專利名稱：電感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體襯底等各種基板上形成的電感元件。
背景技術(shù)：
已知一種利用薄膜形成技術(shù)，在半導(dǎo)體襯底上形成旋渦狀的圖形電極，將該圖形電極作為電感元件利用的半導(dǎo)體電路。如果電流流過在這樣的半導(dǎo)體襯底上形成的電感元件，則沿垂直于旋渦狀的圖形電極的方向發(fā)生磁通量，但由于該磁通量在半導(dǎo)體襯底表面上發(fā)生渦電流，會抵消有效磁通量，所以作為電感元件無法有效地起作用，這是不適宜的。特別是，流過電感元件的信號的頻率越高，該傾向就越顯著，難以在半導(dǎo)體襯底上形成包括電感元件的高頻電路。
作為避免這樣的不適宜情況的現(xiàn)有技術(shù)，已知有特開平10-208940號公報中公開的電感元件。該電感元件具有將與電感導(dǎo)體形狀相同的浮置導(dǎo)體配置在電感導(dǎo)體和基板之間的雙層結(jié)構(gòu)，能降低基板表面上發(fā)生的渦電流。
可是，由于特開平10-208940號公報中公開的電感元件在基板上呈平面地形成電感導(dǎo)體和浮置導(dǎo)體，所以通過配置從電感導(dǎo)體延伸的引線，有可能遮擋由電感導(dǎo)體發(fā)生的有效磁通量流，存在不能獲得充分的特性的問題。另外，由于浮置導(dǎo)體在電學(xué)上完全呈浮置狀態(tài)，所以隨著電感導(dǎo)體中輸入輸出的信號頻率等的不同，在該浮置導(dǎo)體中往往發(fā)生不需要的反射，隨著使用條件的不同，有可能不能獲得充分的特性。
發(fā)明的公開本發(fā)明就是鑒于這樣的問題而創(chuàng)作的，其目的在于提供一種即使在基板上形成的情況下，也能獲得良好的特性的電感元件。
本發(fā)明的電感元件有相互呈絕緣狀態(tài)在基板上重疊形成的兩個導(dǎo)體，將離開基板的一個導(dǎo)體作為電感導(dǎo)體用，同時在接近基板的另一個導(dǎo)體和基板之間引出該電感導(dǎo)體的引線。將兩個導(dǎo)體配置在基板上，將離開基板一側(cè)的導(dǎo)體作為電感導(dǎo)體用，通過使另一個導(dǎo)體介于該電感導(dǎo)體和基板之間，能降低基板表面上發(fā)生的渦電流、以及在電感導(dǎo)體和基板表面之間發(fā)生的寄生電容。特別是通過從另一導(dǎo)體和基板之間引出該電感導(dǎo)體的引線，能將遮擋由電感導(dǎo)體發(fā)生的有效磁通量流抑制到最小限度，能獲得良好的特性。
另外，最好在上述的基板上形成三層以上的金屬層，用相互相隔一層以上的不同層的金屬層形成上述兩個導(dǎo)體和引線中的每一個。通過作成這樣的結(jié)構(gòu)，能使電感導(dǎo)體和引線至少分離兩層以上，所以更能減少流過引線的電流產(chǎn)生的影響。
另外，本發(fā)明的電感元件有相互呈絕緣狀態(tài)在基板上重疊形成的兩個導(dǎo)體，將離開基板的一個導(dǎo)體作為電感導(dǎo)體用，同時在規(guī)定的阻抗元件中將另一個導(dǎo)體的至少一個端部作為終端。由于由電感導(dǎo)體發(fā)生的有效磁通量的作用，電流在另一導(dǎo)體中流動，但由于在阻抗元件中將該另一導(dǎo)體的端部作為終端，所以能防止該部分中的不需要的反射，進行特性改善，因此能獲得良好的特性。另外，通過利用電阻器、電容器、電感器中的任意一種、或它們的某種組合形成阻抗元件，能調(diào)整另一導(dǎo)體的頻率特性等，所以通過將阻抗元件的元件常數(shù)調(diào)整到適當(dāng)?shù)闹?，能改善特性?br> 另外，最好能變更構(gòu)成上述阻抗元件的電阻器、電容器、電感器中的任意一種的元件常數(shù)，通過使該元件常數(shù)可變來調(diào)整終端條件。通過利用來自外部的某種裝置來變更例如施加的控制電壓的值，能通過變更全體阻抗元件的元件常數(shù)、即終端條件來調(diào)整電感元件的特性。
特別是在上述的基板是半導(dǎo)體襯底的情況下，最好利用可變電容二極管形成元件常數(shù)可變的電容器。通過使用由半導(dǎo)體襯底形成的可變電容二極管，能使零部件小型化，同時與以后外接零部件進行布線等的情況相比，能簡化制造工序，從而降低制造成本。同樣，在上述的基板是半導(dǎo)體襯底的情況下，最好利用以溝道作為電阻體使用的FET形成。由于使用由利用半導(dǎo)體襯底形成的FET構(gòu)成的可變電阻，所以零部件能小型化，同時與以后外接零部件進行布線等的情況相比，能簡化制造工序，從而降低制造成本。
另外，構(gòu)成阻抗元件的電感器最好由在基板上按照規(guī)定的形狀形成的導(dǎo)體層形成。將導(dǎo)體的端部作為終端使用的電感器，由于不要求高Q值，所以能用基板上的導(dǎo)體圖形來實現(xiàn)，而且由于能在同一工序中利用進行各種布線等的金屬層形成該導(dǎo)體圖形，所以能使零部件小型化，簡化工序，以及與此相伴隨的成本的降低。
另外，上述的兩個導(dǎo)體最好呈大致相同的形狀或長形。由于使形狀相同，上層的導(dǎo)體與基板表面不直接相向，所以能降低使其直接相向時基板上產(chǎn)生的渦電流。另外，由于使兩個導(dǎo)體的形狀呈長形，所以能使上層的導(dǎo)體具有規(guī)定的電感。特別是在使導(dǎo)體形成一周以上的旋渦形或曲折形的情況下，能具有較大的電感，所以適合于組裝到頻率較低的電路的情況。另外，在使導(dǎo)體形成小于一周的圓圈形或大致為直線形的情況下，與形成旋渦形的情況相比，能減少電感，所以適合于組裝到頻率較高的電路的情況。
另外，在圓圈數(shù)大于一周的旋渦狀的情況下，雖然需要從該旋渦狀的電感導(dǎo)體的內(nèi)周邊一側(cè)端部引出引線，但由于通過靠近基板的導(dǎo)體和基板之間將該引線引出，所以能將由電感導(dǎo)體發(fā)生的對有效磁通量流的遮擋抑制到最小限度。
另外，上述的電感元件適合于作為具有電感分量和電容分量的復(fù)合元件使用。該電感元件有互相重合的兩個導(dǎo)體，其特性中也包含電容分量，所以能與電感器或電容器組合起來作為電路的一部分使用。
附圖的簡單說明

圖1是表示第一實施形態(tài)的電感元件的平面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示圖1所示的電感元件中包含的上層導(dǎo)體的圖。
圖3是表示圖1所示的電感元件中包含的下層導(dǎo)體的形狀圖。
圖4是表示電感導(dǎo)體中包含的兩條導(dǎo)體的連接狀態(tài)的圖。
圖5是沿圖1中的V-V線的放大剖面圖。
圖6是表示第二實施形態(tài)的電感元件的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是表示將可變電容二極管連接在下層導(dǎo)體的內(nèi)周端上的情況下的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示在半導(dǎo)體襯底上形成了圖7所示的可變電容二極管時的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示將可變電阻連接在下層導(dǎo)體的內(nèi)周端上的情況下的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示電感元件中包含的導(dǎo)體的變例的圖。
圖11是表示電感元件中包含的導(dǎo)體的變例的圖。
圖12是表示電感元件中包含的導(dǎo)體的變例的圖。
實施發(fā)明用的優(yōu)選形態(tài)以下，參照附圖具體地說明采用了本發(fā)明的一個實施形態(tài)的電感元件。
圖1是表示第一實施形態(tài)的電感元件的平面結(jié)構(gòu)圖。另外，圖2是表示圖1所示的電感元件中包含的上層導(dǎo)體的圖。圖3是表示圖1所示的電感元件中包含的下層導(dǎo)體的形狀圖。
本實施形態(tài)的電感元件100有在半導(dǎo)體襯底110的表面上形成的呈旋渦狀的兩條導(dǎo)體120、122。這兩條導(dǎo)體120、122有大致相同的形狀，從半導(dǎo)體襯底110的表面一側(cè)看時，成為上層的一個導(dǎo)體120和成為下層的另一導(dǎo)體122大致重疊地配置。各導(dǎo)體120、122由例如金屬薄膜(金屬層)或多晶硅等半導(dǎo)體材料形成。
圖4是表示上述的兩條導(dǎo)體120、122的連接狀態(tài)的圖。如圖4所示，引線130、132連接在上層導(dǎo)體120的外周端(外緣端)和內(nèi)周端(中心端)的每一個上，下層導(dǎo)體122離開半導(dǎo)體襯底110和上層導(dǎo)體120在電學(xué)上呈浮置狀態(tài)。
上層導(dǎo)體120具有作為電感導(dǎo)體的功能，通過連接在其兩端上的引線130、132，與在半導(dǎo)體襯底110上形成的電路(圖中未示出)相連接。
圖5是沿圖1中的V-V線的放大剖面圖。如圖4及圖5所示，在半導(dǎo)體襯底110的表面上形成至少三層金屬層160、162、164，用離開半導(dǎo)體襯底110最遠的最上層的金屬層160形成作為電感導(dǎo)體的一個導(dǎo)體120，用中層的金屬層162形成另一個導(dǎo)體122。
另外，用離開半導(dǎo)體襯底110最近的最下層的金屬層164形成從最上層的導(dǎo)體120的內(nèi)周端引出的引線132。例如，如圖5所示，導(dǎo)體120的內(nèi)周端和引線132的一端通過通孔150連接，由最下層的金屬層164形成的引線132向外周邊一側(cè)引出，以便與呈旋渦狀的電感導(dǎo)體的各圓圈部分正交。另外，在用三層金屬層160、162、164形成的導(dǎo)體120、122、引線132、以及半導(dǎo)體襯底110彼此之間形成絕緣層140、142、144，相互進行絕緣。
由于本實施形態(tài)的電感元件100具有上述的結(jié)構(gòu)，在連接在上層導(dǎo)體120的兩端的每一端的引線130、132之間呈現(xiàn)規(guī)定的電感，所以能將該上層導(dǎo)體120作為電感導(dǎo)體用。另外，通過在該上層導(dǎo)體120的下側(cè)形成具有與該導(dǎo)體120大致相同形狀的導(dǎo)體122，能將上層導(dǎo)體120和半導(dǎo)體襯底110隔開，所以能降低在半導(dǎo)體襯底110上發(fā)生的渦電流、以及在上層導(dǎo)體120和半導(dǎo)體襯底110之間產(chǎn)生的寄生電容，能有效地使上層導(dǎo)體120具有作為電感導(dǎo)體的功能。
另外，在本實施形態(tài)的電感元件100中，用最下層的金屬層164形成從作為電感導(dǎo)體的上層導(dǎo)體120的內(nèi)周端引出的引線132，夾持著另一個導(dǎo)體122配置在離開電感導(dǎo)體最遠的位置。因此，能將遮擋由電感導(dǎo)體發(fā)生的有效磁通量流抑制到最小限度，能獲得良好的特性。因此，由于能用半導(dǎo)體襯底110的表面上的至少三層金屬層160、162、164形成本實施形態(tài)的電感元件100，所以能在半導(dǎo)體襯底110上與其他零部件一起形成為一體而集成化。
圖6是表示第二實施形態(tài)的電感元件100A的結(jié)構(gòu)圖，與圖4所示的第一實施形態(tài)的電感元件100不同之處在于追加了規(guī)定的阻抗元件200。
即，在上述的第一實施形態(tài)的電感元件100中，如果著眼于與作為電感導(dǎo)體的一個導(dǎo)體120大致重疊配置的另一個導(dǎo)體122，則兩者的端部成為自由端(開放狀態(tài))。在本實施形態(tài)中，由于使導(dǎo)體122的內(nèi)周端通過阻抗元件200作為終端，所以能改善或調(diào)整電感元件100A總體的特性。
例如，當(dāng)電流流過電感元件100A的一個導(dǎo)體120時，在另一個導(dǎo)體122中產(chǎn)生感應(yīng)電流，但由于使另一個導(dǎo)體122的內(nèi)周端通過阻抗元件200作為終端，所以能防止該內(nèi)周端上的不需要的反射。另外，通過調(diào)整或變更阻抗元件200的元件常數(shù)，能容易地改善或變更包括電感元件100A的電路的頻率特性。例如，在欲降低頻率的情況下，使用電感器作為阻抗元件200即可。反之，在欲提高頻率的情況下，用電容器作為阻抗元件200即可?；蛘?，也可以將這些電感器、電容器或電阻器任意地組合起來形成阻抗元件200。
另外，上述的阻抗元件200能使用最簡單的電感器、電容器、或電阻器的芯片零部件。另外如圖5中的剖面結(jié)構(gòu)所示，如果考慮在半導(dǎo)體襯底110上形成構(gòu)成電感元件100A的兩個導(dǎo)體120、122，則最好也用半導(dǎo)體制造技術(shù)在半導(dǎo)體襯底110上形成阻抗元件200。例如，可以考慮用高電阻體形成電阻器、或者使具有規(guī)定的面積的兩層金屬層相向形成電容器、或者用規(guī)定形狀的導(dǎo)體形成電感器的情況。另外，由于能只用阻抗元件200作為終端用元件，所以即使在用電感器實現(xiàn)終端用元件的情況下，也不需要那么高的Q。因此，也可以將在半導(dǎo)體襯底110上形成規(guī)定形狀(例如旋渦狀)的導(dǎo)體構(gòu)成的電感器作為阻抗元件200使用。
另外，也可以使用能利用來自外部的控制裝置變更元件常數(shù)的阻抗元件200。圖7是表示將可變電容二極管210連接在導(dǎo)體122的內(nèi)周端的情況下的結(jié)構(gòu)圖?？勺冸娙荻O管210由于在反向偏置狀態(tài)下使用，所以作為具有規(guī)定的電容的電容器而工作，通過改變反向偏壓的大小，能變更電容。該可變電容二極管210通過除去直流分量用的電容器212連接在導(dǎo)體122的內(nèi)周端上。
圖8是表示在半導(dǎo)體襯底110上形成了圖7所示的可變電容二極管210時的剖面結(jié)構(gòu)圖。如圖8所示，包括在由n型硅襯底(n-Si襯底)形成的半導(dǎo)體襯底110的表面附近形成的p+區(qū)220、以及再在其一部分上形成的n+區(qū)222，這些p+區(qū)220和n+區(qū)222形成pn結(jié)層。另外，在p+區(qū)220的表面上形成接地用的電極230，在n+區(qū)222的表面上形成將可變的反向偏壓作為控制電壓Vc施加用的電極232。通過將正的控制電壓Vc加在電極232上，能形成其電容隨著該控制電壓Vc的大小而變化的可變電容二極管210。
圖9是表示將由FET240構(gòu)成的可變電阻連接在導(dǎo)體122的內(nèi)周端上的情況下的結(jié)構(gòu)圖。如圖9所示，通過將FET240的溝道作為電阻體使用，能容易地實現(xiàn)可變電阻。通過變更加在柵極上的控制電壓Vc，能變更在源極和漏極之間形成的溝道的電阻。另外，通過在半導(dǎo)體襯底110的表面附近形成源區(qū)和漏區(qū)，同時在形成這些區(qū)域或它們之間的溝道的區(qū)域附近形成規(guī)定形狀的電極，從而能容易地在半導(dǎo)體襯底110上形成FET240。
這樣，通過使用根據(jù)從外部施加的控制電壓Vc能變更元件常數(shù)的阻抗元件，將導(dǎo)體122的端部作為終端，則能變更終端條件，所以即使在輸入輸出到電感元件100A的信號的頻率等變更了的情況下，也能與該變更一致地調(diào)整終端條件，能夠改善特性。
另外，本發(fā)明不限定于上述實施形態(tài)，能在本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)作各種變形來實施。例如，在上述的實施形態(tài)中，由于使電感元件100、100A中包含的兩條導(dǎo)體120、122形成旋渦狀，所以能實現(xiàn)具有大電感的電感元件100、100A，但也可以呈曲折形形成兩條導(dǎo)體120、122(圖10)。另外，在作為高頻電路的一個零部件使用該電感元件100、100A的情況下，由于用小的電感就足夠了，所以也可以減少導(dǎo)體120、122的圈數(shù)，形成為小于一圈(圖11)，或大致呈直線狀地形成(圖12)。
另外，在上述的實施形態(tài)中，雖然將兩個導(dǎo)體120、122的形狀設(shè)定成大致相同，但也可以設(shè)定成不同的形狀。例如，也可以設(shè)定下層導(dǎo)體122的圈數(shù)比上層導(dǎo)體120的圈數(shù)多。這樣，如果下層導(dǎo)體122的全部或一部分被配置在上層導(dǎo)體120的下側(cè)，則由于上層導(dǎo)體120不直接與半導(dǎo)體襯底110相對，所以能有效地防止上層導(dǎo)體120引起的渦電流的發(fā)生。
另外，在上述的實施形態(tài)中，雖然通過在半導(dǎo)體襯底110上形成兩條導(dǎo)體120、122，來形成電感元件100、100A，但也能實現(xiàn)在金屬等導(dǎo)體基板上形成了兩條導(dǎo)體120、122的電感元件。如果能在導(dǎo)體基板上緊密接觸地形成電感元件100、100A，則能將電感元件100、100A配置在金屬制的密封外殼等的表面上，容易確保電感元件的設(shè)置空間。
另外，上述的第二實施形態(tài)的電感元件100A雖然利用電感元件200將下層導(dǎo)體122的內(nèi)周端作為終端，但也可以通過阻抗元件將外周端作為終端，或者使兩端分別通過阻抗元件作為終端。在使導(dǎo)體122的兩端的每一端通過阻抗元件作為終端的情況下，使各阻抗元件的元件常數(shù)不同即可。
工業(yè)上利用的可能性如上所述，如果采用本發(fā)明，則能將兩個導(dǎo)體中的離開基板一側(cè)的導(dǎo)體作為電感導(dǎo)體用，同時使該電感導(dǎo)體的引線從接近基板的另一導(dǎo)體和基板之間通過，能將遮擋由電感導(dǎo)體發(fā)生的有效磁通量流抑制到最小限度，能夠得良好的特性。
另外，如果采用本發(fā)明，由于由電感導(dǎo)體發(fā)生的有效磁通量的作用，電流也流到另一導(dǎo)體中，但由于在阻抗元件中將該另一導(dǎo)體的端部作為終端，所以能防止該部分的不需要的反射以改善特性。
權(quán)利要求
1.一種電感元件，其特征在于有相互呈絕緣狀態(tài)在基板上重疊形成的兩個導(dǎo)體，將離開上述基板的一個上述導(dǎo)體作為電感導(dǎo)體用，同時在規(guī)定的阻抗元件中將另一個上述導(dǎo)體的至少一個端部作為終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于上述的阻抗元件能變更電阻器、電容器、電感器中的至少一種的元件常數(shù)，通過變更上述元件常數(shù)來變更終端條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感元件，其特征在于上述基板是半導(dǎo)體襯底，由利用在上述半導(dǎo)體襯底的內(nèi)外形成的半導(dǎo)體層的可變電容二極管形成上述電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感元件，其特征在于上述基板是半導(dǎo)體襯底，由利用在上述半導(dǎo)體襯底的內(nèi)外形成的半導(dǎo)體層的FET的溝道形成上述電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導(dǎo)體有大致相同的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導(dǎo)體呈長形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導(dǎo)體形成圈數(shù)小于一圈的圓圈形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導(dǎo)體形成圈數(shù)在一圈以上的旋渦狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導(dǎo)體大致呈直線狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導(dǎo)體呈曲折狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感元件，其特征在于有上述電感元件的電感分量、以及上述兩個導(dǎo)體之間的電容分量。
全文摘要
本發(fā)明所提供一種即使在基板上形成的情況下，也能獲得良好的特性的電感元件。電感元件(100)有在半導(dǎo)體襯底(110)的表面上形成的旋渦狀的兩條導(dǎo)體(120、122)。上層導(dǎo)體(120)和下層導(dǎo)體(122)有大致相同的形狀，一個導(dǎo)體(120)作為電感導(dǎo)體使用，另一個導(dǎo)體(122)作為浮置導(dǎo)體使用。另外，引線(130、132)連接在導(dǎo)體(120)的外周端和內(nèi)周端的每一端上，連接在內(nèi)周端上的引線(132)通過下層導(dǎo)體(122)和半導(dǎo)體襯底(110)之間被引出到外周邊一側(cè)。
文檔編號H03H7/075GK1629988SQ20051000380
公開日2005年6月22日 申請日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月17日
發(fā)明者岡本明, 池田毅 申請人:新瀉精密株式會社