JP3912248B2

JP3912248B2 - Electromagnetic induction spiral inductor

Info

Publication number: JP3912248B2
Application number: JP2002285289A
Authority: JP
Inventors: 雅人辻井; 寛康大森
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004119948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置用基板に内蔵されるインダクタの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波回路の応用分野が広がるとともに、回路の小型化の要求が強まっている。半導体では受動素子まで集積されたＭＭＩＣ（ＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃＭｉｃｒｏｗａｖｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ）や部品をプリント配線板に内蔵した部品内蔵の半導体装置用基板の研究・開発が進められている。
これらの小型化を進めるためには、配線の高密度化だけでなく、内部回路に使用するＬ（インダクタ）、Ｃ（キャパシタ）、Ｒ（レジスター）も高密度化する必要がある。
【０００３】
ＬＲＣの中でも、インダクタＬは高密度にすることが難しく、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような大面積を使用するスパイラルインダクタが使用され、２次元的な構成では、インダクタのインダクタンスを確保するには、ある限界にきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
スパイラルインダクタを使用した場合、必要なインダクタンスを得るにはある程度の面積が必要となる。今後、半導体装置用基板が多層化されるにつれ、平面的なインダクタだけではなく、面積（体積）を削減した３次元的なインダクタ構成の必要性が高まっている。
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、電流の変化によって生じる電磁誘導を一方向だけでなく、多方向に生じさせることで、単位体積当たりのインダクタンス効率を上げることが可能な電磁誘導スパイラルインダクタを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を達成するために、本発明は、少なくとも基板に垂直に磁界を発生させるインダクタが内蔵された半導体装置用基板において、分割点が直線状となるよう分割されたスパイラルインダクタ導体配線層が、絶縁層を介して少なくとも２層形成されており、前記分割されたスパイラルインダクタ導体配線層が直線状に配置されたビアにて接続されてスパイラルインダクタを形成することで基板に平行に磁界を発生可能であることを特徴とする電磁誘導スパイラルインダクタとしたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき説明する。
本発明の電磁誘導スパイラルインダクタは、スパイラルインダクタ導体配線層の電流の変化に対して基板に垂直に生じる磁界を作ることで、インダクタ成分を高めるだけでなく、基板に水平な成分への磁界も利用して電磁誘導（コイル状の配線に電流の変化に対してそれを妨げる向きに磁界が発生する現象）による妨げる力を高めることでインダクタ成分を効率よく得るようにしたものである。
このように、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタはスパイラルインダクタの電磁誘導作用を強めることで、スパイラルインダクタ導体配線層が持つインダクタンス成分を増加させる。よって、スパイラルインダクタの使用面積を削減することができる。
【０００７】
図１（ａ）は、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタの一実施例を示す模式平面図である。この電磁誘導スパイラルインダクタは、スパイラルインダクタ導体配線層を２分割して、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２が絶縁層１２を介して絶縁基材１１上に形成されており、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２はビア４１にて電気的に接続され、絶縁層１２を介して分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２が行き来する２層構成のスパイラルインダクタを形成したものである。
【０００８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図で、図１（ｃ）は、図１（ａ）をＢ−Ｂ’線で切断した模式構成断面図である。
図１（ｄ）は、図１（ａ）をＤ方向から見た時の電流の方向を示す説明図で、垂直方向にも電流の向きが発生し、電磁誘導によって発生する磁界の方向が２方向のスパイラルインダクタを形成している。よって、導体配線層に流れる交流電流（特に高周波成分）を妨げる働きをする磁界成分を２方向から得ることで、インダクタ成分を効率よく得るようにし、インダクタンスの値を大きくしている。
【０００９】
図２（ａ）は、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタの他の実施例を示す模式平面図である。この電磁誘導スパイラルインダクタは、スパイラルインダクタ導体配線層を８分割して、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２が絶縁層１２を介して絶縁基材１１上に形成されており、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２はビア４１にて電気的に接続され、絶縁層１２を介して分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２が行き来する２層構成のスパイラルインダクタを形成したもので、スパイラルインダクタ導体配線層の分割数が多い分だけ行き来の回数を増やしている。
【００１０】
図２（ｂ）は、図２（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図で、図２（ｃ）は、図２（ａ）をＢ−Ｂ’線で切断した模式構成断面図である。
図２（ｄ）は、図１（ａ）をＤ方向から見た時の電流の方向を示す説明図で、垂直方向にも電流の向きが発生し、電磁誘導によって発生する磁界の方向が２方向のスパイラルインダクタを形成している。よって、導体配線層に流れる交流電流（特に高周波成分）を妨げる働きをする磁界成分を２方向から得ることで、インダクタ成分を効率よく得るようにし、インダクタンスの値を大きくしている。この事例では、スパイラルインダクタ導体配線層をアミンダ状に配置することで、インダクタ成分をさらに効率よく得るようにしている。
【００１１】
図３（ａ）は、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタの他の実施例を示す模式平面図である。この電磁誘導スパイラルインダクタは、スパイラルインダクタ導体配線層を３分割して、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２３が絶縁層１２及び絶縁層１３を介して絶縁基材１１上に形成されており、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２３はビア４１及びビア４２にて電気的に接続され、絶縁層１２及び絶縁層１３を介して分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２１、分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２及び分割されたスパイラルインダクタ導体配線層２２が行き来する３層構成のスパイラルインダクタを形成したもので、スパイラルインダクタ導体配線層の層構成が多い分だけ行き来の回数を増やしている。
【００１２】
図３（ｂ）は、図３（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図で、図３（ｃ）は、図３（ａ）をＢ−Ｂ’線で切断した模式構成断面図である。
図３（ｄ）は、図３（ａ）をＤ方向から見た時の電流の方向を示す説明図で、垂直方向にも電流の向きが発生し、電磁誘導によって発生する磁界の方向が２方向のスパイラルインダクタを形成している。よって、導体配線層に流れる交流電流（特に高周波成分）を妨げる働きをする磁界成分を２方向から得ることで、インダクタ成分を効率よく得るようにし、インダクタンスの値を大きくしている。
さらに、導体配線の最上層と最下層の間に厚みを持たせることで、基板の垂直方向に流れる電流を増やし、インダクタ成分を効率よく得るようにしたものである。
【００１３】
【発明の効果】
上記したように、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタは、スパイラルインダクタを構成するスパイラルインダクタ導体配線層を分割して、絶縁層を介して配置することにより、電磁誘導によって発生する磁界の方向を２方向発生させ、インダクタ成分を効率よく得ているため、ＭＭＩＣや部品内蔵基板等の集積化を求める半導体において、スパイラルインダクタの面積を削減でき、部品（インダクタ）内蔵の高密度半導体装置用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタの一実施例を示す模式平面図である。
（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
（ｃ）は、（ａ）をＢ−Ｂ’線で切断した模式構成断面図である。
（ｄ）は、（ａ）をＤ方向から見た時の電流の方向を示す説明図である。
【図２】（ａ）は、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタの他の実施例を示す模式平面図である。
（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
（ｃ）は、（ａ）をＢ−Ｂ’線で切断した模式構成断面図である。
（ｄ）は、（ａ）をＤ方向から見た時の電流の方向を示す説明図である。
【図３】（ａ）は、本発明の電磁誘導スパイラルインダクタの他の実施例を示す模式平面図である。
（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
（ｃ）は、（ａ）をＢ−Ｂ’線で切断した模式構成断面図である。
（ｄ）は、（ａ）をＤ方向から見た時の電流の方向を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、従来のスパイラルインダクタの一例を示す模式平面図である。
（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
（ｃ）は、（ａ）をＢ−Ｂ’線で切断した模式構成断面図である。
【符号の説明】
１１……絶縁基材
１２、１３……絶縁層
２１、２２、２３、３１、３２……分割されたスパイラルインダクタ導体配線層
４１、４２、４３……ビア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of an inductor built in a substrate for a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
As the application field of high-frequency circuits expands, there is an increasing demand for circuit miniaturization. In semiconductors, research and development of MMICs (Monolithic Microwave Integrated Circuits) in which even passive elements are integrated and components-embedded semiconductor device substrates in which components are embedded in a printed wiring board are in progress.
In order to advance these miniaturizations, it is necessary to increase not only the wiring density but also the L (inductor), C (capacitor), and R (resistor) used in the internal circuit.
[0003]
Among LRCs, it is difficult to increase the density of the inductor L, and a spiral inductor using a large area as shown in FIGS. 4A to 4C is used. In a two-dimensional configuration, the inductance of the inductor is reduced. To secure, we are at a certain limit.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a spiral inductor is used, a certain area is required to obtain a required inductance. In the future, as the substrate for semiconductor devices becomes multilayered, the need for not only a planar inductor but also a three-dimensional inductor configuration with a reduced area (volume) is increasing.
The present invention has been devised in view of the above-described problems. An electromagnetic induction that can increase inductance efficiency per unit volume by generating electromagnetic induction caused by a change in current not only in one direction but also in multiple directions. An object is to provide an inductive spiral inductor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object in the present invention, the present invention provides a spiral inductor in which a dividing point is divided so as to be linear in a semiconductor device substrate having a built-in inductor that generates a magnetic field perpendicular to the substrate. At least two conductor wiring layers are formed with an insulating layer interposed therebetween, and the divided spiral inductor conductor wiring layers are connected by vias arranged in a straight line to form a spiral inductor, which is parallel to the substrate. it is obtained by the electromagnetic induction spiral inductor, wherein generatable der Rukoto a magnetic field.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The electromagnetic induction spiral inductor of the present invention not only enhances the inductor component by creating a magnetic field generated perpendicular to the substrate with respect to changes in the current of the spiral inductor conductor wiring layer, but also utilizes a magnetic field to a component horizontal to the substrate. Thus, the inductor component can be efficiently obtained by increasing the hindering force caused by electromagnetic induction (a phenomenon in which a magnetic field is generated in a direction that hinders a change in current in the coiled wiring).
As described above, the electromagnetic induction spiral inductor of the present invention increases the inductance component of the spiral inductor conductor wiring layer by enhancing the electromagnetic induction action of the spiral inductor. Therefore, the usage area of the spiral inductor can be reduced.
[0007]
FIG. 1A is a schematic plan view showing an embodiment of the electromagnetic induction spiral inductor of the present invention. In this electromagnetic induction spiral inductor, the spiral inductor conductor wiring layer is divided into two, and the divided spiral inductor conductor wiring layer 21 and the divided spiral inductor conductor wiring layer 22 are formed on the insulating substrate 11 via the insulating layer 12. The formed spiral inductor conductor wiring layer 21 and the divided spiral inductor conductor wiring layer 22 are electrically connected by a via 41 and divided via the insulating layer 12. And the spiral inductor of the 2 layer structure in which the divided spiral inductor conductor wiring layer 22 goes back and forth is formed.
[0008]
1B is a schematic cross-sectional view of FIG. 1A cut along the line AA ′, and FIG. 1C is a schematic configuration of FIG. 1A cut along the line BB ′. It is sectional drawing.
FIG. 1 (d) is an explanatory diagram showing the direction of current when FIG. 1 (a) is viewed from the D direction. The direction of the current is also generated in the vertical direction, and the direction of the magnetic field generated by electromagnetic induction is 2. The direction spiral inductor is formed. Therefore, by obtaining a magnetic field component that functions to prevent an alternating current (especially a high frequency component) flowing in the conductor wiring layer from two directions, an inductor component can be obtained efficiently and an inductance value is increased.
[0009]
FIG. 2A is a schematic plan view showing another embodiment of the electromagnetic induction spiral inductor of the present invention. In this electromagnetic induction spiral inductor, the spiral inductor conductor wiring layer is divided into eight, and the divided spiral inductor conductor wiring layer 21 and the divided spiral inductor conductor wiring layer 22 are formed on the insulating substrate 11 via the insulating layer 12. The formed spiral inductor conductor wiring layer 21 and the divided spiral inductor conductor wiring layer 22 are electrically connected by a via 41 and divided via the insulating layer 12. In addition, a spiral inductor having a two-layer structure in which the divided spiral inductor conductor wiring layer 22 goes back and forth is formed, and the number of times of going back and forth is increased by the number of divisions of the spiral inductor conductor wiring layer.
[0010]
2B is a schematic cross-sectional view of FIG. 2A cut along the line AA ′, and FIG. 2C is a schematic configuration of FIG. 2A cut along the line BB ′. It is sectional drawing.
FIG. 2D is an explanatory diagram showing the direction of current when FIG. 1A is viewed from the D direction. The direction of the current is also generated in the vertical direction, and the direction of the magnetic field generated by electromagnetic induction is 2. The direction spiral inductor is formed. Therefore, by obtaining a magnetic field component that functions to prevent an alternating current (especially a high frequency component) flowing in the conductor wiring layer from two directions, an inductor component can be obtained efficiently and an inductance value is increased. In this case, the inductor component is more efficiently obtained by arranging the spiral inductor conductor wiring layer in an aminar shape.
[0011]
FIG. 3A is a schematic plan view showing another embodiment of the electromagnetic induction spiral inductor of the present invention. In this electromagnetic induction spiral inductor, the spiral inductor conductor wiring layer is divided into three, and the divided spiral inductor conductor wiring layer 21, the divided spiral inductor conductor wiring layer 22, and the divided spiral inductor conductor wiring layer 23 are insulating layers. 12 and the insulating layer 13 are formed on the insulating substrate 11, and the divided spiral inductor conductor wiring layer 21, the divided spiral inductor conductor wiring layer 22, and the divided spiral inductor conductor wiring layer 23 are vias. The spiral inductor conductor wiring layer 21, the divided spiral inductor conductor wiring layer 22, and the divided spiral inductor conductor wiring layer, which are electrically connected by 41 and vias 42 and divided through the insulating layer 12 and the insulating layer 13, respectively. Three-layered spy with 22 coming and going Obtained by forming a Le inductors, we are increasing the number of back and forth by the amount the layer structure of the spiral inductor conductor interconnect layer is large.
[0012]
3B is a schematic cross-sectional view of FIG. 3A cut along the line AA ′, and FIG. 3C is a schematic configuration of FIG. 3A cut along the line BB ′. It is sectional drawing.
FIG. 3D is an explanatory diagram showing the direction of current when FIG. 3A is viewed from the D direction. The direction of the current is also generated in the vertical direction, and the direction of the magnetic field generated by electromagnetic induction is 2. The direction spiral inductor is formed. Therefore, by obtaining a magnetic field component that acts to hinder an alternating current (especially a high frequency component) flowing in the conductor wiring layer from two directions, an inductor component can be obtained efficiently and an inductance value is increased.
Further, by providing a thickness between the uppermost layer and the lowermost layer of the conductor wiring, the current flowing in the vertical direction of the substrate is increased, so that the inductor component can be obtained efficiently.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, the electromagnetic induction spiral inductor according to the present invention divides the spiral inductor conductor wiring layer constituting the spiral inductor and arranges it through the insulating layer, so that the direction of the magnetic field generated by the electromagnetic induction is divided into two directions. Since the inductor component is generated efficiently, the area of the spiral inductor can be reduced in a semiconductor that requires integration of an MMIC, a component-embedded substrate, etc., and a high-density semiconductor device substrate with a built-in component (inductor) is provided. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic plan view showing an embodiment of an electromagnetic induction spiral inductor of the present invention.
(B) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along line AA ′.
(C) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along the line BB ′.
(D) is explanatory drawing which shows the direction of an electric current when (a) is seen from D direction.
FIG. 2A is a schematic plan view showing another embodiment of the electromagnetic induction spiral inductor of the present invention.
(B) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along line AA ′.
(C) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along the line BB ′.
(D) is explanatory drawing which shows the direction of an electric current when (a) is seen from D direction.
FIG. 3A is a schematic plan view showing another embodiment of the electromagnetic induction spiral inductor of the present invention.
(B) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along line AA ′.
(C) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along the line BB ′.
(D) is explanatory drawing which shows the direction of an electric current when (a) is seen from D direction.
FIG. 4A is a schematic plan view showing an example of a conventional spiral inductor.
(B) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along line AA ′.
(C) is a schematic cross-sectional view of (a) cut along the line BB ′.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Insulating base material 12, 13 ... Insulating layer 21, 22, 23, 31, 32 ... Split spiral inductor conductor wiring layer 41, 42, 43 ... Via

Claims

In the semiconductor device substrate inductor is incorporated to vertically generate a magnetic field in at least the substrate, the spiral inductor conductor wiring layer dividing points are divided so as to be linearly are formed at least two layers with an insulating layer , electromagnetic induction spiral inductors the divided spiral inductor conductive wiring layer and said generatable der Rukoto a magnetic field parallel to the substrate by forming a spiral inductor is connected by vias which are arranged in a straight line .