JP3161147B2 - スパイラルインダクタ素子 - Google Patents

スパイラルインダクタ素子

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JP3161147B2 JP09758693A JP9758693A JP3161147B2 JP 3161147 B2 JP3161147 B2 JP 3161147B2 JP 09758693 A JP09758693 A JP 09758693A JP 9758693 A JP9758693 A JP 9758693A JP 3161147 B2 JP3161147 B2 JP 3161147B2
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将明 西嶋
修 石川
裕雅 藤本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MMIC(Monolithic
Microwave IC)の構成要素として用いられる受動素子
の一種であるスパイラルインダクタ素子に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】スパイラルインダクタ素子はプレーナ型
インダクタ素子の一種であり、MMICの回路素子(受動素
子)として、インピーダンス整合、高周波チョークの用
途に用いられる。プレーナ型インダクタ素子には、スパ
イラルインダクタ素子の他に、高インピーダンスライ
ン、メアンダラインがある。ストレートライン(高イン
ピーダンスライン)は形成可能なライン幅の限界から、
得られるインダクタンスは限られるので、高インダクタ
ンスを得るには面積が大きくなる。メアンダラインは小
面積を得ようとすると隣接線路間の負の相互インダクタ
ンスによるカップリングのために所望のインダクタンス
を得るには面積が大きくなってしまう。両インダクタ素
子のこのような欠点に対してスパイラルインダクタ素子
は小面積で高インダクタンスを得るのに有効である。
【0003】一般に、GaAs基板を用いたスパイラル
インダクタ素子は第二層配線(Auメッキ)で引き回
し,スパイラルインダクタの中心から第二層配線と交差
して第一層配線、あるいはエアブリッジを用いて引き出
す構造となっている。
【0004】以下図面を参照しながら、上記した従来の
スパイラルインダクタ素子について説明する。スパイラ
ルインダクタ素子は、その形状で主に正方形、長方形、
円形型に分けられる。以下、正方形型で説明することに
する。図4は従来のスパイラルインダクタ素子の平面
図、図5はその製造工程を説明するための断面図であ
る。図5(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板1
の主面に絶縁膜2aとしてSiO、第一配線金属層3と
して蒸着によりTi/Au/Tiを形成した後、絶縁膜
2bとしてSiNを形成しコンタクトホール4を開け
る。次に図5(b)に示すように下地金属層5をTi/
Auで形成し、レジスト6のようにパターン形成した
後、第二配線金属層7をAuメッキにより形成する。次
に図5(c)に示すようにこレジスト6を除去した後、
イオンミリングにより第二配線金属層7以外の部分の下
地金属層5を除去し、半絶縁性GaAs基板1の反対側
の主面に接地金属層8をAu・Sn蒸着により形成す
る。このようにして図4に示すスパイラルインダクタ素
子の構成を得るのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図4、図
5に示した従来のスパイラルインダクタ素子では、第一
配線金属層3と第二配線金属層7の交差部がMIM(Me
tal-insulator-metal)型の等価容量として働くため
に,通常,寄生容量(個々の線路間のフリンジング容量
や対接地容量)、寄生インダクタンス(線路間の相互イ
ンダクタンス)で決まる高周波側の自己共振周波数が低
周波側に移動することで所望の伝送周波数利得の低下を
招くという問題を有していた。
【0006】本発明は上記問題点に鑑み、スパイラルイ
ンダクタ素子において、上記周波数特性を改善するとと
もに、この周波数特性を回路素子として積極的に利用す
る素子を提供することを目的とするものである。
【0007】本発明のスパイラルインダクタ素子は、半
導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1の配線
金属層およびスパイラル状の第2の配線金属層とを有
し、前記第1の配線金属層は前記第2の配線金属層の渦
中心部から渦外部方向へと引き出されるように形成され
ており、前記第1の配線金属層または前記第2の配線金
属層の幅が、前記第1の配線金属層と前記第2の配線金
属層の交差部とその他の部分とで異なり、前記交差部に
おける前記第1の配線金属層と前記第2の配線金属層と
の間には絶縁物が形成されているものである。
【0008】
【0009】
【0010】
【作用】本発明により、スパイラルインダクタ素子の自
己共振周波数を変えて、所望の伝送周波数利得の低下が
避けられるとともに、この自己共振による利得低下を高
調波(基本周波数の逓倍波)のトラップとして使用で
き、回路素子として有効な活用を図ることができる。
【0011】
【0012】
【0013】
【実施例】以下本発明のスパイラルインダクタ素子の実
施例について、図面を参照しながら説明する。
【0014】(実施例1)図1(a)は本発明の第1の
実施例を示すスパイラルインダクタ素子の平面図であ
る。図1(b)は図1(a)のA−A’における断面図
である。図1(c)はSパラメータの順方向伝送利得S
21の周波数特性説明図である。図1において、図4と同
一符号は同一または相当部分を示している。以下本発明
を図面を参照しながら説明する。
【0015】図1(a),(b)に示すように、厚さ1
50μmの半絶縁性GaAs基板1の主面上にSiO
(絶縁膜2a)を介して蒸着によりTi/Au/Ti
(第一配線金属層3)が形成され、その上にSiN(絶
縁膜2b)を介してメッキによりAuメッキ(第二配線
金属層7)が形成され、半絶縁性GaAs基板1の反対
側の主面上に蒸着によりAu/Sn(接地金属層8)が
形成されている。ここで絶縁膜2bの厚さを第一配線金
属層3と第二配線金属層7の交差領域9のみ変えること
により、例えばウエットエッチングあるいはドライエッ
チングにより絶縁膜2bの厚さを薄くする場合には第一
配線金属層3と第二配線金属層7の交差部の等価容量が
増え、 自己共振周波数fc∞1/√(LC)(L:インタ゛クタンス成分、
C:キャハ゜シタンス成分)…式(1) の関係から、図1(c)に示すように自己共振周波数が
低周波側にシフトし、絶縁膜2bの厚さを適当に選ぶこ
とで、自己共振周波数を高調波帯域(2倍波、3倍波
等)に設定することが可能となり高調波トラップとして
有効性を発揮する(図中II)。また、所望伝送周波数利
得の改善も行える(図中I)。なお、絶縁膜2b厚さを
交差領域9のみ厚くする場合においても、第一配線金属
層3と第二配線金属層7の交差部の等価容量が減り、上
式(1)から自己共振周波数が高周波側にシフトし同様
の効果が得られる。
【0016】(実施例2)図2(a)は本発明の第2の
実施例を示すスパイラルインダクタ素子の平面図であ
る。図2(b)はSパラメータの順方向伝送利得S21
周波数特性説明図である。図2において、図 と同一符
号は同一または相当部分を示している。以下本発明を図
面を参照しながら説明する。
【0017】図2(a)に示すように、厚さ150μm
の半絶縁性GaAs基板1の主面上にSiO(絶縁膜2
a)を介して蒸着によりTi/Au/Ti(第一配線金
属層3)が形成され、その上にSiN(絶縁膜2b)を
介してメッキによりAuメッキ(第二配線金属層7)が
形成されている。半絶縁性GaAs基板1の反対側の主
面上には蒸着によりAu/Sn(接地金属層8)が形成
されている。ここで、第一配線金属層3と第二配線金属
層7の交差部の形状を変えることにより、例えば第一配
線金属層3において交差部10のように配線幅を広くす
ると交差部10の部分の等価容量が増え、上式(1)か
ら、図2(b)に示すように自己共振周波数が低周波側
にシフトし、幅を適当に選ぶことで、自己共振周波数を
高調波帯域(2倍波、3倍波等)に設定することが可能
となり高調波トラップとして有効性を発揮する(図中I
I)。また、所望伝送周波数利得の改善も行える(図中
I)。なお、第一配線金属層3において交差部の配線幅
を狭くした場合、および第二配線金属層7の交差部の形
状を適当に変えた場合においても、交差部10の部分の
等価容量を可変でき、上式(1)から自己共振周波数が
シフトし同様の効果が得られる。
【0018】(実施例3)図3(a)は本発明の第3の
実施例を示すスパイラルインダクタ素子の平面図、図3
(b)は図3(a)のA−A’における断面図である。
図3(c)はSパラメータの順方向伝送利得S21の周波
数特性説明図である。図3において、図4,5と同一符
号は同一または相当部分を示している。以下本発明を図
面を参照しながら説明する。
【0019】図3(a)、(b)に示すように、厚さ1
50μmの半絶縁性GaAs基板1の主面上にSiO
(絶縁膜2a)を介して蒸着によりTi/Au/Ti
(第一配線金属層3)が形成され、その上にSiN(絶
縁膜2b)を介してメッキによりAuメッキ(第二配線
金属層7)が形成され、半絶縁性GaAs基板1の反対
側の主面上に蒸着によりAu/Sn(接地金属層8)が
形成されている。ここで、第一配線金属層3と第二配線
金属層7配線金属層の交差領域9に絶縁膜2bと異なる
高抵抗・絶縁性材料11として、強誘電体、もしくは強
磁性体を用いる。強誘電体を用いる場合、第一配線金属
層3と第二配線金属層7配線金属層の交差部の等価容量
は窒化膜に比べて数十倍に増えるため、上式(1)か
ら、自己共振周波数が約1/5となり図3(c)に示す
ように低周波側にシフトする。強誘電体の材料(誘電率
ε)膜厚を適当に選ぶことにより、自己共振周波数を高
調波帯域(2倍波、3倍波等)に設定することが可能と
なり高調波トラップとして有効性を発揮する(図中I
I)。また、所望伝送周波数利得の改善も行える(図中
I)。なお、高抵抗・絶縁性材料11として強磁性体を
用いる場合においても、交差領域9においてインダクタ
ンスが増え、上式(1)から自己共振周波数が低周波側
にシフトし同様の効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】本発明により、スパイラルインダクタ素
子の自己共振周波数を変えて、所望の伝送周波数利得の
低下が避けられるとともに、この自己共振による利得低
下を高調波(基本周波数の逓倍波)のトラップとして使
用でき、回路素子として有効な活用を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例であるスパイラ
ルインダクタ素子の平面図 (b)は本発明の第1の実施例であるスパイラルインダ
クタ素子の断面図 (c)は本発明の第1の実施例であるスパイラルインダ
クタ素子の伝送利得の周波数特性図
【図2】(a)は本発明の第2の実施例であるスパイラ
ルインダクタ素子の平面図 (b)は本発明の第2の実施例であるスパイラルインダ
クタ素子の伝送利得の周波数特性図
【図3】(a)は本発明の第3の実施例であるスパイラ
ルインダクタ素子の平面図 (b)は本発明の第3の実施例であるスパイラルインダ
クタ素子の断面図 (c)は本発明の第3の実施例であるスパイラルインダ
クタ素子の伝送利得の周波数特性図
【図4】従来のスパイラルインダクタ素子の平面図
【図5】従来のスパイラルインダクタ素子の製造工程を
示す断面図
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2a 絶縁膜1 2b 絶縁膜2 3 第一配線金属層 4 コンタクトホール 5 メッキ下地金属層 6 レジスト 7 第二配線金属層 8 接地金属層 9 第一配線金属層3と第二配線金属層7の交差領域 10 第一配線金属層3と第二配線金属層7の交差部 11 高抵抗・絶縁性材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 昌宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−244160(JP,A) 特開 昭60−260156(JP,A) 特開 昭63−88908(JP,A) 特開 昭61−161747(JP,A) 特開 昭62−69545(JP,A) 実開 平4−63653(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/04 H01L 21/822 H01L 27/01 311 H01P 1/00 H01P 3/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板上に形成
    された第1の配線金属層およびスパイラル状の第2の配
    線金属層とを有し、前記第1の配線金属層は前記第2の
    配線金属層の渦中心部から渦外部方向へと引き出される
    ように形成されており、前記第1の配線金属層または前
    記第2の配線金属層の幅が、前記第1の配線金属層と前
    記第2の配線金属層の交差部とその他の部分とで異な
    り、前記交差部における前記第1の配線金属層と前記第
    2の配線金属層との間には絶縁物が形成されていること
    を特徴とするスパイラルインダクタ素子。
  2. 【請求項2】 半導体基板と、前記半導体基板上に形成
    された第1の配線金属層およびスパイラル状の第2の配
    線金属層とを有し、前記第1の配線金属層は前記第2の
    配線金属層の渦中心部から渦外部方向へと引き出される
    ように形成されており、前記第1の配線金属層と前記第
    2の配線金属層との交差部に、前記第1の配線金属層と
    前記第2の配線金属層とに挟まれる強誘電体が形成され
    ていることを特徴とするスパイラルインダクタ素子。
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