(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置されたインダクタと、
前記インダクタの周りに配置された複数の第１ダミー導体パターンと、
前記複数の第１ダミー導体パターンに比して、前記インダクタから遠い位置に配置された複数の第２ダミー導体パターンと、を備え、
前記インダクタと前記複数の第１ダミー導体パターンと前記複数の第２ダミー導体パターンとは同一の層に配置され、
前記複数の第１ダミー導体パターンが配置された領域のデータ率は、前記複数の第２ダミー導体パターンが配置された領域のデータ率よりも小さく、
前記複数の第１ダミー導体パターンは、平面視で前記インダクタの内側に配置される半導体装置。
【請求項２】
前記インダクタと前記複数の第１ダミー導体パターンと前記複数の第２ダミー導体パターンとは銅である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記インダクタと前記複数の第１ダミー導体パターンと前記複数の第２ダミー導体パターンとはアルミニウムである請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記インダクタと前記複数の第１ダミー導体パターンとを囲うガードリング配線をさらに備え、
前記複数の第２ダミー導体パターンは前記ガードリング配線の外側に配置される請求項１から３までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ガードリング配線はビアを介して前記半導体基板に接続される請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数の第２ダミー導体パターンは、前記複数の第１ダミー導体パターンが設けられた領域の外側に配置される請求項１から３までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記層は絶縁層であり、
前記インダクタと前記複数の第１ダミー導体パターンと前記複数の第２ダミー導体パターンとは前記絶縁層に埋め込まれている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体基板上には複数の絶縁層が設けられ、
前記層は、前記複数の絶縁層のうちの１層である請求項７に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の半導体装置を示す平面図である（例えば特許文献１）。半導体装置１００においては、配線１０１の近傍に、矩形のダミー導体パターン１０２が配置されている。このダミー導体パターン１０２は、半導体装置１００の製造時に配線１０１の加工をし易くするために設けられている。また、配線１０１は、インダクタとして機能する。
【０００３】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献１の他に、特許文献２および非特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１０８０７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５９７０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ａｌｉ  Ｈａｊｉｍｉｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｓｉｇｎ  Ｉｓｓｕｅｓ  ｉｎ  ＣＭＯＳ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ＬＣ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ”，  ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ，  Ｖｏｌ．  ３４，  Ｎｏ．  ５，  Ｍａｙ  １９９９，  ｐｐ．  ７１７−７２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図９の半導体装置１００において配線１０１に高周波電流が流れる場合、以下の問題が生じる。すなわち、図１０に示すように、配線１０１の磁界により、その近傍に位置するダミー導体パターン１０２に渦電流が発生する。同図は、図９中の点線で囲まれた部分を拡大して示した平面図である。図中の矢印Ａ１は配線１０１を流れる電流の向きを表し、矢印Ａ２はダミー導体パターン１０２を流れる渦電流の向きを表している。
【０００７】
このように渦電流が発生すると、レンツの法則に従い、上記磁界を打ち消す方向の磁界が発生する。それにより配線１０１の回路定数が変動するため、結果として、当該配線１０１の伝送特性が不安定となってしまう。かかる問題は、５ＧＨｚ以上の高周波電流が配線１０１を流れる場合に顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による半導体装置は、５ＧＨｚ以上の周波数を有する電流が流れる配線と、上記配線の近傍に配置された第１のダミー導体パターンと、を備え、上記第１のダミー導体パターンの平面形状は、１８０°を超える内角を有する図形に等しいことを特徴とする。
【０００９】
この半導体装置においては、配線の近傍に配置された第１のダミー導体パターンが、平面視で１８０°を超える内角を有している。かかる内角の存在は、第１のダミー導体パターンの形状を複雑にする。高周波電流の場合、表皮効果により、その電流密度は導体の表面に近づくにつれて高くなる。したがって、第１のダミー導体パターンの外形が複雑であることは、当該パターン中の渦電流の流れを効果的に阻害する。これにより、渦電流が弱まるため、配線の回路定数の変動を小さく抑えることができる。
【００１０】
また、本発明による半導体装置は、配線導体と、前記配線導体の周辺に配置された複数のダミー導体パターンと、を含み、前記ダミー導体パターンのそれぞれが、その周辺の一部に設けられた少なくとも１つのくぼみを有する多角形の形状を有することを特徴とする。
【００１１】
この半導体装置においては、配線導体の周辺に配置された複数のダミー導体パターンが、その周辺の一部に設けられた少なくとも１つのくぼみを有している。かかるくぼみの存在は、第１のダミー導体パターンの形状を複雑にする。高周波電流の場合、表皮効果により、その電流密度は導体の表面に近づくにつれて高くなる。したがって、第１のダミー導体パターンの外形が複雑であることは、当該パターン中の渦電流の流れを効果的に阻害する。これにより、渦電流が弱まるため、配線の回路定数の変動を小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、配線の伝送特性の安定性を向上させることが可能な半導体装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による半導体装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】配線の近傍に配置されたダミー導体パターンを示す平面図である。
【図３】図２のダミー導体パターンの平面形状を説明するための平面図である。
【図４】変形例に係るダミー導体パターンを示す平面図である。
【図５】変形例に係るダミー導体パターンを示す平面図である。
【図６】図５のダミー導体パターンの平面形状を説明するための平面図である。
【図７】変形例に係るダミー導体パターンを示す平面図である。
【図８】図４のダミー導体パターンの加工後の形状の例を示す平面図である。
【図９】従来の半導体装置を示す平面図である。
【図１０】従来の半導体装置の課題を説明するための平面図である。
【図１１】本発明による半導体装置の一実施形態の変形例を示す平面図である。
【図１２】本発明による半導体装置の一実施形態の別の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明による半導体装置の一実施形態を示す平面図である。半導体装置１は、配線１０、およびダミー導体パターン２０を備えている。配線１０は、５ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波電流が流れる配線である。本実施形態において配線１０は、インダクタとして機能する。
【００１６】
配線１０の近傍には、複数のダミー導体パターン２０が配置されている。ここで、ダミー導体パターンとは、その有無が半導体装置１の回路構成に影響を与えない導体パターンのことである。これらのダミー導体パターン２０は、規則的に、具体的には正方格子状に配列されている。ダミー導体パターン２０は、配線１０と同一の材料によって構成されている。かかる材料としては、銅またはアルミニウム等が挙げられる。配線１０およびダミー導体パターン２０の材料が銅である場合、これらは例えばダマシン法によって形成される。なお、配線１０およびダミー導体パターン２０は、同一の層中に形成されていてもよいし、相異なる層中に形成されていてもよい。前者の場合、配線１０およびダミー導体パターン２０は、同時に形成されることが好ましい。
【００１７】
図２は、ダミー導体パターン２０を示す平面図である。ダミー導体パターン２０の平面形状は、１８０°を超える内角を有する図形に等しい。ダミー導体パターン２０の平面形状は、図３に示すように、第１の矩形Ｒ１から第２の矩形Ｒ２（斜線が付された部分）を除去して得られる図形に等しい。矩形Ｒ１は、ダミー導体パターン２０を内包することが可能な矩形のうち面積が最小のものとして定義することができる。矩形Ｒ２は、矩形Ｒ１の角部に位置しており、その面積は矩形Ｒ１のそれよりも小さい。本実施形態においては、矩形Ｒ１の４箇所の角部の全てが除去されている。その結果、ダミー導体パターン２０の平面形状は、２７０°の内角（図２において丸印で囲まれた部分）を４つ有する図形に等しくなっている。すなわち、ダミー導体パターン２０は、平面視で十字形をしている。なお、ダミー導体パターン２０の大きさ（矩形Ｒ１の１辺の長さ）は、例えば約１μｍである。また、ダミー導体パターン２０の周辺の一部とは、平面視における外周の一部を示す。またくぼみとは、ダミー導体パターン２０の外周に形成された凹部を含む。
【００１８】
図１に戻って、半導体装置１は、複数のダミー導体パターン３０を更に備えている。これらのダミー導体パターン３０は、配線１０の近傍領域すなわちダミー導体パターン２０が設けられた領域の外に配置されている。したがって、ダミー導体パターン３０は、ダミー導体パターン２０に比して、配線１０から遠い位置に配置されている。ダミー導体パターン３０の平面形状は、矩形に等しい。ダミー導体パターン２０が配置された領域のデータ率は、ダミー導体パターン３０が配置された領域のデータ率よりも小さい。ここで、データ率とは、ある領域（基板に平行な面内の領域）における導体の面積割合のことである。
【００１９】
かかるデータ率の違いの一因は、ダミー導体パターン２０の平面形状が上述のように矩形の一部を除去した図形に等しいことにある。除去された分だけダミー導体パターン２０が配置された領域のデータ率が小さくなるからである。しかし、仮にダミー導体パターン２０の平面形状が矩形であっても、データ率に関する上述の大小関係が成り立つことが好ましい。すなわち、ダミー導体パターン２０およびダミー導体パターン３０は、平面形状が共に矩形であったとしても、前者のデータ率が後者のそれよりも小さくなるように配置されることが好ましい。
【００２０】
本実施形態の効果を説明する。半導体装置１においては、配線１０の近傍に配置されたダミー導体パターン２０が、平面視で１８０°を超える内角を有している。かかる内角の存在は、ダミー導体パターン２０の形状を複雑にする。高周波電流の場合、表皮効果により、その電流密度は導体の表面に近づくにつれて高くなる。したがって、ダミー導体パターン２０の外形が複雑であることは、当該パターン中の渦電流（図２中に矢印Ａ３で示されている）の流れを効果的に阻害する。これにより、渦電流が弱まるため、配線１０の回路定数の変動を小さく抑えることができる。よって、配線１０の伝送特性の安定性を向上させることが可能な半導体装置１が実現されている。
【００２１】
表皮効果によれば、導体中の電流密度Ｊは（１）式のように表される。
Ｊ（δ）＝ｅｘｐ（−δ／ｄ）  …（１）
ここで、δは導体表面からの深さ、ｄは表皮深さである。
【００２２】
この表皮深さｄは、電流密度Ｊが表面電流（＝Ｊ（０））の１／ｅ（約０．３７）倍になるときの深さδであり、（２）式に従って求められる。
ｄ＝｛（２ρ）／（ωμ）｝１／２  …（２）
ここで、ρは導体の電気抵抗率、ωは電流の角周波数、μは導体の絶対透磁率である。
【００２３】
例えば銅（導電率σ＝５．８０×１０７［Ｓ／ｍ］）の場合、表皮深さｄは、１ＧＨｚで２．１μｍ、５ＧＨｚで０．９５μｍ、１０ＧＨｚで０．６６μｍとなる。また、アルミニウム（導電率σ＝３．６×１０７［Ｓ／ｍ］）の場合、表皮深さｄは、１ＧＨｚで２．６５μｍ、５ＧＨｚで１．２μｍ、１０ＧＨｚで０．８３９μｍとなる。
【００２４】
また、本実施形態においては、ダミー導体パターン２０が平面視で２７０°の内角を有している。２７０°の内角であれば、Ｘ方向（図中の左右方向）に平行な辺およびＹ方向（図中の上下方向）に平行な辺の２種類の辺のみで、ダミー導体パターン２０を描くことが可能である。したがって、ダミー導体パターン２０の形成、ひいては半導体装置１の製造が容易となる。
【００２５】
ダミー導体パターン２０は、矩形の４箇所の角部の全てが除去された形状をしている。これにより、ダミー導体パターン２０においては１８０°を超える内角が４つも存在するため、渦電流の阻害効果が一層高まっている。また、ダミー導体パターン２０は、平面視で十字形をしている。配線１０の加工を容易にするというダミー導体パターン２０の作用に鑑みると、ダミー導体パターン２０がこのように対象性の高い形状をしていることは好ましい。
【００２６】
ダミー導体パターン２０が配置された領域のデータ率が、ダミー導体パターン３０が配置された領域のそれよりも小さい。このように配線１０の近傍に配置される導体（ダミー導体パターン２０）の割合を少なくすることも、配線１０の磁界によって発生する渦電流の抑制に寄与する。
【００２７】
本実施形態において配線１０はインダクタである。この場合、上記渦電流によりインダクタの磁界を打ち消す方向の磁界が発生すると、結果としてインダクタの磁界の強度が低下する。磁界の強度の低下は、インダクタのＱ値の劣化につながってしまう。この点、本実施形態によれば、上述のとおり渦電流を抑制できるので、かかるＱ値の劣化を小さく抑えることができる。
【００２８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。ダミー導体パターン２０の平面形状としては、上記実施形態で例示したもの以外にも、様々な形状が考えられる。例えば、ダミー導体パターン２０の平面形状は、図４に示すようにＬ字形であってもよいし、図５に示すようにＵ字形であってもよい。図４および図５に示したダミー導体パターン２０の平面形状は、図２に示したダミー導体パターン２０と同様に、第１の矩形から、当該第１の矩形よりも小さな面積を有する第２の矩形を除去して得られる図形に等しい。特に図５のダミー導体パターン２０については、図６に示すように、第２の矩形Ｒ２の１辺が第１の矩形Ｒ１の１辺に接している。
【００２９】
あるいは、ダミー導体パターン２０は、図７に示すような平面形状を有していてもよい。この形状は、矩形から三角形を除去して得られる図形に等しい。また、ダミー導体パターン２０は１８０°＜θ＜３６０°を満たす内角θを少なくとも１つ有していればよく、当該内角θは２７０°に限られない。
【００３０】
なお、図２、図４、図５および図７に示した形状は、ダミー導体パターン２０の設計段階の理想的な形状である。設計段階に角であった部分は、通常、実際に加工された後には丸みを帯びた形状となる。図４に対応する加工後の形状の例を図８に示す。本明細書においては、図８に示すような図形も、「１８０°を超える内角を有する図形」に包含される。このように厳密な角が存在しない図形においては、当該図形の内側を通る接線Ｌ１が引ける箇所（丸印で囲まれた部分）が、１８０°を超える内角とみなされる。
【００３１】
また、上記実施形態においては配線１０がインダクタである場合を例示したが、配線１０は通常の配線であってもよい。
【００３２】
また、図１１に示すように、配線１０からなるインダクタをガードリング配線４０で囲むときには、前述した矩形のダミー導電パターン３０をガードリング配線４０の外側に配置して、前述した渦電流の低減を考慮したダミー導電パターン２０をガードリング配線４０の内側に配置することができる。
配線１０からなるインダクタは、ビア７０を介して下層配線に接続されている。なお、ガードリング配線４０は、インタクダ直下の半導体基板（不図示）の電位を安定させるためのものであり、ガードリング配線４０は、ビア（不図示）および下層配線（不図示）を介して半導体基板に接続されている。こうすることによりさらに配線の伝送特性の安定性を向上させることができる。
【００３３】
さらに、図１２に示すように、配線１０からなるインダクタをガードリング配線４０で囲まないときには、配線１０からなるインダクタの近くをインダクタに接続されない配線５０が通過する場合には、境界線６０を設けて、境界線６０より配線５０側には、前述した矩形のダミー導電パターン３０を配置し、境界線６０より配線１０側には、前述した渦電流の低減を考慮したダミー導電パターン２０を配置することができる。図１２においても、配線１０からなるインダクタは、ビア７０を介して下層配線に接続されている。
なお、配線５０から境界線６０までの距離Ｂ（図１２参照）は、配線１０からなるインダクタからの距離Ｃ（図１２参照）と等しく設定することが好ましい。
図１１，１２に示す変形例においても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本発明は、以下の構成を適用することも可能である。
（１）
５ＧＨｚ以上の周波数を有する電流が流れる配線と、
前記配線の近傍に配置された第１のダミー導体パターンと、を備え、
前記第１のダミー導体パターンの平面形状は、１８０°を超える内角を有する図形に等しいことを特徴とする半導体装置。
（２）
（１）に記載の半導体装置において、
前記第１のダミー導体パターンに比して、前記配線から遠い位置に配置された第２のダミー導体パターンを更に備える半導体装置。
（３）
（２）に記載の半導体装置において、
前記第１のダミー導体パターンが配置された領域のデータ率は、前記第２のダミー導体パターンが配置された領域のデータ率よりも小さい半導体装置。
（４）
（１）乃至（３）いずれかに記載の半導体装置において、
前記配線は、インダクタとして機能する半導体装置。
（５）
（１）乃至（４）いずれかに記載の半導体装置において、
前記第１のダミー導体パターンの平面形状は、２７０°の内角を有する図形に等しい半導体装置。
（６）
（１）乃至（５）いずれかに記載の半導体装置において、
前記第１のダミー導体パターンの平面形状は、第１の矩形から、当該第１の矩形よりも小さな面積を有する第２の矩形を除去して得られる図形に等しい半導体装置。
（７）
（６）に記載の半導体装置において、
前記第２の矩形は、前記第１の矩形の角部に位置する半導体装置。
（８）
（７）に記載の半導体装置において、
前記第１のダミー導体パターンの前記平面形状は、十字形である半導体装置。
（９）
（７）に記載の半導体装置において、
前記第１のダミー導体パターンの前記平面形状は、Ｌ字形である半導体装置。
（１０）
（６）に記載の半導体装置において、
前記第２の矩形の１辺は、前記第１の矩形の１辺に接している半導体装置。
（１１）
（１０）に記載の半導体装置において、
前記第１のダミー導体パターンの前記平面形状は、Ｕ字形である半導体装置。
（１２）
配線導体と、
前記配線導体の周辺に配置された複数のダミー導体パターンと、
を含み、
前記ダミー導体パターンのそれぞれが、その周辺の一部に設けられた少なくとも１つのくぼみを有する多角形の形状を有することを特徴とする半導体装置。
（１３）
（１２）に記載の半導体装置において、
前記多角形の形状は、正方形および矩形のうちの１つであり、
前記くぼみは、正方形および矩形のうちの１つである半導体装置。
（１４）
（１３）に記載の半導体装置において、
それぞれ正方形および矩形のうちの１つである４つの前記くぼみが、正方形および矩形のうちの１つである前記多角形の４つの角部にそれぞれ設けられる半導体装置。
（１５）
（１２）に記載の半導体装置において、
前記多角形の形状は、正方形および矩形のうちの１つであり、
前記くぼみは、三角形である半導体装置。
（１６）
（１２）に記載の半導体装置において、
前記配線導体は第１の配線導体であり、前記ダミー導体パターンのそれぞれは第１のダミー導体パターンであり、
前記半導体装置はさらに、第２の配線導体と、複数の第２のダミー導体パターンとを有し、
前記第２のダミー導体パターンのそれぞれは、前記くぼみのない前記多角形の形状を有する半導体装置。
（１７）
（１６）に記載の半導体装置において、
前記第１および第２のダミー導体パターンのぞれぞれの前記多角形の形状は、正方形および矩形のうちの１つであり、
前記くぼみは、正方形および矩形のうちの１つである半導体装置。
（１８）
（１６）に記載の半導体装置において、
前記第１および第２のダミー導体パターンのぞれぞれの前記多角形の形状は、正方形および矩形のうちの１つであり、
前記くぼみは、三角形である半導体装置。
【符号の説明】
【００３４】
１    半導体装置
１０    配線
２０    ダミー導体パターン
３０    ダミー導体パターン
４０    ガードリング配線
５０    配線
６０    境界線
７０    ビア
１００    半導体装置
１０１    配線
１０２    ダミー導体パターン
Ａ１    配線１０１を流れる電流を表す矢印
Ａ２    ダミー導体パターン１０２を流れる渦電流を表す矢印
Ａ３    ダミー導体パターン２０を流れる渦電流を表す矢印
Ｌ１    接線
Ｒ１    第１の矩形
Ｒ２    第２の矩形
【図１】
0005503029.tif 000002
【図２】
0005503029.tif 000003
【図３】
0005503029.tif 000004
【図４】
0005503029.tif 000005
【図５】
0005503029.tif 000006
【図６】
0005503029.tif 000007
【図７】
0005503029.tif 000008
【図８】
0005503029.tif 000009
【図９】
0005503029.tif 000010
【図１０】
0005503029.tif 000011
【図１１】
0005503029.tif 000012
【図１２】
0005503029.tif 000013