JPH0319358A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，マイクロ波などの高周波通信機器に不可欠な
インダクタを含む半導体集積回路に関するものである。

（従来の技術） 近年，通信情報網が多様化し．ＣＡＴＶ，衛星放送，衛
星通信などのニューメディアが注目されている．これら
の高周波を用いる通信機器では，その小形化のために，
ＩＣ化が進んでいる。

？来、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯以上の通信用送受信回路では，
インダクタすなわちＬ或分は，寸法が大きくなるため．
ＩＣ化されず単品を外付けすることが多かった。しかし
ながら、マイクロ波帯域等では，どうしてもインダクタ
をＩＣ化せざるを得ない場合があり．ＧａＡｓ！板を使
った半導体集積回路（ＭＭＩＣ）等でインダクタのＩＣ
化が行われている。

この種の従来のＩＣ化されたインダクタについて．第４
図により説明する。

第４図（ａ）および（ｂ）は、インダクタの要部拡大断
面図および平面図で，（ａ）図に示すように、従来のイ
ンダクタは、半導体基板１の表面に金属膜配Ａ！２を形
戒した上に，上記の金属膜配線２の末端部に連通孔３ａ
を設けた絶縁膜３を形成し、さらにその表面に，上記の
連通孔３ａで金属膜配線２と接続する渦巻き状の金属膜
コイル４を形成したものである。一般に半導体基板工に
はＳＬやＧａＡｓが，絶縁膜３にはＳｉＯ■やＳｉ■Ｎ
４が、金属膜配線２および金属膜コイル４には蒸着スパ
ッタあるいはめっきによるＡｌｔ．Ｔｉ−Ａｕ等がそれ
ぞれ用いられる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の構成では，インダクタの設計性は
良いが、その大きさが数百μｍ角で，インダクタンス値
は数十ｎＨであり、１００ｎＨ以上のインダクタの形成
は難しいという問題があった．また、回路には、インダ
クタを用いた結合器やバラン素子も用いられているが、
寸法が大きくなり、また、大きなインダクタンス値が得
れないため、実用化されていないという問題もあった。

本発明では，上記の問題を解決するもので、小形で高イ
ンダクタンスのインダクタ、結合器あるいはバラン素子
を有する半導体集積回路を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するため、本発明は、半導体基板上に
，強磁性体をはさんだ２層以上の多層の金属膜コイルを
用い、インダクタ、結合器あるいはバラン素子を構或す
るものである。

（作　用） 強磁性体を挟んだ多層の金属膜コイルを用いることによ
り，インダクタの大きさが従来の数十分の一から数百分
の一以下に小形化できる．また、小形化が可能になった
ため、従来，困難であった結合器やバラン素子も実現で
きる。

（実施例） 本発明の実施例三例を第１図ないし第３図により説明す
る。

まず、本発明による第上の実施例である。半導体集積回
路のインダクタについて第１図により説明する。

第１図（ａ）は、インダクタ部の模型的な断面図，第１
図（ｂ），　ＣＣ）および（ｄ）はそれぞれ下層、中間
層および上層を示す模型的な平面図である。

第１図（ａ）において、半導体基板１の表面に形成した
、強磁性体の４層５ａ，５ｂ，５ｃおよび５ｄからなる
多層絶縁膜５の間に、第１図（ｂ）．　（ｃ）および（
ｄ）に示すように、図のように巻いた渦巻状の金属膜コ
イル４ａ，４ｂおよび４Ｃを挟み込むように、また、金
属膜配ｍ２をその表面に、それぞれ順次形成し，さらに
、上記の最下層を除く絶縁膜５ｂ，５ｃおよび５ｄに設
けた連通孔６ａ，　６ｂ，および６ｃにより，相隣接す
る金属膜コイル４ａと４ｂおよび４ｂと４ｃならびに最
上層の金属膜コイル４ｃと金属膜配ＩｉＡ２とをそれぞ
れ電気的に接続したものである。

なお，上記の多層絶縁膜５は，高周波でも高い透磁率を
示し，且つ電気的に絶縁性を有するＭｎ−Ｚｎフェライ
トを用いスパッタで形成した。その他の半導体基板ｌ，
金属膜配，ｌ％２および金属膜コイル４の材質と形成方
法は、従来と変わらないのでその説明を省略する。

次に、本発明の第２の実施例である結合器について第２
図により説明する。ここで結合器と呼んだが、変圧器と
しても働くことはいうまでもない。

第２図（．）は，本発明による結合器を示す模型的断面
図、第２図（ｂ）および（ｃ）は、その下層および上層
のインダクタの平面図、第２図（ｄ）はその等価回路図
である。

第２図（ａ）において．本実施例の結合器は，半導体基
板ｌの上に形成した、強磁性体の３層５ａ，５ｂおよび
５ｃからなる多層絶縁膜５の各層間に，第２図（ｂ）お
よび（ｃ）に示したように、それぞれ独立した、同一方
向に巻いた渦巻き状の２個の金属膜コイル４ａおよび４
ｂを形成し、＃！縁膜５ａおよび５ｃに設けた連通孔６
ａおよび６ｂによって、それぞれ半導体基板１および上
記の多層絶縁膜５の表面に形成された金属膜配線２ａお
よび２ｂと接続されている。

第２図（ｄ）は，上記のような構成の結合器の等価回路
である。

なお，本実施例では，２組の金属膜コイル４ａおよび４
ｂを一層ずつとしたが，それぞれ多層にしたり、この多
層化した２組を交互に挟み込んでもよく、このようにす
ればさらに結合効率が高められることはいうまでもない
。

次に、本発明の第３の実施例として、バラン素子につい
て第３図により説明する。ここでいうパラン素子とは非
平衡回路をさすが、３ポートの変圧器として働くことは
いうまでもない．第３図（ａ）は，本発明によるバラン
素子を示す模型的断面図、第３図（ｂ）ないし（ｄ）は
、最下層から順に示した平面図、第３図（ｅ）はその等
価回路図である。第３図（ａ）において、本実施例のバ
ラン素子は、半導体基板１の上に形成した２本の金属膜
配線２ａおよび２ｂの上に、強磁性体の４層５ａ，５ｂ
，５ｃおよび５ｄからなる多層絶縁膜５を形成し、さら
に上記の絶縁膜５ａと５ｂ、および絶縁膜５Ｃと５ｄの
間にそれぞれ第３図（ｂ）ないし（ｄ）に示すように、
図のように巻いて、その外周端で接続した２ｇｉの金属
膜コイル４ａおよび４Ｃを、また、絶＠ｇ５ｂと５０の
間に，第３図（ｃ）に示した金属膜コイル４ｂをそれぞ
れ形成したものである．なお、金属膜コイル４ａは連通
孔６ａ，６ｃおよび６ｄで，それぞれ金属膜配線２ａと
２０および金属膜コイル４Ｃと，金属膜コイル４ｂは連
通孔６ｂで金属膜配線２ｂと、金属膜コイル４Ｃは連通
孔６Ｃおよび６ｄで金属膜コイル４ａおよび金属膜配線
２ｄと、それぞれ接続されている． なお、第２および第３の実施例の半導体基板１、金属膜
配線２および金属膜コイル４の材質およびその形成方法
は第１の実施例と変わらないのでその説明を省略する． また、本実施例では、多層絶［！Ｊ５を４層としたが、
さらに絶縁膜を重ねて、それぞれ多層の金属膜コイルを
連結してもよい。

このバラン素子もさらに多層化できるのはいうまでもな
い． （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、強磁性体を挾ん
で２層以上の金属膜コイルが積層されるので，インダク
タの大きさは従来の数十分の一から数百分の一の小形と
なり、１（１０ｎＨ以上の容量も可能となる。また、小
形化が可能になるので，結合器やバラン素子を含む半導
体集積回路も実現が可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による半導体集積回路のインダク
タを模型的に示した側面断面図、第ｌ図（ｂ）ないし（
ｄ）はその下，中，上各層の平面図、第２図（ａ）は本
発明による第２の実施例の結合器を模型的に示した側面
断面図，第２図（ｂ）および（Ｃ）はその下，上２層を
示す平面図．第２図（ｄ）はその等価回路図、第３図（
ａ）は本発明による第３の実施例のバラン素子を模型的
に示した側面断面図，第３図（ｂ）ないし（ｄ）はそれ
ぞれ下，中，上各層の平面図、第３図（ｅ）はその等価
回路図，第４図は従来の半導体集積回路のインダクタを
模型的に示す側面断面図および平面図である。 １　・・・半導体基板、　２，２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｄ
−＝金属膜配線．　　３，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ＝・
絶＃膜、　３ａ，　６ａ，　６ｂ，　６ｃ，６ｄ−・・
連通孔，　４，４ａ，４ｂ，４ｃ　−金属膜コイル、　
５・・・多層絶縁膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板の表面に形成した強磁性体からなる多層絶縁
   膜の層間に、渦巻状の金属膜コイルを形成し、上記の絶
   縁膜に設けた連通孔を介して、電気的に接続して構成し
   たインダクタ、結合器あるいはバラン素子を含むことを
   特徴とする半導体集積回路。