(57)【要約】【課題】  スパイラル状の配線のＱ値を向上させることが可能な半導体装置を提供すること。【解決手段】  半導体装置１が、半導体基板１１と、該半導体基板１１上に形成された絶縁層１２と、該絶縁層１２上に形成されたスパイラル状の配線１３とを備え、少なくとも配線１３に囲まれた中央部分に対応する半導体基板１１の厚み方向の少なくとも一部の領域が除去（除去領域１１ｃ）されていることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
該半導体基板上に形成された絶縁層と、
該絶縁層上に形成されたスパイラル状の配線とを備え、
少なくとも前記配線に囲まれた中央部分に対応する前記半導体基板の厚み方向の少なくとも一部の領域が除去されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板は、前記配線に囲まれた中央部分に対応する領域のみが除去されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁層の厚み方向に貫通する貫通孔と、
該貫通孔の内部に設けられるとともに、前記配線の中央側終端部と電気的に接続された導電部と、
前記絶縁層と前記半導体基板との間に設けられるとともに、前記導電部と電気的に接続された引き出し配線とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板が除去された領域には、絶縁材料が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板の除去された領域の中央部には、磁性体材料が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項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、スパイラル（渦巻き形状）の配線を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末をはじめ、各種の携帯型電子機器の普及が著しい。このような電子機器においては、携帯性の向上や高機能化が強く求められる技術傾向にあることから、電子機器に実装される半導体装置においても、一層の小型、軽量、薄型化が要望されている。このような傾向、要望に対応するための半導体装置のパッケージ構造（封止構造）として、パッケージの外形寸法を集積回路が形成された半導体基板（半導体チップ）の寸法とほぼ等しくすることができるチップサイズパッケージ（Chip Size Package）が知られている。
このように、電子機器の小型化が進む中で、半導体装置に高性能なコンデンサ及びインダクタを集積化することが求められている。半導体基板上に形成されるインダクタの多くはスパイラル形状をなしている。また、このインダクタの特性を現すパラメータとしては、Ｑ値（インダクタンスと抵抗値との比）がある。
【０００３】
半導体装置にスパイラル状のインダクタを用いるとＱ値が低下してしまうため、従来から種々の構造上の工夫がなされている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の半導体装置は、半導体基板上に形成されたポリイミド樹脂からなる複数の柱上に、スパイラル状のインダクタの金属配線を形成する。このように、半導体基板とスパイラルインダクタとの間に中空部分を有するので、誘電率が低くなるため、インダクタの特性が向上する。
【特許文献１】特許第３５０９３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の半導体装置では、インダクタの特性を向上させるために、樹脂からなる柱上に、スパイラルインダクタを形成しているが、この構成では、不安定であるとともに強度を保つことが困難であり、この半導体装置を外部機器等に実装するのは難しい。また、長期の信頼性を確保する事も困難である。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スパイラル状の配線のＱ値を向上させることが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成されたスパイラル状の配線とを備え、少なくとも前記配線に囲まれた中央部分に対応する前記半導体基板の厚み方向の少なくとも一部の領域が除去されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体装置では、スパイラル状の配線に電流が供給されると、半導体基板の厚み方向に磁界が生じる。そして、従来の半導体装置では、この磁界に対して垂直な平面において誘導電流（渦電流）が誘起される。この誘導電流は、スパイラル状のインダクタを流れる信号電流による磁束を打ち消す方向に発生するので、インダクタンス成分の減少を引き起こしてＱ値が低下してしまう。しかしながら、本発明では、少なくとも配線に囲まれた中央部分に対応する半導体基板の厚み方向の少なくとも一部の領域が除去されているため、この領域における渦電流を抑えることができるので、スパイラル状の配線のＱ値を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の半導体装置は、前記半導体基板は、前記配線に囲まれた中央部分に対応する領域のみが除去されていることが好ましい。
本発明に係る半導体装置では、配線に囲まれた中央部分に対応する半導体基板の領域のみが除去されているため、従来の半導体装置のようにスパイラル状の配線を樹脂からなる柱により支持している場合に比べ、半導体装置全体の強度を保つとともに、渦電流を抑えることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の半導体装置は、前記絶縁層の厚み方向に貫通する貫通孔と、該貫通孔の内部に設けられるとともに、前記配線の中央側終端部と電気的に接続された導電部と、前記絶縁層と前記半導体基板との間に設けられるとともに、前記導電部と電気的に接続された引き出し配線とを備えることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る半導体装置では、配線の中央側終端部と電気的に接続されるように貫通孔の内部に導電部を設け、この導電部と引き出し線とを電気的に接続させることにより、半導体装置に再配置配線が形成されたものとなる。したがって、小型化，薄型化を図り、配線の設計の自由度が上がるとともに、Ｑ値が向上した半導体装置を得ることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の半導体装置は、前記半導体基板が除去された領域には、絶縁材料が充填されていることが好ましい。
本発明に係る半導体装置では、絶縁材料として、例えば樹脂により半導体基板が除去された領域を充填することで、さらなる半導体基板の強度を保つことができるとともに、渦電流の発生を低減させ、Ｑ値を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の半導体装置は、前記半導体基板の除去された領域の中央部には、磁性体材料が充填されていることが好ましい。
本発明に係る半導体装置では、磁性体材料により半導体基板が除去された領域の中央部を充填することで、渦電流により発生する磁界は、磁性体材料が充填された領域に集中する。そして、この磁界により発生する渦電流は、この強磁性体材料が充填された領域の周囲の半導体基板が除去されている部分を通るため、渦電流の発生を抑制することが可能となる。また、磁性体材料がスパイラル状の配線の磁芯として作用し、インダクタのインダクタンスが高くなるため、Ｑ値を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の半導体装置１の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、シリコン基板（半導体基板）１１と、このシリコン基板１１の一方の面１１ａに形成された絶縁層１２と、この絶縁層１２上に形成された四角形のスパイラル状のインダクタ（配線）１３とを備えている。
また、絶縁層１２を形成するための形成材料としては、ポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）等やシリコン酸化物の無機材料等、絶縁性がある材料であれば良い。
【００１４】
また、インダクタ１３は、所定の幅、間隔及び巻き数でスパイラル状に形成されている。インダクタ１３の材料としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）等が挙げられる。
【００１５】
このインダクタ１３の始端部（絶縁層１２の周辺側に配された端部）１３ａは、シリコン基板１１から絶縁層１２の一方の斜面１２ａにかけて配置された入力側配線２１と一体形成されている。
また、インダクタ１３の終端部１３ｂ（絶縁層１２の中央側に配された端部）には、図１及び図２に示すように、絶縁層１２の厚み方向に貫通するスルーホール（貫通孔）２２が形成されている。この貫通孔２２の内部には、インダクタ１３の終端部１３ｂと電気的に接続された導電部２３が設けられている。さらに、この導電部２３は、シリコン基板１１の一方の面１１ａに設けられた引き出し配線２４と電気的に接続されている。
【００１６】
また、インダクタ１３及び引き出し配線２４の形成方法としては、例えば、周知のスパッタ法、フォトリソグラフィ法及び電解めっき法や、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により絶縁層１２上にスパイラル状の開口パターンを形成した後、この開口パターンに液滴吐出法（インクジェット法）により導電性の液体を塗布して形成する方法が挙げられる
【００１７】
また、シリコン基板１１は、インダクタ１３に囲まれた中央部分Ａに対応する領域が除去されている（以下、除去領域１１ｃとする）。本実施形態では、除去領域１１ｃは、中央部分Ａの面積より小さい断面積を有する円柱形状となっている。この除去領域１１ｃは、シリコン基板１１の一方の面１１ａからこの一方の面１１ａに対向する他方の面１１ｂに貫通している。
【００１８】
この除去領域１１ｃの形成方法としては、シリコン基板１１の他方の面１１ｂ上にフォトレジストをマスクとして用い、ドライエッチングにより、インダクタ１３に囲まれた中央部分Ａに対応した領域を除去する。これにより、図２に示すように、シリコン基板１１の他方の面１１ｂから一方の面１１ａのインダクタ１３の中央部分Ａに向かって貫通する除去領域１１ｃを形成する。
なお、フォトレジストをマスクとしたが、これに限ることはなく、例えば、ハードマスクとしてＳｉＯ２膜を用いても良く、フォトレジストマスク及びハードマスクを併用しても良い。また、エッチング方法としてはドライエッチングに限らず、ウエットエッチング、レーザ加工、あるいはこれらを併用しても良い。
【００１９】
次に、このように構成された本実施形態に係る半導体装置１の作用について、以下に説明する。
まず、スパイラル状のインダクタ１３に電流が供給されると、磁界がシリコン基板１１の厚み方向に発生する。このとき、従来のように、シリコン基板１１に除去領域１１ｃが形成されていない半導体装置１００では、図３に示すように、磁界の発生により、インダクタ１３に囲まれた中央部分Ａには、矢印１０１で示すような渦電流が誘起する。しかしながら、本実施形態の半導体装置１のように、シリコン基板１１に除去領域１１ｃを形成することにより、磁界の発生が抑制される。
【００２０】
本実施形態に係る半導体装置１によれば、インダクタ１３に囲まれた中央部分Ａに対応するシリコン基板１１の厚み方向の領域が除去されている。したがって、この除去領域１１ｃにおける磁界の発生を抑制し、渦電流を抑えることができるので、スパイラル状のインダクタ１３のＱ値を向上させることができる。
【００２１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記一実施形態において、少なくともインダクタ１３に囲まれた中央部分Ａに対応するシリコン基板１１の厚み方向の少なくとも一部の領域が除去されていれば良い。すなわち、図４に示すように、シリコン基板１１の一方の面１１ａに凹部４１を有する半導体装置４０であっても良い。この凹部４１は、半導体装置１のシリコン基板１１が厚み方向に貫通しているのに対し、インダクタ１３に囲まれた中央部分Ａに対応するとともに、インダクタ１３の下部の領域のシリコン基板１１が厚み方向に除去されている。
この構成では、凹部４１を形成することにより、少なくともインダクタ１３に囲まれた中央部分Ａに対応するシリコン基板１１の厚み方向の少なくとも一部の領域が除去されているため、この領域における渦電流を抑えることができるので、スパイラル状のインダクタ１３のＱ値を向上させることができる。
【００２２】
また、上記半導体装置１において、シリコン基板１１が除去された除去領域１１ｃに、図５に示すように、絶縁材料が充填された絶縁部５１を有する半導体装置５０であっても良い。この絶縁材料としては、ポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）及びＰＢＯ（polybenzoxazole）等やシリコン酸化物の無機材料等、絶縁性がある材料であれば良い。この構成では、絶縁材料として、例えばポリイミド樹脂によりシリコン基板１１が除去された除去領域１１ｃを充填することで、さらなるシリコン基板１１の強度を保つことができるとともに、渦電流の発生を低減させ、Ｑ値を向上させることが可能となる。
なお、上記図４に示した半導体装置４０のシリコン基板１１が除去された凹部４１に、絶縁材料が充填されていても、同様にＱ値を向上させることができる。
【００２３】
また、上記半導体装置１において、シリコン基板１１が除去された除去領域１１ｃの中央部に、図６に示すように、磁性体材料が充填された半導体装置６０であっても良い。
この半導体装置６０は、図６及び図７に示すように、インダクタ１３に囲まれた中央部分Ａに対応するシリコン基板１１の厚み方向の領域が除去されて、シリコン基板１１の一方の面１１ａから他方の面１１ｂに貫通する孔部６１が形成されている。そして、この孔部６１の中央領域には、磁性体からなる磁性体材料が充填され、磁性体部６２となっている。すなわち、この磁性体部６２の周囲には、空洞部６３が形成されている。また、この磁性体の材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等が挙げられる。
【００２４】
この構成では、磁性体材料によりシリコン基板１１の除去領域１１ｃの中央部を充填することで、渦電流により発生する磁界は、磁性体部６２に集中する。そして、この磁界により発生する渦電流は、この磁性体材料が充填された領域の周囲の空洞部６３を通るため、渦電流の発生を抑制することが可能となる。また、磁性体部６２がスパイラル状のインダクタ１３の磁芯として作用し、インダクタ１３のインダクタンス（Ｌ値）が高くなるため、Ｑ値を向上させることができる。
なお、上記半導体装置４０のシリコン基板１１が除去された凹部４１の中央部に、磁性体材料が充填されていても、同様にＱ値を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図２】図１の半導体装置のＸ−Ｘ線矢視における断面図である。
【図３】従来の半導体装置を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の他の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体装置の他の変形例を示す断面図である。
【図７】図６の半導体装置のＹ−Ｙ線矢視における断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ａ…中央部分、１，４０，５０，６０…半導体装置、１１…シリコン基板（半導体基板）、１２…絶縁層、１３…インダクタ（配線）、２２…スルーホール（貫通孔）、２３…導電部、２４…引き出し線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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