(57)【要約】【課題】コイルやコンデンサなどの受動素子と半導体素子が半導体基板に一体に形成されている半導体装置に関し、受動素子を含む半導体装置の厚みを抑える技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置２は、半導体基板３の表面に窪み３ａが設けられており、その窪み３ａの中に絶縁体６に封止されたコイル４が埋設されている。絶縁体６に封止されたコイル４を半導体基板３の上ではなく、半導体基板３の表面に形成した窪み３ａに埋め込むことで、埋め込んだ厚み分だけ半導体装置２の厚みを抑えることが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に窪みが設けられており、当該窪みの中に絶縁体に封止されたコイルとコンデンサの少なくとも一方が埋設されている、半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁体に複数の渦巻き状の前記コイルが封止されており、少なくとも一つの前記コイルが、前記窪みの中に配置されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
複数の前記コイルが直列に接続されており、複数の前記コイルの巻線の断面積が等しい、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
渦巻き状の前記コイルと導体板が対向するように前記絶縁体に封止されており、前記コイルと前記導体板の少なくとも一方が前記窪みの中に配置されており、前記コイルと前記導体板がコンデンサを構成している、請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体素子とコイルやコンデンサなどの受動素子が一体になった半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタなどの半導体素子とコイルやコンデンサなどの受動素子が半導体基板に一体に形成されている半導体装置の開発が行われている。特許文献１では、半導体基板上に渦巻き状のコイルを配置し、強磁性体の絶縁体でそのコイルの配線を覆っている半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１８６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体基板の上にコイルやコンデンサを形成すると、半導体装置の厚み（半導体基板の底面からコイルを含む基板の上面までの距離）が大きくなってしまい、装置が大型化してしまう。本明細書は、コイルやコンデンサなどの受動素子と半導体素子が半導体基板に一体に形成されている半導体装置に関し、受動素子を含む半導体装置の厚みを抑える技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板の表面に窪みが設けられており、その窪みの中に絶縁体に封止されたコイルとコンデンサの少なくとも一方が埋設されている。絶縁体に封止されたコイルとコンデンサの少なくとも一方を半導体基板上ではなく、半導体基板の表面に形成した窪みに埋め込むことで、埋め込んだ厚み分だけ半導体装置の厚みを抑えることが可能となる。
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置は、複数の渦巻き状のコイルが封止されており、少なくとも一つのコイルが、半導体基板の表面の窪みの中に配置されていればよい。窪みの中に配置されたコイルの分だけ、半導体装置の厚みを抑えることができる。
【０００７】
複数のコイルは、直列に接続されており、その断面積は夫々等しいことが好ましい。コイルの断面積が等しいと、各コイルにおける電流密度が等しくなり、局所的な発熱を抑えることができる。
【０００８】
さらに本明細書が開示する半導体装置は渦巻き状のコイルと導体板が対向するように絶縁体に封止されており、コイルと導体板の少なくとも一方が半導体基板の表面の窪みの中に、配置されていてもよい。通常、コンデンサは２枚の導体板が必要とされるが、上記の構成によれば、コイルがコンデンサの一方の導体板を兼ねるので、２個の受動素子の厚みを抑えることができる。そして、絶縁体に封止されたコイルとコンデンサの少なくとも一方を半導体基板の表面の窪みの中に埋め込むことで、埋め込んだ厚み分だけ半導体装置の厚みを抑えることが可能となる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の半導体装置の模式的な分解図である。
【図２】実施例１の半導体装置の断面図である。
【図３】実施例２の半導体装置の模式的な分解図である。
【図４】実施例２の半導体装置の断面図である。
【図５】実施例３の半導体装置の模式的な分解図である。
【図６】実施例３の半導体装置の断面図である。
【図７】実施例４の半導体装置の模式的な分解図である。
【図８】実施例４の半導体装置の断面図である。
【図９】実施例２の半導体装置の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１、図２を参照して、実施例１の半導体装置２を説明する。図１に、半導体装置２の模式的な分解図を示す。半導体装置２は、半導体基板３とコイル４を備えている。半導体基板３の表面に所定の深さの窪み３ａが形成されている。コイル４は、平面内で渦巻き状に巻回されている平板タイプである。コイル４は、導線が巻回されている面が、半導体基板３の表面と平行となる向きで配置されている。図中のＸＹ平面が、半導体基板３の表面と平行な面を表している。コイル４の両端に導線５ａと５ｂが接続されている。導線５ａ、５ｂは、半導体基板３に形成された不図示の半導体素子あるいは他のデバイスに接続されている。
【００１２】
図２に、半導体装置２の断面図を示す。図２は、図１の座標系においてＸＺ平面と平行な平面であり、コイル４の両端を通る平面で半導体装置２をカットした断面図を示している。図２は半導体基板３の一部を示しており、図示を省略しているが、半導体基板３にはトランジスタやダイオードなどの半導体素子が形成されている。半導体装置２は、半導体基板３の表面の窪み３ａに、絶縁体６で封止されたコイル４が埋め込まれている。コイル４は、導線５ａと５ｂを介して、半導体基板３に形成された半導体素子や他のデバイスに接続されている。このように、絶縁体６で封止されたコイル４が半導体基板３の表面の窪み３ａに埋め込まれた厚み分だけ、半導体装置２の厚みを抑制することが可能となる。
【００１３】
図３、図４を参照して、実施例２の半導体装置２ａを説明する。図３に、半導体装置２ａの模式的な分解図を示す。半導体装置２ａは、半導体基板３と複数のコイル４ａ、４ｂを備えている。半導体基板３の表面に所定の深さの窪み３ａが設けられている。コイル４ａ、４ｂは、平面内で渦巻き状に巻回されている平板タイプである。コイル４ａとコイル４ｂは、導線の巻回面が半導体基板３の表面と平行になるように配置されている。図中のＸＹ平面が、半導体基板３の表面と平行な面を表している。コイル４ａと４ｂは、導線５ｃで直列に接続されている。またコイル４ａは、導線５ａを介して不図示の他の半導体素子などに接続されている。同様にコイル４ｂは、導線５ｂを介して不図示の他の半導体素子などに接続されている。
【００１４】
図４に、半導体装置２ａの断面図を示す。図４は、図３の座標系においてＸＺ平面と平行な平面であり、コイル４ａ、４ｂの夫々両端を通る平面で半導体装置２ａをカットした断面図を示している。図４は半導体基板３の一部を示しており、図示は省略しているが、半導体基板３にはトランジスタやダイオードなどの半導体素子が形成されている。半導体装置２ａは、半導体基板３の表面の窪み３ａに、絶縁体６で封止されたコイル４ａと４ｂが埋め込まれている。コイル４ａと４ｂは、導線５ｃで直列に接続されている。またコイル４ａは、導線５ａを介して他の半導体素子などに接続されている。同様にコイル４ｂは、導線５ｂを介して他の半導体素子などに接続されている。このように、絶縁体６で封止されたコイル４ａと４ｂが半導体基板３の表面の窪み３ａに埋め込まれた厚み分だけ、半導体装置２ａの厚みを抑制することが可能となる。なお、コイル４ａと４ｂは導線の断面積が同じである。それゆえ、直列に接続されているコイル４ａと４ｂでは電流密度が等しくなる。これにより、２個のコイル４ａ、４ｂは温度が概ね等しく変化する。別言すれば、２個のコイル４ａ、４ｂは局所的に発熱することがない。コイル４ａと４ｂは導線の断面積が等しければよく、断面形状が等しくなくてもよい。例えば、下側のコイル４ｂは図中のＺ方向の厚みが薄く、ＸＹ方向に幅広に形成されており、上側のコイル４ａはＸＹ方向では幅狭であってＺ方向の厚みが大きい断面形状に形成されていてもよい。
【００１５】
図５、図６を参照して、実施例３の半導体装置２ｂを説明する。図５に、半導体装置２ｂの模式的な分解図を示す。半導体装置２ｂは、半導体基板３とコンデンサ７を備えている。半導体基板３の表面に所定の深さの窪み３ａが設けられている。コンデンサ７は導体板７ａと７ｂで構成されており、それらの導体板が半導体基板３の表面と平行になるように配置されている。図中のＸＹ平面が、半導体基板３の表面と平行な面を表している。また導体板７ａは、導線５ａを介して不図示の他の半導体素子などに接続されている。同様に導体板７ｂは、導線５ｂを介して不図示の他の半導体素子などに接続されている。
【００１６】
図６に、半導体装置２ｂの断面図を示す。図６は、図５の座標系においてＸＺ平面と平行な平面であり、導体板７ａと導線５ａの接続点及び導体板７ｂと導線５ｂの接続点を通る平面で半導体装置２ｂをカットした断面図を示している。図６は半導体基板３の一部を示しており、図示は省略しているが、半導体基板３にはトランジスタやダイオードなどの半導体素子が形成されている。半導体装置２ｂは、半導体基板３の表面の窪み３ａに、絶縁体６で封止されたコンデンサ７が埋め込まれている。コンデンサ７は、導線５ａ、５ｂを介して他の半導体素子などに接続されている。このように、絶縁体６で封止されたコンデンサ７が半導体基板３の表面の窪み３ａに埋め込まれた厚み分だけ、半導体装置２ｂの厚みを抑制することが可能となる。
【００１７】
図７、図８を参照して、実施例４の半導体装置２ｃを説明する。図７に、半導体装置２ｃの模式的な分解図を示す。半導体装置２ｃは、半導体基板３とコイル４とコンデンサ９を備えている。半導体基板３の表面に所定の深さの窪み３ａが設けられている。コイル４は、導線が平面内で渦巻き状に巻回されている平板タイプである。コイル４は、コンデンサ９の一方の導体板を兼ねている。即ち、コイル４とこれに対向するように配置されている導体板８でコンデンサ９が構成されている。平板タイプのコイル４と導体板８は、半導体基板３の表面と平行になるように配置されている。図中のＸＹ平面が、半導体基板３の表面と平行な面を表している。コイル４は、導線５ａ、５ｂを介して不図示の他の半導体素子などに接続されている。コンデンサ９の一方の導体である導体板８は、導線５ｄを介して不図示の他の半導体素子などに接続されている。
【００１８】
図８に、半導体装置２ｃの断面図を示す。図８は、図７の座標系においてＸＺ平面と平行な平面であり、コイル４の両端を通る平面で半導体装置２ｃをカットした断面図を示している。図８は半導体基板３の一部を示しており、図示は省略しているが、半導体基板３にはトランジスタやダイオードなどの半導体素子が形成されている。半導体装置２ｃは、半導体基板３の表面の窪み３ａに、絶縁体６で封止されたコンデンサ９とコイル４が埋め込まれている。コンデンサ９はコイル４と導体板８で構成されている。コイル４は、導線５ａ、５ｂを介して他の半導体素子などに接続されている。導体板８は、導線５ｄを介して他の半導体素子などに接続されている。また、導線５ａと５ｄの間には絶縁体１２が挟まれており、導線５ａと５ｄは互いに接触しない。このように、絶縁体６で封止されたコンデンサ９が半導体基板３の表面の窪み３ａに埋め込まれた厚み分だけ、半導体装置２ｃの厚みを抑制することが可能となる。
【００１９】
また、半導体装置２ｃでは、次の利点を備えている。通常、コイルとコンデンサは、３個の導体（１個のコイルと、コンデンサを構成する２個の導体板）が必要とされるが、半導体装置２ｃでは、コイル４がコンデンサ９の一方の導体板を兼ねているため、２個の導体でコイルとコンデンサを実現している。それゆえ、部品点数が少なく、装置を小型化することができる。
【００２０】
図９を参照して実施例２の半導体装置２ａの変形例として半導体装置２ｄを説明する。半導体装置２ｄの模式的な分解図は、図３の半導体装置２ａと同じであるため、説明を省略する。図９に、半導体装置２ｄの断面図を示す。図９は、図３の座標系においてＸＺ平面と平行な平面であり、コイル４ａ、４ｂの夫々両端を通る平面で半導体装置２ｄをカットした断面図を示している。図９は半導体基板３の一部を示しており、図示は省略しているが、半導体基板３にはトランジスタやダイオードなどの半導体素子が形成されている。コイル４ａと４ｂは、導線５ｃで直列に接続されている。コイル４ａは、導線５ａを介して他の半導体素子などに接続されている。コイル４ｂは、導線５ｂを介して他の半導体素子などに接続されている。
【００２１】
コイル４ａ、４ｂは、絶縁体６に封止されている。半導体装置２ｄは、半導体基板３の表面の窪み３ａに、コイル４ｂだけが埋め込まれている。コイル４ａは、半導体基板３の表面よりも上に位置している。図中の破線ＳＬが、半導体基板３の表面と同じ高さを示している。半導体装置２ｄは、絶縁体６で封止されたコイル４ａと４ｂのうち、半導体基板３の表面の窪み３ａに埋め込まれたコイル４ｂの厚み分だけ、その厚みを抑制することが可能となる。
【００２２】
本明細書が開示する技術は、封止された受動素子（コイル、コンデンサなど）を構成する導体のうち、少なくとも１個が半導体基板表面の窪み３ａに埋め込まれていればよい。
【００２３】
コイルの周囲の絶縁体は、強磁性体（例えばフェライト）を含むものであることが好ましい。例えば、絶縁体は、フェライトの粒子を絶縁性の樹脂で被覆した紛体を固めたものであるとよい。コイルの周囲の絶縁体が強磁性体を含んでいると、コイルのインダクタンスを高めることができる。また、コンデンサを構成する２個の導体板（あるいは、コンデンサを構成する導体板と板状のコイル）の間に充填されている絶縁体は、高い誘電率を有する物質であることが望ましい。高い容量のコンデンサを実現できるからである。
【００２４】
コイルの巻線と導線５ａ−５ｄは、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、金Ａｕ、タングステンＷ、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮなどの金属配線で構成されている。コイルやコンデンサを埋め込むための窪み、及び、コイルやコンデンサは、エッチングや金属蒸着など、半導体製造技術を利用して製造することができる。
【００２５】
本明細書では、平板タイプで渦巻き状に巻回されているコイルの形態は矩形で図示しているが、そのコイルの形態は多角形や丸形などであってもよい。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２７】
２、２ａ−２ｄ：半導体装置
３            ：半導体基板
３ａ          ：窪み
４、４ａ、４ｂ：コイル
５ａ−５ｄ    ：導線
６、１２      ：絶縁体
７、９        ：コンデンサ
７ａ、７ｂ、８：導体板
【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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【図８】
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【図９】
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