JP4217106B2 - モノリシックマイクロ波集積回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノリシックマイクロ波集積回路、特に、動作中にインダクタンスを変える機構を有するインダクタが形成されているモノリシックマイクロ波集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高周波で動作し、低電圧で電力変換効率が高いことから、携帯電話機の送信部と受信部とにモノリシックマイクロ波集積回路（以下、ＭＭＩＣと呼称する）、例えば、ＧａＡｓ ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）などが使用されている（例えば、非特許文献１参照）。以下、ＭＭＩＣの一例として、高周波増幅器について説明する。
【０００３】
図７は、一例として、従来の高周波増幅器の構成を示す模式図である。
同図にみられるように、高周波増幅器１０は、インダクタ１１、キャパシタ２１，２２、整合回路２３，２４、増幅素子２５，２６から構成される。
インダクタ１１は、高インピーダンス線路を渦巻き状に配されて形成されたスパイラルインダクタであり、渦巻き状に巻かれた配線（以下、渦巻き配線と呼称する）１２と、渦巻き配線１２と交差する配線（以下、渡り配線と呼称する）１３とから形成される。そして、渦巻き配線１２の外側の端で接地され、渦巻き配線１２の内側の端から外側の端までの配線によって、高周波増幅器１０の対応可能な周波数帯が特定される。
【０００４】
キャパシタ２１，２２は、絶縁体膜を金属膜で挟んだＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）キャパシタである。
整合回路２３，２４は、インダクタ、ＭＩＭキャパシタ、抵抗素子、及びマイクロストリップ線路のいずれかを少なくとも１つ有する回路である。
増幅素子２５，２６は、ＧａＡｓ基板に形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと略称する）である。
【０００５】
また、キャパシタ２１，２２、及びインダクタ１１から高域通過型フィルタが形成される。そして、インダクタ１１のインダクタンスが高いほど、高周波信号を通過せずに、キャパシタ２２に伝達される信号強度が大きくなり、高域通過型フィルタの遮断周波数が低くなる。即ち、低い周波数に整合されることになる。
【０００６】
【非特許文献１】
上田大助 監修・著 「情報通信の新時代を拓く− 高周波・光半導体デバイス」 社団法人 電子情報通信学会、１９９９年１２月１日、ｐ．６２−１６４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、欧州では、９００ＭＨｚ帯を使用するＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）方式と、１．８ＧＨｚ帯を使用するＤＣＳ（Digital Cellular System）方式とに対応した携帯電話機が普及している。
一般的に、ＧＳＭ方式とＤＣＳ方式とに対応した携帯電話機の様に、１台で２つの通信方式に対応した携帯電話機（以下、デュアルバンド携帯電話機と呼称する）では、対応可能な周波数帯ごとに高周波増幅器が必要とされる。
【０００８】
これは、従来の高周波増幅器では、対応可能な周波数帯に合わせてインダクタのインダクタンスが固定されて設計されているためであり、動作中にインダクタのインダクタンスを変更することができないからである。
結果、従来の高周波増幅器では、デュアルバンド携帯電話機を設計する際に、対応可能な周波数帯ごとに最適化された高周波増幅器が必要となり、部品点数が増加し、部品点数の増加に伴い、低コスト化、小型化が実現されにくくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、動作中にインダクタンスを変える機構を有するインダクタが形成されているモノリシックマイクロ波集積回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（解決手段−１）
前述の課題を解決するにあたり、本発明に係わるモノリシックマイクロ波集積回路は、半導体基板に形成されたモノリシックマイクロ波集積回路であって、渦巻き状に巻かれた渦巻き配線と、渦巻き配線の内側の端部から渦巻き配線の最外周経路の外側に延設された第１の渡り配線と、渦巻き配線の周回経路の途中部から渦巻き配線の最外周経路の外側に延設された第２の渡り配線とからなるインダクタが形成されているとする。
【００１１】
これによって、本発明に係わるモノリシックマイクロ波集積回路は、後述の（効果−１）に示す効果があり、前述の目的を達成することが可能となる。
（効果−１）インダクタのインダクタンスを特徴付ける経路が１つから、３つになる。具体的には、渦巻き配線の内側の端部から外側の端部までの第１の経路と、渦巻き配線の内側の端部から周回線路の途中部までの第２の経路と、渦巻き配線の周回線路の途中部から外側の端部までの第３の経路である。そして、それぞれの経路ごとに、それぞれ異なるインダクタンスを特徴付けておき、これらの経路から適宜選択されることで、動作中であってもインダクタンスを変更することが可能になる。結果、１つの部品でも２つの周波数帯に対応することが可能になり、部品点数の増加を抑止することが可能という効果がある。また、チップ面積全体におけるインダクタの占める比率が大きいことを考慮して、１つの部品の中にインダクタンスごとにインダクタが形成された場合と比べても、インダクタンスごとにインダクタを形成しない分、大型化になることを抑止することが可能という効果がある。
【００１２】
（解決手段−２）
加えて、（解決手段−１）において、前記渦巻き配線は、半導体基板上の第１の絶縁膜を介して形成された第１層配線であり、前記第１の渡り配線および前記第２の渡り配線は、第１層配線上の第２の絶縁膜を介して形成された第２層配線であり、前記第２の絶縁膜は、渦巻き配線の内側の端部相当部位と周回経路の途中部相当部位とのそれぞれにスルーホールが穿たれており、これらのスルーホールを介して、第１の渡り配線および第２の渡り配線の一端部が渦巻き配線と接続されているとしてもよい。
【００１３】
これによって、さらに、後述の（効果−２）に示す効果がある。
（効果−２）製造工程を増やさずとも、また、複雑にせずとも、同一の配線工程で、第１の渡り配線および第２の渡り配線を形成することが可能という効果がある。
（解決手段−３）
加えて、（解決手段−２）において、前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、渦巻き配線の外側の端部を第１の接続部とし、第１の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第２の接続部とし、第２の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第３の接続部として、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかに一端が接続され、他端が接地され、遮断状態と導通状態とを切り換える第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子が接続されていない接続部のいずれかに一端が接続され、他端が接地され、遮断状態と導通状態とを切り換える第２のスイッチ素子とが形成されているとしてもよい。
【００１４】
これによって、さらに、後述の（効果−３）に示す効果がある。
（効果−３）３つの経路から選択された２つの経路の端に接続されたそれぞれのスイッチ素子を択一的に導通状態／遮断状態にすることで、動作中に、インダクタンスを切り換えることが可能という効果がある。
（解決手段−４）
加えて、（解決手段−３）において、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子のそれぞれは、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかにコレクタが接続されたエミッタ接地形のバイポーラトランジスタであるとしてもよい。
【００１５】
これによって、さらに、後述の（効果−４）に示す効果がある。
（効果−４）ＭＭＩＣ用能動素子としてはトランジスタが多用されており、そのトランジスタは動作の違いから電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とバイポーラトランジスタに大別される。例えば、電気的特性の点から、ＦＥＴと比べてＨＢＴの利点として、高利得、高パワー密度、単一電源、低１／ｆ雑音、高耐圧、しきい電圧の均一性などがあげられる。これらの利点から、一般的には、低ひずみ増幅器および発振器などに使用する能動素子としてＨＢＴは最適とされる。そして、ＨＢＴが使用される低ひずみ増幅器および発振器などにおいて、インダクタンスを切り換える際に用いられるスイッチ素子として電界効果トランジスタを使用するよりバイポーラトランジスタを使用する方が、余計な製造工程を要さずとも半導体基板に形成することが可能という効果がある。即ち、スイッチ素子のために余計な工程を発生させることを抑止することが可能という効果がある。
【００１６】
（解決手段−５）
加えて、（解決手段−４）において、前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のうち第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子のいずれもが接続されていない接続部に、それぞれの一端が接続されている第１のキャパシタおよび第２のキャパシタと、第１のキャパシタの他端に一端が接続されている第１の整合回路と、第２のキャパシタの他端に一端が接続されている第２の整合回路と、第１の整合回路の他端に一端が接続され、増幅した電気信号を第１の整合回路に出力する第１の増幅素子と、第２の整合回路の他端に一端が接続され、第２の整合回路から入力された電気信号を増幅する第２の増幅素子とが形成されているとしてもよい。
【００１７】
これによって、さらに、後述の（効果−５）に示す効果がある。
（効果−５）第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子、及びインダクタから構成されるフィルタ（以下、バイペダルＴ形フィルタと呼称する）は、足踏み状態にして、第１の増幅素子から出力され第１の整合回路を経て入力された信号のうち、第１の周波数帯（低域側周波数）の信号および第２の周波数帯（高域側周波数）のいずれかの信号を通過する。そして、バイペダルＴ形フィルタを通過した信号は、第２の整合回路を経て、第２の増幅素子に入力される。
【００１８】
ここで、足踏み状態とは、２つのスイッチ素子のうち一方を導通状態にして他方を遮断状態にすることである。例えば、第１のスイッチ素子が導通状態であり、第２のスイッチ素子が遮断状態であると、第１周波数の信号を通過する。或いは、第１のスイッチ素子が遮断状態であり、第２のスイッチ素子が導通状態であると、第２周波数の信号が通過する。
【００１９】
以上、バイペダルＴ形フィルタを足踏み状態にして、通過する第１周波数および第２周波数の信号を適宜切り換えて増幅することが可能という効果がある。
（解決手段−６）
或いは、（解決手段−３）において、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子のそれぞれは、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかにドレインが接続され、ソースが接地され、ゲートに印加される電圧で導通状態と遮断状態とを切り換えてスイッチ動作を行う電界効果トランジスタであるとしてもよい。
【００２０】
これによって、さらに、後述の（効果−６）に示す効果がある。
（効果−６）一方、電気的特性の点から、ＨＢＴと比べてＦＥＴの利点として、ＲＦ雑音が小さい、ゲートに対するバイアスの電力が小さい（ベース電流のバイアスの電力が大きい）、帰還容量が小さく、発振しにくい、熱暴走を生じにくいなどがあげられる。これらの利点から、一般的には、低雑音増幅器および高効率増幅器などに使用する能動としてＦＥＴは最適とされる。そして、ＦＥＴが使用される低雑音増幅器および高効率増幅器などにおいて、インダクタンスを切り換える際に用いられるスイッチ素子としてＨＢＴを使用するよりはＦＥＴを使用する方が、余計な製造工程を要さずとも半導体基板に形成することが可能という効果がある。即ち、スイッチ素子のために余計な工程を発生させることを抑止することが可能という効果がある。
【００２１】
（解決手段−７）
或いは、（解決手段−２）において、前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、渦巻き配線の外側の端部を第１の接続部とし、第１の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第２の接続部とし、第２の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第３の接続部として、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部の少なくとも２つにボンディングパッドが設けられているとしてもよい。
【００２２】
これによって、さらに、後述の（効果−７）に示す効果がある。
（効果−７）３つの経路のから選択された２つの経路の端に接続されたそれぞれのボンデイングパッドと、それぞれのボンディングパッドに接続されている外部の回路とが択一的に導通状態／遮断状態になることで、動作中に、インダクタンスを切り換えることが可能という効果がある。
【００２３】
また、いずれか一方のボンディングパッドのみ外部の回路と接続されると、第１の周波数帯（低域側周波数）または第２の周波数帯（高域側周波数）に対応するＭＭＩＣとして使用することが可能になる。即ち、単一の周波数帯のみで使用する際には、１つの部品で複数の周波数帯に対応することが可能という効果がある。
【００２４】
そして、１つの部品で複数の周波数帯に対応することが可能になると、周波数帯ごとにＭＭＩＣを揃えなくともよくなり、品目を減らすことが可能になり、製造コストの低減化が可能という効果がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
（インダクタの構成）
図１（ａ）は、モノリシックマイクロ波集積回路に形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ’線における矢視断面図である。
【００２６】
図１（ａ）にみられるように、モノリシックマイクロ波集積回路（以下、ＭＭＩＣと呼称する）に形成されたインダクタ１０１は、配線を渦巻き状に配されて形成されたインダクタであり、渦巻き状に巻かれた配線（以下、渦巻き配線と呼称する）１０２と、渦巻き配線１０２と交差する二つの配線（以下、それぞれを渡り配線と呼称する）１０３，１０４とから形成される。
【００２７】
図１（ｂ）にみられるように、渦巻き配線１０２は、第１配線層１２３に形成され、渡り配線１０３，１０４は、第２配線層１２５に形成される。
第１配線層１２３は、絶縁膜によるスペーサ１２２を用いて半導体基板１２１の上にリフトオフで形成され、第２配線層１２５は、第１配線層１２３の上に形成された層間絶縁膜１２４を介して形成される。
【００２８】
なお、第１配線層１２３および第２配線層１２５における配線には、主にＡｕが用いられ、蒸着またはスパッタによるＡｕ膜をリフトオフやイオンビームミリングなどでパターン形成される。スペーサ１２２および層間絶縁膜１２４には、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２などが用いられる。
渦巻き配線１０２は、内側の端部１０２ａで渡り配線１０３の一端とスルーホール１１１を介して接続され、周回経路の途中部１０２ｂで渡り配線１０４の一端とスルーホール１１２を介して接続され、外側の端で外部の回路（図外）と接続される。
【００２９】
渡り配線１０３は、一端で渦巻き配線１０２の内側の端とスルーホール１１１を介して接続され、他端で外部の回路（図外）と接続される。
渡り配線１０４は、一端で渦巻き配線１０２の周回経路の途中とスルーホール１１２を介して接続され、他端で外部の回路（図外）と接続される。
但し、渡り配線１０４の他端は、後述するように、渦巻き配線１０２の外側の端部１０２ｃが外部の回路（図外）と接続される場合には、開放端とされる。
【００３０】
（高周波増幅器の構成）
ここで、インダクタ１０１が形成されたＭＭＩＣの一例として、高周波増幅器について説明する。
図２は、実施の形態における高周波増幅器の構成を示す模式図である。
同図にみられるように、高周波増幅器２００は、従来の高周波増幅器１０と比べて、インダクタ１１の代わりに、インダクタ１０１を備える。さらに、新たに、スイッチ素子２０１，２０２を備える点が異なる。なお、高周波増幅器２００は、化合物半導体デバイス、例えば、ＧａＡｓ ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）で形成され、キャパシタ２１，２２、及びインダクタ１０１は、増幅素子２５，２６、スイッチ素子２０１，２０２が形成された後に、第１層配線、層間絶縁膜、第２層配線、めっき配線などから形成される。
【００３１】
スイッチ素子２０１，２０２は、ＧａＡｓ基板に形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと略称する）である。また、それぞれのエミッタで接地され、スイッチ素子２０１のコレクタで渦巻き配線１０２の外側の端と接続され、スイッチ素子２０２のコレクタで渡り配線１０４の他端と接続されている。さらに、それぞれのベースに印加される電圧で導通状態と遮断状態とを切り換えてスイッチ動作を行う。そして、これにより、それぞれのベースに外部の回路（図外）から択一的に電圧が印加されると、インダクタ１０１のインダクタンスを切り替えることになる。
【００３２】
例えば、外部の回路から、スイッチ素子２０１のベースに電圧が印加され、スイッチ素子２０２のベースに電圧が印加されないと、スイッチ素子２０１は導通状態になり、スイッチ素子２０２は遮断状態になる。このとき、インダクタ１０１は、渦巻き配線１０２の外側の端で接地されていることになり、インダクタ１０１のインダクタンスは、渦巻き配線１０２の内側の端から外側の端までの巻き数（以下、巻き数Ｎ１と呼称する）で特定される。
【００３３】
或いは、スイッチ素子２０２のベースに電圧が印加され、スイッチ素子２０１のベースに電圧が印加されないと、スイッチ素子２０１は遮断状態になり、スイッチ素子２０２は導通状態になる。このとき、インダクタ１０１は、渦巻き配線１０２の周回経路の途中で接地されていることになり、インダクタ１０１のインダクタンスは、渦巻き配線１０２の内側の端から周回経路の途中までの巻き数（以下、巻き数Ｎ２と呼称する）で特定される。
【００３４】
なお、渦巻き配線１０２の内側の端から外側の端までの配線によって、第１周波数帯に整合されているとし、渦巻き配線１０２の内側の端から周回経路の途中までの配線によって、第２周波数帯に整合されているとする。そして、一般的に、インダクタのインダクタンスは、巻き数が増加するほど大きくなることから、第１周波数帯より第２周波数帯の方が周波数は高い。
【００３５】
（高周波増幅器の特性）
ここで、高周波増幅器の具体的な特性について説明する。なお、渦巻き配線１０２の線路の幅を７μｍ、間隔を８μｍとし、巻き数Ｎ１を４．５巻きとし、巻き数Ｎ２を２．５巻きとする。
図３（ａ），（ｂ）は、実施の形態における高周波増幅器の利得特性を示すグラフである。なお、縦軸に利得が示され、横軸に周波数が示されている。
【００３６】
図３（ａ）にみられるように、スイッチ素子１０７を導通状態にし、スイッチ素子１０８を遮断状態にしたときに、９００ＭＨｚ付近（ＧＳＭの使用周波数帯）で高周波増幅器の利得が最大になっていることが示されている。
図３（ｂ）にみられるように、スイッチ素子１０７を遮断状態にし、スイッチ素子１０８を導通状態にしたときに、１７５０ＭＨｚ付近（ＤＣＳの使用周波数帯）で利得が最大になっていることが示されている。
【００３７】
これらから、高周波増幅器は、第１スイッチ素子を導通状態にしたときに、ＧＳＭに対応することができる。一方、第２スイッチ素子を導通状態にしたときに、ＤＣＳに対応することができることが窺える。
（高周波増幅器の適用例）
以上のように構成された高周波増幅器について、その適用例を説明する。
【００３８】
図４は、一例として、実施の形態における高周波増幅器が組み込まれたデュアルバンド携帯電話機の概要機能を示すブロック図である。
同図にみられるように、デュアルバンド携帯電話機４００は、アンテナ４０１、高周波スイッチ４０２，４０３、第１周波数帯送受信部４０４、第２周波数帯送受信部４０５、音声信号処理部４０６、Ｕ／ＩＦ部４０７、信号制御部４０８、電池４０９、高周波増幅器２００などから構成される。そして、取り分け高周波の出入口である高周波スイッチ４０２，４０３、第１周波数帯送受信部４０４、及び第２周波数帯送受信部４０５などでは、化合物半導体デバイス、例えば、ＧａＡｓ ＭＭＩＣなどが使用されている。
【００３９】
アンテナ４０１は、送受共用アンテナである。そして、外部から受信した信号を高周波スイッチ４０２に渡す。また、高周波スイッチ４０２から渡された信号を外部に送信する。
高周波スイッチ４０２は、ＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチであり、アンテナ４０１、高周波スイッチ４０３、高周波増幅器２００が、それぞれの端子に接続されている。そして、アンテナ４０１から渡された信号を高周波スイッチ４０３に渡す。また、高周波増幅器２００から渡された信号を、アンテナ４０１に渡す。
【００４０】
高周波スイッチ４０３は、ＳＰＤＴスイッチであり、高周波スイッチ４０２、第１周波数帯送受信部４０４、第２周波数帯送受信部４０５が、それぞれの端子に接続されている。そして、アンテナ４０１を介して外部から受信した信号が第１周波数帯の信号であるならば、高周波スイッチ４０２から渡された信号を第１周波数帯送受信部４０４に渡し、第２周波数帯の信号であるならば、第２周波数帯送受信部４０５に渡す。
【００４１】
第１周波数帯送受信部４０４および第２周波数帯送受信部４０５のそれぞれは、低雑音増幅器、ダウンコンバートミクサ、発振器、アップコンバートミクサ、ドライバ増幅器などから構成される。そして、第１周波数帯送受信部４０４は、高周波スイッチ４０３から渡された第１周波数帯の信号を、中間周波数の信号に変換し、変換した中間周波数の信号を、音声信号処理部４０６に渡す。また、音声信号処理部４０６から渡された中間周波数の信号を、第１周波数帯の信号に変換し、変換した第１周波数帯の信号を高周波増幅器２００に渡す。同様に、第２周波数帯送受信部４０５は、高周波スイッチ４０３から渡された第２周波数帯の信号を、中間周波数の信号に変換し、変換した中間周波数の信号を、音声信号処理部４０６に渡す。また、音声信号処理部４０６から渡された中間周波数の信号を、第２周波数帯の信号に変換し、変換した第２周波数帯の信号を高周波増幅器２００に渡す。
【００４２】
音声信号処理部４０６は、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）シグナルプロセッサ、音声コーデック、ベースバンドフィルタ、Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａコンバータなどから構成される。そして、第１周波数帯送受信部４０４および第２周波数帯送受信部４０５から渡された中間周波数の信号を、アナログ音声信号に複号し、複号したアナログ音声信号をＵ／ＩＦ部４０７に渡す。また、Ｕ／ＩＦ部４０７から渡されたアナログ音声信号を、中間周波数の信号に変換し、アンテナ４０１を介して外部に送信する信号が第１周波数帯の信号であるならば、変換した中間周波数の信号を第１周波数帯送受信部４０４に渡し、第２周波数帯の信号であるならば、第２周波数帯送受信部４０５に渡す。
【００４３】
Ｕ／ＩＦ部４０７は、レシーバ、スピーカ、マイクロフォン、キーボード、ＬＣＤ（liquid Crystal Display）などから構成される。そして、音声信号処理部４０６から渡されたアナログ音声信号をスピーカを介して出力する。また、マイクロフォンを介して入力されたアナログ音声信号を音声信号処理部４０６に渡す。
【００４４】
信号制御部４０８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などから構成される。そして、高周波増幅器２００、第１周波数帯送受信部４０４、第２周波数帯送受信部４０５、音声信号処理部４０６、及びＵ／ＩＦ部４０７を制御する。
【００４５】
電池４０９は、デュアルバンド携帯電話機４００の各構成要素に電力を供給する。
高周波増幅器２００は、スイッチ素子２０１，２０２のそれぞれのベースにバイアス電圧が信号制御部４０８から与えられて制御される。そして、信号制御部４０８からの制御に応じて、第１周波数帯送受信部４０４から渡される第１周波数帯の信号および第２周波数帯送受信部４０５から渡される第２周波数の信号とのいずれかを増幅し、増幅した信号を高周波スイッチ４０２に渡す。
【００４６】
（高周波増幅器の変形例）
ここで、インダクタ１０１が形成された高周波増幅器について、その変形例を説明する。なお、同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５は、変形例として、高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【００４７】
同図にみられるように、高周波増幅器５００は、高周波増幅器２００と比べて、スイッチ素子２０１，２０２の代わりに、ボンディングパッド５０１，５０２を備える点が異なる。
ボンディングパッド５０１，５０２は、外部引き出し用の電極パターンであり、ボンディングワイヤを用いて、外部の回路と接続される。また、ボンディングパッド５０１は、渦巻き配線１０２の外側の端と接続され、ボンディングパッド５０２は、渡り配線１０４の他端と接続されている。そして、ボンディングパッド５０１，５０２に接続される外部の回路を制御して、ボンディングパッド５０１，５０２のいずれかに電気信号を択一的に与えることにより、スイッチ素子２０１，２０２と同一の機能を実現する。
【００４８】
（インダクタの変形例）
ここで、ＭＭＩＣに形成されたインダクタについて、その変形例を説明する。
図６（ａ）は、変形例として、ＭＭＩＣに形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’線における矢視断面図である。
図６（ａ）にみられるように、ＭＭＩＣに形成されたインダクタ６０１は、配線を蛇行状に配されて形成されたインダクタであり、蛇行状に配された配線（以下、蛇行配線と呼称する）６０２と、蛇行配線６０２と交差する配線（以下、渡り配線と呼称する）６０３とから形成される。
【００４９】
図６（ｂ）にみられるように、蛇行配線６０２は、第１配線層１２３に形成され、渡り配線６０３は、第２配線層１２５に形成される。
蛇行配線６０２は、蛇行経路の途中部６０２ｂで渡り配線６０４の一端とスルーホール６１１を介して接続され、蛇行配線６０２の端部６０２ｃで外部の回路（図外）と接続される。
【００５０】
渡り配線６０３は、一端で蛇行配線６０２の蛇行経路の途中部６０２ｂとスルーホール６１１を介して接続され、他端で外部の回路（図外）と接続される。
（その他）
なお、渦巻き配線１０２の外側の端部１０２ｃにキャパシタ２１，２２のそれぞれの一端が接続され、渡り配線１０３の他端にスイッチ素子２０１が接続されているとしてもよい。
【００５１】
なお、渡り配線１０３，１０４は、エアブリッジで形成されるとしてもよい。
なお、半導体基板１２１として、ガリウムひ素（ＧａＡｓ）などの化合物半導体系の代わりに、シリコン（Ｓｉ）系としてもよい。
なお、スイッチ素子２０１，２０２として、バイポーラトランジスタの代わりに電界効果トランジスタとしてもよい。その際には、エミッタの代わりにソースで接地され、コレクタの代わりにドレインでインダクタと接続されているとすればよい。
【００５２】
なお、増幅素子２５，２６として、バイポーラトランジスタの代わりに電界効果トランジスタとしてもよい。
なお、スイッチ素子２０１，２０２および増幅素子２５，２６として、ＧａＡｓ−ＭＥＳＦＥＴ（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor），ＧａＡＳ−ＨＢＴ（High Electron Mobility Transistor），Ｐ−ＨＥＭＴ（Pseudomorphic HEMT），ＩｎＰ−ＨＥＭＴのいずれかとしてもよい。
【００５３】
なお、スイッチ素子２０１，２０２として、ＰＩＮダイオードとしてもよい。
なお、インダクタ１０１が形成されているＭＭＩＣとして、高周波増幅器以外にも、低雑音増幅器、発振器などとしてもよい。
なお、蛇行配線６０２と交差する配線（渡り配線６０３）の代わりに、蛇行配線６０２から分岐した配線（以下、分岐配線と呼称する）としてもよい。その際に、分岐配線が第１配線層１２３に形成されるとする。
【００５４】
なお、前述の説明において、ＧＳＭ／ＤＣＳの通信方式で用いられるＭＭＩＣとして説明したが、ＡＭＰＳ（Advanced Mobile Phone System）／ＰＣＳ（Personal Communication Services）や８００ＭＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯を用いるＰＤＣ（Personal Digital Cellular）など、他の通信方式で用いられるＭＭＩＣとしてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明に係わるモノリシックマイクロ波集積回路は、インダクタのインダクタンスを特徴付ける経路が１つから、３つになる。具体的には、渦巻き配線の内側の端部から外側の端部までの第１の経路と、渦巻き配線の内側の端部から周回線路の途中部までの第２の経路と、渦巻き配線の周回線路の途中部から外側の端部までの第３の経路である。そして、それぞれの経路ごとに、それぞれ異なるインダクタンスを特徴付けておき、これらの経路から適宜選択されることで、動作中であってもインダクタンスを変更することが可能になる。
【００５６】
結果、１つの部品でも２つの周波数帯に対応することが可能になり、部品点数の増加を抑止することが可能になる。そして、デュアルバンド携帯電話機を設計する際に、対応可能な周波数帯ごとに最適化された高周波増幅器が必要となり、部品点数が増加し、部品点数の増加に伴い、低コスト化、小型化が実現されにくくなるという問題を解決することが可能という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、モノリシックマイクロ波集積回路に形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ’線における矢視断面図である。
【図２】実施の形態における高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、実施の形態における高周波増幅器の利得特性を示すグラフである。
【図４】一例として、実施の形態における高周波増幅器が組み込まれたデュアルバンド携帯電話機の概要機能を示すブロック図である。
【図５】変形例として、高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、変形例として、ＭＭＩＣに形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’線における矢視断面図である。
【図７】一例として、従来の高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 高周波増幅器
１１ インダクタ
１２ 渦巻き配線
１３ 渡り配線
２１，２２ キャパシタ
２３，２４ 整合回路
２５，２６ 増幅素子
２００ 高周波増幅器
１０１ インダクタ
１０２ 渦巻き配線
１０２ａ 内側の端部
１０２ｂ 周回経路の途中部
１０２ｃ 外側の端部
１０３，１０４ 渡り配線
１１１，１１２ スルーホール
２０１，２０２ スイッチ素子
４００ デュアルバンド携帯電話機
４０１ アンテナ
４０２，４０３ 高周波スイッチ
４０４ 第１周波数帯送受信部
４０５ 第２周波数帯送受信部
４０６ 音声信号処理部
４０７ Ｕ／ＩＦ部
４０８ 信号制御部
４０９ 電池
５００ 高周波増幅器
５０１，５０２ ボンディングパッド
６０１ インダクタ
６０２ 蛇行配線
６０２ａ 端部
６０２ｂ 蛇行経路の途中部
６０２ｃ 端部
６０３ 渡り配線
６１１ スルーホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノリシックマイクロ波集積回路、特に、動作中にインダクタンスを変える機構を有するインダクタが形成されているモノリシックマイクロ波集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高周波で動作し、低電圧で電力変換効率が高いことから、携帯電話機の送信部と受信部とにモノリシックマイクロ波集積回路（以下、ＭＭＩＣと呼称する）、例えば、ＧａＡｓ ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）などが使用されている（例えば、非特許文献１参照）。以下、ＭＭＩＣの一例として、高周波増幅器について説明する。
【０００３】
図７は、一例として、従来の高周波増幅器の構成を示す模式図である。
同図にみられるように、高周波増幅器１０は、インダクタ１１、キャパシタ２１，２２、整合回路２３，２４、増幅素子２５，２６から構成される。
インダクタ１１は、高インピーダンス線路を渦巻き状に配されて形成されたスパイラルインダクタであり、渦巻き状に巻かれた配線（以下、渦巻き配線と呼称する）１２と、渦巻き配線１２と交差する配線（以下、渡り配線と呼称する）１３とから形成される。そして、渦巻き配線１２の外側の端で接地され、渦巻き配線１２の内側の端から外側の端までの配線によって、高周波増幅器１０の対応可能な周波数帯が特定される。
【０００４】
キャパシタ２１，２２は、絶縁体膜を金属膜で挟んだＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）キャパシタである。
整合回路２３，２４は、インダクタ、ＭＩＭキャパシタ、抵抗素子、及びマイクロストリップ線路のいずれかを少なくとも１つ有する回路である。
増幅素子２５，２６は、ＧａＡｓ基板に形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと略称する）である。
【０００５】
また、キャパシタ２１，２２、及びインダクタ１１から高域通過型フィルタが形成される。そして、インダクタ１１のインダクタンスが高いほど、高周波信号を通過せずに、キャパシタ２２に伝達される信号強度が大きくなり、高域通過型フィルタの遮断周波数が低くなる。即ち、低い周波数に整合されることになる。
【０００６】
【非特許文献１】
上田大助 監修・著 「情報通信の新時代を拓く− 高周波・光半導体デバイス」 社団法人 電子情報通信学会、１９９９年１２月１日、ｐ．６２−１６４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、欧州では、９００ＭＨｚ帯を使用するＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）方式と、１．８ＧＨｚ帯を使用するＤＣＳ（Digital Cellular System）方式とに対応した携帯電話機が普及している。
一般的に、ＧＳＭ方式とＤＣＳ方式とに対応した携帯電話機の様に、１台で２つの通信方式に対応した携帯電話機（以下、デュアルバンド携帯電話機と呼称する）では、対応可能な周波数帯ごとに高周波増幅器が必要とされる。
【０００８】
これは、従来の高周波増幅器では、対応可能な周波数帯に合わせてインダクタのインダクタンスが固定されて設計されているためであり、動作中にインダクタのインダクタンスを変更することができないからである。
結果、従来の高周波増幅器では、デュアルバンド携帯電話機を設計する際に、対応可能な周波数帯ごとに最適化された高周波増幅器が必要となり、部品点数が増加し、部品点数の増加に伴い、低コスト化、小型化が実現されにくくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、動作中にインダクタンスを変える機構を有するインダクタが形成されているモノリシックマイクロ波集積回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（解決手段−１）
前述の課題を解決するにあたり、本発明に係わるモノリシックマイクロ波集積回路は、半導体基板に形成されたモノリシックマイクロ波集積回路であって、渦巻き状に巻かれた渦巻き配線と、渦巻き配線の内側の端部から渦巻き配線の最外周経路の外側に延設された第１の渡り配線と、渦巻き配線の周回経路の途中部から渦巻き配線の最外周経路の外側に延設された第２の渡り配線とからなるインダクタが形成されているとする。
【００１１】
これによって、本発明に係わるモノリシックマイクロ波集積回路は、後述の（効果−１）に示す効果があり、前述の目的を達成することが可能となる。
（効果−１）インダクタのインダクタンスを特徴付ける経路が１つから、３つになる。具体的には、渦巻き配線の内側の端部から外側の端部までの第１の経路と、渦巻き配線の内側の端部から周回線路の途中部までの第２の経路と、渦巻き配線の周回線路の途中部から外側の端部までの第３の経路である。そして、それぞれの経路ごとに、それぞれ異なるインダクタンスを特徴付けておき、これらの経路から適宜選択されることで、動作中であってもインダクタンスを変更することが可能になる。結果、１つの部品でも２つの周波数帯に対応することが可能になり、部品点数の増加を抑止することが可能という効果がある。また、チップ面積全体におけるインダクタの占める比率が大きいことを考慮して、１つの部品の中にインダクタンスごとにインダクタが形成された場合と比べても、インダクタンスごとにインダクタを形成しない分、大型化になることを抑止することが可能という効果がある。
【００１２】
（解決手段−２）
加えて、（解決手段−１）において、前記渦巻き配線は、半導体基板上の第１の絶縁膜を介して形成された第１層配線であり、前記第１の渡り配線および前記第２の渡り配線は、第１層配線上の第２の絶縁膜を介して形成された第２層配線であり、前記第２の絶縁膜は、渦巻き配線の内側の端部相当部位と周回経路の途中部相当部位とのそれぞれにスルーホールが穿たれており、これらのスルーホールを介して、第１の渡り配線および第２の渡り配線の一端部が渦巻き配線と接続されているとしてもよい。
【００１３】
これによって、さらに、後述の（効果−２）に示す効果がある。
（効果−２）製造工程を増やさずとも、また、複雑にせずとも、同一の配線工程で、第１の渡り配線および第２の渡り配線を形成することが可能という効果がある。
（解決手段−３）
加えて、（解決手段−２）において、前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、渦巻き配線の外側の端部を第１の接続部とし、第１の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第２の接続部とし、第２の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第３の接続部として、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかに一端が接続され、他端が接地され、遮断状態と導通状態とを切り換える第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子が接続されていない接続部のいずれかに一端が接続され、他端が接地され、遮断状態と導通状態とを切り換える第２のスイッチ素子とが形成されているとしてもよい。
【００１４】
これによって、さらに、後述の（効果−３）に示す効果がある。
（効果−３）３つの経路から選択された２つの経路の端に接続されたそれぞれのスイッチ素子を択一的に導通状態／遮断状態にすることで、動作中に、インダクタンスを切り換えることが可能という効果がある。
（解決手段−４）
加えて、（解決手段−３）において、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子のそれぞれは、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかにコレクタが接続されたエミッタ接地形のバイポーラトランジスタであるとしてもよい。
【００１５】
これによって、さらに、後述の（効果−４）に示す効果がある。
（効果−４）ＭＭＩＣ用能動素子としてはトランジスタが多用されており、そのトランジスタは動作の違いから電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とバイポーラトランジスタに大別される。例えば、電気的特性の点から、ＦＥＴと比べてＨＢＴの利点として、高利得、高パワー密度、単一電源、低１／ｆ雑音、高耐圧、しきい電圧の均一性などがあげられる。これらの利点から、一般的には、低ひずみ増幅器および発振器などに使用する能動素子としてＨＢＴは最適とされる。そして、ＨＢＴが使用される低ひずみ増幅器および発振器などにおいて、インダクタンスを切り換える際に用いられるスイッチ素子として電界効果トランジスタを使用するよりバイポーラトランジスタを使用する方が、余計な製造工程を要さずとも半導体基板に形成することが可能という効果がある。即ち、スイッチ素子のために余計な工程を発生させることを抑止することが可能という効果がある。
【００１６】
（解決手段−５）
加えて、（解決手段−４）において、前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のうち第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子のいずれもが接続されていない接続部に、それぞれの一端が接続されている第１のキャパシタおよび第２のキャパシタと、第１のキャパシタの他端に一端が接続されている第１の整合回路と、第２のキャパシタの他端に一端が接続されている第２の整合回路と、第１の整合回路の他端に一端が接続され、増幅した電気信号を第１の整合回路に出力する第１の増幅素子と、第２の整合回路の他端に一端が接続され、第２の整合回路から入力された電気信号を増幅する第２の増幅素子とが形成されているとしてもよい。
【００１７】
これによって、さらに、後述の（効果−５）に示す効果がある。
（効果−５）第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子、及びインダクタから構成されるフィルタ（以下、バイペダルＴ形フィルタと呼称する）は、足踏み状態にして、第１の増幅素子から出力され第１の整合回路を経て入力された信号のうち、第１の周波数帯（低域側周波数）の信号および第２の周波数帯（高域側周波数）のいずれかの信号を通過する。そして、バイペダルＴ形フィルタを通過した信号は、第２の整合回路を経て、第２の増幅素子に入力される。
【００１８】
ここで、足踏み状態とは、２つのスイッチ素子のうち一方を導通状態にして他方を遮断状態にすることである。例えば、第１のスイッチ素子が導通状態であり、第２のスイッチ素子が遮断状態であると、第１周波数の信号を通過する。或いは、第１のスイッチ素子が遮断状態であり、第２のスイッチ素子が導通状態であると、第２周波数の信号が通過する。
【００１９】
以上、バイペダルＴ形フィルタを足踏み状態にして、通過する第１周波数および第２周波数の信号を適宜切り換えて増幅することが可能という効果がある。
（解決手段−６）
或いは、（解決手段−３）において、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子のそれぞれは、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかにドレインが接続され、ソースが接地され、ゲートに印加される電圧で導通状態と遮断状態とを切り換えてスイッチ動作を行う電界効果トランジスタであるとしてもよい。
【００２０】
これによって、さらに、後述の（効果−６）に示す効果がある。
（効果−６）一方、電気的特性の点から、ＨＢＴと比べてＦＥＴの利点として、ＲＦ雑音が小さい、ゲートに対するバイアスの電力が小さい（ベース電流のバイアスの電力が大きい）、帰還容量が小さく、発振しにくい、熱暴走を生じにくいなどがあげられる。これらの利点から、一般的には、低雑音増幅器および高効率増幅器などに使用する能動としてＦＥＴは最適とされる。そして、ＦＥＴが使用される低雑音増幅器および高効率増幅器などにおいて、インダクタンスを切り換える際に用いられるスイッチ素子としてＨＢＴを使用するよりはＦＥＴを使用する方が、余計な製造工程を要さずとも半導体基板に形成することが可能という効果がある。即ち、スイッチ素子のために余計な工程を発生させることを抑止することが可能という効果がある。
【００２１】
（解決手段−７）
或いは、（解決手段−２）において、前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、渦巻き配線の外側の端部を第１の接続部とし、第１の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第２の接続部とし、第２の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第３の接続部として、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部の少なくとも２つにボンディングパッドが設けられているとしてもよい。
【００２２】
これによって、さらに、後述の（効果−７）に示す効果がある。
（効果−７）３つの経路のから選択された２つの経路の端に接続されたそれぞれのボンデイングパッドと、それぞれのボンディングパッドに接続されている外部の回路とが択一的に導通状態／遮断状態になることで、動作中に、インダクタンスを切り換えることが可能という効果がある。
【００２３】
また、いずれか一方のボンディングパッドのみ外部の回路と接続されると、第１の周波数帯（低域側周波数）または第２の周波数帯（高域側周波数）に対応するＭＭＩＣとして使用することが可能になる。即ち、単一の周波数帯のみで使用する際には、１つの部品で複数の周波数帯に対応することが可能という効果がある。
【００２４】
そして、１つの部品で複数の周波数帯に対応することが可能になると、周波数帯ごとにＭＭＩＣを揃えなくともよくなり、品目を減らすことが可能になり、製造コストの低減化が可能という効果がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
（インダクタの構成）
図１（ａ）は、モノリシックマイクロ波集積回路に形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ’線における矢視断面図である。
【００２６】
図１（ａ）にみられるように、モノリシックマイクロ波集積回路（以下、ＭＭＩＣと呼称する）に形成されたインダクタ１０１は、配線を渦巻き状に配されて形成されたインダクタであり、渦巻き状に巻かれた配線（以下、渦巻き配線と呼称する）１０２と、渦巻き配線１０２と交差する二つの配線（以下、それぞれを渡り配線と呼称する）１０３，１０４とから形成される。
【００２７】
図１（ｂ）にみられるように、渦巻き配線１０２は、第１配線層１２３に形成され、渡り配線１０３，１０４は、第２配線層１２５に形成される。
第１配線層１２３は、絶縁膜によるスペーサ１２２を用いて半導体基板１２１の上にリフトオフで形成され、第２配線層１２５は、第１配線層１２３の上に形成された層間絶縁膜１２４を介して形成される。
【００２８】
なお、第１配線層１２３および第２配線層１２５における配線には、主にＡｕが用いられ、蒸着またはスパッタによるＡｕ膜をリフトオフやイオンビームミリングなどでパターン形成される。スペーサ１２２および層間絶縁膜１２４には、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２などが用いられる。
渦巻き配線１０２は、内側の端部１０２ａで渡り配線１０３の一端とスルーホール１１１を介して接続され、周回経路の途中部１０２ｂで渡り配線１０４の一端とスルーホール１１２を介して接続され、外側の端で外部の回路（図外）と接続される。
【００２９】
渡り配線１０３は、一端で渦巻き配線１０２の内側の端とスルーホール１１１を介して接続され、他端で外部の回路（図外）と接続される。
渡り配線１０４は、一端で渦巻き配線１０２の周回経路の途中とスルーホール１１２を介して接続され、他端で外部の回路（図外）と接続される。
但し、渡り配線１０４の他端は、後述するように、渦巻き配線１０２の外側の端部１０２ｃが外部の回路（図外）と接続される場合には、開放端とされる。
【００３０】
（高周波増幅器の構成）
ここで、インダクタ１０１が形成されたＭＭＩＣの一例として、高周波増幅器について説明する。
図２は、実施の形態における高周波増幅器の構成を示す模式図である。
同図にみられるように、高周波増幅器２００は、従来の高周波増幅器１０と比べて、インダクタ１１の代わりに、インダクタ１０１を備える。さらに、新たに、スイッチ素子２０１，２０２を備える点が異なる。なお、高周波増幅器２００は、化合物半導体デバイス、例えば、ＧａＡｓ ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）で形成され、キャパシタ２１，２２、及びインダクタ１０１は、増幅素子２５，２６、スイッチ素子２０１，２０２が形成された後に、第１層配線、層間絶縁膜、第２層配線、めっき配線などから形成される。
【００３１】
スイッチ素子２０１，２０２は、ＧａＡｓ基板に形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと略称する）である。また、それぞれのエミッタで接地され、スイッチ素子２０１のコレクタで渦巻き配線１０２の外側の端と接続され、スイッチ素子２０２のコレクタで渡り配線１０４の他端と接続されている。さらに、それぞれのベースに印加される電圧で導通状態と遮断状態とを切り換えてスイッチ動作を行う。そして、これにより、それぞれのベースに外部の回路（図外）から択一的に電圧が印加されると、インダクタ１０１のインダクタンスを切り替えることになる。
【００３２】
例えば、外部の回路から、スイッチ素子２０１のベースに電圧が印加され、スイッチ素子２０２のベースに電圧が印加されないと、スイッチ素子２０１は導通状態になり、スイッチ素子２０２は遮断状態になる。このとき、インダクタ１０１は、渦巻き配線１０２の外側の端で接地されていることになり、インダクタ１０１のインダクタンスは、渦巻き配線１０２の内側の端から外側の端までの巻き数（以下、巻き数Ｎ１と呼称する）で特定される。
【００３３】
或いは、スイッチ素子２０２のベースに電圧が印加され、スイッチ素子２０１のベースに電圧が印加されないと、スイッチ素子２０１は遮断状態になり、スイッチ素子２０２は導通状態になる。このとき、インダクタ１０１は、渦巻き配線１０２の周回経路の途中で接地されていることになり、インダクタ１０１のインダクタンスは、渦巻き配線１０２の内側の端から周回経路の途中までの巻き数（以下、巻き数Ｎ２と呼称する）で特定される。
【００３４】
なお、渦巻き配線１０２の内側の端から外側の端までの配線によって、第１周波数帯に整合されているとし、渦巻き配線１０２の内側の端から周回経路の途中までの配線によって、第２周波数帯に整合されているとする。そして、一般的に、インダクタのインダクタンスは、巻き数が増加するほど大きくなることから、第１周波数帯より第２周波数帯の方が周波数は高い。
【００３５】
（高周波増幅器の特性）
ここで、高周波増幅器の具体的な特性について説明する。なお、渦巻き配線１０２の線路の幅を７μｍ、間隔を８μｍとし、巻き数Ｎ１を４．５巻きとし、巻き数Ｎ２を２．５巻きとする。
図３（ａ），（ｂ）は、実施の形態における高周波増幅器の利得特性を示すグラフである。なお、縦軸に利得が示され、横軸に周波数が示されている。
【００３６】
図３（ａ）にみられるように、スイッチ素子１０７を導通状態にし、スイッチ素子１０８を遮断状態にしたときに、９００ＭＨｚ付近（ＧＳＭの使用周波数帯）で高周波増幅器の利得が最大になっていることが示されている。
図３（ｂ）にみられるように、スイッチ素子１０７を遮断状態にし、スイッチ素子１０８を導通状態にしたときに、１７５０ＭＨｚ付近（ＤＣＳの使用周波数帯）で利得が最大になっていることが示されている。
【００３７】
これらから、高周波増幅器は、第１スイッチ素子を導通状態にしたときに、ＧＳＭに対応することができる。一方、第２スイッチ素子を導通状態にしたときに、ＤＣＳに対応することができることが窺える。
（高周波増幅器の適用例）
以上のように構成された高周波増幅器について、その適用例を説明する。
【００３８】
図４は、一例として、実施の形態における高周波増幅器が組み込まれたデュアルバンド携帯電話機の概要機能を示すブロック図である。
同図にみられるように、デュアルバンド携帯電話機４００は、アンテナ４０１、高周波スイッチ４０２，４０３、第１周波数帯送受信部４０４、第２周波数帯送受信部４０５、音声信号処理部４０６、Ｕ／ＩＦ部４０７、信号制御部４０８、電池４０９、高周波増幅器２００などから構成される。そして、取り分け高周波の出入口である高周波スイッチ４０２，４０３、第１周波数帯送受信部４０４、及び第２周波数帯送受信部４０５などでは、化合物半導体デバイス、例えば、ＧａＡｓ ＭＭＩＣなどが使用されている。
【００３９】
アンテナ４０１は、送受共用アンテナである。そして、外部から受信した信号を高周波スイッチ４０２に渡す。また、高周波スイッチ４０２から渡された信号を外部に送信する。
高周波スイッチ４０２は、ＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチであり、アンテナ４０１、高周波スイッチ４０３、高周波増幅器２００が、それぞれの端子に接続されている。そして、アンテナ４０１から渡された信号を高周波スイッチ４０３に渡す。また、高周波増幅器２００から渡された信号を、アンテナ４０１に渡す。
【００４０】
高周波スイッチ４０３は、ＳＰＤＴスイッチであり、高周波スイッチ４０２、第１周波数帯送受信部４０４、第２周波数帯送受信部４０５が、それぞれの端子に接続されている。そして、アンテナ４０１を介して外部から受信した信号が第１周波数帯の信号であるならば、高周波スイッチ４０２から渡された信号を第１周波数帯送受信部４０４に渡し、第２周波数帯の信号であるならば、第２周波数帯送受信部４０５に渡す。
【００４１】
第１周波数帯送受信部４０４および第２周波数帯送受信部４０５のそれぞれは、低雑音増幅器、ダウンコンバートミクサ、発振器、アップコンバートミクサ、ドライバ増幅器などから構成される。そして、第１周波数帯送受信部４０４は、高周波スイッチ４０３から渡された第１周波数帯の信号を、中間周波数の信号に変換し、変換した中間周波数の信号を、音声信号処理部４０６に渡す。また、音声信号処理部４０６から渡された中間周波数の信号を、第１周波数帯の信号に変換し、変換した第１周波数帯の信号を高周波増幅器２００に渡す。同様に、第２周波数帯送受信部４０５は、高周波スイッチ４０３から渡された第２周波数帯の信号を、中間周波数の信号に変換し、変換した中間周波数の信号を、音声信号処理部４０６に渡す。また、音声信号処理部４０６から渡された中間周波数の信号を、第２周波数帯の信号に変換し、変換した第２周波数帯の信号を高周波増幅器２００に渡す。
【００４２】
音声信号処理部４０６は、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）シグナルプロセッサ、音声コーデック、ベースバンドフィルタ、Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａコンバータなどから構成される。そして、第１周波数帯送受信部４０４および第２周波数帯送受信部４０５から渡された中間周波数の信号を、アナログ音声信号に複号し、複号したアナログ音声信号をＵ／ＩＦ部４０７に渡す。また、Ｕ／ＩＦ部４０７から渡されたアナログ音声信号を、中間周波数の信号に変換し、アンテナ４０１を介して外部に送信する信号が第１周波数帯の信号であるならば、変換した中間周波数の信号を第１周波数帯送受信部４０４に渡し、第２周波数帯の信号であるならば、第２周波数帯送受信部４０５に渡す。
【００４３】
Ｕ／ＩＦ部４０７は、レシーバ、スピーカ、マイクロフォン、キーボード、ＬＣＤ（liquid Crystal Display）などから構成される。そして、音声信号処理部４０６から渡されたアナログ音声信号をスピーカを介して出力する。また、マイクロフォンを介して入力されたアナログ音声信号を音声信号処理部４０６に渡す。
【００４４】
信号制御部４０８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などから構成される。そして、高周波増幅器２００、第１周波数帯送受信部４０４、第２周波数帯送受信部４０５、音声信号処理部４０６、及びＵ／ＩＦ部４０７を制御する。
【００４５】
電池４０９は、デュアルバンド携帯電話機４００の各構成要素に電力を供給する。
高周波増幅器２００は、スイッチ素子２０１，２０２のそれぞれのベースにバイアス電圧が信号制御部４０８から与えられて制御される。そして、信号制御部４０８からの制御に応じて、第１周波数帯送受信部４０４から渡される第１周波数帯の信号および第２周波数帯送受信部４０５から渡される第２周波数の信号とのいずれかを増幅し、増幅した信号を高周波スイッチ４０２に渡す。
【００４６】
（高周波増幅器の変形例）
ここで、インダクタ１０１が形成された高周波増幅器について、その変形例を説明する。なお、同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５は、変形例として、高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【００４７】
同図にみられるように、高周波増幅器５００は、高周波増幅器２００と比べて、スイッチ素子２０１，２０２の代わりに、ボンディングパッド５０１，５０２を備える点が異なる。
ボンディングパッド５０１，５０２は、外部引き出し用の電極パターンであり、ボンディングワイヤを用いて、外部の回路と接続される。また、ボンディングパッド５０１は、渦巻き配線１０２の外側の端と接続され、ボンディングパッド５０２は、渡り配線１０４の他端と接続されている。そして、ボンディングパッド５０１，５０２に接続される外部の回路を制御して、ボンディングパッド５０１，５０２のいずれかに電気信号を択一的に与えることにより、スイッチ素子２０１，２０２と同一の機能を実現する。
【００４８】
（インダクタの変形例）
ここで、ＭＭＩＣに形成されたインダクタについて、その変形例を説明する。
図６（ａ）は、変形例として、ＭＭＩＣに形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’線における矢視断面図である。
図６（ａ）にみられるように、ＭＭＩＣに形成されたインダクタ６０１は、配線を蛇行状に配されて形成されたインダクタであり、蛇行状に配された配線（以下、蛇行配線と呼称する）６０２と、蛇行配線６０２と交差する配線（以下、渡り配線と呼称する）６０３とから形成される。
【００４９】
図６（ｂ）にみられるように、蛇行配線６０２は、第１配線層１２３に形成され、渡り配線６０３は、第２配線層１２５に形成される。
蛇行配線６０２は、蛇行経路の途中部６０２ｂで渡り配線６０４の一端とスルーホール６１１を介して接続され、蛇行配線６０２の端部６０２ｃで外部の回路（図外）と接続される。
【００５０】
渡り配線６０３は、一端で蛇行配線６０２の蛇行経路の途中部６０２ｂとスルーホール６１１を介して接続され、他端で外部の回路（図外）と接続される。
（その他）
なお、渦巻き配線１０２の外側の端部１０２ｃにキャパシタ２１，２２のそれぞれの一端が接続され、渡り配線１０３の他端にスイッチ素子２０１が接続されているとしてもよい。
【００５１】
なお、渡り配線１０３，１０４は、エアブリッジで形成されるとしてもよい。
なお、半導体基板１２１として、ガリウムひ素（ＧａＡｓ）などの化合物半導体系の代わりに、シリコン（Ｓｉ）系としてもよい。
なお、スイッチ素子２０１，２０２として、バイポーラトランジスタの代わりに電界効果トランジスタとしてもよい。その際には、エミッタの代わりにソースで接地され、コレクタの代わりにドレインでインダクタと接続されているとすればよい。
【００５２】
なお、増幅素子２５，２６として、バイポーラトランジスタの代わりに電界効果トランジスタとしてもよい。
なお、スイッチ素子２０１，２０２および増幅素子２５，２６として、ＧａＡｓ−ＭＥＳＦＥＴ（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor），ＧａＡＳ−ＨＢＴ（High Electron Mobility Transistor），Ｐ−ＨＥＭＴ（Pseudomorphic HEMT），ＩｎＰ−ＨＥＭＴのいずれかとしてもよい。
【００５３】
なお、スイッチ素子２０１，２０２として、ＰＩＮダイオードとしてもよい。
なお、インダクタ１０１が形成されているＭＭＩＣとして、高周波増幅器以外にも、低雑音増幅器、発振器などとしてもよい。
なお、蛇行配線６０２と交差する配線（渡り配線６０３）の代わりに、蛇行配線６０２から分岐した配線（以下、分岐配線と呼称する）としてもよい。その際に、分岐配線が第１配線層１２３に形成されるとする。
【００５４】
なお、前述の説明において、ＧＳＭ／ＤＣＳの通信方式で用いられるＭＭＩＣとして説明したが、ＡＭＰＳ（Advanced Mobile Phone System）／ＰＣＳ（Personal Communication Services）や８００ＭＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯を用いるＰＤＣ（Personal Digital Cellular）など、他の通信方式で用いられるＭＭＩＣとしてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明に係わるモノリシックマイクロ波集積回路は、インダクタのインダクタンスを特徴付ける経路が１つから、３つになる。具体的には、渦巻き配線の内側の端部から外側の端部までの第１の経路と、渦巻き配線の内側の端部から周回線路の途中部までの第２の経路と、渦巻き配線の周回線路の途中部から外側の端部までの第３の経路である。そして、それぞれの経路ごとに、それぞれ異なるインダクタンスを特徴付けておき、これらの経路から適宜選択されることで、動作中であってもインダクタンスを変更することが可能になる。
【００５６】
結果、１つの部品でも２つの周波数帯に対応することが可能になり、部品点数の増加を抑止することが可能になる。そして、デュアルバンド携帯電話機を設計する際に、対応可能な周波数帯ごとに最適化された高周波増幅器が必要となり、部品点数が増加し、部品点数の増加に伴い、低コスト化、小型化が実現されにくくなるという問題を解決することが可能という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、モノリシックマイクロ波集積回路に形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ’線における矢視断面図である。
【図２】実施の形態における高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、実施の形態における高周波増幅器の利得特性を示すグラフである。
【図４】一例として、実施の形態における高周波増幅器が組み込まれたデュアルバンド携帯電話機の概要機能を示すブロック図である。
【図５】変形例として、高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、変形例として、ＭＭＩＣに形成されたインダクタの形状を示す平面図であり、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’線における矢視断面図である。
【図７】一例として、従来の高周波増幅器の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 高周波増幅器
１１ インダクタ
１２ 渦巻き配線
１３ 渡り配線
２１，２２ キャパシタ
２３，２４ 整合回路
２５，２６ 増幅素子
２００ 高周波増幅器
１０１ インダクタ
１０２ 渦巻き配線
１０２ａ 内側の端部
１０２ｂ 周回経路の途中部
１０２ｃ 外側の端部
１０３，１０４ 渡り配線
１１１，１１２ スルーホール
２０１，２０２ スイッチ素子
４００ デュアルバンド携帯電話機
４０１ アンテナ
４０２，４０３ 高周波スイッチ
４０４ 第１周波数帯送受信部
４０５ 第２周波数帯送受信部
４０６ 音声信号処理部
４０７ Ｕ／ＩＦ部
４０８ 信号制御部
４０９ 電池
５００ 高周波増幅器
５０１，５０２ ボンディングパッド
６０１ インダクタ
６０２ 蛇行配線
６０２ａ 端部
６０２ｂ 蛇行経路の途中部
６０２ｃ 端部
６０３ 渡り配線
６１１ スルーホール
Claims (4)
- 半導体基板に形成されたモノリシックマイクロ波集積回路であって、
渦巻き状に巻かれた渦巻き配線と、
渦巻き配線の内側の端部から渦巻き配線の最外周経路の外側に延設された第１の渡り配線と、
渦巻き配線の周回経路の途中部から渦巻き配線の最外周経路の外側に延設された第２の渡り配線とからなるインダクタが形成されており、
前記渦巻き配線は、
半導体基板上の第１の絶縁膜を介して形成された第１層配線であり、
前記第１の渡り配線および前記第２の渡り配線は、第１層配線上の第２の絶縁膜を介して形成された第２層配線であり、
前記第２の絶縁膜は、渦巻き配線の内側の端部相当部位と周回経路の途中部相当部位とのそれぞれにスルーホールが穿たれており、
これらのスルーホールを介して、第１の渡り配線および第２の渡り配線の一端部が渦巻き配線と接続されており、
前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、
渦巻き配線の外側の端部を第１の接続部とし、第１の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第２の接続部とし、第２の渡り配線の両端のうち渦巻き配線と接続されていない方の端部を第３の接続部として、第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかに一端が接続され、他端が接地され、遮断状態と導通状態とを切り換える第１のスイッチ素子と、
第１のスイッチ素子が接続されていない接続部のいずれかに一端が接続され、他端が接地され、遮断状態と導通状態とを切り換える第２のスイッチ素子とが形成されている
ことを特徴とするモノリシックマイクロ波集積回路。 - 前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子のそれぞれは、
第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかにコレクタが接続されたエミッタ接地形のバイポーラトランジスタである
ことを特徴とする請求項１記載のモノリシックマイクロ波集積回路。 - 前記モノリシックマイクロ波集積回路は、さらに、
第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のうち第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子のいずれもが接続されていない接続部に、それぞれの一端が接続されている第１のキャパシタおよび第２のキャパシタと、
第１のキャパシタの他端に一端が接続されている第１の整合回路と、
第２のキャパシタの他端に一端が接続されている第２の整合回路と、
第１の整合回路の他端に一端が接続され、増幅した電気信号を第１の整合回路に出力する第１の増幅素子と、
第２の整合回路の他端に一端が接続され、第２の整合回路から入力された電気信号を増幅する第２の増幅素子とが形成されている
ことを特徴とする請求項２記載のモノリシックマイクロ波集積回路。 - 前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子のそれぞれは、
第１の接続部、第２の接続部、及び第３の接続部のいずれかにドレインが接続され、ソースが接地され、ゲートに印加される電圧で導通状態と遮断状態とを切り換えてスイッチ動作を行う電界効果トランジスタである
ことを特徴とする請求項１記載のモノリシックマイクロ波集積回路。
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