專利名稱：電感元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在半導體襯底等各種基板上形成的電感元件。
背景技術：
已知一種利用薄膜形成技術，在半導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體電路。如果電流流過在這樣的半導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，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體形狀相同的浮置導體配置在電感導體和基板之間的雙層結構，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體和浮置導體，所以通過配置從電感導體延伸的引線，有可能遮擋由電感導體發(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，由于浮置導體在電學上完全呈浮置狀態(tài)，所以隨著電感導體中輸入輸出的信號頻率等的不同，在該浮置導體中往往發(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體，將離開基板的一個導體作為電感導體用，同時在接近基板的另一個導體和基板之間引出該電感導體的引線。將兩個導體配置在基板上，將離開基板一側的導體作為電感導體用，通過使另一個導體介于該電感導體和基板之間，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體和基板之間引出該電感導體的引線，能將遮擋由電感導體發(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體和引線中的每一個。通過作成這樣的結構，能使電感導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體，將離開基板的一個導體作為電感導體用，同時在規(guī)定的阻抗元件中將另一個導體的至少一個端部作為終端。由于由電感導體發(fā)生的有效磁通量的作用，電流在另一導體中流動，但由于在阻抗元件中將該另一導體的端部作為終端，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，能調整另一導體的頻率特性等，所以通過將阻抗元件的元件常數(shù)調整到適當?shù)闹?，能改善特性?br> 另外，最好能變更構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)、即終端條件來調整電感元件的特性。
特別是在上述的基板是半導體襯底的情況下，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體襯底形成的FET構成的可變電阻，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)定的形狀形成的導體層形成。將導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，由于使兩個導體的形狀呈長形，所以能使上層的導體具有規(guī)定的電感。特別是在使導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體的內周邊一側端部引出引線，但由于通過靠近基板的導體和基板之間將該引線引出，所以能將由電感導體發(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合元件使用。該電感元件有互相重合的兩個導體，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構圖。
圖2是表示圖1所示的電感元件中包含的上層導體的圖。
圖3是表示圖1所示的電感元件中包含的下層導體的形狀圖。
圖4是表示電感導體中包含的兩條導體的連接狀態(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)的電感元件的結構圖。
圖7是表示將可變電容二極管連接在下層導體的內周端上的情況下的結構圖。
圖8是表示在半導體襯底上形成了圖7所示的可變電容二極管時的剖面結構圖。
圖9是表示將可變電阻連接在下層導體的內周端上的情況下的結構圖。
圖10是表示電感元件中包含的導體的變例的圖。
圖11是表示電感元件中包含的導體的變例的圖。
圖12是表示電感元件中包含的導體的變例的圖。
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構圖。另外，圖2是表示圖1所示的電感元件中包含的上層導體的圖。圖3是表示圖1所示的電感元件中包含的下層導體的形狀圖。
本實施形態(tài)的電感元件100有在半導體襯底110的表面上形成的呈旋渦狀的兩條導體120、122。這兩條導體120、122有大致相同的形狀，從半導體襯底110的表面一側看時，成為上層的一個導體120和成為下層的另一導體122大致重疊地配置。各導體120、122由例如金屬薄膜(金屬層)或多晶硅等半導體材料形成。
圖4是表示上述的兩條導體120、122的連接狀態(tài)的圖。如圖4所示，引線130、132連接在上層導體120的外周端(外緣端)和內周端(中心端)的每一個上，下層導體122離開半導體襯底110和上層導體120在電學上呈浮置狀態(tài)。
上層導體120具有作為電感導體的功能，通過連接在其兩端上的引線130、132，與在半導體襯底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，用離開半導體襯底110最遠的最上層的金屬層160形成作為電感導體的一個導體120，用中層的金屬層162形成另一個導體122。
另外，用離開半導體襯底110最近的最下層的金屬層164形成從最上層的導體120的內周端引出的引線132。例如，如圖5所示，導體120的內周端和引線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向外周邊一側引出，以便與呈旋渦狀的電感導體的各圓圈部分正交。另外，在用三層金屬層160、162、164形成的導體120、122、引線132、以及半導體襯底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具有上述的結構，在連接在上層導體120的兩端的每一端的引線130、132之間呈現(xiàn)規(guī)定的電感，所以能將該上層導體120作為電感導體用。另外，通過在該上層導體120的下側形成具有與該導體120大致相同形狀的導體122，能將上層導體120和半導體襯底110隔開，所以能降低在半導體襯底110上發(fā)生的渦電流、以及在上層導體120和半導體襯底110之間產(chǎn)生的寄生電容，能有效地使上層導體120具有作為電感導體的功能。
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形成從作為電感導體的上層導體120的內周端引出的引線132，夾持著另一個導體122配置在離開電感導體最遠的位置。因此，能將遮擋由電感導體發(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的結構圖，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體的一個導體120大致重疊配置的另一個導體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，由于使導體122的內周端通過阻抗元件200作為終端，所以能改善或調整電感元件100A總體的特性。
例如，當電流流過電感元件100A的一個導體120時，在另一個導體122中產(chǎn)生感應電流，但由于使另一個導體122的內周端通過阻抗元件200作為終端，所以能防止該內周端上的不需要的反射。另外，通過調整或變更阻抗元件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?；蛘撸部梢詫⑦@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中的剖面結構所示，如果考慮在半導體襯底110上形成構成電感元件100A的兩個導體120、122，則最好也用半導體制造技術在半導體襯底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，也可以將在半導體襯底110上形成規(guī)定形狀(例如旋渦狀)的導體構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連接在導體122的內周端的情況下的結構圖?？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連接在導體122的內周端上。
圖8是表示在半導體襯底110上形成了圖7所示的可變電容二極管210時的剖面結構圖。如圖8所示，包括在由n型硅襯底(n-Si襯底)形成的半導體襯底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構成的可變電阻連接在導體122的內周端上的情況下的結構圖。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，雖然將兩個導體120、122的形狀設定成大致相同，但也可以設定成不同的形狀。例如，也可以設定下層導體122的圈數(shù)比上層導體120的圈數(shù)多。這樣，如果下層導體122的全部或一部分被配置在上層導體120的下側，則由于上層導體120不直接與半導體襯底110相對，所以能有效地防止上層導體120引起的渦電流的發(fā)生。
另外，在上述的實施形態(tài)中，雖然通過在半導體襯底110上形成兩條導體120、122，來形成電感元件100、100A，但也能實現(xiàn)在金屬等導體基板上形成了兩條導體120、122的電感元件。如果能在導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將下層導體122的內周端作為終端，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，則能將兩個導體中的離開基板一側的導體作為電感導體用，同時使該電感導體的引線從接近基板的另一導體和基板之間通過，能將遮擋由電感導體發(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，由于由電感導體發(fā)生的有效磁通量的作用，電流也流到另一導體中，但由于在阻抗元件中將該另一導體的端部作為終端，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體，將離開上述基板的一個上述導體作為電感導體用，同時在規(guī)定的阻抗元件中將另一個上述導體的至少一個端部作為終端。
2.根據(jù)權利要求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)權利要求2所述的電感元件，其特征在于上述基板是半導體襯底，由利用在上述半導體襯底的內外形成的半導體層的可變電容二極管形成上述電容器。
4.根據(jù)權利要求2所述的電感元件，其特征在于上述基板是半導體襯底，由利用在上述半導體襯底的內外形成的半導體層的FET的溝道形成上述電阻。
5.根據(jù)權利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導體有大致相同的形狀。
6.根據(jù)權利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導體呈長形。
7.根據(jù)權利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導體形成圈數(shù)小于一圈的圓圈形狀。
8.根據(jù)權利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導體形成圈數(shù)在一圈以上的旋渦狀。
9.根據(jù)權利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導體大致呈直線狀。
10.根據(jù)權利要求1所述的電感元件，其特征在于上述兩個導體呈曲折狀。
11.根據(jù)權利要求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)有在半導體襯底(110)的表面上形成的旋渦狀的兩條導體(120、122)。上層導體(120)和下層導體(122)有大致相同的形狀，一個導體(120)作為電感導體使用，另一個導體(122)作為浮置導體使用。另外，引線(130、132)連接在導體(120)的外周端和內周端的每一端上，連接在內周端上的引線(132)通過下層導體(122)和半導體襯底(110)之間被引出到外周邊一側。
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