(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に集積化されたコイルＬを具えた装置であって、前記集積化コイルは複数巻線を有する螺旋の形の第１導体トラックを含み、該第１トラックの外側端部が螺旋の外側に位置し、該第１トラックの内側端部が螺旋の内側に位置し、且つ前記コイルは内側端部に接続され且つ螺旋の外側まで続く導電性交差ストリップを具えているために該交差ストリップが螺旋の巻線と交差部を形成している装置において、前記第１導体トラックの第１巻線と電気的に接触するとともに該第１巻線に隣接する巻線とオーバラップする補償導体トラックが設けられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記集積化コイルＬに、前記第１トラックの外側端部と前記交差ストリップに接続されたコンデンサＣが設けられ、ＬＣ共振器を形成することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記補償導体トラックが全ての交差の近くに設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記交差ストリップと前記補償導体トラックが同一の導電性材料層内に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記交差ストリップが前記第１トラックよりも小さい厚さと大きい幅を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記補償導体トラックのオーバラップ部分の量が、前記螺旋の内側における交差の位置よりも螺旋の外側における交差の位置において大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、基板上に集積化されたコイルを具えた装置であって、前記集積化コイルは複数巻線を有する螺旋の形の第１導体トラックを含み、該第１トラックの外側端部が螺旋の外側に位置し、該第１トラックの内側端部が螺旋の内側に位置し、且つ前記コイルは内側端部に接続され且つ螺旋の外側まで延在する導電性交差ストリップを具えているために該交差ストリップが螺旋内の巻線と交差部を形成している装置に関するものである。
このような装置は、電磁波の周波数に依存して特定の応答を示す必要があるフィルタ装置のような用途に用いるのに非常に適している。実際には、前記コイルはスイッチング素子を設けられた半導体基板又は絶縁基板のような、絶縁された、比較的平らな基板上に設けられる。このコイルは集積化され、すなわちこのコイルはゆるく巻かれた電線で構成されずに、代わりに集積回路の製造から知られる技術によって製造される。このコイルは螺旋の形の第１導体トラックを具えている。このような螺旋に対する問題点は、螺旋の内側端部に対するコンタクトが困難であることである。この目的のために、螺旋の内側端部と接触し且つ螺旋の外側まで続く、いわゆる交差ストリップが用いられている。この交差ストリップは第１導体トラックの上又は下を延在する。この交差ストリップは第１導体トラックと同じ導電性層に形成されない。第１導体トラックとこの交差ストリップとの間の交差は固有のキャパシタンスを有し、且つ第１導体トラック上の１点と交差ストリップを互いに容量的に結合する。この結合は、特に高周波数において、装置の周波数特性に悪影響するので、望ましくない。
冒頭の段落に記載された種類の装置は特開昭62-69545号公報から既知であり、その装置は多数の交差を具え、前記の交差の位置において、第１トラックを凹ませて、その装置の平坦性に過度の影響を与えることなく交差ストリップと第１トラックとの間に絶縁材料の比較的厚い層を設けることができるようにしている。この厚い層によって、第１トラックと交差ストリップとの間のキャパシタンスが小さくなるだけである。
従来技術による上述の装置は、このような凹みは製造するのが比較的困難であるという欠点を有している。凹みは基板内に作られねばならない。第１トラックがこの凹みを横断する。第１トラックがその凹みの縁で部分的に破断されるか、あるいは非常に薄くなる惧れがある。それに加えて、絶縁材料の厚い層を設けることが必要である。
本発明の目的は、特に、もっと容易に製造することができ、且つ交差ストリップの交差部が装置の周波数特性に影響しないかほとんど影響しない装置を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明による装置は、第１導体トラックの第１巻線と電気的に接触するとともに該第１巻線に隣接する巻線とオーバラップする補償導体トラックを設けることを特徴とする。この構成によれば、第１導体トラックの第１巻線と電気的に接触し且つ前記第１巻線の次の巻線、すなわち第１導体トラックの前又は次の巻線とオーバラップする追加の補償導体トラックが存在する。その結果、補償導体トラックと第１巻線に隣接する巻線との間に電気的接触は無く、補償導体トラックは隣接する巻線と容量的に結合されるのみである。
本発明は、コイルの周波数動作に及ぼす交差の漏洩キャパシタンスの影響は、補償導体トラックによってコイルに付加的な補償キャパシタンスを追加することにより補償することができるという認識に基づいている。補償導体トラックと交差に隣接する巻線との間のオーバラップ部分がこのような付加的な補償キャパシタンスを形成する。
本発明による集積化コイルは独立のコイルとして用いることができる。本発明による装置においては、集積化コイルＬに、第１トラックの外側端部と交差ストリップに接続されたコンデンサＣを設け、ＬＣ共振器を形成するのが好ましい。ＬＣ共振器に本発明コイルを使用すると、周波数の関数としての装置の伝達関数及び共振器のインピーダンス動作における共振ピークが除去される。
補償導体トラックを全ての交差の近くに設ける場合には、特別の利点が達成される。その結果として、全ての漏洩キャパシタンスが補償されるので、コイルの非常に良好な周波数動作が達成される。
交差ストリップ及び補償導体トラックは異なる金属層内に設けることができるが、交差ストリップと補償導体トラックは同じ導電性材料の層に設けるのが好ましい。この場合には、補償導体トラックは２つのエッチングマスクを適応させることにより、即ち接点孔用の一つのエッチングマスクを、交差ストリップを第１トラックに接続するための接触孔と補償導体トラックを第１巻線の位置において第１導体トラックに接続するための接触孔の両方を製造するために共用するとともに、導電性層にパターンを与えるための第２エッチングマスクを交差ストリップと補償導体トラックの両方を製造するために共用することにより、極めて容易に製造することができる。
本発明による装置においては、前記交差ストリップは第１トラックよりも小さい厚さと大きい幅を有するものとするのが好ましい。交差ストリップの小さい厚さは表面における過度の変化を防ぐので、表面の不活性化、他の導電性層の付与、及び接続の形成のような、後続の製造工程中の問題が、比較的厚い交差ストリップを用いられる場合よりも非常に小さくなる。しかしながら、このような比較的薄い交差ストリップは比較的高い電気抵抗を有するので、コイルの品質は悪影響される。これが本発明による装置において、交差ストリップの幅を比較的大きく選択する理由である。このような大きい幅は交差ストリップの電気抵抗を低減するため、良好な品質のコイルが得られる。既知の装置においては、漏洩キャパシタンスの大きさが交差ストリップの幅により直接支配されるので、ストリップの幅が制限を受ける。交差ストリップの幅が広いほど、交差の漏洩キャパシタンスが大きくなる。本発明による装置においては、これらの漏洩キャパシタンスが補償されるので、交差ストリップの大きい幅にもかかわらず、正しく機能する装置が得られる。
本発明による装置においては、補償導体トラックのオーバラップ部分の量は、螺旋の内側における交差の位置よりも、螺旋の外側における交差の位置において大きくするのが好ましい。補償キャパシタンスの値は、第１近似において、交差の漏洩キャパシタンスの値と、補償導体トラックが第１トラックと形成する電気接点とコイルの内側端部との間のコイル部分及び外側端部との間のコイル部分の間のインピーダンス比とにより決まる。かくして、インピーダンス比の値は、交差が螺旋の外側に近づくにつれて増大し、従って漏洩キャパシタンスの良好な補償のために、より大きい補償キャパシタンスが必要になる。このような大きい補償キャパシタンスはオーバラップ部分の大きい量により与えられる。オーバラップ部分の大きい量は、例えば補償導体トラックの大きい幅により得ることができる。
本発明のこれらの態様及び他の態様が以下に記載される実施例から明らかになる。
これらの図は純粋に図式的であり比例尺で描かれていない。これらの図中で、対応する部分は一般に同じ参照符号を有している。
図１は基板（図示せず）上に集積化されたコイルＬを示す。このコイルＬは、この例では２つの巻線２，３を有する螺旋の形の第１導体トラックを具え、第１トラック１の外側端部６は螺旋の外側に置かれ、第１トラック１の内側端部７は螺旋の内側に置かれているとともに、このコイルＬは内側端部７に接続され且つ螺旋の外側まで続く導電性交差ストリップ10を具えているので、この交差ストリップが螺旋内の巻線３と交差部11を形成する。この例では、コイルＬが２個の巻線を具えているが、実際にはコイルの所望の自己誘導に依存して異なる数の巻線が可能である。実際には、コイルＬは絶縁された、比較的平らな基板、この例では酸化アルミニウム基板上に設けられる。第１導体トラック１はアルミニウムからなり、100μmの幅と３μmの厚さとを有している。それらの巻線間の距離は50μmである。この例では、コイルＬは正方形であり、コイルの外側寸法15は約2000μmである。交差ストリップ10はアルミニウムからなり且つ400μmの幅と0.1μmの厚さとを有している。酸化珪素絶縁層が交差部11の位置において第１導体トラック１から交差ストリップ10を分離している。この酸化層の厚さは第１導体トラックと交差ストリップとの間に600pF/mm2のキャパシタンスが存在するものである。交差ストリップ10はこの酸化層の接点孔16を介してコイルＬの内側側端部７に接続されている。
図２において、曲線Ａは図１に従ったコイルのインピーダンス特性を示している。この図において、コイルの周波数は水平軸上にプロットされ且つコイルのインピーダンス特性は垂直軸上にプロットされている。このインピーダンス特性はコイルのインダクタンスと、交差部11のキャパシタンス、すなわち交差ストリップ10と第１導体トラック１との間のキャパシタンス、第１導体トラックと基板との間のキャパシタンス及び巻線２、３の間の分布キャパシタンスとにより決められる。このコイルのインピーダンスは約４GHzにおいて強い、第２共振ピークを有することが明らかである。このような第２共振ピークは一般に望ましくない。
図３は本発明による装置を示している。共振ピークを防ぐために、この装置には第１巻線２と電気接点31を形成し且つ第１巻線２に隣接する巻線３とオーバラップを示す補償導体トラック21が設けられている。この補償導体トラック21は接点孔31を介して第１導体トラック１の巻線２と電気接点を形成する。補償導体トラック21と巻線２に隣接する巻線３との間に電気接点は無い。補償導体トラック21は巻線３と容量的に結合されるのみである。補償導体トラックは巻線３と電気接点を形成し且つ巻線２とオーバラップを示すようにしてもよい。
図２において、曲線２は本発明による図３に示すコイルのインピーダンス特性を示している。約４GHzにおける望ましくないインピーダンスピークは消えてしまっていることは明らかである。かくして、本発明によるコイルは、周波数の関数としてより一層好適なインピーダンス変化を有する。
交差ストリップ10と補償導体トラック21とは、異なる金属層に設けてもよいが、本例では、交差ストリップ10と補償導体トラック21は、同一の導体材料層すなわちアルミニウム層に設けられている。この場合には、補償導体トラック21は、交差ストリップ10を第１導体トラック１に接続する接点孔１６と補償導体トラックを第１導体トラックに接続するための接点孔31に対して１つのエッチングマスクを適応させるとともに、交差ストリップ10と補償導体トラック21のために使用する導電層に対して１つのエッチングマスクを適応させることにより、非常に容易に製造され得る。この例では、交差ストリップ10は第１導体トラック１よりも小さい厚さと大きい幅、すなわち0.1μmの厚さと400μmの幅を有している。交差ストリップ10の前記の小さい厚さのおかげで、表面の過度の変動が防がれる。このような交差ストリップ10の電気抵抗は比較的低い。本発明による装置においては、広い交差ストリップ10の漏洩キャパシタンスは補償されるので、交差ストリップの大きい幅にもかかわらず正しく機能する装置が達成される。
集積化コイルＬは独立のコイルとして使用し得る。好適には、集積化コイルＬに、第１トラック１の外側端部６と交差ストリップ10とに接続されたコンデンサＣを設けて、ＬＣ共振器を形成することができる。このような装置は、電磁波の周波数に依存して特定の応答を示す必要がある、フィルタ装置のような用途に対して特に好適に使用し得る。図４において、曲線Ａ及びＢは並列キャパシタンスが設けられたコイルのインピーダンス特性を示しており、この装置は約100MHの共振を有している。曲線Ａは補償トラックの存在しない場合のインピーダンス変化を示し、曲線Ｂは補償トラックの存在する場合のインピーダンス変化を示している。補償トラック無しの装置は約１GHzにおいて望ましくないインピーダンスピークを示すことは明らかである。補償トラックを有するコイル装置はこの共振ピークを示さない。
図５は（図示されない）基板上に集積化されたコイルＬを示しており、このコイルは、この例では、４個の巻線２、３、４、５を有する螺旋の形の第１導体トラック１を具え、第１トラック１の外側端部６は螺旋の外側に置かれ、第１トラックの内側端部７は螺旋の内側に置かれており、且つこのコイルＬは、内側端部７に接続され且つ螺旋の外側まで続く導電性交差ストリップ10を具えているので、この交差ストリップが螺旋の巻線５、４、３と交差部11、12、13を形成している。コイルのインピーダンス変化における共振ピークを防ぐため、第１巻線５、４、３と電気接点31、32、33を形成するとともに第１巻線５、４、３に隣接する巻線４、３、２とオーバラップを示す補償導体トラック21、22、23が設けられている。補償導体トラック21、22、23が接点孔31、32、33を介して第１導体トラック１の巻線５、４、３と電気接点を形成する。補償導体トラック21、22、23にそれぞれ隣接する巻線４、３、２との間に電気接点は無い。補償導体トラック21、22、23は、隣接するそれぞれの巻線４、３、２に容量的に結合されるのみである。補償導体トラック21、22、23と巻線４、３、２との間のオーバラップ部分が補償キャパシタンスを形成している。これらのキャパシタンスの値はオーバラップ部分の量Ｏ、誘電体定数ε、及び交差ストリップと第１導体トラックとの間の絶縁層の厚さｄにより、既知のように決まり、すなわちＣ＝ε×Ｏ／ｄである。図５に示されたような巻線と補償キャパシタンスとにより形成された回路網は、既知のコンピュータシミュレーションプログラムによって計算することができる。補償キャパシタンスの大きさは、インピーダンス特性において、交差ストリップの交差により形成される漏洩キャパシタンスの影響が最小になるように決められる。
計算の結果、補償導体トラックのオーバラップ部分の量は螺旋の内側における交差の位置よりも螺旋の外側における交差の位置において大きいことが示された。第１近似において、補償キャパシタンスの値は、交差の漏洩キャパシタンスの大きさと、補償導体が第１トラックと形成する電気接点とコイルの内側端部との間のコイル部分及び外側端部との間のコイル部分の間のインピーダンス比とにより決まる。前記インピーダンス比は、交差が螺旋の外側に近づくにつれて増加し、従ってより大きい補償キャパシタンスが漏洩キャパシタンスを正しく補償するために必要になる。このような大きい補償キャパシタンスは前記のより大きいオーバラップ部分により達成される。この大きいオーバラップ部分は補償導体トラックの大きい幅により得られる。
本発明は上述した実施例に制限されない。例えば、上述の実施例では、第１導体トラック、交差ストリップ、補償導体トラック、及び交差ストリップと第１導体トラックとの間の絶縁層に特定の材料が使用されている。その代わりに、タングステン、銅、窒化チタン又はモリブデンのような、他の材料を導体トラックのための材料として使用することができ、また窒化物又はオキシ窒化物のような、絶縁材料を絶縁層のために使用することができることは明らかである。更に、酸化アルミニウム以外の材料の基板、例えばガラス板又は絶縁された半導体基板上にコイルを設けることも可能である。後者の場合には、半導体（例えばシリコン）基板が、コイル又はＬＣ共振器と一緒に装置を形成する半導体スイッチング素子を具えてもよい。この装置は既知の技術によって製造することができる。導体トラック用の材料は、蒸着、化学気相成長（CVD）又は電着のような技術によって設けることができる。絶縁層は、蒸着、化学気相成長等の既知の技術によって被着することができる。設けられた材料と接触孔とから導体トラックを形成するためにフォトリソグラフィー及びエッチングのような技術が使用される。上述の実施例では、補償導体トラックは全長に亘って一定幅に設けられている。この補償導体トラックの幅は、例えば、電気接点の位置では小さく且つオーバラップ部分の位置では大きくなるように変化させることもできる。本発明は上述した実施例に記載された周波数に限定されない。一般に、本発明の効果はもっと高い周波数において大きくなる。
【図面の簡単な説明】
図１は既知の集積化コイルの平面図であり、
図２は周波数の関数としての既知のコイル（曲線Ａ）と本発明によるコイル（曲線Ｂ）のインピーダンスを示し、
図３は本発明による集積化コイルの平面図であり、
図４は周波数の関数として既知のＬＣ共振器（曲線Ａ）と本発明によるコイルを備えるＬＣ共振器（曲線Ｂ）のインピーダンスを示し、
図５は本発明による４個の巻線を有する集積化コイルの平面図である。
【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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