ワイヤレスで信号を通信するアンテナを形成するために相互に結合されている、
ことを特徴とする装置。
前記第２の金属層および前記第１の導体より下に配置された第１の接地平面を含む第３の金属層をさらに含むこと特徴とする請求項１記載の装置。
前記第１の接地平面は、前記第２の金属層より下に位置し、前記放射素子は、マイクロストリップ伝送線を形成するために、前記第１の導体に実質的にオーバーラップすること特徴とする請求項２記載の装置。
前記第２の金属層上に配置された第１および第２の接地平面をさらに含み、前記第１の導体は、前記第１および第２の接地平面の間に配置され、前記放射素子は、共面導波伝送線を形成するために、前記第１の導体に実質的にオーバーラップしていること特徴とする請求項１記載の装置。
第３の金属層をさらに含み、前記第１および第２の接地平面は、前記第３の金属層上に配置されること特徴とする請求項４記載の装置。
前記第１の導体の横に配置された第２の金属層上に配置された前記第２の導体をさらに含み、前記放射素子は、前記第１および第２導体より上に配置され、前記第１の導体のエッジ部分を第１のサイド上でオーバーラップさせ、かつ前記第２の導体のエッジ部分を第２のサイド上でオーバーラップさせて、スロットライン伝送線を形成すること特徴とする請求項１記載の装置。
前記放射素子は、アンテナ・システムのためのアレイの部分を形成すること特徴とする請求項１記載の装置。
前記放射素子は、前記ＣＭＯＳ集積回路装置の最上層の金属層上で隆起した金属で形成されること特徴とする請求項１記載の装置。
前記通信は、１メートルから１ミリメートルのいずれかのミリ波長で行われること特徴とする請求項１記載の装置。
前記第１の導体中の電気エネルギーは、前記第１の導体を電気的に誘導することにより生成された直交電磁場モードによって、前記放射素子に結合されること特徴とする請求項１記載の装置。
前記第２の金属層は、前記第１の金属層より下の１つの金属層に位置すること特徴とする請求項１記載の装置。
前記第２の金属層は、前記第１の金属層より約１０μｍ下に位置すること特徴とする請求項１１記載の装置。
前記ＣＭＯＳ集積回路装置は、１３０ｎｍのＣＭＯＳ装置を含むこと特徴とする請求項１記載の装置。
前記ＣＭＯＳ集積回路装置は、９０ｎｍのＣＭＯＳ装置を含むこと特徴とする請求項１記載の装置。
前記ＣＭＯＳ集積回路装置は、６５ｎｍのＣＭＯＳ装置を含むこと特徴とする請求項１記載の装置。
トランシーバと、
放射素子を含む第１の金属層、および
前記放射素子に結合された第１の導体を含む第２の金属層、
を有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）集積回路装置と、からなり、
前記第１の導体および前記放射素子は、ワイヤレスで信号を通信するアンテナを形成するために相互に結合される、
ことを特徴とするシステム。
前記第２の金属層および前記第１の導体より下に配置された第１の接地平面を含む第３の金属層をさらに含むこと特徴とする請求項１６記載のシステム。
前記第１の接地平面は、前記第２の金属層より下に位置し、前記放射素子は、マイクロストリップ伝送線を形成するために、前記第１の導体に実質的にオーバーラップすること特徴とする請求項１７記載のシステム。
前記第２の金属層上に配置された第１および第２の接地平面をさらに含み、前記第１の導体は、前記第１および第２の接地平面の間に配置され、前記放射素子は、共面導波伝送線を形成するために、前記第１の導体に実質的にオーバーラップしていること特徴とする請求項１６記載のシステム。
第３の金属層をさらに含み、前記第１および第２の接地平面は、前記第３の金属層上に配置されること特徴とする請求項１９記載のシステム。
前記第１の導体の横に配置された前記第２の金属層上に配置される前記第２の導体をさらに含み、前記放射素子は、前記第１および第２の導体より上に配置され、前記第１の導体のエッジ部分を第１のサイド上でオーバーラップさせ、かつ前記第２の導体のエッジ部分を第２のサイド上でオーバーラップさせて、スロットライン伝送線を形成すること特徴とする請求項１６記載のシステム。
相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）集積回路基板上で、放射素子を含む第１の金属層を形成する段階と、
前記放射素子に結合された第１の導体を含む第２の金属層を形成する段階と、からなり、
前記第１の導体および前記放射素子は、ワイヤレスで信号を通信するアンテナを形成するために相互に結合される、
ことを特徴とする方法。
前記第２の金属層および前記第１の導体より下に配置された第３の金属層を形成する段階、および、前記第３の金属層上に第１の接地平面を形成する段階をさらに含むこと特徴とする請求項２２記載の方法。
前記第１の接地平面を形成する段階は、前記第２の金属層より下に前記第１の接地平面を形成する段階を含み、および、前記放射素子を形成する段階は、マイクロストリップ伝送線を形成するために、前記第１の導体に実質的にオーバーラップする前記放射素子を形成する段階を含むこと特徴とする請求項２３記載の方法。
前記第２の金属層上に配置された第１および第２の接地平面を形成する段階をさらに含み、前記第１の導体を形成する段階は、前記第１および第２接地平面の間に配置された前記第１の導体、および、共面導波伝送線を形成するために前記第１の導体に実質的にオーバーラップする放射素子、を形成する段階を含むこと特徴とする請求項２２記載の方法。
第３の金属層を形成する段階、および、前記第１および第２の接地平面を前記第３の金属層上に形成する段階をさらに含むこと特徴とする請求項２５記載の方法。
前記第１の導体の横に配置された前記第２の金属層上に配置された第２の導体を形成する段階をさらに含み、前記放射素子は、前記第１の導体のエッジ部分を第１のサイド上でオーバーラップさせ、かつ前記第２の導体のエッジ部分を第２のサイド上でオーバーラップさせるために前記第１および第２導体より上に配置されることを特徴とするとする請求項２２記載の方法。