JP2012084586A - Inductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路の配線構造に関する。特に、オンチップ型インダクタの配線構造に関する。 The present invention relates to a wiring structure of a semiconductor integrated circuit. In particular, the present invention relates to an on-chip inductor wiring structure.
半導体集積回路の性能や集積度は、微細加工技術の進展により向上してきている。近年では微細化による性能向上のみならず、メモリ技術あるいはアナログ回路技術等をロジック回路に混載することで高機能化する試みが活発化している。高性能なアナログRF回路を実現するには、インダクタやキャパシタなどの受動素子を使用することが望ましい。半導体集積回路におけるインダクタの基本構造は、ある金属配線層において、一連の金属配線を用いて同心状の巻き線構造を形成するものである。しかしながら、このような平面構造のインダクタには主に二つの問題点がある。一つは、十分なインダクタンスを得るために巻き線数あるいは内径を大きくする必要があり、インダクタの占有面積が半導体集積回路の小型化を阻害することである。もう一つは、インダクタを外周から内周へと一方向に巻いた場合、外周側端子と内周側端子から見たインピーダンスが異なり、電気的非対称性が生ずることである。電気的非対称性は、例えばLC型電圧制御発振器(LC−VCO)などインダクタを差動動作させる回路の特性に悪影響を及ぼす。 The performance and degree of integration of semiconductor integrated circuits have been improved with the progress of microfabrication technology. In recent years, not only performance improvement due to miniaturization but also attempts to increase functionality by incorporating memory technology or analog circuit technology in a logic circuit have become active. In order to realize a high-performance analog RF circuit, it is desirable to use passive elements such as inductors and capacitors. The basic structure of an inductor in a semiconductor integrated circuit is to form a concentric winding structure using a series of metal wirings in a certain metal wiring layer. However, such a planar inductor has two main problems. One is that it is necessary to increase the number of windings or the inner diameter in order to obtain a sufficient inductance, and the area occupied by the inductor hinders the miniaturization of the semiconductor integrated circuit. The other is that when the inductor is wound in one direction from the outer periphery to the inner periphery, the impedance viewed from the outer peripheral side terminal and the inner peripheral side terminal is different, and electrical asymmetry occurs. The electrical asymmetry adversely affects the characteristics of a circuit that differentially operates an inductor such as an LC voltage controlled oscillator (LC-VCO).
これらの問題点を解決するため、特許文献1において、インダクタの占有面積を低減するためのインダクタ構造が開示されている。特許文献1のインダクタ構造によれば、平面方向だけでなく、複数の金属配線層を用いて積層方向に一連の周回配線を形成することで、インダクタの占有面積拡大を抑制することが可能である。図16は、特許文献1による従来例1のインダクタの配線構造の例であり、4周巻きで2層の金属配線層からなるインダクタを示している。
In order to solve these problems,
一方、特許文献2において、インダクタの電気的非対称性を向上するためのインダクタ構造が開示されている。図19は、特許文献2による従来例2のインダクタの配線構造の例であり、ここでは、巻き数4である。このインダクタは平面構造であり、配線が交差する箇所は異なる配線層を経由して短絡を回避している。外周から内周、内周から外周の順に巻くことで幾何学的対称性を高めている。この幾何学的対称性に起因して、インダクタ両端から見た電気特性も対称となる。
On the other hand,
以下の分析は、本発明により与えられる。 The following analysis is given by the present invention.
上述のように、インダクタの占有面積を増加させることなく、インダクタの電気的対称性を改善することが望まれている。しかしながら、上述のインダクタにおける問題点はトレードオフの関係にある。特許文献1に記載されたインダクタにおいて、所望のインダクタンスを小面積で実現するには、細幅の配線を狭い領域に長く巻く必要があるが、インダクタの寄生抵抗や寄生容量に起因した損失が大きくなる。また、配線を外側から内側へ一方向に巻くことで入出力端の配線形状が異なることにより、入出力端での損失量が異なるため、電気的対称性の劣化はより顕著となる。
As described above, it is desirable to improve the electrical symmetry of the inductor without increasing the area occupied by the inductor. However, the problem with the above-described inductor is in a trade-off relationship. In the inductor described in
本発明の第1の視点によるインダクタは、半導体基板上の金属配線で形成されるオンチップインダクタであって、前記インダクタは同心のn(nは3以上の整数)巻きの周回配線の直列接続で形成され、前記周回配線間の接続は、2つ以上外側あるいは2つ以上内側の周回配線を接続する迂回配線接続を少なくとも1つ有する。 An inductor according to a first aspect of the present invention is an on-chip inductor formed of a metal wiring on a semiconductor substrate, and the inductor is a series connection of concentric n (n is an integer of 3 or more) winding wiring. The connection between the surrounding wirings formed includes at least one detour wiring connection that connects two or more outer wirings or two or more inner wirings.
本発明のインダクタによれば、2つ以上外側あるいは2つ以上内側の周回配線を接続する迂回配線接続を持つようにしたから、インダクタ両端でのインピーダンスの差を小さくすることができ、電気的対称性が向上したインダクタを提供することができる。 According to the inductor of the present invention, since it has a detour wiring connection that connects two or more outer wirings or two or more inner circuit wirings, it is possible to reduce the impedance difference between both ends of the inductor and to achieve electrical symmetry. Inductors with improved performance can be provided.
本発明の実施形態について、必要に応じて図面を参照して説明する。なお、実施形態の説明において引用する図面及び図面の符号は実施形態の一例として示すものであり、それにより本発明による実施形態のバリエーションを制限するものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary. In addition, drawing quoted in description of embodiment and the code | symbol of drawing are shown as an example of embodiment, and, thereby, the variation of embodiment by this invention is not restrict | limited.
本発明による第1の実施形態のインダクタは、半導体基板上の金属配線で形成されるオンチップインダクタであって、インダクタは同心のn(nは3以上の整数)巻きの周回配線の直列接続で形成され、周回配線間の接続は、2つ以上外側あるいは2つ以上内側の周回配線を接続する迂回配線接続を少なくとも1つ有し、周回配線の中でインダクタの両端の端子につながる周回配線1と周回配線nのうち、周回配線1は最外周の周回配線で、周回配線1以降周回配線k(kは1以上でn−1より小さい整数)までは1周ごとに1つ内側の周回配線であり、周回配線k+1は最内周の周回配線であり、周回配線k+1以降周回配線nまでの配線は1周ごとに1つ外側の周回配線である。
The inductor according to the first embodiment of the present invention is an on-chip inductor formed of a metal wiring on a semiconductor substrate, and the inductor is a series connection of concentric n (n is an integer of 3 or more) winding wiring. The connection between the peripheral wirings formed is at least one detour wiring connection that connects two or more outer wirings or two or more inner peripheral wirings, and the
図3は、本発明の第1の実施形態におけるインダクタの配線構造を示す上面図である。図3は、第1の実施形態において、n=8、k=4となる場合の一例である。また、図4は、図3のO−I’における断面図である。図3において、8個の周回配線は、直列接続されている。また、周回の途中で、4つ内側の周回配線と接続する迂回配線42を有している。また、41a、41bは、インダクタ両端のインダクタ入出力端子である。8個の周回配線のうち、周回配線1は、最外周の周回配線であり、周回配線8は、最外周より内側で最内周より外側の周回配線である。
FIG. 3 is a top view showing the wiring structure of the inductor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an example in the case of n = 8 and k = 4 in the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along O-I ′ of FIG. 3. In FIG. 3, the eight wirings are connected in series. In addition, a
ここで、周回の順番について、明確にするために、各周回配線の位置番号と周回番号を定義しておく。図4に示すように、位置番号は、中心Oから周辺I’に向かって1つずつ増加するように、付与されている番号とする。一方、周回番号は、周回の順番で付与されている番号とする。図4を参照すると、最外周を周回番号1とし、周回番号4まで、1周ごとに1つ内側の周回配線と接続している。次に、周回番号5は、最内周の周回配線とする。周回番号5以降周回番号8までの配線は1周ごとに1つ外側の周回配線となる。周回番号4の周回配線と、周回番号5の周回配線は、迂回配線42により接続される。迂回配線42は、O−I’上には、存在しないが、周回番号4と周回番号5が、迂回配線42で接続されることを示すために、図4では、一点鎖線で示している。また、インダクタ入出力端子41a、41bも、O−I’上には、存在しないが、インダクタ入出力端子41a、41bが各々、周回番号8、周回番号1の周回配線と接続されることを示すために、図4において破線で示している。上述のように、本発明の明細書のインダクタ断面を示す図面において、断面O−I’上には存在しない場合において、迂回配線を一点鎖線で、インダクタ入出力端子を破線で示すことにする。また、図5は、本発明の第1の実施形態におけるインダクタの配線構造を示す断面図であり、周回配線の数nと、迂回配線接続する周回番号をk、k+1として、一般化して表示した図である。
Here, in order to clarify the turn order, the position number and the turn number of each turn wiring are defined. As shown in FIG. 4, the position numbers are assigned numbers so as to increase one by one from the center O toward the peripheral I ′. On the other hand, the circulation number is a number assigned in the order of circulation. Referring to FIG. 4, the outermost periphery is the
図14は、比較のために示した従来のインダクタの配線構造を示す図である。8巻きの周回配線を外側から内側に向かって直列接続したものである。また、58a、58bは、インダクタ入出力端子であり、各々、最内周の周回配線、最外周の周回配線と接続されている。また、図15は、図14のO−I’の断面図を示している。図15において、周回番号と位置番号は一致している。
FIG. 14 is a diagram showing a wiring structure of a conventional inductor shown for comparison. Eight winding windings are connected in series from the outside to the inside.
第1の実施形態を示す図3と、従来技術を示す図14を比較するとわかるように、図14では配線長の長い最外周と、配線長の短い最内周が、インダクタ両端になるので、インダクタ両端でインピーダンスの差が生じるのに対し、図3では、迂回配線により、インダクタ両端の周回配線の配線長の差を小さくすることができるので、インダクタ両端でのインピーダンスの差が小さくなる。従って、第1の実施形態は、図14に示す従来技術に対して、電気的対称性が向上する。 As can be seen by comparing FIG. 3 showing the first embodiment and FIG. 14 showing the prior art, in FIG. 14, the outermost periphery with a long wiring length and the innermost periphery with a short wiring length are both ends of the inductor. In contrast to the difference in impedance between both ends of the inductor, in FIG. 3, the difference in impedance between the two ends of the inductor can be reduced because the difference in the wiring length between the peripheral lines on both ends of the inductor can be reduced by the bypass wiring. Therefore, in the first embodiment, the electrical symmetry is improved with respect to the prior art shown in FIG.
また、図6は、第1の実施形態において、n=4、k=1の場合の一例を示している。また、図7は、図6のO−I’の断面図である。このように、k=1とすると、インダクタ入出力端子44a、44bは、隣同士の位置番号の周回配線から引き出される。
FIG. 6 shows an example of n = 4 and k = 1 in the first embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line O-I ′ of FIG. 6. As described above, when k = 1, the inductor input /
本発明による第2の実施形態のインダクタは、半導体基板上の金属配線で形成されるオンチップインダクタであって、インダクタは同心のn(nは3以上の整数)巻きの周回配線の直列接続で形成され、周回配線間の接続は、2つ以上外側あるいは2つ以上内側の周回配線を接続する迂回配線接続を少なくとも1つ有し、周回配線の中でインダクタの両端の端子につながる周回配線1と周回配線nのうち、周回配線1は最内周の周回配線で、周回配線1以降周回配線k(kは1以上でn−1より小さい整数)までは1周ごとに1つ外側の周回配線であり、周回配線k+1は最外周の周回配線であり、周回配線k+1以降周回配線nまでの配線は1周ごとに1つ内側の周回配線である。
The inductor according to the second embodiment of the present invention is an on-chip inductor formed of metal wiring on a semiconductor substrate, and the inductor is a series connection of concentric n (n is an integer of 3 or more) winding wiring. The connection between the peripheral wirings formed is at least one detour wiring connection that connects two or more outer wirings or two or more inner peripheral wirings, and the
図8は、本発明の第2の実施形態におけるインダクタの配線構造を示す上面図である。図8は、第2の実施形態において、n=8、k=4の場合の一例について示している。また、図9は、図8のO−I’における断面図である。図8において、8個の周回配線は、直列接続されている。また、周回の途中で、4つ外側の周回配線と接続する迂回配線48を有している。また、47a、47bは、インダクタ両端のインダクタ入出力端子である。8個の周回配線のうち、周回配線1は、最内周の周回配線であり、周回配線8は、最外周より内側で、最内周より外側になっている。
FIG. 8 is a top view showing the wiring structure of the inductor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 shows an example where n = 8 and k = 4 in the second embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along O-I ′ of FIG. 8. In FIG. 8, the eight wirings are connected in series. Further, in the middle of the circulation, there are
第2の実施形態は、図9において、最内周を周回番号1とし、周回番号4まで、1周ごとに1つ外側の周回配線と接続していく。次に、周回番号5は、最外周の周回配線とする。周回番号5以降周回番号8までの周回配線は1周ごとに1つ内側の周回配線となる。周回番号4の周回配線と、周回番号5の周回配線は、迂回配線48により接続される。また、図10は、本発明の第2の実施形態におけるインダクタの配線構造を示す断面図であり、周回配線の数nと、迂回配線接続する周回番号をk、k+1として、一般化して表示した図である。
In the second embodiment, in FIG. 9, the innermost circumference is the
第2の実施形態を示す図8と、従来技術を示す図14を比較するとわかるように、図8では、迂回配線により、インダクタ両端の周回配線の配線長の差を小さくすることができるので、インダクタ両端でのインピーダンスの差が小さくなる。従って、第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に、図14に示す従来技術に対して、電気的対称性が向上する。 As can be seen by comparing FIG. 8 showing the second embodiment and FIG. 14 showing the prior art, in FIG. 8, the difference in the wiring length of the peripheral wiring at both ends of the inductor can be reduced by the bypass wiring. The difference in impedance across the inductor is reduced. Therefore, like the first embodiment, the second embodiment has improved electrical symmetry with respect to the prior art shown in FIG.
本発明による第3の実施形態のインダクタは、半導体基板上の金属配線で形成されるオンチップインダクタであって、インダクタは同心のn(nは3以上の整数)巻きの周回配線の直列接続で形成され、周回配線間の接続は、2つ以上外側あるいは2つ以上内側の周回配線を接続する迂回配線接続を少なくとも1つ有し、周回配線の中でインダクタの両端の端子につながる周回配線1と周回配線nのうち、周回配線1は最外周の周回配線で、周回配線1以降周回配線k(kは1以上でn−1より小さい整数)までは1周ごとに1つ内側の周回配線であり、周回配線k+1は最内周の周回配線であり、周回配線k+1以降周回配線nまでの配線は1周ごとに1つ外側の周回配線であり、周回配線は、それぞれ異なる金属配線層で配線され、略同一形状で中心の位置が同一の位置に配置された複数の副周回配線を含み、各周回配線に含まれる複数の副周回配線は端部で互いに直列に接続されている。
The inductor according to the third embodiment of the present invention is an on-chip inductor formed of metal wiring on a semiconductor substrate, and the inductor is a series connection of concentric n (n is an integer of 3 or more) winding wiring. The connection between the peripheral wirings formed is at least one detour wiring connection that connects two or more outer wirings or two or more inner peripheral wirings, and the
図11は、本発明による第3の実施形態によるインダクタを示す断面図である。第3の実施形態のインダクタは、第1の実施形態のインダクタの各周回配線が、それぞれ異なる金属配線層で配線され、略同一形状で中心の位置が同一の位置に配置された複数の副周回配線を含み、各周回配線に含まれる複数の副周回配線は端部で互いに直列に接続されている。図11は、各周回配線が、2つの金属配線層の副周回配線から構成される場合の一例である。図11において、2つの金属配線層は、上層を第m+1層、下層を第m+2とする。また、迂回配線53は、第m+1層より1つ上の層である第m層に構成される。図11において、各副周回配線に対し、周回番号及び層番号を表示している。各周回配線において、第m+1層の副周回配線と、第m+2層の副周回配線は、層間のビアにより接続される。以下に、一方の入出力端子から他方の入出力端子までの接続順を示す。インダクタ入出力端子52b→副周回配線(1,m+2)→ビア→副周回配線(1,m+1)→副周回配線(2,m+1)→ビア→......→副周回配線(k,m+2)→ビア→副周回配線(k,m+1)→迂回配線53→副周回配線(k+1,m+1)→ビア→副周回配線(k+1,m+2)→副周回配線(k+2,m+2)→ビア→副周回配線(k+2,m+1)→......→副周回配線(n,m+1)→ビア→副周回配線(n,m+2)→インダクタ入出力端子52a。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an inductor according to a third embodiment of the present invention. In the inductor according to the third embodiment, each of the peripheral wirings of the inductor according to the first embodiment is wired with a different metal wiring layer, and has a plurality of sub-circulars each having substantially the same shape and the center position being located at the same position. A plurality of sub circuit wirings included in each circuit wiring are connected to each other in series at the end. FIG. 11 shows an example in which each circuit wiring is composed of sub circuit wiring of two metal wiring layers. In FIG. 11, two metal wiring layers have an upper layer of (m + 1) th layer and a lower layer of (m + 2). Further, the
上記した接続において、同じ層内での1つ外側あるいは1つ内側の副周回配線間の接続は、2つの副周回配線を1つのインダクタ配線で構成することにより省略することが可能である。また、各副周回配線は、ビアを介して他層の副周回配線と端部で直列接続される。また、図11において、周回配線が2つの層の副周回配線から構成される例について示しているが、副周回配線の層数は2に限定されず、任意の層数が可能である。 In the above-described connection, the connection between one outer circumference wiring or one outer circumference wiring in the same layer can be omitted by configuring the two sub circumference wirings with one inductor wiring. In addition, each sub circuit wiring is connected in series with the sub circuit wiring of the other layer through the via at the end. FIG. 11 shows an example in which the peripheral wiring is composed of two layers of sub-circular wiring. However, the number of layers of the sub-circular wiring is not limited to two, and any number of layers is possible.
第3の実施形態は、図14の従来技術に対して、第1の実施形態と同様な電気的対称性向上の効果が得られるだけでなく、複数層でインダクタを構成するようにしたから、インダクタ占有面積を低減することが可能である。 In the third embodiment, not only the effect of improving the electrical symmetry similar to that of the first embodiment is obtained with respect to the prior art of FIG. 14, but also an inductor is configured with a plurality of layers. It is possible to reduce the area occupied by the inductor.
本発明による第4の実施形態のインダクタは、半導体基板上の金属配線で形成されるオンチップインダクタであって、インダクタは同心のn(nは3以上の整数)巻きの周回配線の直列接続で形成され、周回配線間の接続は、2つ以上外側あるいは2つ以上内側の周回配線を接続する迂回配線接続を少なくとも1つ有し、周回配線の中でインダクタの両端の端子につながる周回配線1と周回配線nのうち、周回配線1は最内周の周回配線で、周回配線1以降周回配線k(kは1以上でn−1より小さい整数)までは1周ごとに1つ外側の周回配線であり、周回配線k+1は最外周の周回配線であり、周回配線は、それぞれ異なる金属配線層で配線され、略同一形状で中心の位置が同一の位置に配置された複数の副周回配線を含み、各周回配線に含まれる複数の副周回配線は端部で互いに直列に接続されている。
The inductor according to the fourth embodiment of the present invention is an on-chip inductor formed of metal wiring on a semiconductor substrate, and the inductor is a series connection of concentric n (n is an integer of 3 or more) winding wiring. The connection between the peripheral wirings formed is at least one detour wiring connection that connects two or more outer wirings or two or more inner peripheral wirings, and the
図12は、本発明による第4の実施形態によるインダクタを示す断面図である。第4の実施形態のインダクタは、第2の実施形態のインダクタの各周回配線が、それぞれ異なる金属配線層で配線され、略同一形状で中心の位置が同一の位置に配置された複数の副周回配線を含み、各周回配線に含まれる複数の副周回配線は端部で互いに直列に接続されている。図12は、各周回配線が、2つの金属配線層の副周回配線から構成される場合の一例である。第4の実施形態の構成は、第3の実施形態に対し、元になる構成が第1の実施形態から第2の実施形態になっただけであり、他は同様なので、説明は省略する。また、図12において、周回配線が2つの層の副周回配線から構成される例について示しているが、副周回配線の層数は2に限定されず、任意の層数が可能である。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing an inductor according to a fourth embodiment of the present invention. In the inductor according to the fourth embodiment, each of the peripheral wirings of the inductor according to the second embodiment is wired with a different metal wiring layer, and has a plurality of sub-circulars each having substantially the same shape and the center position arranged at the same position. A plurality of sub circuit wirings included in each circuit wiring are connected to each other in series at the end. FIG. 12 shows an example in which each circuit wiring is composed of sub circuit wiring of two metal wiring layers. The configuration of the fourth embodiment is the same as the configuration of the third embodiment except that the original configuration is changed from the first embodiment to the second embodiment. FIG. 12 shows an example in which the peripheral wiring is composed of two layers of sub-circular wiring. However, the number of sub-circular wirings is not limited to two, and any number of layers is possible.
第4の実施形態は、図14の従来技術に対して、第2の実施形態と同様の電気的対称性向上の効果が得られるだけでなく、複数層でインダクタを構成するようにしたから、インダクタ占有面積を低減することが可能である。 In the fourth embodiment, the effect of improving the electrical symmetry similar to that of the second embodiment is obtained with respect to the prior art of FIG. 14, and the inductor is configured by a plurality of layers. It is possible to reduce the area occupied by the inductor.
また、第1〜第4の実施形態を示す図3〜12において、迂回配線接続が1つの場合についてのみ例示したが、複数の迂回配線接続を有するインダクタの構成も可能である。各周回配線を、(位置番号、周回番号)と表したとき、例えば、巻き数n=6で、各周回配線が(1、1)、(2、2)、(3、5)、(4、6)、(5、3)、(6、4)の構成を取ることができる。上記の構成例では、位置番号2と位置番号5の周回配線を繋ぐ第1の迂回配線接続と、位置番号6と位置番号3の周回配線を繋ぐ第2の迂回配線接続の2つの迂回配線接続を含んでいる。
Further, in FIGS. 3 to 12 showing the first to fourth embodiments, only one bypass wiring connection is illustrated, but an inductor having a plurality of bypass wiring connections is also possible. When each circular wiring is expressed as (position number, circular number), for example, the number of turns n = 6, and each circular wiring is (1, 1), (2, 2), (3, 5), (4 , 6), (5, 3), (6, 4). In the above configuration example, two bypass wiring connections, that is, a first bypass wiring connection that connects the peripheral wirings of
以下、実施例について、図面を参照して詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
実施例1は、巻き数n=4、k=1、副周回配線の層数は2の場合の一例である。図1は、本発明における実施例1のインダクタを示す上面図であり、図13は、図1のO−I’における断面図である。各周回配線は、第m+1層および第m+2層の副周回配線から構成される。また、迂回配線16aは、2つの副周回配線の上の層である第m層に構成される。以下に、実施例1のインダクタにおける一方の入出力端子から他方の入出力端子までの接続順を示す。インダクタ入出力端子19b→引き出し配線11b→インダクタ配線12c(1,m+2)→ビア13d→インダクタ配線14c(1,m+1)→ビア15b→迂回配線16a→ビア15a→インダクタ配線14a(2,m+1)→ビア13a→インダクタ配線12a(2,m+2)−(3,m+2)→ビア13b→インダクタ配線14b(3,m+1)−(4,m+1)→ビア13c→インダクタ配線12b(4,m+2)→引き出し配線11a→インダクタ入出力端子19a。
The first embodiment is an example in which the number of turns n = 4, k = 1, and the number of sub-circular wiring layers is two. FIG. 1 is a top view showing the inductor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along O-I ′ of FIG. 1. Each circular wiring is composed of the (m + 1) th layer and (m + 2) th layer auxiliary wiring. Further, the
ここで、同じ層内で、1つ外側あるいは1つ内側の副周回配線間の接続である(2,m+2)−(3,m+2)間の接続、(3,m+1)−(4,m+1)間の接続は、一つのインダクタ配線で構成することにより、接続部を省略している。また、図1におけるインダクタ配線と副周回配線の関係を以下に示す。インダクタ配線12aは、副周回配線(2,m+2)と副周回配線(3,m+2)から構成され、インダクタ配線12bは、副周回配線(4,m+2)から構成され、インダクタ配線12cは、副周回配線(1,m+2)から構成される。また、インダクタ配線14aは、副周回配線(2,m+1)から構成され、インダクタ配線14bは、副周回配線(3,m+1)と副周回配線(4,m+1)から構成され、インダクタ配線14cは、副周回配線(1,m+1)から構成される。また、各副周回配線は、ビアを介して他層の副周回配線と端部で直列接続される。
Here, in the same layer, a connection between (2, m + 2)-(3, m + 2), which is a connection between one outer wiring or one inner wiring, (3, m + 1)-(4 The connection between m + 1) is constituted by one inductor wiring, and the connection portion is omitted. In addition, the relationship between the inductor wiring and the auxiliary circuit wiring in FIG. 1 is shown below. The
次に、図16は、特許文献1に記載の従来例1のインダクタの配線構造を示す上面図である。また、図17は、図16のO−I’の断面図である。図16の従来例1のインダクタの配線構造は、実施例1のインダクタと同様に、4回巻きで、第m+1層、第m+2層のインダクタ配線から構成される。図16における従来例1のインダクタにおける一方の入出力端子から他方の入出力端子までの接続順を以下に示す。インダクタ入出力端子60a→引き出し配線21a→インダクタ配線22c(1,m+2)→ビア23d→インダクタ配線24b(1,m+1)−(2,m+1)→ビア23c→インダクタ配線22b(2,m+2)−(3,m+2)→ビア23b→インダクタ配線24a(3,m+1)−(4,m+1)→ビア23a→インダクタ配線22a(4,m+2)→ビア25a→引き出し配線26a→ビア25b→引き出し配線21b→インダクタ入出力端子60b。
Next, FIG. 16 is a top view showing the wiring structure of the inductor of the conventional example 1 described in
図16において、引き出し配線26aは、第m層で構成されている。ここで、同じ層内での1つ外側あるいは1つ内側の周回配線の接続である(1,m+1)−(2,m+1)間の接続、(2,m+2)−(3,m+2)間の接続、(3,m+1)−(4,m+1)間の接続は、それぞれ、1つのインダクタ配線で構成することにより接続部は省略される。また、各インダクタ配線は、ビアを介して他層のインダクタ配線と端部で直列接続される。
In FIG. 16, the lead-out
実施例1と従来例1のインダクタの配線構造を比較すると、インダクタの占有面積は、同等である。一方、従来例1では、インダクタの両端が、配線長の長い最外周と、配線長の短い最内周から引き出されているため、電気的対称性が低いのに対し、実施例1では、迂回配線により、インダクタの両端が最外周と、最外周より一つ内側の周になるので、配線長の差が小さく、インダクタ両端でのインピーダンスの差が小さくなり、電気的対称性が向上する。 Comparing the inductor wiring structures of the first embodiment and the conventional example 1, the occupied area of the inductor is equivalent. On the other hand, in Conventional Example 1, both ends of the inductor are drawn from the outermost circumference with a long wiring length and the innermost circumference with a short wiring length, so that the electrical symmetry is low. By wiring, both ends of the inductor become the outermost circumference and one circumference inside the outermost circumference, so that the difference in wiring length is small, the difference in impedance at both ends of the inductor is small, and electrical symmetry is improved.
次に、実施例1のインダクタと、従来例1のインダクタの電気的対称性を以下に比較する。以下のシミュレーションは、巻き数nが8で、4層積層のインダクタについて行ったものである。実施例1のSパラメータシミュレーション結果を図2に、従来例1のSパラメータシミュレーション結果を図18に示す。一般に、インダクタを2ポート回路でモデル化した場合、4つのSパラメータS11、S12、S21、S22で表現することができるが、電気的に対称な回路の場合、S11とS22は、完全に一致するが、電気的な非対称性がある場合には、S11とS22の間に不一致が生ずる。 Next, the electrical symmetry of the inductor of Example 1 and the inductor of Conventional Example 1 will be compared below. The following simulation was performed for a four-layer laminated inductor having 8 turns. The S parameter simulation result of Example 1 is shown in FIG. 2, and the S parameter simulation result of Conventional Example 1 is shown in FIG. In general, when an inductor is modeled by a two-port circuit, it can be expressed by four S parameters S11, S12, S21, and S22. However, in the case of an electrically symmetric circuit, S11 and S22 completely match. However, when there is an electrical asymmetry, a mismatch occurs between S11 and S22.
従来例1のインダクタのSパラメータを示す図18を参照すると、40GHz以上の高周波帯域において、S11とS22は、差が生じている。一方、実施例1のインダクタのSパラメータを示す図2を参照すると、全周波数帯域において、S11とS22はよく一致していることがわかる。 Referring to FIG. 18 showing the S parameter of the inductor of Conventional Example 1, there is a difference between S11 and S22 in a high frequency band of 40 GHz or more. On the other hand, referring to FIG. 2 showing the S parameter of the inductor of Example 1, it can be seen that S11 and S22 are in good agreement in the entire frequency band.
実施例1において、迂回配線の位置を示すkを1としているが、これに限定されず、kは1以上でn−1より小さい整数の中から選択可能である。例えば、上述のようなSパラメータのシミュレーションにより電気的対称性が最も向上するようにkを選択するようにしてもよい。 In the first embodiment, k indicating the position of the detour wiring is set to 1. However, the present invention is not limited to this, and k can be selected from integers greater than or equal to 1 and less than n-1. For example, k may be selected so that the electrical symmetry is most improved by the S parameter simulation as described above.
次に、図19は、特許文献2に記載の従来例2のインダクタの配線構造を示す上面図である。図19は、従来例2の4回巻きの一例を示している。図19に示すインダクタの一方の入出力端子から他方の入出力端子までの接続順は、以下になる。インダクタ入出力端子61a→引き出し配線31a→インダクタ配線32f→ビア33a→交差配線34a→ビア33b→インダクタ配線32e→ビア33c→交差配線34b→ビア33d→インダクタ配線32b→ビア33e→交差配線34c→ビア33f→インダクタ配線32a→ビア33g→交差配線34d→ビア33h→インダクタ配線32g→ビア33i→交差配線34e→ビア33j→インダクタ配線32d→ビア33k→交差配線34f→ビア33m→インダクタ配線32c→引き出し配線31b→入出力端子61b。
Next, FIG. 19 is a top view showing the wiring structure of the inductor of Conventional Example 2 described in
図19に示す従来例2のインダクタは、幾何学的に左右対称の形をしているため、電気的対称性も非常によいという利点を持っている。しかしながら、従来例2のインダクタは、インダクタ配線は、平面構造であり、積層することができない。そのため、インダクタ占有面積を小さくすることができず、小型な高周波回路を実現することは困難である。もし、占有面積を低減するために配線を細幅化したり内径を縮小すれば寄生抵抗が増加し、インダクタ特性の劣化を招く。 The inductor of Conventional Example 2 shown in FIG. 19 has an advantage that the electrical symmetry is very good because it is geometrically symmetrical. However, in the inductor of Conventional Example 2, the inductor wiring has a planar structure and cannot be laminated. Therefore, the area occupied by the inductor cannot be reduced, and it is difficult to realize a small high-frequency circuit. If the wiring is narrowed or the inner diameter is reduced in order to reduce the occupied area, the parasitic resistance increases and the inductor characteristics are deteriorated.
実施例1のインダクタと従来例2のインダクタを比較すると、どちらも、電気的対称性は優れているが、従来例2のインダクタは、前述のように、占有面積を小さくすることができないという問題がある。一方、実施例1のインダクタの場合には、インダクタ配線を複数層における副周回配線から構成するようにすることができるから、インダクタの占有面積を小さくすることが可能である。 When the inductor of Example 1 and the inductor of Conventional Example 2 are compared, both have excellent electrical symmetry, but the inductor of Conventional Example 2 cannot reduce the occupied area as described above. There is. On the other hand, in the case of the inductor according to the first embodiment, the inductor wiring can be constituted by sub-circular wirings in a plurality of layers, so that the area occupied by the inductor can be reduced.
また、従来例2では、多くの交差配線、多くのビアを必要とするのに対し、実施例1では、最低限1つの迂回配線で構成することが可能であり、また、必要なビアの数も、従来例2よりも少なくて済む。そのため、迂回配線や交差配線の抵抗とビア抵抗がインダクタ特性に大きく影響する場合には、実施例1のインダクタは効果がある。 Further, in the second conventional example, many cross wirings and many vias are required, whereas in the first example, it can be configured with at least one detour wiring, and the number of necessary vias However, it is less than that of the conventional example 2. Therefore, the inductor of Example 1 is effective when the resistance of the bypass wiring or the cross wiring and the via resistance greatly affect the inductor characteristics.
本発明は、携帯電話、無線LAN、地上デジタルテレビ放送などのデジタル無線回路おいて使用される、オンチップ型インダクタに適用可能である。 The present invention is applicable to an on-chip inductor used in a digital wireless circuit such as a mobile phone, a wireless LAN, and a digital terrestrial television broadcast.
なお、本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 It should be noted that the embodiments and examples can be changed and adjusted within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention and based on the basic technical concept. Various combinations and selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.
12a、12b、12c、14a、14b、14c、22a、22b、22c、24a、24b、32a、32c、32d、32e、32f、32g: インダクタ配線
11a、11b、21a、21b、26a、31a、31b、43、46、49a、49b、59: 引き出し配線
13a、13b、13c、13d、15a、15b、23a、23b、23c、23d、25a、25b、33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g、33h、33i、33j、33k、33m: ビア
19a、19b、41a、41b、44a、44b、62a、62b、47a、47b、50a、50b、52a、52b、55a、55b、58a、58b、60a、60b、61a、61b: インダクタ入出力端子
16a、42、45、48、51、53、56、63: 迂回配線
34a、34b、34c、34d、34e、34f: 交差配線
12a, 12b, 12c, 14a, 14b, 14c, 22a, 22b, 22c, 24a, 24b, 32a, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g: Inductor wiring 11a, 11b, 21a, 21b, 26a, 31a, 31b, 43, 46, 49a, 49b, 59: Lead
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