JP2021170597A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To perform impedance matching for each of receive and transmit paths, even when the receive and transmit paths for data signals are combined.SOLUTION: A semiconductor device according to one embodiment has an electrode pad PD, a receiving circuit RC1 that receives an input signal via the electrode pad PD, a transmitting circuit TC1 that transmits an output signal via the electrode pad PD, a coil L1 connected between the electrode pad PD and the receiving circuit RC1, a coil L2 connected between the coil L1 and the receiving circuit RC1, and a coil L3 connected between the coil L1 and the transmitter circuit TC1. The coil L3 and parasitic capacitance PCe are connected between coil L1 and coil L2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、外部機器との間で、データ通信回路を有する半導体チップが搭載された半導体装置に適して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and relates to, for example, a technique suitable and effective for a semiconductor device on which a semiconductor chip having a data communication circuit is mounted with an external device.

IEEE SOLID-STATE CIRCUITS MAGAZINE,fall 2015, Page 9-13, Behzad Razaviには、として、二つのポートの間に接続され、相互結合した二つのインダクタと、ブリッジキャパシタと、から成る「The Bridged T-Coil」が記載されている。 IEEE SOLID-STATE CIRCUITS MAGAZINE, fall 2015, Page 9-13, Behzad Razavi, as "The Bridged T-" consists of two inductors connected and interconnected between two ports and a bridge capacitor. "Coil" is described.

IEEE SOLID-STATE CIRCUITS MAGAZINE,fall 2015, Page 9-13, Behzad RazaviIEEE SOLID-STATE CIRCUITS MAGAZINE, fall 2015, Page 9-13, Behzad Razavi

データ信号を高速で入力するインタフェース回路では、入力信号の伝送経路のインピーダンスが規定されている。また、入力信号の伝送経路には、例えば、ESD(Electro-Static Discharge)回路などが接続され、これらの回路の寄生容量を考慮してインピーダンス整合を行う必要がある。データ信号の受信経路と送信経路とが別々に設けられている場合、これらの回路毎にインピーダンス整合を行うことができる。 In an interface circuit that inputs a data signal at high speed, the impedance of the transmission path of the input signal is specified. Further, for example, an ESD (Electro-Static Discharge) circuit or the like is connected to the transmission path of the input signal, and it is necessary to perform impedance matching in consideration of the parasitic capacitance of these circuits. When the data signal reception path and transmission path are provided separately, impedance matching can be performed for each of these circuits.

ところが、近年、データ通信の高速化にともない、一つの伝送経路を、受信経路および送信経路として兼用する需要がある。この場合、受信動作時と送信動作時とでは、信号の流れが異なるため、インピーダンス整合を行うことが困難である。 However, in recent years, as the speed of data communication has increased, there is a demand for using one transmission path as both a reception path and a transmission path. In this case, it is difficult to perform impedance matching because the signal flow differs between the reception operation and the transmission operation.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other challenges and novel features will become apparent from the description and accompanying drawings herein.

一実施の形態による半導体装置は、電極パッドと、前記電極パッドを介して入力信号を受信する受信回路と、前記電極パッドを介して出力信号を送信する送信回路と、前記電極パッドと前記受信回路との間に接続される第1コイルと、前記第1コイルと前記受信回路との間に接続される第2コイルと、前記第1コイルと前記送信回路との間に接続される第3コイルと、を有する。ここで、前記第1コイルと前記第2コイルとの間には、前記第3コイルおよび寄生容量が接続される。 The semiconductor device according to the embodiment includes an electrode pad, a receiving circuit that receives an input signal via the electrode pad, a transmitting circuit that transmits an output signal via the electrode pad, and the electrode pad and the receiving circuit. A first coil connected between the first coil, a second coil connected between the first coil and the receiving circuit, and a third coil connected between the first coil and the transmitting circuit. And have. Here, the third coil and the parasitic capacitance are connected between the first coil and the second coil.

上記実施の形態によれば、データ信号の受信経路と送信経路とを兼用化した場合でも受信経路および送信経路のそれぞれのインピーダンス整合を行うことができる。ことができる。 According to the above embodiment, impedance matching of each of the reception path and the transmission path can be performed even when the reception path and the transmission path of the data signal are shared. be able to.

図1は、一実施の形態である半導体装置を含む、データ通信システムの構成例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a data communication system including a semiconductor device according to an embodiment. 図2は、図1に示す半導体装置の送信回路、受信回路、および電極パッドを接続する回路の構成例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a circuit for connecting a transmission circuit, a reception circuit, and an electrode pad of the semiconductor device shown in FIG. 図3は、図2に示す回路において、出力信号を送信する動作を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an operation of transmitting an output signal in the circuit shown in FIG. 図4は、図2に対する検討例である回路において、入力信号を受信する動作を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an operation of receiving an input signal in a circuit which is an example of examination with respect to FIG. 図5は、図4に示す回路において、出力信号を送信する動作を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an operation of transmitting an output signal in the circuit shown in FIG. 図6は、図2および図3に示す複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。FIG. 6 is an enlarged plan view showing an example of the layout around the plurality of coils shown in FIGS. 2 and 3. 図7は、図6に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG. 図8は、図6に対する変形例である複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。FIG. 8 is an enlarged plan view showing an example of layout around a plurality of coils, which is a modification of FIG. 図9は、図8に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG. 図10は、図9に示す第2配線層に形成されたコイルの拡大平面図である。FIG. 10 is an enlarged plan view of the coil formed in the second wiring layer shown in FIG. 図11は、平面視において二つのコイルが重なっている状態の一例を模式的に示す平面図である。FIG. 11 is a plan view schematically showing an example of a state in which two coils are overlapped in a plan view. 図12は、平面視において二つのコイルが重ならず、かつ、磁気的には結合されている状態の一例を模式的に示す平面図である。FIG. 12 is a plan view schematically showing an example of a state in which the two coils are not overlapped and are magnetically coupled in a plan view. 図13は、平面視において二つのコイルが重ならず、かつ、二つのコイルとは別の配線層に形成されたコイルは、二つのコイルと重なっている状態の一例を模式的に示す平面図である。FIG. 13 is a plan view schematically showing an example of a state in which the two coils do not overlap in a plan view and the coil formed in a wiring layer different from the two coils overlaps the two coils. Is. 図14は、図6に対する他の変形例である複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。FIG. 14 is an enlarged plan view showing an example of a layout around a plurality of coils, which is another modification of FIG. 6. 図15は、図14に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG. 図16は、図15に示す第2配線層に形成されたコイルの拡大平面図である。FIG. 16 is an enlarged plan view of the coil formed in the second wiring layer shown in FIG. 図17は、図6に対する他の変形例である複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。FIG. 17 is an enlarged plan view showing an example of a layout around a plurality of coils, which is another modification of FIG. 図18は、図17に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG.

<本願における記載形式・基本的語・法の説明>
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
<Explanation of description format, basic words, and method in this application>
In the present application, the description of the embodiment is described by dividing it into a plurality of sections or the like for convenience, but these are not independent of each other and are described unless otherwise specified. Each part of a single example, before or after, one is a partial detail or part or all of a variant of the other. Moreover, as a general rule, the repeated description of the same part is omitted. In addition, each component in the embodiment is not essential unless otherwise specified, theoretically limited to that number, or apparently not from the context.

同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金メッキ、Cu層、ニッケル・メッキ等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。 Similarly, in the description of the embodiment, etc., regarding the material, composition, etc., even if it is referred to as "X consisting of A", etc. It does not exclude those containing. For example, when it comes to a component, it means "X containing A as a main component" or the like. For example, "silicon member" is not limited to pure silicon, but is a member containing SiGe (silicon-germanium) alloy, other multi-element alloy containing silicon as a main component, and other additives. Needless to say, it also includes. In addition, gold plating, Cu layer, nickel plating, etc. include not only pure ones but also members containing gold, Cu, nickel, etc. as main components, unless otherwise specified. It shall be muted.

さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。また、以下の説明において、ある値と他の値とが「同じ」、あるいは「同一」と記載する場合があるが、「同じ」または「同一」の意味は、厳密に全く同じである場合の他、実質的に同等と見做せる範囲内において誤差がある場合も含む。 Furthermore, even when referring to a specific numerical value or quantity, if it is clearly stated that this is not the case, unless it is theoretically limited to that number or if it is not apparent from the context, the numerical value exceeds the specific numerical value. It may be present, or it may be a numerical value less than the specific numerical value. Further, in the following description, a certain value and another value may be described as "same" or "same", but the meanings of "same" or "same" are exactly the same. In addition, it also includes cases where there is an error within the range that can be regarded as substantially equivalent.

また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。 Further, in each figure of the embodiment, the same or similar parts are indicated by the same or similar symbols or reference numbers, and the description is not repeated in principle.

また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。 Further, in the attached drawing, if it becomes complicated or if the distinction from the void is clear, hatching or the like may be omitted even in the cross section. In relation to this, when it is clear from the explanation or the like, the outline of the background may be omitted even if the hole is closed in a plane. Further, even if it is not a cross section, hatching or a dot pattern may be added to clearly indicate that it is not a gap or to clearly indicate the boundary of a region.

<データ通信システム>
まず、本実施の形態の半導体装置を含む、データ通信システムの概要について説明する。図1は、一実施の形態である半導体装置を含む、データ通信システムの構成例を示す説明図である。
<Data communication system>
First, an outline of a data communication system including the semiconductor device of the present embodiment will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a data communication system including a semiconductor device according to an embodiment.

図1に示すように、本実施の形態の半導体装置100は、メモリデバイスMD1との間でデータ信号を伝送する、データ通信回路DCCを有する。図1に示す例では、データ通信回路DCCは、メモリデバイスMD1との間でデータ信号を伝送する。変形例のデータ通信回路DCCは、複数のメモリデバイスMD1とデータ通信する場合がある。データ通信回路DCCは、メモリデバイスMD1からの入力信号SGrを受信する受信回路RC1と、メモリデバイスMD1に出力信号SGtを送信する送信回路TC1と、を含む。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 of the present embodiment has a data communication circuit DCC that transmits a data signal to and from the memory device MD1. In the example shown in FIG. 1, the data communication circuit DCC transmits a data signal to and from the memory device MD1. The data communication circuit DCC of the modified example may perform data communication with a plurality of memory devices MD1. The data communication circuit DCC includes a reception circuit RC1 that receives an input signal SGr from the memory device MD1 and a transmission circuit TC1 that transmits an output signal SGt to the memory device MD1.

<回路構成例>
次に、図1に示す半導体装置100が備える回路の構成例について説明する。図2および図3は、図1に示す半導体装置の送信回路、受信回路、および電極パッドを接続する回路の構成例を示す回路図である。なお、図2および図3は、同じ回路であるが、図2では、入力信号SGrの受信時の動作、図3では出力信号SGtの送信時の動作が判りやすいように示している。図4は、図2に対する検討例である回路において、入力信号を受信する動作を示す回路図である。図5は、図4に示す回路において、出力信号を送信する動作を示す回路図である。
<Circuit configuration example>
Next, a configuration example of the circuit included in the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 will be described. 2 and 3 are circuit diagrams showing a configuration example of a circuit for connecting a transmission circuit, a reception circuit, and an electrode pad of the semiconductor device shown in FIG. Although the circuits are the same in FIGS. 2 and 3, FIG. 2 shows an operation at the time of receiving the input signal SGr, and FIG. 3 shows an operation at the time of transmitting the output signal SGt so as to be easy to understand. FIG. 4 is a circuit diagram showing an operation of receiving an input signal in a circuit which is an example of examination with respect to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing an operation of transmitting an output signal in the circuit shown in FIG.

半導体装置100は、電極パッドPD、電極パッドPDを介して入力信号SGrを受信する受信回路RC1、および電極パッドPDを介して出力信号SGt(図3参照)を送信する送信回路TC1を有する。また、半導体装置100は、電極パッドPDと受信回路RC1との間に接続されるコイルL1、コイルL1と受信回路との間に接続されるコイルL2、およびコイルL1と送信回路との間に接続されるコイルL3を有する。コイルL1とコイルL2との間には、コイルL3および寄生容量PCeが接続される。 The semiconductor device 100 includes an electrode pad PD, a reception circuit RC1 that receives an input signal SGr via the electrode pad PD, and a transmission circuit TC1 that transmits an output signal SGt (see FIG. 3) via the electrode pad PD. Further, the semiconductor device 100 is connected between the coil L1 connected between the electrode pad PD and the receiving circuit RC1, the coil L2 connected between the coil L1 and the receiving circuit, and the coil L1 and the transmitting circuit. It has a coil L3 to be formed. A coil L3 and a parasitic capacitance PCe are connected between the coil L1 and the coil L2.

図4および図5に示す回路は、コイルL3(図2参照)が存在しない点で図2および図3に示す回路と相違する。図4に示す受信動作のみを考えれば、図4に示す回路は、電極パッドPDと受信回路RC1との間に接続され、相互結合した二つのインダクタ(コイルL1およびL2)と、二つのインダクタの間に接続される寄生容量PCeと、を有する。言い換えれば、電極パッドPDは、コイルL1およびL2を介して受信回路RC1に接続される。コイルL1とコイルL2との間には、寄生容量PCeを含む寄生インピーダンスPZ1が接続されている。 The circuits shown in FIGS. 4 and 5 differ from the circuits shown in FIGS. 2 and 3 in that the coil L3 (see FIG. 2) does not exist. Considering only the reception operation shown in FIG. 4, the circuit shown in FIG. 4 consists of two inductors (coils L1 and L2) connected and interconnected between the electrode pad PD and the reception circuit RC1 and two inductors. It has a parasitic capacitance PCe connected between them. In other words, the electrode pad PD is connected to the receiving circuit RC1 via the coils L1 and L2. A parasitic impedance PZ1 including a parasitic capacitance PCe is connected between the coil L1 and the coil L2.

データ信号を高速で入力するインタフェース回路では、入力信号の伝送経路のインピーダンスが規定されている。また、入力信号の伝送経路には、例えば、静電気保護回路(ESD;Electro-Static Discharge)回路などが接続され、これらの回路の寄生容量を考慮してインピーダンス整合を行う必要がある。データ信号の受信経路と送信経路とが別々に設けられている場合、これらの回路毎にインピーダンス整合を行うことができる。 In an interface circuit that inputs a data signal at high speed, the impedance of the transmission path of the input signal is specified. Further, for example, an electrostatic protection circuit (ESD; Electro-Static Discharge) circuit or the like is connected to the transmission path of the input signal, and it is necessary to perform impedance matching in consideration of the parasitic capacitance of these circuits. When the data signal reception path and transmission path are provided separately, impedance matching can be performed for each of these circuits.

ところが、近年、データ通信の高速化にともない、一つの伝送経路を、受信経路および送信経路として兼用する需要がある。この場合、受信動作時と送信動作時とでは、信号の流れが異なるため、インピーダンス整合を行うことが困難である。図4に示す回路の場合、コイルL1およびL2の間に送信回路TC1が接続されている。送信回路TC1の寄生インピーダンスは、寄生インピーダンスPZ1に含まれる。この回路で受信動作のみを行う場合、コイルL1およびL2のインダクタンスを寄生インピーダンスPZ1の値に応じて調整することができるので、電極パッドPDから受信回路RC1の経路中のインピーダンス整合を実現できる。 However, in recent years, as the speed of data communication has increased, there is a demand for using one transmission path as both a reception path and a transmission path. In this case, it is difficult to perform impedance matching because the signal flow differs between the reception operation and the transmission operation. In the case of the circuit shown in FIG. 4, the transmission circuit TC1 is connected between the coils L1 and L2. The parasitic impedance of the transmission circuit TC1 is included in the parasitic impedance PZ1. When only the reception operation is performed in this circuit, the inductance of the coils L1 and L2 can be adjusted according to the value of the parasitic impedance PZ1, so that impedance matching in the path of the reception circuit RC1 from the electrode pad PD can be realized.

ところが、図4および図5に示す回路において、送信動作を行う場合、図5に示す出力信号SGtが流れる経路の寄生インピーダンスPZ2は、図4に示す入力信号SGrが流れる経路の寄生インピーダンスPZ1とは値が異なる。このため、受信動作においてインピーダンス整合が実現されるようにすると、送信動作では、インピーダンス整合が実現できない。逆に、送信動作においてインピーダンス整合が実現されるようにすると、受信動作では、インピーダンス整合が実現できない。 However, in the circuits shown in FIGS. 4 and 5, when the transmission operation is performed, the parasitic impedance PZ2 of the path through which the output signal SGt shown in FIG. 5 flows is different from the parasitic impedance PZ1 of the path through which the input signal SGr shown in FIG. 4 flows. The values are different. Therefore, if impedance matching is realized in the receiving operation, impedance matching cannot be realized in the transmitting operation. On the contrary, if impedance matching is realized in the transmission operation, impedance matching cannot be realized in the reception operation.

一方、図2および図3に示す本実施の形態の半導体装置100が有する回路の場合、図2に示す寄生インピーダンスPZ1と、図3に示す寄生インピーダンスPZ2との値を同程度にすることができる。 On the other hand, in the case of the circuit included in the semiconductor device 100 of the present embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the values of the parasitic impedance PZ1 shown in FIG. 2 and the parasitic impedance PZ2 shown in FIG. 3 can be made similar. ..

図2に示す寄生インピーダンスPZ1は、静電気保護回路の寄生容量PCe、送信回路TC1、コイルL1とコイルL3との間の容量C13、コイルL2とコイルL3との間の容量C23、およびコイルL3から成る。一方、図3に示す寄生インピーダンスPZ2は、静電気保護回路の寄生容量PCe、受信回路RC1、コイルL2とコイルL3との間の容量C23、コイルL1とコイルL2との間の容量C12、およびコイルL2から成る。送信回路TC1のインピーダンスと受信回路RC1のインピーダンスとは、ほぼ同じと見なすことができる。コイルL2のインピーダンスとコイルL3のインピーダンスとは、ほぼ同じと見なすことができる。また、容量C13および容量C12のそれぞれは、二つのコイルの両端の容量なので、ほぼ同じと見なすことができる。したがって、図2に示す寄生インピーダンスPZ1と、図3に示す寄生インピーダンスPZ2との値とは、ほぼ同じ値である。 The parasitic impedance PZ1 shown in FIG. 2 includes a parasitic capacitance PCe of an electrostatic protection circuit, a transmission circuit TC1, a capacitance C13 between the coil L1 and the coil L3, a capacitance C23 between the coil L2 and the coil L3, and a coil L3. .. On the other hand, the parasitic impedance PZ2 shown in FIG. 3 is the parasitic capacitance PCe of the electrostatic protection circuit, the receiving circuit RC1, the capacitance C23 between the coil L2 and the coil L3, the capacitance C12 between the coil L1 and the coil L2, and the coil L2. Consists of. The impedance of the transmission circuit TC1 and the impedance of the reception circuit RC1 can be regarded as substantially the same. The impedance of the coil L2 and the impedance of the coil L3 can be regarded as substantially the same. Further, since each of the capacitance C13 and the capacitance C12 is the capacitance at both ends of the two coils, they can be regarded as substantially the same. Therefore, the values of the parasitic impedance PZ1 shown in FIG. 2 and the parasitic impedance PZ2 shown in FIG. 3 are substantially the same.

一つの信号伝送経路を送信用の経路および受信用の経路として兼用する場合でも、図2に示す寄生インピーダンスPZ1と、図3に示す寄生インピーダンスPZ2との値が同程度になっていれば、送信動作時および受信動作時のいずれの場合にも伝送経路のインピーダンス整合を実現できる。 Even when one signal transmission path is used as both a transmission path and a reception path, if the values of the parasitic impedance PZ1 shown in FIG. 2 and the parasitic impedance PZ2 shown in FIG. 3 are about the same, transmission is performed. Impedance matching of the transmission path can be realized in both the operation and the reception operation.

なお、図2に示す寄生インピーダンスPZ1および図3に示す寄生インピーダンスPZ2は、コイルL1、L2、およびL3に接続される配線の寄生容量が含まれる。図2および図3に示すように、コイルL1、L2、およびL3の間に静電気保護回路の寄生容量PCeが接続されている場合には、この寄生容量PCeの値がインピーダンス整合に特に大きく影響する。 The parasitic impedance PZ1 shown in FIG. 2 and the parasitic impedance PZ2 shown in FIG. 3 include the parasitic capacitance of the wiring connected to the coils L1, L2, and L3. As shown in FIGS. 2 and 3, when the parasitic capacitance PCe of the electrostatic protection circuit is connected between the coils L1, L2, and L3, the value of the parasitic capacitance PCe has a particularly large effect on impedance matching. ..

図2および図3に示す回路は、以下のように表現することができる。半導体装置100は、入力信号を受信する受信回路RC1、出力信号を送信する送信回路TC1、受信回路RC1および送信回路TC1のそれぞれと電気的に接続される電極パッドPD、電極パッドPDに電気的に接続される寄生容量PCe、および電極パッドPDと電気的に接続されるインピーダンス整合回路MC1を有する。インピーダンス整合回路MC1は、電極パッドPDに接続されるコイルL1(第1インダクタ)と、コイルL1および受信回路RC1に接続される第2インダクタ(コイルL2)と、コイルL1、コイルL2、および送信回路TC1に接続されるコイルL3(第3インダクタ)と、を有する。また、インピーダンス整合回路MC1は、電極パッドPDとコイルL1との中点にあるノードND1と、受信回路RC1と前記コイルL2との中点にあるノードND2と、送信回路TC1とコイルL3との中点にあるノードND3と、コイルL1、コイルL2、およびコイルL3のそれぞれの中点にある、ノードND4と、を有する。寄生容量PCeは、コイルL1、コイルL2、およびコイルL3のそれぞれの中点に接続される。 The circuits shown in FIGS. 2 and 3 can be expressed as follows. The semiconductor device 100 electrically connects to the electrode pad PD and the electrode pad PD that are electrically connected to each of the receiving circuit RC1 that receives the input signal, the transmitting circuit TC1 that transmits the output signal, the receiving circuit RC1 and the transmitting circuit TC1. It has a parasitic capacitance PCe to be connected and an impedance matching circuit MC1 to be electrically connected to the electrode pad PD. The impedance matching circuit MC1 includes a coil L1 (first inductor) connected to the electrode pad PD, a second inductor (coil L2) connected to the coil L1 and the receiving circuit RC1, a coil L1, a coil L2, and a transmission circuit. It has a coil L3 (third inductor) connected to TC1. Further, the impedance matching circuit MC1 is included in the node ND1 at the midpoint between the electrode pad PD and the coil L1, the node ND2 at the midpoint between the receiving circuit RC1 and the coil L2, and the transmitting circuit TC1 and the coil L3. It has a node ND3 at a point and a node ND4 at the midpoint of each of coil L1, coil L2, and coil L3. The parasitic capacitance PCe is connected to the midpoint of each of the coil L1, the coil L2, and the coil L3.

<コイルレイアウト>
次に、図2および図3に示す半導体装置100が有するコイルのレイアウトについて説明する。図2および図3に示すコイルL1、L2、およびL3により、インピーダンス整合を実現させるためには、コイルL1、L2、およびL3のそれぞれが、互いに磁気的に結合されていることが好ましい。コイルL1、L2およびL3のそれぞれを磁気的に結合した状態とは、コイルL1、L2およびL3のそれぞれの間で、相互インダクタンスが生じる状態を意味する。磁気的に結合した状態を実現するためには、コイルL1、L2およびL3のそれぞれの離間距離が小さいことが好ましい。また、コイルL1、L2およびL3のそれぞれの結合の程度、言い換えれば、カップリング強度が大きい方が、インピーダンス整合回路MC1としての特性が向上する。カップリング強度を向上させるためには、コイルL1、L2およびL3のそれぞれの離間距離を小さくすることが好ましい。
<Coil layout>
Next, the layout of the coil included in the semiconductor device 100 shown in FIGS. 2 and 3 will be described. In order to achieve impedance matching by the coils L1, L2, and L3 shown in FIGS. 2 and 3, it is preferable that the coils L1, L2, and L3 are magnetically coupled to each other. The state in which each of the coils L1, L2 and L3 is magnetically coupled means a state in which mutual inductance occurs between the coils L1, L2 and L3, respectively. In order to realize the magnetically coupled state, it is preferable that the separation distances of the coils L1, L2 and L3 are small. Further, the degree of coupling of the coils L1, L2 and L3, in other words, the larger the coupling strength, the better the characteristics of the impedance matching circuit MC1. In order to improve the coupling strength, it is preferable to reduce the distance between the coils L1, L2 and L3.

また、インピーダンス整合回路MC1に利用されるコイルL1、L2およびL3は、電流が流れる経路の距離をある程度大きくする必要がある。半導体装置100が、複数の電極パッドPDを有し、複数の電極パッドPDのそれぞれがインピーダンス整合回路MC1に接続される場合、平面視におけるインピーダンス整合回路MC1の専有面積を低減させることが好ましい。 Further, the coils L1, L2 and L3 used in the impedance matching circuit MC1 need to increase the distance of the path through which the current flows to some extent. When the semiconductor device 100 has a plurality of electrode pads PD and each of the plurality of electrode pads PD is connected to the impedance matching circuit MC1, it is preferable to reduce the occupied area of the impedance matching circuit MC1 in a plan view.

また、後述するように、半導体装置100は、複数の配線層を有する。コイルL1、L2およびL3は、複数の配線層のうち、同一の配線層、あるいは互いに異なる配線層に形成される場合がある。コイルL1、L2およびL3が互いに異なる配線層に形成されている場合、コイルL1、L2およびL3のそれぞれが互いに重なるように配置できるので、平面視におけるインピーダンス整合回路MC1の専有面積を低減させる観点からは特に好ましい。ただし、コイルL1、L2およびL3が互いに異なる配線層に形成されている場合、3層分の配線層にコイルが形成される。インピーダンス整合回路MC1以外の回路を形成するスペースを確保する観点からは、コイルL1、L2およびL3が1層または2層に形成されていることが好ましい。 Further, as will be described later, the semiconductor device 100 has a plurality of wiring layers. The coils L1, L2 and L3 may be formed in the same wiring layer or different wiring layers among the plurality of wiring layers. When the coils L1, L2 and L3 are formed in different wiring layers, the coils L1, L2 and L3 can be arranged so as to overlap each other, so that the area occupied by the impedance matching circuit MC1 in a plan view can be reduced. Is particularly preferred. However, when the coils L1, L2 and L3 are formed in different wiring layers, the coils are formed in the wiring layers for the three layers. From the viewpoint of securing a space for forming a circuit other than the impedance matching circuit MC1, it is preferable that the coils L1, L2 and L3 are formed in one layer or two layers.

図6は、図2および図3に示す複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。図6では、コイルL1とは別の配線層に形成されるコイルL2を点線で、コイルL3を一点鎖線で示している。また、図6では、コイルL1が形成される配線層WL1(図7参照)とは別の半導体層に形成される受信回路RC1、送信回路TC1、および静電気保護回路ESDC(ダイオード素子)のそれぞれを模式的に回路記号で示している。また、図6では、コイルL1、L2、およびL3のそれぞれと、静電気保護回路ESDCとを電気的に接続する配線WP1を二点鎖線で示している。図7は、図6に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。図7では、配線層WL1〜WL4よりも下層に配置される半導体層に形成される受信回路RC1、送信回路TC1、および静電気保護回路ESDCのそれぞれを模式的に回路記号で示している。 FIG. 6 is an enlarged plan view showing an example of the layout around the plurality of coils shown in FIGS. 2 and 3. In FIG. 6, the coil L2 formed in a wiring layer different from the coil L1 is shown by a dotted line, and the coil L3 is shown by a alternate long and short dash line. Further, in FIG. 6, each of the receiving circuit RC1, the transmitting circuit TC1, and the electrostatic protection circuit ESDC (diode element) formed in a semiconductor layer different from the wiring layer WL1 (see FIG. 7) in which the coil L1 is formed is formed. It is schematically shown by a circuit symbol. Further, in FIG. 6, the wiring WP1 for electrically connecting each of the coils L1, L2, and L3 and the electrostatic protection circuit ESDC is shown by a chain double-dashed line. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG. In FIG. 7, each of the receiving circuit RC1, the transmitting circuit TC1, and the electrostatic protection circuit ESDC formed in the semiconductor layer arranged below the wiring layers WL1 to WL4 is schematically shown by circuit symbols.

図6および図7に示す例では、半導体装置100のインピーダンス整合回路MC1が備えるコイルL1、L2およびL3は、それぞれコイル形状に形成された導体パターンである。コイル形状の導体パターンとは、その導体パターンに電流を流した時に、導体パターンに囲まれた領域内に電流に起因して磁力が発生するようなパターンを言う。図6に示す例では、コイルL1、L2およびL3のそれぞれは、3周のコイルであるが、変形例として1周または2周のコイル、あるいは、4周以上のコイルを用いる場合がある。コイルの周回数を大きくすることによりカップリング強度を大きくすることができる。また、コイルの周回数が少なく、かつ、周回経路距離が短い場合、コイルの専有面積を小さくできる。 In the examples shown in FIGS. 6 and 7, the coils L1, L2, and L3 included in the impedance matching circuit MC1 of the semiconductor device 100 are conductor patterns formed in a coil shape, respectively. The coil-shaped conductor pattern is a pattern in which a magnetic force is generated due to an electric current in a region surrounded by the conductor pattern when an electric current is passed through the conductor pattern. In the example shown in FIG. 6, each of the coils L1, L2 and L3 is a coil having three turns, but as a modification, a coil having one or two turns or a coil having four or more turns may be used. The coupling strength can be increased by increasing the number of circumferences of the coil. Further, when the number of rotations of the coil is small and the rotation path distance is short, the occupied area of the coil can be reduced.

図6に示す半導体装置100の場合、コイルL1、L2およびL3は、互いに異なる配線層に形成されている。図7に示すように、コイルL1は、配線層WL1に配置され、コイルL2は、配線層WL2に配置され、コイルL3は、配線層WL3に配置される。配線層WL1と配線層WL2とは、絶縁層IL1を介して互いに隣り合う。配線層WL2と配線層WL3とは、絶縁層IL2を介して互いに隣り合う。配線層WL3と配線層WL4とは、絶縁層IL3を介して互いに隣り合う。また、配線層WL1は、半導体装置100の最上層の配線層であって、パッシベーション膜PF1に覆われている。パッシベーション膜PF1は、半導体装置100のパッド形成面を保護する保護膜であって、電極パッドPDの一部分は、パッシベーション膜PF1に形成された開口部において、パッシベーション膜PF1から露出している。コイルL1、L2、およびL3のそれぞれは、配線層WL1、WL2およびWL3を電気的に接続する層間導電路であるビアV1を介して電気的に接続されている。 In the case of the semiconductor device 100 shown in FIG. 6, the coils L1, L2 and L3 are formed in different wiring layers from each other. As shown in FIG. 7, the coil L1 is arranged in the wiring layer WL1, the coil L2 is arranged in the wiring layer WL2, and the coil L3 is arranged in the wiring layer WL3. The wiring layer WL1 and the wiring layer WL2 are adjacent to each other via the insulating layer IL1. The wiring layer WL2 and the wiring layer WL3 are adjacent to each other via the insulating layer IL2. The wiring layer WL3 and the wiring layer WL4 are adjacent to each other via the insulating layer IL3. Further, the wiring layer WL1 is the uppermost wiring layer of the semiconductor device 100 and is covered with the passivation film PF1. The passivation film PF1 is a protective film that protects the pad-forming surface of the semiconductor device 100, and a part of the electrode pad PD is exposed from the passivation film PF1 at the opening formed in the passivation film PF1. Each of the coils L1, L2, and L3 is electrically connected via a via V1 which is an interlayer conductive path that electrically connects the wiring layers WL1, WL2, and WL3.

図6および図7に示す構造の場合、図7に示すように、透視平面視において、コイルL1、L2およびL3が互いに重なっている。また、コイルL1、L2およびL3が互いに重なる面積を大きくすることができるので、平面視におけるインピーダンス整合回路MC1の専有面積を低減させることができる。また、コイルL1、L2およびL3が互いに異なる配線層に形成されている場合、コイルL1、L2およびL3の形状を同様の形状にし易い。この結果、コイルL1、L2およびL3のそれぞれの寄生インピーダンスの値を同程度にすることが容易である。 In the case of the structures shown in FIGS. 6 and 7, as shown in FIG. 7, the coils L1, L2 and L3 overlap each other in the perspective plan view. Further, since the area where the coils L1, L2 and L3 overlap each other can be increased, the area occupied by the impedance matching circuit MC1 in a plan view can be reduced. Further, when the coils L1, L2 and L3 are formed in different wiring layers, it is easy to make the shapes of the coils L1, L2 and L3 similar. As a result, it is easy to make the values of the parasitic impedances of the coils L1, L2, and L3 comparable.

図8は、図6に対する変形例である複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。図9は、図8に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。図10は、図9に示す第2配線層に形成されたコイルの拡大平面図である。図10は平面図であるが、コイルL1およびL2を識別し易くするため、それぞれ異なる種類のハッチングを付している。なお、以下では半導体装置101について説明するが、半導体装置101は、以下で説明する相違点を除き、図2、3、6および7に示す半導体装置100と同様である。したがって、半導体装置101は、図2および図3に示す回路と同様の回路構成を備える。 FIG. 8 is an enlarged plan view showing an example of layout around a plurality of coils, which is a modification of FIG. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG. FIG. 10 is an enlarged plan view of the coil formed in the second wiring layer shown in FIG. Although FIG. 10 is a plan view, different types of hatching are provided to make it easier to identify the coils L1 and L2. Although the semiconductor device 101 will be described below, the semiconductor device 101 is the same as the semiconductor device 100 shown in FIGS. 2, 3, 6 and 7, except for the differences described below. Therefore, the semiconductor device 101 has the same circuit configuration as the circuits shown in FIGS. 2 and 3.

図8および図9に示す半導体装置101が備えるインピーダンス整合回路MC1は、コイルL3が配線層WL1に形成され、コイルL2およびL3のそれぞれが、配線層WL2に形成されている。なお、図示は省略するが、半導体装置101に対する変形例として、コイルL3、L2およびL3のいずれか一つ(例えばコイルL1またはL2)が配線層WL1に形成され、他の二つが配線層WL2に形成されている場合もある。半導体装置101の場合、コイルL1、L2、およびL3のいずれか一つ(図8の場合、コイルL3)が配線層WL1に形成され、他の二つが配線層WL2に形成されているので、コイルが配置される配線層を2層に留めることができる。この場合、インピーダンス整合回路MC1以外の回路を形成するスペースを配線層WL3、WL4等に確保することができる。配線層WL1から配線層WL4までは、さらに下層側(図示しない半導体基板側)の配線層と比較してパターンの厚さ、幅、および隣り合うパターンの離間距離を広く確保することができる。したがって、配線層WL1〜WL4において、インピーダンス整合回路MC1以外の回路を形成するスペースを確保することにより、他の回路の特性を向上させることができる。 In the impedance matching circuit MC1 included in the semiconductor device 101 shown in FIGS. 8 and 9, the coil L3 is formed in the wiring layer WL1, and each of the coils L2 and L3 is formed in the wiring layer WL2. Although not shown, as a modification to the semiconductor device 101, any one of the coils L3, L2 and L3 (for example, the coil L1 or L2) is formed in the wiring layer WL1, and the other two are formed in the wiring layer WL2. It may be formed. In the case of the semiconductor device 101, since any one of the coils L1, L2, and L3 (coil L3 in the case of FIG. 8) is formed in the wiring layer WL1 and the other two are formed in the wiring layer WL2, the coil. The wiring layer in which the is arranged can be fastened to two layers. In this case, a space for forming a circuit other than the impedance matching circuit MC1 can be secured in the wiring layers WL3, WL4 and the like. From the wiring layer WL1 to the wiring layer WL4, it is possible to secure a wider pattern thickness, width, and separation distance between adjacent patterns as compared with the wiring layer on the lower layer side (semiconductor substrate side (not shown)). Therefore, in the wiring layers WL1 to WL4, the characteristics of other circuits can be improved by securing a space for forming a circuit other than the impedance matching circuit MC1.

また、半導体装置101の場合、電極パッドPDがコイルL3と同じ配線層WL1に形成されている。言い換えれば、コイルL1、L2、およびL3のうちの一部は、電極パッドPDを形成するための最上層配線層である配線層WL1に形成されている。最上層の配線層WL1をコイルL3の形成用に活用することで、配線層WL2から下層の配線層のスペースの余裕を確保することができる。 Further, in the case of the semiconductor device 101, the electrode pad PD is formed on the same wiring layer WL1 as the coil L3. In other words, a part of the coils L1, L2, and L3 is formed in the wiring layer WL1 which is the uppermost wiring layer for forming the electrode pad PD. By utilizing the uppermost wiring layer WL1 for forming the coil L3, it is possible to secure a margin of space between the wiring layer WL2 and the lower wiring layer.

上記したように、半導体装置101の変形例として、コイルL1、L2、およびL3のいずれか一つ(例えばコイルL2またはL1)が配線層WL1に形成され、他の二つが配線層WL2に形成されている場合もある。例えば、図示は省略するが、例えば、コイルL1を配線層WL1に形成し、コイルL2およびL3を配線層WL2に形成した場合、電極パッドPDとコイルL3とを電気的に接続する配線の寄生インピーダンスを低減できる点で好ましい。 As described above, as a modification of the semiconductor device 101, any one of the coils L1, L2, and L3 (for example, the coil L2 or L1) is formed on the wiring layer WL1, and the other two are formed on the wiring layer WL2. In some cases. For example, although not shown, when the coil L1 is formed in the wiring layer WL1 and the coils L2 and L3 are formed in the wiring layer WL2, the parasitic impedance of the wiring that electrically connects the electrode pad PD and the coil L3, for example. Is preferable in that the amount of

ただし、半導体装置101の場合、電極パッドPDに接続されるコイルL3が、電極パッドPDと同層の配線層WL1に形成されている。また、図10に示すように、コイルL1とL2とは、電流経路が同じ方向になるように形成されている。コイルL1とコイルL2とは互いに平行に配置される。この場合、コイルL1およびL3の結合係数と、コイルL2およびL3の結合係数とが同等のインピーダンス整合回路MC1が設計できる。 However, in the case of the semiconductor device 101, the coil L3 connected to the electrode pad PD is formed in the wiring layer WL1 which is the same layer as the electrode pad PD. Further, as shown in FIG. 10, the coils L1 and L2 are formed so that the current paths are in the same direction. The coil L1 and the coil L2 are arranged parallel to each other. In this case, an impedance matching circuit MC1 having the same coupling coefficient of the coils L1 and L3 and the coupling coefficient of the coils L2 and L3 can be designed.

また、配線層WL1およびWL2は、絶縁層IL1を介して隣り合っている。言い換えれば、コイルL1およびL2が形成される配線層WL2は、コイルL3が形成される配線層WL1の次の配線層である。このように、複数のコイルL1、L2、およびL3が形成される配線層が複数層に亘る場合において、各配線層の距離を近づけることにより、カップリング強度を向上させることができる。言い換えれば、複数のコイルL1、L2、およびL3が形成される配線層が複数層に亘る場合において、各配線層の距離を制御することにより、結合係数を調整することができる。 Further, the wiring layers WL1 and WL2 are adjacent to each other via the insulating layer IL1. In other words, the wiring layer WL2 on which the coils L1 and L2 are formed is the wiring layer next to the wiring layer WL1 on which the coil L3 is formed. In this way, when the wiring layers on which the plurality of coils L1, L2, and L3 are formed extend over the plurality of layers, the coupling strength can be improved by reducing the distance between the wiring layers. In other words, when the wiring layers on which the plurality of coils L1, L2, and L3 are formed extend over the plurality of layers, the coupling coefficient can be adjusted by controlling the distance between the wiring layers.

また、図8および図10に示すように、平面視において、コイルL3は、コイルL1およびL2と重なっている。この場合、インピーダンス整合回路MC1による専有面積の増大を抑制できる。また、コイルL3が、コイルL1およびL2と重なっている場合、コイルL3がコイルL1およびL2と重なる程度を制御することにより、コイルL1およびL2のそれぞれと、コイルL3とのカップリング強度(結合係数)を調整することができる。 Further, as shown in FIGS. 8 and 10, the coil L3 overlaps the coils L1 and L2 in a plan view. In this case, it is possible to suppress an increase in the occupied area due to the impedance matching circuit MC1. Further, when the coil L3 overlaps the coils L1 and L2, the coupling strength (coupling coefficient) between the coils L1 and L2 and the coil L3 is controlled by controlling the degree to which the coil L3 overlaps the coils L1 and L2. ) Can be adjusted.

また、図10に示すように、コイルL1およびL2は、互いに重なっている。ここで、「平面視において、コイルL1およびL2が重なっている」とは、平面視において、コイルL2が形成された領域と、コイルL1が形成された領域の少なくとも一部分が重複している状態をいう。図10に示す例では、コイルL1の周回経路は、コイルL2の周回経路の外側に配置される。このため、コイルL2が形成された領域は、コイルL1が形成された領域内に配置されるので、コイルL2はコイルL1と重なっているといえる。 Further, as shown in FIG. 10, the coils L1 and L2 overlap each other. Here, "in the plan view, the coils L1 and L2 overlap" means that in the plan view, the region where the coil L2 is formed and at least a part of the region where the coil L1 is formed overlap. say. In the example shown in FIG. 10, the circuit path of the coil L1 is arranged outside the circuit path of the coil L2. Therefore, since the region in which the coil L2 is formed is arranged in the region in which the coil L1 is formed, it can be said that the coil L2 overlaps with the coil L1.

図11は、平面視において二つのコイルが重なっている状態の一例を模式的に示す平面図である。また、図12は、平面視において二つのコイルが重ならず、かつ、磁気的には結合されている状態の一例を模式的に示す平面図である。図13は、平面視において二つのコイルが重ならず、かつ、二つのコイルとは別の配線層に形成されたコイルは、二つのコイルと重なっている状態の一例を模式的に示す平面図である。図11に模式的に示すように、配線層WL1に形成されたコイルL1の一部分と、配線層WL2に形成されたコイルL2の一部分が平面視において重複している場合、透視平面視において、コイルL3とコイルL2とは重なっていると言える。一方、図12に模式的に示すように、平面視において、コイルL1が形成された領域とコイルL2が形成された領域との間に重複する部分がない。この場合、コイルL1とコイルL2とは重なっていないと言える。ただし、コイルL1とコイルL2との離間距離が近ければ、コイルL1およびL2の磁気的な結合は成立する。図12に示す例では、コイルL1とL2とは、磁気的に結合している。また、図13に示す例では、配線層WL2に形成されたコイルL1およびL2は平面視において重ならず、かつ、磁気的に結合されている。一方、配線層WL1に形成されたコイルL3は、平面視(詳しくは透視平面視)において、コイルL1およびL2のそれぞれと重なっている。 FIG. 11 is a plan view schematically showing an example of a state in which two coils are overlapped in a plan view. Further, FIG. 12 is a plan view schematically showing an example of a state in which the two coils are not overlapped and are magnetically coupled in a plan view. FIG. 13 is a plan view schematically showing an example of a state in which the two coils do not overlap in a plan view and the coil formed in a wiring layer different from the two coils overlaps the two coils. Is. As schematically shown in FIG. 11, when a part of the coil L1 formed in the wiring layer WL1 and a part of the coil L2 formed in the wiring layer WL2 overlap in the plan view, the coil in the perspective plan view. It can be said that L3 and the coil L2 overlap. On the other hand, as schematically shown in FIG. 12, in a plan view, there is no overlapping portion between the region where the coil L1 is formed and the region where the coil L2 is formed. In this case, it can be said that the coil L1 and the coil L2 do not overlap. However, if the separation distance between the coil L1 and the coil L2 is short, the magnetic coupling between the coils L1 and L2 is established. In the example shown in FIG. 12, the coils L1 and L2 are magnetically coupled. Further, in the example shown in FIG. 13, the coils L1 and L2 formed in the wiring layer WL2 do not overlap in a plan view and are magnetically coupled. On the other hand, the coil L3 formed in the wiring layer WL1 overlaps each of the coils L1 and L2 in a plan view (specifically, a perspective plan view).

上記の定義によれば、図8および図10に示す半導体装置101の場合、平面視(詳しくは透視平面視)において、コイルL1、L2、およびL3のそれぞれは、互いに重なっている。コイルL1、L2、およびL3のそれぞれが互いに重なるように配置される場合コイルL1、L2、およびL3のそれぞれの重なりの程度を調整することにより、各コイルの結合係数を調整できるので、インピーダンス整合回路MC1としての特性を向上させることができる。半導体装置101の構造は、複数のコイル間の結合係数および結合容量が大きいインピーダンス整合回路MC1を設計する場合に適用して特に有効である。 According to the above definition, in the case of the semiconductor device 101 shown in FIGS. 8 and 10, the coils L1, L2, and L3 each overlap each other in a plan view (specifically, a perspective plan view). When the coils L1, L2, and L3 are arranged so as to overlap each other, the coupling coefficient of each coil can be adjusted by adjusting the degree of overlap of the coils L1, L2, and L3, so that an impedance matching circuit can be used. The characteristics as MC1 can be improved. The structure of the semiconductor device 101 is particularly effective when applied to design an impedance matching circuit MC1 having a large coupling coefficient and coupling capacitance between a plurality of coils.

図14は、図6に対する他の変形例である複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。図15は、図14に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。図16は、図15に示す第2配線層に形成されたコイルの拡大平面図である。図16は平面図であるが、コイルL1およびL2を識別し易くするため、それぞれ異なる種類のハッチングを付している。以下では半導体装置102について説明するが、半導体装置102は、以下で説明する相違点を除き、図2、3、6および7に示す半導体装置100と同様である。したがって、半導体装置102は、図2および図3に示す回路と同様の回路構成を備える。 FIG. 14 is an enlarged plan view showing an example of a layout around a plurality of coils, which is another modification of FIG. 6. FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG. FIG. 16 is an enlarged plan view of the coil formed in the second wiring layer shown in FIG. Although FIG. 16 is a plan view, different types of hatching are provided to make it easier to identify the coils L1 and L2. Hereinafter, the semiconductor device 102 will be described, but the semiconductor device 102 is the same as the semiconductor device 100 shown in FIGS. 2, 3, 6 and 7, except for the differences described below. Therefore, the semiconductor device 102 has the same circuit configuration as the circuits shown in FIGS. 2 and 3.

半導体装置102の場合、電極パッドPDに接続されるコイルL3が、電極パッドPDと同層の配線層WL1に形成されている。また、図16に示すように、コイルL1とL2とは、電流経路が同じ方向になるように形成されている。コイルL2の全体は、コイルL1の内側に位置するように配置される。この場合、図8〜図10に示す半導体装置101と比較してコイルL1とコイルL2の結合係数および結合容量が小さい。また、コイルL3が、コイルL1およびL2と重なっているので、コイルL3のコイルL1およびL2に対する平面的な位置関係を調整することにより、コイルL1およびL2のそれぞれと、コイルL3とのカップリング強度(結合係数)を調整することができる。 In the case of the semiconductor device 102, the coil L3 connected to the electrode pad PD is formed in the wiring layer WL1 which is the same layer as the electrode pad PD. Further, as shown in FIG. 16, the coils L1 and L2 are formed so that the current paths are in the same direction. The entire coil L2 is arranged so as to be located inside the coil L1. In this case, the coupling coefficient and coupling capacitance of the coil L1 and the coil L2 are smaller than those of the semiconductor device 101 shown in FIGS. 8 to 10. Further, since the coil L3 overlaps the coils L1 and L2, the coupling strength between the coils L1 and L2 and the coil L3 is adjusted by adjusting the planar positional relationship of the coil L3 with respect to the coils L1 and L2. (Coupling coefficient) can be adjusted.

一方、図14に示すように、平面視におけるインピーダンス整合回路MC1のサイズは、図6に示す例および図8に示す例と比較して大きい。したがって、平面視におけるインピーダンス整合回路MC1の専有面積を低減させる観点からは、図6に示す半導体装置100、あるいは図8に示す半導体装置101の方が有利である。 On the other hand, as shown in FIG. 14, the size of the impedance matching circuit MC1 in a plan view is larger than that of the example shown in FIG. 6 and the example shown in FIG. Therefore, from the viewpoint of reducing the occupied area of the impedance matching circuit MC1 in a plan view, the semiconductor device 100 shown in FIG. 6 or the semiconductor device 101 shown in FIG. 8 is more advantageous.

図17は、図6に対する他の変形例である複数のコイル周辺のレイアウトの一例を示す拡大平面図である。図18は、図17に示す電極パッドおよびインピーダンス整合回路の拡大断面図である。図17は平面図であるが、コイルL3、L2、およびL3を識別し易くするため、それぞれ異なる種類のハッチングを付している。以下では半導体装置103について説明するが、半導体装置103は、以下で説明する相違点を除き、図2、3、6および7に示す半導体装置100と同様である。したがって、半導体装置103は、図2および図3に示す回路と同様の回路構成を備える。 FIG. 17 is an enlarged plan view showing an example of a layout around a plurality of coils, which is another modification of FIG. FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of the electrode pad and the impedance matching circuit shown in FIG. Although FIG. 17 is a plan view, different types of hatching are provided to make it easier to identify the coils L3, L2, and L3. Hereinafter, the semiconductor device 103 will be described, but the semiconductor device 103 is the same as the semiconductor device 100 shown in FIGS. 2, 3, 6 and 7, except for the differences described below. Therefore, the semiconductor device 103 has the same circuit configuration as the circuits shown in FIGS. 2 and 3.

半導体装置103は、コイルL3、L2、およびL2のそれぞれが、同じ配線層WL1に形成されている点で、図6に示す半導体装置100と相違する。平面視において、コイルL1、L2、およびL3のそれぞれは、互いに重なっている。半導体装置103の場合、インピーダンス整合回路MC1が配線層WL1に集約されている。このため、図18に示すように、配線層WL2、WL3およびWL4のそれぞれに広いスペースを確保することができる。 The semiconductor device 103 differs from the semiconductor device 100 shown in FIG. 6 in that the coils L3, L2, and L2 are each formed in the same wiring layer WL1. In plan view, the coils L1, L2, and L3 each overlap each other. In the case of the semiconductor device 103, the impedance matching circuit MC1 is integrated in the wiring layer WL1. Therefore, as shown in FIG. 18, a wide space can be secured in each of the wiring layers WL2, WL3, and WL4.

一方、図17に示すように、平面視におけるインピーダンス整合回路MC1のサイズは、図6に示す例、図8に示す例、および図14に示す例と比較して大きい。したがって、平面視におけるインピーダンス整合回路MC1の専有面積を低減させる観点からは、図6に示す半導体装置100、図8に示す半導体装置101、あるいは図14に示す半導体装置102の方が有利である。 On the other hand, as shown in FIG. 17, the size of the impedance matching circuit MC1 in a plan view is larger than that of the example shown in FIG. 6, the example shown in FIG. 8, and the example shown in FIG. Therefore, from the viewpoint of reducing the occupied area of the impedance matching circuit MC1 in a plan view, the semiconductor device 100 shown in FIG. 6, the semiconductor device 101 shown in FIG. 8, or the semiconductor device 102 shown in FIG. 14 is more advantageous.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.

100,101,102,103 半導体装置
C12,C13,C23 容量
DCC データ通信回路
ESDC 静電気保護回路
IL1,IL2,IL3 絶縁層
L1,L2,L3 コイル
MC1 インピーダンス整合回路
MD1 メモリデバイス
ND1,ND2,ND3,ND4 ノード
PCe 寄生容量
PD 電極パッド
PF1 パッシベーション膜
PZ1,PZ2 寄生インピーダンス
RC1 受信回路
SGr 入力信号
SGt 出力信号
TC1 送信回路
V1 ビア
WL1,WL2,WL3,WL4 配線層
WP1 配線
100, 101, 102, 103 Semiconductor devices C12, C13, C23 Capacitive DCC data communication circuit ESDC Electrostatic protection circuit IL1, IL2, IL3 Insulation layer L1, L2, L3 Coil MC1 Impedance matching circuit MD1 Memory device ND1, ND2, ND3, ND4 Node PCe Parasitic capacitance PD Electrode pad PF1 Passion film PZ1, PZ2 Parasitic impedance RC1 Reception circuit SGr Input signal SGt Output signal TC1 Transmission circuit V1 Via WL1, WL2, WL3, WL4 Wiring layer WP1 Wiring

Claims (20)

以下を含む半導体装置:
電極パッド、
前記電極パッドを介して入力信号を受信する受信回路、
前記電極パッドを介して出力信号を送信する送信回路、
前記電極パッドと前記受信回路との間に接続される第1コイル、
前記第1コイルと前記受信回路との間に接続される第2コイル、
前記第1コイルと前記送信回路との間に接続される第3コイル、
ここで、
前記第1コイルと前記第2コイルとの間には、前記第3コイルおよび寄生容量が接続される。
Semiconductor devices including:
Electrode pad,
A receiving circuit that receives an input signal via the electrode pad,
A transmission circuit that transmits an output signal via the electrode pad,
A first coil connected between the electrode pad and the receiving circuit,
A second coil connected between the first coil and the receiving circuit,
A third coil connected between the first coil and the transmission circuit,
here,
The third coil and parasitic capacitance are connected between the first coil and the second coil.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記電極パッドに接続される静電気保護回路をさらに含み、
前記寄生容量は、前記静電気保護回路の容量を含む。
In the semiconductor device according to claim 1,
It further includes an electrostatic protection circuit connected to the electrode pad.
The parasitic capacitance includes the capacitance of the electrostatic protection circuit.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第1コイル、前記第2コイル、および前記第3コイルのそれぞれは、磁気的に結合されている。
In the semiconductor device according to claim 2,
Each of the first coil, the second coil, and the third coil is magnetically coupled.
請求項3に記載の半導体装置において、
前記第1コイル、前記第2コイル、および前記第3コイルのいずれか一つは、第1配線層に形成され、
前記第1コイル、前記第2コイル、および前記第3コイルの他の二つは前記第1配線層とは異なる第2配線層に形成されている。
In the semiconductor device according to claim 3,
Any one of the first coil, the second coil, and the third coil is formed in the first wiring layer.
The first coil, the second coil, and the other two of the third coil are formed in a second wiring layer different from the first wiring layer.
請求項4に記載の半導体装置において、
前記電極パッドは、前記第1配線層に形成されている。
In the semiconductor device according to claim 4,
The electrode pad is formed on the first wiring layer.
請求項5に記載の半導体装置において、
前記第3コイルは、前記第1配線層に形成され、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、前記第2配線層に形成され、
前記第1配線層と前記第2配線層とは、絶縁層を介して互いに隣り合っている。
In the semiconductor device according to claim 5,
The third coil is formed in the first wiring layer, and is formed on the first wiring layer.
The first coil and the second coil are formed in the second wiring layer, and the first coil and the second coil are formed in the second wiring layer.
The first wiring layer and the second wiring layer are adjacent to each other via an insulating layer.
請求項6に記載の半導体装置において、
平面視において、前記第3コイルは、前記第1コイルおよび前記第2コイルと重なっている。
In the semiconductor device according to claim 6,
In a plan view, the third coil overlaps the first coil and the second coil.
請求項7に記載の半導体装置において、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは互いに重なっている。
In the semiconductor device according to claim 7,
The first coil and the second coil overlap each other.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1コイル、前記第2コイル、および前記第3コイルのそれぞれは、同じ配線層に形成されている。
In the semiconductor device according to claim 1,
Each of the first coil, the second coil, and the third coil is formed in the same wiring layer.
請求項3に記載の半導体装置において、
平面視において、前記第1コイル、前記第2コイル、および前記第3コイルのそれぞれは、互いに重なっている。
In the semiconductor device according to claim 3,
In a plan view, the first coil, the second coil, and the third coil each overlap each other.
以下を含む半導体装置:
入力信号を受信する受信回路、
出力信号を送信する送信回路、
前記受信回路および前記送信回路のそれぞれと電気的に接続される電極パッド、
前記電極パッドに電気的に接続される寄生容量、および、
前記電極パッドと電気的に接続されるインピーダンス整合回路;
ここで、
前記インピーダンス整合回路は、
前記電極パッドに接続される第1インダクタと、
前記第1インダクタおよび前記受信回路に接続される第2インダクタと、
前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記送信回路に接続される第3インダクタと、
前記電極パッドと前記第1インダクタとの中点にある第1ノードと、
前記受信回路と前記第2インダクタとの中点にある第2ノードと、
前記送信回路と前記第3インダクタとの中点にある第3ノードと、
前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記第3インダクタのそれぞれの中点にある、第4ノードと、
を有し、
前記寄生容量は、前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記第3インダクタのそれぞれの中点に接続される。
Semiconductor devices including:
Receiving circuit that receives the input signal,
Transmission circuit that transmits the output signal,
Electrode pads that are electrically connected to each of the receiving circuit and the transmitting circuit,
Parasitic capacitance electrically connected to the electrode pad, and
Impedance matching circuit electrically connected to the electrode pad;
here,
The impedance matching circuit
The first inductor connected to the electrode pad and
The first inductor and the second inductor connected to the receiving circuit,
The first inductor, the second inductor, and the third inductor connected to the transmission circuit,
A first node at the midpoint between the electrode pad and the first inductor,
A second node at the midpoint between the receiving circuit and the second inductor,
A third node at the midpoint between the transmission circuit and the third inductor,
A fourth node at the midpoint of each of the first inductor, the second inductor, and the third inductor.
Have,
The parasitic capacitance is connected to the midpoint of each of the first inductor, the second inductor, and the third inductor.
請求項11に記載の半導体装置において、
前記電極パッドに接続される静電気保護回路をさらに含み、
前記寄生容量は、前記静電気保護回路の容量を含む。
In the semiconductor device according to claim 11,
It further includes an electrostatic protection circuit connected to the electrode pad.
The parasitic capacitance includes the capacitance of the electrostatic protection circuit.
請求項12に記載の半導体装置において、
前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記第3インダクタのそれぞれは、コイル形状に形成された導体パターンから成る。
In the semiconductor device according to claim 12,
Each of the first inductor, the second inductor, and the third inductor consists of a conductor pattern formed in a coil shape.
請求項13に記載の半導体装置において、
前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記第3インダクタのそれぞれは、磁気的に結合されている。
In the semiconductor device according to claim 13,
Each of the first inductor, the second inductor, and the third inductor is magnetically coupled.
請求項14に記載の半導体装置において、
平面視において、前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記第3インダクタのそれぞれは、互いに重なっている。
In the semiconductor device according to claim 14,
In a plan view, the first inductor, the second inductor, and the third inductor each overlap each other.
請求項14に記載の半導体装置において、
前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記第3インダクタのいずれか一つは、第1配線層に形成され、
前記第1インダクタ、前記第2インダクタ、および前記第3インダクタの他の二つは前記第1配線層とは異なる第2配線層に形成されている。
In the semiconductor device according to claim 14,
Any one of the first inductor, the second inductor, and the third inductor is formed in the first wiring layer.
The first inductor, the second inductor, and the other two of the third inductor are formed in a second wiring layer different from the first wiring layer.
請求項16に記載の半導体装置において、
前記電極パッドは、前記第1配線層に形成されている。
In the semiconductor device according to claim 16,
The electrode pad is formed on the first wiring layer.
請求項17に記載の半導体装置において、
前記第3インダクタは、前記第1配線層に形成され、
前記第1インダクタおよび前記第2インダクタは、前記第2配線層に形成され、
前記第1配線層と前記第2配線層とは、絶縁層を介して互いに隣り合っている。
In the semiconductor device according to claim 17,
The third inductor is formed on the first wiring layer.
The first inductor and the second inductor are formed on the second wiring layer.
The first wiring layer and the second wiring layer are adjacent to each other via an insulating layer.
請求項18に記載の半導体装置において、
平面視において、前記第3インダクタは、前記第1インダクタおよび前記第2インダクタと重なっている。
In the semiconductor device according to claim 18,
In a plan view, the third inductor overlaps the first inductor and the second inductor.
請求項19に記載の半導体装置において、
前記第1インダクタおよび前記第2インダクタは互いに重なっている。
In the semiconductor device according to claim 19,
The first inductor and the second inductor overlap each other.
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