JP2007036722A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送受信アンテナと配線との間での混信を低減する。
【解決手段】半導体装置は、第１のレベル層と、第１のレベル層に設けられ、かつ第１の方向に延在する送信アンテナ１１と、第１のレベル層に設けられ、かつ第１の方向に延在する受信アンテナ１２と、第１のレベル層に設けられ、かつ第１の方向に対して４５度乃至９０度の角度を有する第２の方向に延在する複数の第１の配線１５とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置に係り、特に送信アンテナと受信アンテナとを備えた半導体装置に関する。

近年、チップ内での信号やクロック信号の伝送方式として、ワイヤレス伝送を用いたシステムが提案されている。このようなシステムを実現する半導体集積回路は、送信アンテナ、受信アンテナ、送信アンテナに接続された送信回路、及び受信アンテナに接続された受信回路等を備えている。

この半導体集積回路では、送信アンテナから受信アンテナへ電波を送信することで信号を伝送する。ところが、送信アンテナから発生した電波は、受信アンテナ以外の配線にも到達する。したがって、送信アンテナから発生した電波の影響により、配線にノイズが発生する。このノイズは、信号の混信や半導体集積回路の誤動作の原因となる。また、半導体集積回路のより小型化が要求されている。しかし、ノイズの影響は、半導体集積回路の小型化の要求と相反し、アンテナや回路が近接するほど大きくなってしまう。

この種の関連技術として、安定した通信を行うシステムモジュールが開示されている（特許文献１参照）。
特開平１１−６８０３３号公報

本発明は、送受信アンテナと配線との間での混信を低減す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。

本発明の第１の視点に係る半導体装置は、第１のレベル層と、前記第１のレベル層に設けられ、かつ第１の方向に延在する送信アンテナと、前記第１のレベル層に設けられ、かつ前記第１の方向に延在する受信アンテナと、前記第１のレベル層に設けられ、かつ前記第１の方向に対して４５度乃至９０度の角度を有する第２の方向に延在する複数の第１の配線とを具備する。

本発明の第２の視点に係る半導体装置は、送信ループアンテナと、受信ループアンテナと、それぞれが直線的に延在する複数の第１の配線とを具備する。

本発明によれば、送受信アンテナと配線との間での混信を低減することが可能な半導体装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図である。半導体集積回路１０は、送信回路と受信回路とを備えている。送信回路は、受信回路へ信号を送信するための送信アンテナ１１を備えている。受信回路は、送信回路から信号を受信するための受信アンテナ１２を備えている。すなわち、所定の信号或いはクロックは、送信回路及び受信回路によりワイヤレス伝送されている。

送信アンテナ１１は、任意の方向に延在するように設けられている。送信アンテナ１１には、例えばダイポールアンテナが用いられる。すなわち、送信アンテナ１１は、第１送信アンテナエレメントと、第２送信アンテナエレメントとにより構成されている。送信アンテナ１１は、任意のレベル層上に配線パターンとして形成される。しかし、これに限定されず、送信アンテナ１１は、棒状、筒状或いは板状等であってもよい。

受信アンテナ１２は、上記任意の方向に延在するように設けられている。受信アンテナ１２も同様にダイポールアンテナが用いられ、第１受信アンテナエレメントと、第２受信アンテナエレメントとにより構成されている。

送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とは、互いに対向して配置されている。すなわち、送信アンテナ１１の偏波面（plane of polarization）と受信アンテナ１２の偏波面とは、一致している。このような配置により、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とは、容量結合される。これにより、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２との間で、信号の伝送を正確に行うことができる。送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等があげられる。

ここで、半導体集積回路１０の回路構成の一例について説明する。図２は、半導体集積回路１０の回路図である。半導体集積回路１０は、送信回路２１と受信回路２２とを備えている。

送信回路２１は、信号生成回路（signal generator）２１Ａ、アンプ２１Ｂ、送信側整合回路（matching circuit）２１Ｃ、及び送信アンテナ１１を備えている。信号生成回路２１Ａは、例えば、受信回路２２に伝送するための信号を生成する。信号生成回路２１Ａにより生成された信号は、アンプ２１Ｂにより所定の利得に増幅される。アンプ２１Ｂから出力された信号は、送信側整合回路２１Ｃに入力される。

送信側整合回路２１Ｃは、送信回路２１と受信回路２２とを効率的に電気的に結合するために、信号に対してインピーダンス整合を行う。送信側整合回路２１Ｃから出力された信号は、送信アンテナ１１により電波として受信回路２２に送信される。

受信回路２２は、受信アンテナ１２、受信側整合回路２２Ａ、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）２２Ｂ、バッファ２２Ｃ，２２Ｄ、周波数分周器（frequency divider）２２Ｅ、及びセクタバッファ（sector buffer）２２Ｆを備えている。受信アンテナ１２は、送信アンテナ１１から送信された電波を受信する。

受信アンテナ１２により受信された信号は、受信側整合回路２２Ａによりインピーダンス整合される。受信側整合回路２２Ａから出力された信号は、ローノイズアンプ２２Ｂにより所定の利得に増幅される。ローノイズアンプ２２Ｂから出力された信号は、バッファ２２Ｃ，２２Ｄを介して周波数分周器２２Ｅに入力される。周波数分周器２２Ｅは、信号に対して周波数変換を行う。周波数分周器２２Ｅから出力された信号は、セクタバッファ２２Ｆを介して受信回路２２から出力される。

図１に示すように、半導体集積回路１０は、複数のレベル層により構成されており、この複数のレベル層は、第１のレベル層ＬＥＶ１と、この第１のレベル層ＬＥＶ１の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第２のレベル層ＬＥＶ２と、この第２のレベル層ＬＥＶ２の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第３のレベル層ＬＥＶ３とを含んでいる。また、複数のレベル層は、例えば半導体基板（図示せず）上に設けられている。

送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２は、例えば第１のレベル層ＬＥＶ１に設けられている。また、第１のレベル層ＬＥＶ１には、シールド層１３が設けられている。このシールド層１３は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２を囲むように設けられている。シールド層１３は、アンテナと同様に、配線パターンとして形成される。シールド層１３は、固定電位（例えば、グランド電位）に接続されている。この固定電位は、グランド電位に限らず、電源電位等であってもよい。シールド層１３の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等があげられる。

半導体集積回路１０は、複数の配線１５，１６，１８を備えている。この配線１５，１６，１８は、図２に示した回路を構成するための配線に対応する。配線１５，１６，１８の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等があげられる。なお、図１では、簡略化のために、配線１５，１６，１８をラインで示しているが、実際には、所定の配線幅を有する配線層により構成されている。

配線１５は、シールド層１３の内側に設けられている。また、配線１５は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２に対して、例えば９０度の角度を持って配置されている。すなわち、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２を除くシールド層１３の内側の全ての配線は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２に対して、例えば９０度の角度を持って配置されている。

図３は、配線１５を配置する角度と伝送ゲインとの関係を示す図である。横軸は、送信アンテナ１１（或いは、受信アンテナ１２）と配線１５との角度（度）を示している。縦軸は、配線１５を伝送する信号の伝送ゲイン（ｄＢ）を示している。なお、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２との間を伝送する信号の周波数は、例えば３０ＧＨｚである。

図３に示すように、角度が９０度の場合の伝送ゲインは、角度が０度（すなわち、送信アンテナ１１と配線１５とが平行）の場合の伝送ゲインに比べて最も大きく減少している。これは、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と、この送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２に対して９０度の角度を持って配置された配線１５とは、それぞれの偏波面が一致していないためである。この結果、配線１５は、送信アンテナ１１から発生した電波を受信できない。同様に、受信アンテナ１２は、配線１５から発生した電波を受信できない。よって、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線１５との間での混信を抑制することができる。

また、図３に示すように、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線１５との角度が４５度以上になると、伝送ゲインが減少している。したがって、角度が４５度乃至９０度の範囲では、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線１５との間での混信を抑制することができる。

配線１６は、第１のレベル層ＬＥＶ１上でシールド層１３の外側に配置されている。また、配線１６は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と平行に配置されている。すなわち、第１のレベル層ＬＥＶ１上で送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と平行な全ての配線は、シールド層１３の外側に配置されている。

シールド層１３は、送信アンテナ１１から発生した電波を遮断する。また、シールド層１３は、配線１６から発生した電波を遮断する。これにより、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線１６との間での混信を抑制することができる。

第３のレベル層ＬＥＶ３上には、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と平行な配線を含む配線１８が設けられている。この配線１８は、配線１７を介して配線１５等に接続されている。

さらに、第１のレベル層ＬＥＶ１と第３のレベル層ＬＥＶ３との間には、シールド層１４が設けられた第２のレベル層ＬＥＶ２が設けられている。このシールド層１４は、少なくとも送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２の上方に設けられている。また、シールド層１４は、固定電位（例えば、グランド電位）に接続されている。この固定電位は、グランド電位に限らず、電源電位等であってもよい。シールド層１４の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等があげられる。

シールド層１４は、例えば金属からなるプレートにより構成される。或いは、シールド層１４は、信号の波長より小さい間隔を有する格子状であってもよい。具体的には、シールド層１４は、複数の配線を有し、この複数の配線が縦方向と横方向とに配置されるように構成してもよい。また、シールド層１４は、信号の波長より小さい間隔を有するライン状であってもよい。具体的には、シールド層１４は、複数の配線を有し、この複数の配線が上記間隔を空けて平行に配置されるように構成してもよい。

シールド層１４は、送信アンテナ１１から上方向に発生した電波を遮断する。また、シールド層１４は、配線１８から下方向に発生した電波を遮断する。これにより、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線１８との間での混信を抑制することができる。

以上詳述したように本実施形態によれば、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２とあらゆる方向に配置された配線との混信を抑制することができる。これにより、信号を正確に伝送することが可能な半導体集積回路を構成することができる。

なお、シールド層１３は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２を全て囲んでいなくてもよい。すなわち、シールド層１３は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と、これらに平行な配線との間に配置されていればよい。このようにシールド層１３を構成しても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２が設けられた第１のレベル層ＬＥＶ１の下層に配線等を形成する場合は、間にシールド層を設けるようにすればよい。これにより、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と下層の配線との混信を抑制するこができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、ループアンテナを用いて信号の伝送を行う半導体集積回路の混信を抑制するようにしたものである。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図である。半導体集積回路１０の回路構成は、図２で示した回路図と同じである。

図４に示すように、半導体集積回路１０は、複数のレベル層により構成されており、この複数のレベル層は、第１のレベル層ＬＥＶ１と、この第１のレベル層ＬＥＶ１の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第２のレベル層ＬＥＶ２と、この第２のレベル層ＬＥＶ２の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第３のレベル層ＬＥＶ３と、この第３のレベル層ＬＥＶ３の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第４のレベル層ＬＥＶ４とを含んでいる。また、複数のレベル層は、例えば半導体基板（図示せず）上に設けられている。

半導体集積回路１０は、送信ループアンテナ３１と受信ループアンテナ３２とを備えている。本実施形態では、アンテナとしてループアンテナを用いている。ループアンテナの平面形状は、例えば円形であるが、これに限定されず、四角形や多角形等であってもよい。送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等があげられる。

送信ループアンテナ３１は、第２のレベル層ＬＥＶ２上に設けられている。受信ループアンテナ３２は、第３のレベル層ＬＥＶ３上に設けられている。また、受信ループアンテナ３２は、送信ループアンテナ３１の上方に設けられている。送信ループアンテナ３１と受信ループアンテナ３２とは、誘導結合されている。よって、送信ループアンテナ３１から上方向に発生した電波（或いは、電束）を受信ループアンテナ３２が受信することで、半導体集積回路１０は、信号の伝送を行うことができる。

半導体集積回路１０は、シールド層３３を備えている。シールド層３３は、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２を立体的に包囲する（包み込む）ように設けられている。本実施形態では、シールド層３３は、例えば直方体を有している。シールド層３３は、固定電位（例えば、グランド電位）に接続されている。この固定電位は、グランド電位に限らず、電源電位等であってもよい。シールド層３３の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等があげられる。

図５は、図４に示したシールド層３３の構成の一例を示す斜視図である。シールド層３３は、第１のレベル層ＬＥＶ１に設けられた第１のメタル層Ｍ１と、第２のレベル層ＬＥＶ２に設けられた第２のメタル層Ｍ２と、第３のレベル層ＬＥＶ３に設けられた第３のメタル層Ｍ３と、第４のレベル層ＬＥＶ４に設けられた第４のメタル層Ｍ４とを含む。

また、シールド層３３は、第１のレベル層ＬＥＶ１と第２のレベル層ＬＥＶ２との間の層間絶縁膜内に設けられかつ第１のメタル層Ｍ１と第２のメタル層Ｍ２とを電気的に接続する第１のビアプラグＶ１と、第２のレベル層ＬＥＶ２と第３のレベル層ＬＥＶ３との間の層間絶縁膜内に設けられかつ第２のメタル層Ｍ２と第３のメタル層Ｍ３とを電気的に接続する第２のビアプラグＶ２と、第３のレベル層ＬＥＶ３と第４のレベル層ＬＥＶ４との間の層間絶縁膜内に設けられかつ第３のメタル層Ｍ３と第４のメタル層Ｍ４とを電気的に接続する第３のビアプラグＶ３とを含む。

第４のメタル層Ｍ４は、一方向に延在する複数のメタル層部分Ｍ４−１，Ｍ４−２を備えている。図５では、第４のメタル層Ｍ４が２つのメタル層部分Ｍ４−１，Ｍ４−２を備えた場合を一例として示しているが、勿論２つ以上であってもよい。第４のメタル層Ｍ４が備えるメタル層部分の本数は、伝送される信号の波長等によって設定される。

また、第４のレベル層ＬＥＶ４の上方にさらに配線を有するレベル層が存在する場合は、上方向に向かう電波を遮断するために、隙間がほとんど無くなるようにメタル層部分を配置して第４のメタル層Ｍ４を構成してもよい。或いは、第４のメタル層Ｍ４が平面になるようにしてもよい。第１のメタル層Ｍ１についても同様である。

シールド層３３の製造方法の一例は、例えば以下のようである。第１のメタル層Ｍ１は、例えばダマシン法により形成される。すなわち、層間絶縁膜に溝を形成し、この溝にＣｕ等の導電材料を埋め込む。そして、第１のメタル層Ｍ１の上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて平坦化する。

また、第２のメタル層Ｍ２及びビアプラグＶ１は、デュアルダマシン法により形成される。すなわち、層間絶縁膜に第２のメタル層Ｍ２用の溝と第１のメタル層Ｍ１を露出するビアプラグＶ１用の複数の開口部とを形成し、この溝及び開口部に同時にＣｕ等の導電材料を埋め込む。そして、第２のメタル層Ｍ２の上面をＣＭＰ法を用いて平坦化する。第３のメタル層Ｍ３や第４のメタル層Ｍ４等についても同様である。

図６は、シールド層３３の構成の他の一例を示す斜視図である。このシールド層３３は、第１のメタル層Ｍ１と第２のメタル層Ｍ２とを電気的に接続するビアメタル層Ｖ１を備えている。ビアメタル層Ｖ１は、シールド層３３の内側を囲むように設けられている。ビアメタル層Ｖ２，Ｖ３についても同様である。

なお、電波が上方向に発生する場合は、第１のメタル層Ｍ１は必ずしも必要でない。すなわち、シールド層３３の側面と上面とで十分に電波を遮断することができる。

図４に示すように、第２のレベル層ＬＥＶ２上でシールド層３３の内側には、ループ状でない配線３４が設けられている。配線３４は、例えば、直線である。また、配線３４は、Ｌ字形であってもよい。すなわち、配線３４は、直線の第１の配線部分と、この第１の配線部分に直交しかつ直線の第２の配線部分とを有し、第１の配線部分と第２の配線部分とが接続されて構成されていてもよい。あるいは、配線３４は、２つの直線部分が任意の角度を成して接続されて構成されていてもよい。

これにより、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２と配線３４とは、誘導結合が極めて小さい。この結果、送信ループアンテナ３１或いは受信ループアンテナ３２と配線３４との間での混信を抑制することができる。なお、例えば直線からなる配線３４は、第３のレベル層ＬＥＶ３上でシールド層３３の内側に設けられていてもよい。

第２のレベル層ＬＥＶ２上でシールド層３３の外側には、ループ状の配線３５が設けられている。換言すると、配線３５は、送信ループアンテナ３１の接線にほぼ平行にそれぞれ配置された２本の配線部分と、この２本の配線部分を電気的に接続する１本の配線部分とを少なくとも含む。また、２本の配線部分は、平行に限らず、接線の延伸方向と同じ方向のベクトル成分を有していればよい。

第３のレベル層ＬＥＶ３上でシールド層３３の外側には、ループ状の配線３６が設けられている。この配線３６も、送信ループアンテナ３１の接線にほぼ平行にそれぞれ配置された２本の配線部分と、この２本の配線部分を電気的に接続する１本の配線部分とを少なくとも含む。

このように構成された半導体集積回路１０では、シールド層３３は、送信ループアンテナ３１から発生する電波を遮断することができる。これにより、送信ループアンテナ３１と、配線３５或いは配線３６との混信を抑制することができる。

また、シールド層３３は、配線３５或いは配線３６から発生した電波を遮断することができる。これにより、受信ループアンテナ３２と、配線３５或いは配線３６との混信を抑制することができる。

以上詳述したように本実施形態では、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２をシールド層３３で包囲するようにしている。さらに、ループ状の配線をシールド層３３の外側に配置するようにしている。これにより、半導体集積回路内での混信を抑制することができるため、信号を正確に伝送することが可能な半導体集積回路を構成することができる。

なお、シールド層３３は、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２を全て囲んでいなくてもよい。すなわち、シールド層３３は、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２とループ状の配線との間に設けられていればよい。例えば、図４に示した半導体集積回路１０では、配線３５及び配線３６が、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２に対して任意の一方向に隣接して配置されている。この場合には、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２と配線３５及び配線３６との間に、レベル層に対して垂直方向に延在する平面からなるシールド層３３を形成すればよい。このようにしてシールド層３３を構成しても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、同一のレベル層上に送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２を設けるようにして構成された半導体集積回路の混信を抑制するようにしたものである。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図である。半導体集積回路１０の回路構成は、図２で示した回路図と同じである。

図７に示すように、半導体集積回路１０は、複数のレベル層により構成されており、この複数のレベル層は、第１のレベル層ＬＥＶ１と、この第１のレベル層ＬＥＶ１の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第２のレベル層ＬＥＶ２と、この第２のレベル層ＬＥＶ２の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第３のレベル層ＬＥＶ３とを含んでいる。また、複数のレベル層は、例えば半導体基板（図示せず）上に設けられている。

半導体集積回路１０は、送信ループアンテナ３１と受信ループアンテナ３２とを備えている。送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２は、第２のレベル層ＬＥＶ２上に設けられている。

半導体集積回路１０は、シールド層４１を備えている。シールド層４１は、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２を立体的に包囲するように設けられている。シールド層４１の構成は、寸法（高さや幅等）が異なる以外は、第２の実施形態で示したシールド層３３と同じである。

すなわち、シールド層４１は、第１のレベル層ＬＥＶ１に設けられた例えばプレートからなる第１のメタル層Ｍ１と、第２のレベル層ＬＥＶ２に設けられかつ送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２を囲む第２のメタル層Ｍ２と、第３のレベル層ＬＥＶ３に設けられた例えばプレートからなる第３のメタル層Ｍ３とを含む。

また、シールド層４１は、第１のレベル層ＬＥＶ１と第２のレベル層ＬＥＶ２との間の層間絶縁膜内に設けられかつ第１のメタル層Ｍ１と第２のメタル層Ｍ２とを電気的に接続する第１のビアプラグＶ１と、第２のレベル層ＬＥＶ２と第３のレベル層ＬＥＶ３との間の層間絶縁膜内に設けられかつ第２のメタル層Ｍ２と第３のメタル層Ｍ３とを電気的に接続する第２のビアプラグＶ２とを含む。このシールド層４１は、固定電位（例えば、グランド電位）に接続されている。

また、図７に示すように送信ループアンテナ３１から電波が上方向に発生する場合は、第１のレベル層ＬＥＶ１（具体的には、第１のレベル層ＬＥＶ１に設けられた第１のメタル層Ｍ１）は必ずしも必要でない。すなわち、シールド層４１の側面と上面とで十分に電波を遮断することができる。この場合、半導体集積回路１０は、第２のレベル層ＬＥＶ２と第３のレベル層ＬＥＶ３とにより構成されることになる。図８は、シールド層４１が２つのレベル層により構成された場合の一例を示す斜視図である。

シールド層４１は、第２のレベル層ＬＥＶ２に設けられた第２のメタル層Ｍ２と、第３のレベル層ＬＥＶ３に設けられた第３のメタル層Ｍ３とを含む。また、シールド層４１は、第２のレベル層ＬＥＶ２と第３のレベル層ＬＥＶ３との間の層間絶縁膜内に設けられかつ第２のメタル層Ｍ２と第３のメタル層Ｍ３とを電気的に接続する第２のビアプラグＶ２を含む。

第３のメタル層Ｍ３は、一方向に延在する複数のメタル層部分Ｍ３−１，Ｍ３−２を備えている。第２の実施形態で説明したように、第３のメタル層Ｍ３に含まれるメタル層部分の本数は、特に限定されず、伝送される信号の波長等によって設定される。また、第３のメタル層Ｍ３は、プレートにより構成されていてもよい。

また、シールド層４１の上面である第３のメタル層Ｍ３は、部分的に切断されていてもよい。図９は、シールド層４１の構成の他の一例を示す斜視図である。図９に示すように、第３のメタル層Ｍ３は、部分的に切断されている。すなわち、第３のメタル層Ｍ３は、２つのメタル層により構成されている。このようにしてシールド層４１を構成しても、送信ループアンテナ３１から上方向に発生した電波を遮断することができる。

図７に示すように、第２のレベル層ＬＥＶ２上でシールド層４１の内側には、ループ状でない（例えば、直線）配線４２が設けられている。よって、送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２と配線４２とは、誘導結合が極めて小さい。この結果、送信ループアンテナ３１或いは受信ループアンテナ３２と配線４２との間での混信を抑制することができる。

第２のレベル層ＬＥＶ２上でシールド層４１の外側には、ループ状の配線４３が設けられている。換言すると、配線４３は、送信ループアンテナ３１の接線にほぼ平行にそれぞれ配置された２本の配線部分と、この２本の配線部分を電気的に接続する１本の配線部分とを少なくとも含む。また、２本の配線部分は、平行に限らず、接線の延伸方向と同じ方向のベクトル成分を有していればよい。

第３のレベル層ＬＥＶ３上でシールド層４１の外側には、ループ状の配線４４が設けられている。この配線４４も、送信ループアンテナ３１の接線にほぼ平行にそれぞれ配置された２本の配線部分と、この２本の配線部分を電気的に接続する１本の配線部分とを少なくとも含む。

このように構成された半導体集積回路１０では、シールド層４１は、送信ループアンテナ３１から発生する電波を遮断することができる。これにより、送信ループアンテナ３１と、配線４３或いは配線４４との混信を抑制することができる。

また、シールド層４１は、配線４３或いは配線４４から発生した電波を遮断することができる。これにより、受信ループアンテナ３２と、配線４３或いは配線４４との混信を抑制することができる。

以上詳述したように本実施形態によれば、同じレベル層上に送信ループアンテナ３１及び受信ループアンテナ３２を設けた場合でも、送信ループアンテナ３１或いは受信ループアンテナ３２とループ状の配線との混信を抑制することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、送信アンテナ１１或いは受信アンテナ１２と、これらに平行に配置された配線との距離を所定距離以上離すことで混信を抑制するようにしたものである。

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図である。半導体集積回路１０の回路構成は、図２で示した回路図と同じである。

図１０に示すように、半導体集積回路１０は、複数のレベル層により構成されており、この複数のレベル層は、第１のレベル層ＬＥＶ１と、この第１のレベル層ＬＥＶ１の上に層間絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第２のレベル層ＬＥＶ２とを含んでいる。また、複数のレベル層は、例えば半導体基板（図示せず）上に設けられている。

半導体集積回路１０は、例えばダイポールアンテナから構成される送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とを備えている。送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２は、第１のレベル層ＬＥＶ１上に設けられている。送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とは、平行に配置され、さらに距離Ｄを空けて配置されている。この距離Ｄは、送信アンテナ１１から受信アンテナ１２へ送信される電波の周波数、送信アンテナ１１から送信される信号の電力、或いは回路構成等により決定される。

また、第１のレベル層ＬＥＶ１上には、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と平行な配線５１が設けられている。配線５１は、送信アンテナ１１或いは受信アンテナ１２から距離Ｄ１を空けて配置されている。

第２のレベル層ＬＥＶ２上には、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と平行な配線５２，５３，５４が設けられている。配線５２，５３，５４はそれぞれ、送信アンテナ１１或いは受信アンテナ１２から距離Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を空けて配置されている。

ところで、電磁波の減衰Ｇは、以下の式で表すことができる。

Ｇ∝Ａ・ｅｘｐ（−ｘ／ｋ）
ｘはアンテナからの距離、Ａ，ｋは定数である。

半導体チップ内に設けられたアンテナでは、送信アンテナと受信アンテナとの距離が比較的短い。よって、簡単化のために送信アンテナと受信アンテナとの容量結合で考えると、カップリング容量Ｅは、以下の式で表すことができる。

Ｅ∝ｘ^−２
上式により、距離ｘを長くすると、カップリング容量を低減することができる。さらに、カップリング容量を１／４（２５％）以下に低減するためには、距離ｘを２倍以上離せばよいことが分かる。

したがって、図１０において、距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、距離Ｄの２倍以上に設定される。このようにすることで、送信アンテナ１１と配線５１，５２，５３，５４とのカップリング容量を、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２とのカップリング容量に比べて、１／４以下に低減することができる。この結果、送信アンテナ１１と配線５１，５２，５３，５４との混信を低減することができる。

なお、受信アンテナ１２と配線５１，５２，５３，５４との関係についても同様である。すなわち、配線５１，５２，５３，５４はそれぞれ、受信アンテナ１２から距離Ｄの２倍以上の距離を空けて配置されている。これにより、受信アンテナ１２と配線５１，５２，５３，５４との混信を低減することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、ＭＣＭ（Multi Chip Module）に本発明を適用した場合の実施形態である。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る半導体集積回路６０を示す構成図である。この半導体集積回路６０は、ＭＣＭ（Multi Chip Module）により構成されている。

半導体集積回路６０は、マザーチップ６１、送信用チップ６２、受信用チップ６３、チップ６４，６５、シールド層６６、及び配線６７，６８を備えている。送信用チップ６２、受信用チップ６３、チップ６４，６５、シールド層６６、及び配線６７，６８は、マザーチップ６１上に設けられている。

送信用チップ６２には、送信アンテナ１１が設けられており、例えば図２に示した送信回路２１と同じ回路が搭載されている。受信用チップ６３には、受信アンテナ１２が設けられており、例えば図２に示した受信回路２２と同じ回路が搭載されている。送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２は、例えばダイポールアンテナであり、互いに平行になるように配置されている。これにより、送信用チップ６２と受信用チップ６３とは、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２を使用して信号の送受信が可能となる。チップ６４，６５は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）やメモリ等により構成される。

シールド層６６は、送信用チップ６２及び受信用チップ６３を囲むように設けられている。シールド層６６は、固定電位（例えば、グランド電位）に接続されている。シールド層６６の内側には、配線６７が設けられている。この配線６７は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２に対して、例えば９０度の角度を持って配置されている。

シールド層６６の外側には、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と平行な配線６８が設けられている。また、シールド層６６の外側には、チップ６４，６５が設けられている。

このように構成された半導体集積回路６０において、配線６７は、送信アンテナ１１から発生した電波を受信できない。同様に、受信アンテナ１２は、配線６７から発生した電波を受信できない。よって、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線６７との間での混信を抑制することができる。

また、第１の実施形態と同様に、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線６７との角度は９０度に限らず、４５度乃至９０度の範囲であれば、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線６７との間での混信を抑制することができる。

さらに、シールド層６６は、送信アンテナ１１から発生した電波を遮断する。また、シールド層６６は、配線６８から発生した電波を遮断する。これにより、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と配線６８との間での混信を抑制することができる。

以上詳述したように本実施形態によれば、第１の実施形態をＭＣＭに適用することも可能となる。すなわち、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２とマザーチップ６１上に設けられた配線との間での混信を抑制することができる。

なお、シールド層６６は、送信用チップ６２及び受信用チップ６３を全て囲んでいなくてもよい。すなわち、シールド層６６は、送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２と、これらに平行な配線との間に配置されていればよい。このようにシールド層６６を構成しても、本実施形態を適用可能である。

本発明の例は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化できる。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図。 半導体集積回路１０の回路図。 配線１５を配置する角度と伝送ゲインとの関係を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図。 図４に示したシールド層３３の構成の一例を示す斜視図。 図４に示したシールド層３３の構成の他の一例を示す斜視図。 本発明の第３の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図。 図７に示したシールド層４１の構成の一例を示す斜視図。 図７に示したシールド層４１の構成の他の一例を示す斜視図。 本発明の第４の実施形態に係る半導体集積回路１０を示す構成図。 本発明の第５の実施形態に係る半導体集積回路６０を示す構成図。

符号の説明

ＬＥＶ１，ＬＥＶ２，ＬＥＶ３，ＬＥＶ４…レベル層、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…メタル層、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…ビアプラグ、１０，６０…半導体集積回路、１１…送信アンテナ、１２…受信アンテナ、１３，１４，３３，４１，６６…シールド層、１５，１６，１７，１８，３４，３５，３６，４２，４３，４４，５１，５２，５３，５４，６７，６８…配線、２１…送信回路、２１Ａ…信号生成回路、２１Ｂ…アンプ、２１Ｃ…送信側整合回路、２２…受信回路、２２Ａ…受信側整合回路、２２Ｂ…ローノイズアンプ（ＬＮＡ）、２２Ｃ，２２Ｄ…バッファ、２２Ｅ…周波数分周器、２２Ｆ…セクタバッファ、３１…送信ループアンテナ、３２…受信ループアンテナ、６１…マザーチップ、６２…送信用チップ、６３…受信用チップ、６４，６５…チップ。

Claims (5)

1. 第１のレベル層と、
   前記第１のレベル層に設けられ、かつ第１の方向に延在する送信アンテナと、
   前記第１のレベル層に設けられ、かつ前記第１の方向に延在する受信アンテナと、
   前記第１のレベル層に設けられ、かつ前記第１の方向に対して４５度乃至９０度の角度を有する第２の方向に延在する複数の第１の配線と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１のレベル層に設けられ、かつ前記第１の方向に延在する複数の第２の配線と、
   前記送信アンテナ及び前記受信アンテナと前記複数の第２配線との間に設けられた第１のシールド層と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第１のレベル層の上方に設けられた第２のレベル層と、
   前記第２のレベル層に設けられ、かつ前記第１の方向に延在する複数の第３の配線と、
   前記第１のレベル層と前記第２のレベル層との間に設けられた第２のシールド層と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 送信ループアンテナと、
   受信ループアンテナと、
   それぞれが直線的に延在する複数の第１の配線と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
5. 前記送信ループアンテナ及び前記受信ループアンテナの接線にほぼ平行にそれぞれ配置されかつ電気的に接続された２本の配線部分を含む複数の第２の配線と、
   前記送信ループアンテナ及び前記受信ループアンテナと前記第２配線との間に設けられたシールド層と
   をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の半導体装置。

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