JP4324352B2

JP4324352B2 - Planar transformer and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4324352B2
Application number: JP2002219813A
Authority: JP
Inventors: 公孝福見
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2022-07-29
Also published as: JP2004063760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面型トランスフォーマーおよびその製造方法に関し、詳しくは、半導体集積回路などの半導体装置に適用される平面型トランスフォーマーおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルコードレスホンなどの無線通信を利用したモバイル・マルチメディア機器市場の拡大に伴い、高周波デバイスの研究が盛んに行われている。
例えば、低ノイズ増幅器（Low noise Amplifier）やミキサー（Mixer）、ＲＦ電力増幅器（RF Power Amplifier）などの高周波デバイスにトランスフォーマーやバランが用いられている。
【０００３】
従来のトランスフォーマーとしては、半導体基板の絶縁膜上に１次側と２次側のインダクタンス（金属膜コイル）を２重らせん状に平面的に形成したPlaner型のトランスフォーマーが知られている（例えば、Ali M. Niknejad他著、「Analysis, Design, and Optimization of Spiral Inductors and Transformers for Si RF IC's」（IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol.33, No.10, 第1470〜1481頁, 1998年10月）参照)。
また、半導体基板上に１次側と２次側のインダクタンスを強磁性体からなる絶縁膜を介して重ねた多層構造のトランスフォーマーも知られている（例えば、特開平３−１９３５８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
トランスフォーマーにおいて、インダクタンスのQ値向上と低抵抗化を図って雑音を低減させるためには、インダクタンスを構成する金属配線の膜厚を厚くすることが有効である。
しかし、金属配線は膜厚が厚くなるに従って加工精度が厳しくなる。
このため、膜厚の厚い金属配線からなるインダクタンスは、隣接する金属配線の間隔（導体間隔）を広くとる必要がある。
しかし、インダクタンスは、その導体間隔が広くなるに従って電磁的な結合が悪くなる。
また、上述の多層構造のトランスフォーマーは、１次側インダクタンスと２次側インダクタンス間の絶縁膜の膜厚を薄くすることにより電磁的な結合の改善を図ることができる。
しかし、絶縁膜の膜厚を薄くすると寄生容量が増加し、トランスフォーマーの高周波特性を劣化させることになる。
【０００５】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、インダクタンス間の電磁的な結合を改善でき、かつ、高周波特性が劣化しないトランスフォーマーおよびその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、絶縁膜と、絶縁膜の上面に２重らせん状に平面的に形成された帯状の第１および第２導体と、絶縁膜の下面に２重らせん状に平面的に形成された帯状の第３および第４導体とを備え、第１導体と第３導体は絶縁膜を貫通して設けられた第１導通部によって連続的に接続されて１次側コイルを構成し、第２導体と第４導体は絶縁膜を貫通して設けられた第２導通部によって連続的に接続されて２次側コイルを構成し、第１導体と第４導体は絶縁膜を介して上下に重なり、第２導体と第３導体は絶縁膜を介して上下に重なってなる平面型トランスフォーマーを提供するものである。
【０００７】
つまり、この発明による平面型トランスフォーマーは、絶縁膜の上面に帯状の第１および第２導体が２重らせん状に形成され、絶縁膜の下面に帯状の第３および第４導体が２重らせん状に形成される。
そして、第１導体と第３導体は、絶縁膜を貫通して連続的に接続され１次側コイル（１次側インダクタンス）を構成する。
また、第２導体と第４導体は、絶縁膜を貫通して連続的に接続され２次側コイル（２次側インダクタンス）を構成する。
【０００８】
このような構成において、１次側および２次側コイルを構成する上記の各導体は、１次側コイルと２次側コイルが絶縁膜を介して上下に重なるようにそれぞれ配置される。
このため、絶縁膜の上下における導体間隔が狭くなり、１次側コイルと２次側コイルの電磁的な結合を改善することができる。
【０００９】
この効果に伴い、導体の低抵抗化を図って雑音を低減させるために、導体の膜厚を厚くすることもできる。
つまり、導体の膜厚を厚くすることにより、同一面上における導体間隔が広くなって電磁的な結合が低下しても、その低下分は、１次側と２次側コイルの重なり幅を調整することにより補うことができる。
【００１０】
また、寄生容量が影響しない程度に絶縁膜の膜厚を厚くすることもできる。
つまり、絶縁膜の膜厚を厚くすることにより上下のコイル間の電磁的な結合が低下しても、その低下分は１次側コイルと２次側コイルの重なり幅を調整することにより補うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明による平面型トランスフォーマーは、絶縁膜と、絶縁膜の上面に２重らせん状に平面的に形成された帯状の第１および第２導体と、絶縁膜の下面に２重らせん状に平面的に形成された帯状の第３および第４導体とを備え、第１導体と第３導体は絶縁膜を貫通して設けられた第１導通部によって連続的に接続されて１次側コイルを構成し、第２導体と第４導体は絶縁膜を貫通して設けられた第２導通部によって連続的に接続されて２次側コイルを構成し、第１導体と第４導体は絶縁膜を介して上下に重なり、第２導体と第３導体は絶縁膜を介して上下に重なってなることを特徴とする。
【００１２】
この発明による平面型トランスフォーマーにおいて、絶縁膜としては、電気的に絶縁できる膜であればよく特に限定されるものではないが、例えば、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を用いることができる。
また、その作製方法としては、例えば、常圧ＣＶＤ法を用いることができる。
絶縁膜の膜厚は、例えば、約０．８〜１．４μｍ程度とすることができる。
【００１３】
第１導体と第２導体は、絶縁膜の上面に２重らせん状に形成される。また、第３導体と第４導体は、絶縁膜の下面に２重らせん状に形成される。
ここで、２重らせん状とは、２つの導体が隣接し、同一面上において平面的に渦巻いた形状のことである。
そして、その渦巻きの形は、特に限定されず、方形状、多角形状、円形状など様々な形とすることができる。
【００１４】
第１〜第４導体は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）などの低抵抗材料で形成することができる。
例えば、絶縁膜上に上記低抵抗材料の金属膜をスパッタリング法で形成し、形成された金属膜上にフォトリソグラフィ技術で所望パターンのレジストを形成する。
その後、形成されたレジストをマスクとしてドライエッチングを施すことにより第１導体と第２導体、並びに、第３導体と第４導体をそれぞれ２重らせん状に形成することができる。
【００１５】
第１〜第４導体は、幅約５〜２０μｍ程度、膜厚約０．６〜１．２μｍ程度とすることができ、隣接する導体との間隔、すなわち導体間隔は、約２〜８μｍ程度とすることができる。
【００１６】
第１導体と第３導体、並びに、第２導体と第４導体は、絶縁膜を貫通するように設けられた、導通部によってそれぞれ連続的に接続される。
このような導通部は、例えば、絶縁膜の所定箇所に貫通溝を形成し、この貫通溝にブランケット法などでタングステンなどの金属膜を埋め込むことにより形成することができる。
【００１７】
絶縁膜の上面で１次側コイルの一部を構成する第１導体と絶縁膜の下面で２次側コイルの一部を構成する第４導体は、少なくともそれらの一部が絶縁膜を介して上下に重なる。
また、絶縁膜の上面で２次側コイルの一部を構成する第２導体と絶縁膜の下面で１次側コイルの一部を構成する第３導体は、少なくともそれらの一部が絶縁膜を介して上下に重なる。
【００１８】
ここで、第１導体と第４導体、並びに、第２導体と第３導体が絶縁膜を介して重なる幅は、それぞれ約２〜１５μｍ程度とすることができる。
この結果、この発明による平面型トランスフォーマーにおいて、１次側コイルと２次側コイルの結合係数（ｋ値）は、上記の重なり幅を調整することにより大幅に改善することができる。
なお、この発明による平面型トランスフォーマーは、半導体基板上に絶縁膜を介して設けることもできる。
【００１９】
また、この発明において平面型トランスフォーマーは、少なくとも２つの平面型トランスフォーマーが絶縁膜を介して重ねられ、重ねられた前記平面型トランスフォーマーの１次側コイルどうしが前記絶縁膜を貫通して設けられた第３貫通部によって連続的に接続されるとともに２次側コイルどうしが前記絶縁膜を貫通して設けられた第４導通部によって連続的に接続され、各平面型トランスフォーマーが上述のこの発明によるトランスフォーマーからなっていてもよい。
【００２０】
また、この発明は別の観点からみると、上述のこの発明による平面型トランスフォーマーを製造する方法であって、絶縁膜の上面に帯状の第１および第２導体を平面的な２重らせん状に形成し、絶縁膜の下面に帯状の第３および第４導体を平面的な２重らせん状に形成し、第１および第３導体、並びに、第２および第４導体をそれぞれ連続的に接続する第１および第２導通部を絶縁膜を貫通して形成し、第１導体と第３導体を前記第１導通部によって連続的に接続して１次側コイルを形成し、第２導体と第４導体を前記第２導通部によって連続的に接続して２次側コイルを形成する工程を備え、第１導体と第４導体は絶縁膜を介して上下に重ねられ、第２導体と第３導体は絶縁膜を介して上下に重ねられる平面型トランスフォーマーの製造方法を提供するものでもある。
【００２１】
また、この発明において平面型トランスフォーマーの製造方法は、少なくとも２つの平面型トランスフォーマーを絶縁膜を介して重ね、重ねた平面型トランスフォーマーの１次側コイルどうしを連続的に接続する第３導通部を前記絶縁膜を貫通して形成するとともに２次側コイルどうしを連続的に接続する第４導通部を前記絶縁膜を貫通して形成し、各平面型トランスフォーマーを上述のこの発明による平面型トランスフォーマーの製造方法で製造する方法であってもよい。
【００２２】
【実施例】
以下に図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。なお、この実施例によってこの発明が限定されるものではない。また、以下に説明する複数の実施例において共通する部材には同じ符号を用いて説明する。
【００２３】
実施例１
この発明の実施例１による平面型トランスフォーマーについて図１〜６に基づいて説明する。
図１は実施例１による平面型トランスフォーマーの平面図、図２は図１に示される平面型トランスフォーマーのＡ−Ａ断面図、図３は図１に示される平面型トランスフォーマーのＢ−Ｂ断面図である。
図４は図２のＣ−Ｃ部分拡大図、図５および図６は実施例１による平面型トランスフォーマーの製造工程を示す工程図である。
【００２４】
図１〜４に示されるように、この発明の実施例１による平面型トランスフォーマー１００は、第２絶縁膜１１と、第２絶縁膜１１の上面に２重らせん状に平面的に形成された帯状の第１導体１２および第２導体１３と、第２絶縁膜１１の下面に２重らせん状に平面的に形成された帯状の第３導体１４および第４導体１５とを備え、第１導体１２と第３導体１４は第２絶縁膜１１を貫通して連続的に接続されて１次側コイル１８を構成し、第２導体１３と第４導体１５は第２絶縁膜１１を貫通して連続的に接続されて２次側コイル１９を構成し、第１導体１２と第４導体１５は第２絶縁膜１１を介して上下に重なり、第２導体１３と第３導体１４は第２絶縁膜１１を介して上下に重なってなる。
【００２５】
詳しくは、図２に示されるように、平面型トランスフォーマー１００は、シリコン基板２０の上に素子分離酸化膜２１と第１絶縁膜２２を介して形成されている。なお、第１絶縁膜２２は第１絶縁層２２ａと第２絶縁層２２ｂとから構成されている。
【００２６】
図２および図３に示されるように、平面型トランスフォーマー１００は、１次側および２次側コイル１８，１９の中心側の一端が、第１絶縁層２２ａの上に形成された引出し配線２３ａ，２３ｂとそれぞれ接続されている。
具体的には、第３および第４導体１４，１５の中心側の一端が第２絶縁層２２ｂを貫通して設けられたコンタクトホール２４ａ，２４ｂを介して引出し配線２３ａ，２３ｂとそれぞれ接続されている。
【００２７】
第１導体１２と第３導体１４、並びに、第２導体１３と第４導体１５は、第２絶縁膜１１を貫通して設けられるらせん状の第１および第２導通部１６，１７によってそれぞれ連続的に接続されている。
つまり、第１導体１２は１次側コイル１８の上部分を構成し、第３導体１４は１次側コイル１８の下部分を構成している。
一方、第２導体１３は２次側コイル１９の上部分を構成し、第４導体１５は２次側コイル１９の下部分を構成している。
そして、１次側および２次側コイル１８，１９を構成する第１〜４の各導体１２，１３，１４，１５は、１次側コイル１８の一部分と２次側コイル１９の一部分が第２絶縁膜１１を介して上下に重なるようにそれぞれ配置される。
【００２８】
このため、第２絶縁膜１１の上下における導体間隔が狭くなり、１次側コイル１８と２次側コイル１９の電磁的な結合が改善される。
なお、１次側コイルと２次側コイルに重なり幅が無い場合、結合係数（ｋ値）は０．７程度となる。
しかし、この発明では、図４に示す１次側コイル１８と２次側コイル１９の重なり幅ｗの値を約２〜１５μｍ程度の範囲内で変化させることにより、結合係数を大幅に改善することができる。
【００２９】
以下、実施例１による平面型トランスフォーマーの製造方法について図５および図６に基づいて説明する。
まず、図５（ａ）に示されるように、シリコン基板２０の上に素子分離酸化膜２１、第１絶縁層２２ａ、引出し配線２３ａ、引出し配線２３ｂ（図３参照）、第２絶縁層２２ｂ、コンタクトホール２４ａ、コンタクトホール２４ｂ（図３参照）を順次形成する。
【００３０】
第１および第２絶縁層２２ａ，２２ｂは、ＰＥ−ＴＥＯＳ膜を常圧ＣＶＤ法で形成し、形成されたＰＥ−ＴＥＯＳ膜に研磨法などで平坦化処理を行うことにより形成する。
引出し配線２３ａ，２３ｂは、第１絶縁層２２ａの上にアルミニウム合金の金属膜をスパッタリング法で形成し、金属膜上に所定パターンのレジストを形成し、レジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより形成する。
【００３１】
コンタクトホール２４ａ，２４ｂは、第２絶縁層２２ｂの所定箇所に貫通孔を形成し、形成された貫通孔にブランケット法でタングステンを埋めこむことにより形成する。
なお、貫通孔は、第２絶縁層２２ｂ上に所定パターンのレジストを形成し、レジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより形成できる。
【００３２】
次に、図５（ｂ）に示されるように、第１絶縁膜２２上に第３および第４導体１４，１５を形成する。
第３および第４導体１４，１５は、第１絶縁膜２２上にアルミニウム合金の金属膜をスパッタリング法で形成し、金属膜上に所定パターンのレジストを形成し、レジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより形成する。
この際、第３および第４導体１４，１５は、図４に示す膜厚ｔ１が約０．６〜１．２μｍ、導体間隔ｄが約５μｍ程度となるように形成される。
【００３３】
次に、図６（ｃ）に示されるように、第３および第４導体１４，１５を覆うように第２絶縁膜１１を形成し、形成された第２絶縁膜１１の所定箇所に第１および第２導通部１６，１７を形成する。
第２絶縁膜１１は、結合係数（ｋ値）を考慮し、図４に示す膜厚ｔ２が約１μｍ程度となるように形成する。
なお、第２絶縁膜１１の形成方法は、上述の第１絶縁膜２２の形成方法と同じである。
また、第１および第２導通部１６，１７は、第２絶縁膜１１の所定箇所に第３および第４導体１４，１５に対応したらせん状の貫通溝を形成し、形成された貫通溝にブランケット法でタングステンを埋めこむことにより形成する。
なお、貫通溝は、第２絶縁膜上１１上に所定パターンのレジストを形成し、レジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより形成できる。
【００３４】
次に、図６（ｄ）に示されるように、第２絶縁膜１１上に第１および第２導体１２，１３を形成する。
なお、第１および第２導体１２，１３も、上述の第３および第４導体１４，１５と同様の形成方法により、膜厚が約０．６〜１．２μｍ、導体間隔が約５μｍ程度となるように形成し、図１に示される平面型トランスフォーマー１００を完成させる。
【００３５】
なお、この後、必要であればトランスフォーマーの絶縁と保護を目的として第１および第２導体１２，１３を覆う保護膜をさらに形成してもよい。
このような保護膜としては、絶縁膜とＰ−ＳｉＮなどのパッシベーション膜を用いることができる。
【００３６】
実施例２
この発明の実施例２による平面型トランスフォーマーについて図７に基づいて説明する。図７は実施例２による平面型トランスフォーマーの断面図である。
【００３７】
図７に示されるように、実施例２による平面型トランスフォーマー２００は、上述の実施例１による平面型トランスフォーマー１００と同様の構成を有する平面型トランスフォーマー１００ａ、１００ｂを上下に重ね、それらの１次側コイル１８ａ，１８ｂと２次側コイル１９ａ，１９ｂをそれぞれ連続的に接続したものである。
【００３８】
１次側コイル１８ａ，１８ｂ、並びに、２次側コイル１９ａ，１９ｂの接続には実施例１の第１および第２導通部１６，１７と同様の構成を有する２重らせん状の第３および第４導通部２５，２６が用いられている。
その他の構成は上述の実施例１と同じであり、上述の実施例１と同様の工程を繰り返すことにより製造することができる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、１次側コイルが絶縁膜を貫通して設けられた第１導通部によって連続的に接続された第１導体と第３導体により構成され、２次側コイルが絶縁膜を貫通して設けられた第２導通部によって連続的に接続された第２導体と第４導体により構成され、第１導体と第４導体は絶縁膜を介して上下に重なり、第２導体と第３導体は絶縁膜を介して上下に重なるので、絶縁膜の上下における導体間隔が狭くなり、１次側コイルと２次側コイルの電磁的な結合を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による平面型トランスフォーマーを示す平面図である。
【図２】図１に示される平面型トランスフォーマーのＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示される平面型トランスフォーマーのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ部分拡大図である。
【図５】実施例１による平面型トランスフォーマーの製造工程を示す工程図である。
【図６】実施例１による平面型トランスフォーマーの製造工程を示す工程図である。
【図７】この発明の実施例２による平面型トランスフォーマーを示す断面図である。
【符号の説明】
１１・・・第２絶縁膜
１２・・・第１導体
１３・・・第２導体
１４・・・第３導体
１５・・・第４導体
１６・・・第１導通部
１７・・・第２導通部
１８・・・１次側コイル
１９・・・２次側コイル
２０・・・シリコン基板
２１・・・素子分離酸化膜
２２・・・第１絶縁膜
２２ａ・・・第１絶縁層
２２ｂ・・・第２絶縁層
２３ａ，２３ｂ・・・引出し配線
２４ａ，２４ｂ・・・コンタクトホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar transformer and a manufacturing method thereof, and more particularly to a planar transformer applied to a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the expansion of the mobile multimedia device market using wireless communication such as digital cordless phones, research on high frequency devices has been actively conducted.
For example, transformers and baluns are used in high-frequency devices such as a low noise amplifier, a mixer, and an RF power amplifier.
[0003]
As a conventional transformer, a Planer type transformer in which primary and secondary inductances (metal film coils) are planarly formed in a double spiral shape on an insulating film of a semiconductor substrate is known (for example, Ali M. Niknejad et al., "Analysis, Design, and Optimization of Spiral Inductors and Transformers for Si RF IC's" (IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol.33, No.10, pp. 1470-1481, 1998 10 Month)).
There is also known a transformer having a multilayer structure in which primary and secondary inductances are stacked on a semiconductor substrate via an insulating film made of a ferromagnetic material (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-19358).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In transformers, it is effective to increase the film thickness of the metal wiring constituting the inductance in order to reduce the noise by improving the Q value of the inductance and reducing the resistance.
However, the processing accuracy of the metal wiring becomes severe as the film thickness increases.
For this reason, it is necessary for an inductance made of a thick metal wiring to have a wide interval (conductor interval) between adjacent metal wires.
However, the electromagnetic coupling becomes worse as the conductor spacing increases.
In addition, the above-described multi-layer transformer can improve electromagnetic coupling by reducing the thickness of the insulating film between the primary side inductance and the secondary side inductance.
However, when the thickness of the insulating film is reduced, the parasitic capacitance increases and the high frequency characteristics of the transformer are deteriorated.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a transformer that can improve electromagnetic coupling between inductances and that does not deteriorate high-frequency characteristics, and a method for manufacturing the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, an insulating film, strip-shaped first and second conductors formed in a flat plane on the upper surface of the insulating film, and a flat plane in a double spiral form on the lower surface of the insulating film are formed. and third and fourth conductors of the strip, the first conductor and the third conductor constitutes a primary coil is continuously connected by the first conductive portion which penetrates the insulating film, the 2 conductor and the fourth conductor constitutes a secondary coil continuously contacting being continued by a second conductive portion which penetrates the insulating film, the first conductor and the fourth conductor is vertically via an insulating film In this case, a planar transformer is provided in which the second conductor and the third conductor overlap each other with an insulating film interposed therebetween.
[0007]
That is, in the planar transformer according to the present invention, the strip-shaped first and second conductors are formed in a double spiral on the upper surface of the insulating film, and the strip-shaped third and fourth conductors are formed in a double spiral on the lower surface of the insulating film. Formed.
The first conductor and the third conductor constitutes a continuously connected to the primary coil (primary inductance) through the insulating film.
The second conductor and the fourth conductor constitute a continuously connected to the secondary coil (secondary side inductance) through the insulating film.
[0008]
In such a configuration, each of the above-described conductors constituting the primary side and secondary side coils is arranged such that the primary side coil and the secondary side coil overlap each other with an insulating film interposed therebetween.
For this reason, the conductor space | interval in the upper and lower sides of an insulating film becomes narrow, and the electromagnetic coupling of a primary side coil and a secondary side coil can be improved.
[0009]
With this effect, the thickness of the conductor can be increased in order to reduce the resistance of the conductor and reduce noise.
In other words, by increasing the film thickness of the conductor, even if the conductor spacing on the same surface becomes wider and electromagnetic coupling decreases, the decrease is adjusted for the overlap width of the primary side and secondary side coils. You can make up for it.
[0010]
In addition, the thickness of the insulating film can be increased to the extent that the parasitic capacitance does not affect.
In other words, even if the electromagnetic coupling between the upper and lower coils is reduced by increasing the thickness of the insulating film, the reduction is compensated by adjusting the overlapping width of the primary side coil and the secondary side coil. Can do.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The planar transformer according to the present invention includes an insulating film, strip-shaped first and second conductors planarly formed in a double spiral on the upper surface of the insulating film, and a double spiral planar on the lower surface of the insulating film. and third and fourth conductors of the formed strip-shaped, the first conductor and the third conductor is the primary coil is continuously connected by the first conductive portion which penetrates the insulating film configured, the second conductor and the fourth conductor constitutes a continuously connected to a secondary coil by the second conductive portion which penetrates the insulating film, the first conductor and the fourth conductor insulating film The second conductor and the third conductor overlap with each other with an insulating film interposed therebetween.
[0012]
In the planar transformer according to the present invention, the insulating film is not particularly limited as long as it is an electrically insulating film. For example, a P-TEOS film can be used.
As a manufacturing method thereof, for example, an atmospheric pressure CVD method can be used.
The thickness of the insulating film can be, for example, about 0.8 to 1.4 μm.
[0013]
The first conductor and the second conductor are formed in a double spiral shape on the upper surface of the insulating film. The third conductor and the fourth conductor are formed in a double spiral shape on the lower surface of the insulating film.
Here, the double helical shape is a shape in which two conductors are adjacent to each other and spirally swirled on the same plane.
The shape of the spiral is not particularly limited, and can be various shapes such as a square shape, a polygonal shape, and a circular shape.
[0014]
The first to fourth conductors can be formed of a low resistance material such as aluminum (Al), gold (Au), or copper (Cu), for example.
For example, a metal film of the low resistance material is formed on the insulating film by a sputtering method, and a resist having a desired pattern is formed on the formed metal film by a photolithography technique.
Thereafter, by performing dry etching using the formed resist as a mask, the first conductor and the second conductor, and the third conductor and the fourth conductor can each be formed in a double spiral shape.
[0015]
The first to fourth conductors can have a width of about 5 to 20 μm and a film thickness of about 0.6 to 1.2 μm. The distance between adjacent conductors, that is, the conductor spacing is about 2 to 8 μm. can do.
[0016]
The first conductor and the third conductor, and the second conductor and the fourth conductor is provided so as to penetrate the insulation Enmaku are continued respectively continuously contact the conduction portion.
Such conductive portion, for example, can be transmural Tsumizo formed at predetermined positions of the insulating film is formed by embedding a metal film such as tungsten or the like blanket method in the through groove.
[0017]
At least a part of the first conductor constituting a part of the primary coil on the upper surface of the insulating film and the fourth conductor constituting the part of the secondary coil on the lower surface of the insulating film via the insulating film Overlapping up and down.
In addition, at least a part of the second conductor forming part of the secondary coil on the upper surface of the insulating film and the third conductor forming part of the primary coil on the lower surface of the insulating film have the insulating film. Via the top and bottom.
[0018]
Here, the width in which the first conductor and the fourth conductor, and the second conductor and the third conductor overlap through the insulating film can be about 2 to 15 μm, respectively.
As a result, in the planar transformer according to the present invention, the coupling coefficient (k value) between the primary side coil and the secondary side coil can be greatly improved by adjusting the overlap width.
The planar transformer according to the present invention can be provided on a semiconductor substrate via an insulating film.
[0019]
In the present invention, the planar transformer includes at least two planar transformers stacked with an insulating film interposed therebetween, and primary coils of the stacked planar transformer are provided through the insulating film . 3 secondary coil each other while being continuously connected by the through portion is the insulating film continuously is connected by a fourth conductive portion provided through a transformer each planar transformer is according to the invention as described above It may consist of
[0020]
Another aspect of the present invention is a method for manufacturing the above-described planar transformer according to the present invention, in which strip-shaped first and second conductors are formed into a planar double spiral on the upper surface of an insulating film. The strip-shaped third and fourth conductors are formed in a planar double spiral on the lower surface of the insulating film, and the first and third conductors and the second and fourth conductors are continuously connected to each other. the first and second conductive portions are formed through the insulating film, continuously connected to form a primary coil of the first conductor and the third conductor by said first conductive portion, and a second conductor a fourth conductor continuously connected to the second conductive portion includes a step of forming a secondary coil, the first conductor and the fourth conductor are stacked vertically via an insulating film, a second conductor The third conductor is a planar transformer manufacturing method that is stacked on top and bottom via an insulating film. Also it provides a.
[0021]
In the present invention, the planar transformer manufacturing method includes at least two planar transformers stacked with an insulating film interposed therebetween, and the third conductive portion for continuously connecting the primary coils of the stacked planar transformers is provided. A fourth conductive portion that is formed through the insulating film and continuously connects the secondary coils is formed through the insulating film, and each planar transformer is manufactured by the above-described planar transformer according to the present invention. The method of manufacturing by a method may be sufficient.
[0022]
【Example】
The present invention will be described in detail below based on embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to the embodiments. Moreover, the same code | symbol is used and demonstrated to the member which is common in the several Example demonstrated below.
[0023]
Example 1
A planar transformer according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a plan view of a planar transformer according to the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the planar transformer shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB of the planar transformer shown in FIG. is there.
FIG. 4 is a partial enlarged view of CC in FIG. 2, and FIGS. 5 and 6 are process diagrams showing the manufacturing process of the planar transformer according to the first embodiment.
[0024]
As shown in FIGS. 1 to 4, the planar transformer 100 according to the first embodiment of the present invention includes a second insulating film 11 and a belt-like shape formed on the upper surface of the second insulating film 11 in a flat spiral manner. The first conductor 12 and the second conductor 13, and the strip-shaped third conductor 14 and the fourth conductor 15 that are formed on the lower surface of the second insulating film 11 in a plane of a double helix are provided. When the third conductor 14 is continuously connected through the second insulating film 11 constitutes a primary coil 18, a second conductor 13 fourth conductor 15 through the second insulating film 11 continuously contacting is continued constitute secondary coil 19, a first conductor 12 fourth conductor 15 overlaps vertically through the second insulating film 11, and the second conductor 13 and the third conductor 14 second Overlying each other through the insulating film 11.
[0025]
Specifically, as shown in FIG. 2, the planar transformer 100 is formed on the silicon substrate 20 via an element isolation oxide film 21 and a first insulating film 22. The first insulating film 22 includes a first insulating layer 22a and a second insulating layer 22b.
[0026]
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the planar transformer 100 includes a lead wire 23a having one end on the center side of the primary side and secondary side coils 18, 19 formed on the first insulating layer 22a, 23b, respectively.
Specifically, one end on the center side of the third and fourth conductors 14 and 15 is connected to the lead wires 23a and 23b through contact holes 24a and 24b provided through the second insulating layer 22b, respectively. Yes.
[0027]
The first conductor 12 and the third conductor 14, and the second conductor 13 and the fourth conductor 15 are respectively continuous by the spiral first and second conducting portions 16 and 17 provided through the second insulating film 11. It is connected in manner.
That is, the first conductor 12 constitutes the upper part of the primary coil 18, and the third conductor 14 constitutes the lower part of the primary coil 18.
On the other hand, the second conductor 13 constitutes the upper part of the secondary coil 19, and the fourth conductor 15 constitutes the lower part of the secondary coil 19.
The first to fourth conductors 12, 13, 14, 15 constituting the primary side and secondary side coils 18, 19 are composed of a part of the primary side coil 18 and a part of the secondary side coil 19. They are arranged so as to overlap each other with the insulating film 11 interposed therebetween.
[0028]
For this reason, the conductor interval in the upper and lower sides of the second insulating film 11 is narrowed, and the electromagnetic coupling between the primary side coil 18 and the secondary side coil 19 is improved.
When there is no overlap width between the primary side coil and the secondary side coil, the coupling coefficient (k value) is about 0.7.
However, in the present invention, the coupling coefficient is greatly improved by changing the overlap width w of the primary side coil 18 and the secondary side coil 19 shown in FIG. 4 within a range of about 2 to 15 μm. Can do.
[0029]
Hereinafter, a method for manufacturing the planar transformer according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 5A, an element isolation oxide film 21, a first insulating layer 22a, a lead wiring 23a, a lead wiring 23b (see FIG. 3), a second insulating layer 22b, A contact hole 24a and a contact hole 24b (see FIG. 3) are sequentially formed.
[0030]
The first and second insulating layers 22a and 22b are formed by forming a PE-TEOS film by an atmospheric pressure CVD method and performing a planarization process on the formed PE-TEOS film by a polishing method or the like.
The lead wires 23a and 23b are formed by forming a metal film of an aluminum alloy on the first insulating layer 22a by sputtering, forming a resist with a predetermined pattern on the metal film, and performing dry etching using the resist as a mask. To do.
[0031]
The contact holes 24a and 24b are formed by forming through holes at predetermined locations of the second insulating layer 22b and filling the formed through holes with tungsten by a blanket method.
The through hole can be formed by forming a resist with a predetermined pattern on the second insulating layer 22b and performing dry etching using the resist as a mask.
[0032]
Next, as shown in FIG. 5B, third and fourth conductors 14 and 15 are formed on the first insulating film 22.
The third and fourth conductors 14 and 15 are formed by forming a metal film of an aluminum alloy on the first insulating film 22 by a sputtering method, forming a resist with a predetermined pattern on the metal film, and performing dry etching using the resist as a mask. To form.
At this time, the third and fourth conductors 14 and 15 are formed so that the film thickness t1 shown in FIG. 4 is about 0.6 to 1.2 μm and the conductor interval d is about 5 μm.
[0033]
Next, as shown in FIG. 6C, the second insulating film 11 is formed so as to cover the third and fourth conductors 14 and 15, and the first insulating film 11 is formed at a predetermined position on the formed second insulating film 11. And the 2nd conduction | electrical_connection parts 16 and 17 are formed.
In consideration of the coupling coefficient (k value), the second insulating film 11 is formed so that the film thickness t2 shown in FIG.
The method for forming the second insulating film 11 is the same as the method for forming the first insulating film 22 described above.
In addition, the first and second conductive portions 16 and 17 form spiral through grooves corresponding to the third and fourth conductors 14 and 15 at predetermined positions of the second insulating film 11, and are formed in the formed through grooves. It is formed by embedding tungsten by a blanket method.
The through groove can be formed by forming a resist having a predetermined pattern on the second insulating film 11 and performing dry etching using the resist as a mask.
[0034]
Next, as shown in FIG. 6D, the first and second conductors 12 and 13 are formed on the second insulating film 11.
The first and second conductors 12 and 13 are also formed with a film thickness of about 0.6 to 1.2 μm and a conductor interval of about 5 μm by the same formation method as the third and fourth conductors 14 and 15 described above. The planar transformer 100 shown in FIG. 1 is completed.
[0035]
Thereafter, if necessary, a protective film covering the first and second conductors 12 and 13 may be further formed for the purpose of insulation and protection of the transformer.
As such a protective film, an insulating film and a passivation film such as P-SiN can be used.
[0036]
Example 2
A planar transformer according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view of a planar transformer according to the second embodiment.
[0037]
As shown in FIG. 7, the planar transformer 200 according to the second embodiment includes planar transformers 100 a and 100 b having the same configuration as that of the planar transformer 100 according to the first embodiment described above. coils 18a, 18b and the secondary side coil 19a, 19b and in which respectively continuously connected to.
[0038]
The primary coil 18a, 18b, and the third and double spiral having secondary coil 19a, the same structure as the first and second conductive portions 16, 17 of the first embodiment in connections 19b Fourth conductive portions 25 and 26 are used.
Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and can be manufactured by repeating the same steps as those of the first embodiment.
[0039]
【The invention's effect】
According to the invention, it is constituted by the first conductor and the third conductor is the primary coil is continuously connected by the first conductive portion which penetrates the insulation film, the secondary coil insulating film It is constituted by the second conductor and the fourth conductor are continuously connected by the second conductive portion provided through the first conductor and the fourth conductor overlaps vertically through the insulating film, the second conductor Since the third conductor and the third conductor overlap with each other with the insulating film interposed therebetween, the distance between the conductors on the upper and lower sides of the insulating film is narrowed, and the electromagnetic coupling between the primary coil and the secondary coil can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a planar transformer according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line AA of the planar transformer shown in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view of the planar transformer BB shown in FIG.
4 is an enlarged view of a portion CC in FIG. 2; FIG.
5 is a process diagram showing a production process of a planar transformer according to Example 1. FIG.
6 is a process diagram showing a production process of a planar transformer according to Example 1. FIG.
FIG. 7 is a sectional view showing a planar transformer according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 ... 2nd insulating film 12 ... 1st conductor 13 ... 2nd conductor 14 ... 3rd conductor 15 ... 4th conductor 16 ... 1st conduction | electrical_connection part 17 ... 2nd Conducting portion 18 ... primary coil 19 ... secondary coil 20 ... silicon substrate 21 ... element isolation oxide film 22 ... first insulating film 22a ... first insulating layer 22b ..Second insulating layers 23a, 23b ... lead wirings 24a, 24b ... contact holes

Claims

An insulating film; a strip-shaped first and second conductors planarly formed in a double spiral form on the upper surface of the insulating film; and a strip-shaped third conductor planarly formed in a double spiral form on the bottom surface of the insulating film. and a fourth and a conductor, the first conductor and the third conductor constitutes a continuous connection has been the primary coil by the first conductive portion which penetrates the insulating film, a second conductor second 4 conductors are continuously connected by the second conductive portion which penetrates the insulating film constitutes a secondary coil, the first conductor and the fourth conductor overlaps vertically through the insulating film, the A planar transformer in which the two conductors and the third conductor overlap each other with an insulating film therebetween.

At least two planar transformers are stacked via an insulating film, and primary coils of the stacked planar transformers are continuously connected to each other by a third penetrating portion provided through the insulating film. with continuously is connected by a fourth conductive portions provided each other secondary coil through the insulating film, planar transformers each planar transformer consists transformer of claim 1.

2. A method of manufacturing a planar transformer according to claim 1, wherein the strip-shaped first and second conductors are formed in a planar double spiral on the upper surface of the insulating film, and the strip-shaped first conductor is formed on the lower surface of the insulating film. The third and fourth conductors are formed in a planar double spiral shape, and the first and third conductors, and the first and second conductive portions that continuously connect the second and fourth conductors, respectively, are provided with insulating films. through to form the first conductor and the third conductor continuously connected to the first conductive portion forms a primary coil, continuously by the second conductive portion of the second conductor and the fourth conductor to connect to a step of forming a secondary coil, the first conductor and the fourth conductor are stacked up and down through the insulating film, the second conductor and the third conductor is vertically via an insulating film A method of manufacturing a planar transformer to be stacked.

At least two planar transformers are stacked with an insulating film interposed therebetween , and a third conductive portion for continuously connecting the primary coils of the stacked planar transformer is formed through the insulating film and the secondary coil. The manufacturing method of the planar transformer which forms the 4th conduction | electrical_connection part which connects mutually continuously through the said insulating film, and manufactures each planar transformer with the manufacturing method of Claim 3.