KR100442230B1 - lnductor fabricating method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자내의 인덕터의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자내에 지지용 절연막을 이용하여 인덕턴스 소자를 지지함으로써 높은 주파수에서 동작할 수 있고 신호전달의 손실을 경감하도록한 반도체 소자내의 인덕터의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an inductor in a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing an inductor in a semiconductor device capable of operating at a high frequency and reducing signal transmission loss by supporting an inductance device using a supporting insulating film therein. It is about a method.
일반적으로 인덕터의 특성을 평가하는 항목으로서, 신호전달 특성을 평가하는 Q값(Q factor)과, 소자의 동작주파수를 나타내는 공진주파수와, 소자내에서의 전력량의 손실비율을 나타내는 삽입손실이 있다.In general, as an item for evaluating characteristics of an inductor, there are a Q value (Q factor) for evaluating signal transmission characteristics, a resonant frequency indicating an operating frequency of the device, and an insertion loss indicating a loss ratio of the amount of power in the device.
상기 인덕터의 입력 임피던스(Zin)의 허수성분값을 Im(Zin)이라 하고, 인덕터의 입력 임피던스(Zin)의 실수정보값을 Re(Zin)이라 할때, Q=Im(Zin)/Re(Zin)으로 표시되며, 상기 Q값이 높아야만 적은 손실로 매칭이 가능할 뿐만 아니라 오실레이터 설계시 효율적으로 사용될 수 있다.When the imaginary component value of the input impedance Zin of the inductor is Im (Zin) and the real information value of input inductor Zin of the inductor is Re (Zin), Q = Im (Zin) / Re (Zin). ), The high Q value can be matched with a small loss, and can be effectively used in the oscillator design.
한편, 인덕터의 입력에서의 반사계수를 S11이라 하고, 인덕터의 입력에 대한 출력의 전달계수를 S21이라 하면, 삽입손실 = |S21|2/1-|S11|2로 표시된다.On the other hand, if the reflection coefficient at the input of the inductor is S11 and the transfer coefficient of the output at the input of the inductor is S21, insertion loss = | S21 | 2 / 1- | S11 | 2 is expressed.
즉, 삽입손실은 소자내에서 잃어버리는 전력의 량으로서, 이것 역시 작은 값을 가져야만 회로손실이 적다. 공진주파수는 인덕턴스의 반사계수 항목인 S11, S22가 주파수 증가에 따른 기생 커패시턴스로 인하여 허수성분이 음수로 되고 이것에 의해 이 주파수부터는 인덕터가 더 이상 인덕터가 아니고 커패시터로 되며 이 값(공진 주파수)은 높을수록 좋은 특성이다.In other words, the insertion loss is the amount of power lost in the device, which also has a small value so that the circuit loss is small. The resonant frequency is the imaginary component becomes negative due to parasitic capacitance with increasing frequency of reflection factor of inductance S11 and S22. From this frequency, the inductor is no longer an inductor but a capacitor. Higher is better characteristic.
또한 반도체 소자내에서의 인덕터의 등가회로는 도 1과 같다.The equivalent circuit of the inductor in the semiconductor device is shown in FIG.
도 1에서 L은 설계하고자 하는 인덕터의 인덕턴스 값이고, Rs는 인덕터의 금속저항, Cf는 금속간의 커플링 커패시턴스, Cp1, Cp2는 각각 기판의 특성에 따라 정해지는 입력 및 출력측의 누설 커패시턴스, Rp1, Rp2 역시 각각 기판의 특성에 따라 정해지는 입력 및 출력축의 누설저항으로서, 이들 등가성분들은 공진주파수, 삽입손실 값에 큰 영향을 미친다.In FIG. 1, L is an inductance value of the inductor to be designed, Rs is a metal resistance of the inductor, Cf is a coupling capacitance between metals, and Cp1 and Cp2 are leakage capacitances on the input and output sides, Rp1, Rp2 is also the leakage resistance of the input and output shafts, which are determined by the characteristics of the substrate, respectively. These equivalent components have a great influence on the resonance frequency and insertion loss.
그리고 Q값은 저주파 영역에서는 주파수가 올라감에 따라 Q가 증가하지만,고주파 영역에서는 기생 커패시턴스에 의해 Q가 감소한다. 공진주파수값은 누설 커퍼시턴스 Cp1, Cp2의 값이 낮을수록 커지며, 삽입손실은 누설 커패시턴스 Cp1, Cp2의 값 및 누설저항 Rp1, Rp2의 값이 작을수록 적게된다.In the low frequency region, the Q value increases as the frequency increases, but in the high frequency region, the Q decreases due to parasitic capacitance. The resonance frequency value increases as the leakage capacitances Cp1 and Cp2 are lower, and the insertion loss decreases as the leakage capacitances Cp1 and Cp2 are smaller and the leakage resistances Rp1 and Rp2 are smaller.
그러나 종래의 CMOS 내에 형성되어 있는 인덕턴스 소자는 통상 기판이나 또는 도전층 위에 박막의 절연층을 형성하고 이 박막의 절연층 위에 인덕턴스 소자를 패터닝하여 형성하기 때문에 기판으로의 누설 커패시턴스 Cp1, Cp2의 값 및 누설저항 Rp1, Rp2의 값이 크게 되어서 상술한 바 있는 인덕터의 Q값, 삽입손실 및 공진 주파수 특성이 나쁘기 때문에 점차 증가되는 높은 주파수의 집적회로의 응용에 부응하지 못하게 되었다.However, since inductance elements formed in conventional CMOS are usually formed by forming an insulating layer of a thin film on a substrate or a conductive layer and patterning an inductance element on the insulating layer of the thin film, the values of the leakage capacitances Cp1 and Cp2 to the substrate and As the values of the leakage resistances Rp1 and Rp2 become large, the Q-value, insertion loss, and resonant frequency characteristics of the inductor described above are deteriorated, so that they are unable to meet the application of increasingly high frequency integrated circuits.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 높은 주파수에서 동작할 수 있고 신호전달의 손실이 작은 인덕터의 제조방법을 제공함을 목적으로 하고 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing an inductor that can operate at a high frequency and has a small loss of signal transmission.
도 1은 반도체상에 제조되는 인덕터의 등가회로를 개략적으로 나타낸 회로도1 is a circuit diagram schematically showing an equivalent circuit of an inductor manufactured on a semiconductor
도 2a~도 2i는 본 발명의 제조공정시의 각 단면 및 평면을 모식적으로 나타낸 도면2A to 2I are diagrams schematically showing respective cross sections and planes in the manufacturing process of the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 기판 11 : 제 1 절연층10 substrate 11 first insulating layer
11' : 기둥모양의 식각된 제 1 절연층11 ': columnar etched first insulating layer
12 : 제 2 절연층 13 : 인덕터용 금속층12 second insulating layer 13 metal layer for inductor
14 : 인덕터14: inductor
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인덕터 제조 방법은, 기판상에 제 1 절연층을 형성하고, 패턴/식각 공정을 통하여 인덕터가 형성된 일정영역만 남도록 하는 단계와, 상기 패턴/식각한 기판의 전면에 제 2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 절연층이 노출되도록 상기 제 2 절연층을 식각하여 평탄화하는 단계와, 상기 평탄화된 전면에 인덕터용 금속층을 형성하는 단계와, 상기 제 1절연막위에 상기 금속층이 남겨지도록 함과 동시에 소정의 인덕터 형태가 되도록상기 금속층을 패턴/식각하는 단계와, 상기 제 1 절연막이 노출되도록 상기 제 2 절연막을 전부 식각하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an inductor manufacturing method according to the present invention includes forming a first insulating layer on a substrate and leaving only a predetermined region where an inductor is formed through a pattern / etching process. Forming a second insulating layer on a front surface of the substrate, etching and planarizing the second insulating layer to expose the first insulating layer, and forming a metal layer for an inductor on the flattened front surface; Patterning / etching the metal layer so as to leave the metal layer on the first insulating film and forming a predetermined inductor, and etching all of the second insulating film so that the first insulating film is exposed. do.
이하 첨부도면에 근거하여 본 발명의 제조방법의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a~도 2i는 본 발명의 제조공정시 각 단계 및 평면을 모식적으로 나타낸 것으로, 도 2a에 도시된 바와 같이 Si 기판(10)상에 약 400℃에서 스피온그래스(SOG) 방법으로 10㎛ 두께의 SiO2의 제 1 절연막(11)을 형성한다.2a to 2i schematically show each step and plane in the manufacturing process of the present invention, as shown in Figure 2a on the Si substrate 10 at about 400 ℃ by the Spiongrass (SOG) method 10 A first insulating film 11 of SiO 2 having a thickness of μm is formed.
이어 도 2b의 단면도 및 도 2c의 평면도에 도시된 바와 같이, 제 1 절연막(11)을 포토/식각 공정을 하여 인덕터가 형성될 부위에 소정간격으로 기둥모양의 절연막을 남긴다. 그후 도 2d와 같이 상기 기둥모양의 절연막(11')을 포함하여 전면에 약 400℃에서 약 10㎛으로 Si3N4의 제2 절연막(12)을 형성시킨 후 도 2e와 같이 상기 기둥모양의 절연막(11')의 상면이 완전히 노출되도록 평탄화 시킨다.Subsequently, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2B and the plan view of FIG. 2C, the first insulating film 11 is subjected to a photo / etching process to leave a pillar-shaped insulating film at predetermined intervals at a portion where the inductor is to be formed. Thereafter, as shown in FIG. 2D, the second insulating film 12 of Si 3 N 4 is formed on the entire surface including the pillar-shaped insulating film 11 ′ at about 400 ° C. at about 10 μm. Flatten the top of ') to expose it completely.
이어 도 2f에 도시된 바와 같이 평탄화된 전면에 Al의 인덕터용 금속층(13)을 스퍼터링법을 이용하여 약 3㎛ 두께로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2F, an Al inductor metal layer 13 is formed on the flattened front surface by about 3 μm by sputtering.
이어서 도 2g에 도시된 바와 같이 금속층(13)을 포토/식각 공정을 통하여 인덕터가 형성될 부분만을 남기도록 하여 인덕터(14)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2G, the inductor 14 is formed by leaving only the portion where the inductor is to be formed through the photo / etch process.
그다음, 도 2h의 단면도 및 도 2i의 평면도에 도시된 바와 같이 상기 제 2 절연막(12)을 습식식각을 통하여 완전히 제거하여 인덕터(14)가 상기 기둥모양의 제 1 절연막(11')상에 놓여지도록 제조한다. 이어, 통상의 방법으로 인덕터를 전극패드에 접속하여 공정을 완료한다.Then, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2H and the top view of FIG. 2I, the second insulating film 12 is completely removed by wet etching, so that the inductor 14 is placed on the pillar-shaped first insulating film 11 ′. Manufactured to lose. Subsequently, the inductor is connected to the electrode pad in a usual manner to complete the process.
이상과 같은 본 발명의 제조방법은 기판상에 누설 커패시턴스와 누설저항이 매우 낮은 재료로 기둥모양의 절연막을 형성하고 그 위에 인덕터를 형성하기 때문에 Q값이 크고, 공진 주파수가 높으며, 삽입 손실이 적어 높은 주파수에서 동작할 수 있고 신호전달의 손실이 매우 적은 인덕터를 제공할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.The manufacturing method of the present invention as described above has a high Q value, high resonance frequency, and low insertion loss because a pillar-shaped insulating film is formed of a material having a very low leakage capacitance and a leakage resistance on a substrate, and an inductor is formed thereon. The advantage is the ability to operate at higher frequencies and provide an inductor with very low signal loss.
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Citations (3)
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JPS5882513A (en) * | 1981-11-12 | 1983-05-18 | Toko Inc | Manufacture of inductor |
JPH04290212A (en) * | 1991-03-18 | 1992-10-14 | Murata Mfg Co Ltd | Semiconductor device |
JPH08264364A (en) * | 1995-03-24 | 1996-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of inductance component |
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1996
- 1996-12-26 KR KR1019960072214A patent/KR100442230B1/en not_active IP Right Cessation
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