KR100476920B1 - 기판상에집적화된코일을포함하는장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판상에 집적화된 코일(L)을 포함하는 장치에 관한 것으로, 상기 코일(L)은 권선(2, 3)을 갖는 나선형의 제 1 전도체 트랙(1)을 구비하되, 상기 제 1 트랙(1)의 외측 단부(6)는 나선의 바깥쪽에 위치되고, 상기 제 1 트랙(1)의 내측 단부(7)는 상기 나선의 안쪽에 위치되며, 상기 코일(L)은 상기 내측 단부(7)에 연결되고 상기 나선의 바깥쪽으로 이어지는 전도성 교차-스트립(10)을 포함하여, 상기 교차-스트립(10)이 나선형의 권선(3)과 교차부(11)를 형성하게 한다. 이러한 코일(L)에서의 문제점은, 교차-스트립(10)과 제 1 전도체 트랙(1)의 교차부(11)가 장치의 주파수 특성에 악영향을 미치는 표유 용량을 산출한다는 것이다. 본 발명에 따른 장치는 제 1 권선(2)과 전기적으로 접촉부(31)를 형성하고, 이 제 1 권선(2)에 인접하는 권선(3)과 오버랩하는 보상-전도체 트랙(21)이 제공되는 것을 특징으로 한다. 보상-전도체 트랙(21)과 권선(3)간의 오버랩은 보상 용량을 형성한다. 상기 코일(L)의 주파수 특성에 대한 교차부(11)의 표유 용량의 영향은 보상 용량에 의해 보상된다.
Description
도 1은 공지의 집적화된 코일의 평면도,
도 2는 공지의 코일(곡선 A)과 본 발명에 따른 코일(곡선 B)의 임피던스를 주파수 함수로서 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 집적화된 코일의 평면도,
도 4는 공지의 LC 공진기의 임피던스(곡선 A)와 본 발명에 따른 코일을 구비한 LC 공진기의 임피던스(곡선 B)를 주파수 함수로서 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따라 4개의 권선을 갖는 집적화된 코일의 평면도.
도 1은 기판(도시하지 않음) 위의 집적화된 코일 L을 도시하며, 본 실시예에서, 코일은 두개의 권선(2, 3)을 갖는 나선형의 제 1 전도체 트랙(1)을 구비하며, 제 1 트랙(1)의 외측 단부(6)는 나선의 외측에 위치되고, 제 1 트랙(1)의 내측 단부(7)는 나선의 내측에 위치되며, 상기 코일 L은 내측 단부(7)에 연결되어 나선의 바깥쪽으로 이어진 전도성 교차-스트립(10)을 포함하여, 교차용-스트립이 나선의 권선(3)과 교차점(11)을 형성하게 되어 있다. 이 실시예에서, 코일 L은 두개의 권선을 포함하지만, 실제로는 코일의 원하는 자기 유도에 따라 상이한 권선 수도 가능하다. 실제로, 코일 L은 비교적 평평한 절연 기판상에 제공되며, 이 실시예에서는 알루미늄산화물 기판이다. 제 1 전도체 트랙(1)은 알루미늄을 포함하며, 폭 100 μm, 두께 3 μm를 갖는다. 권선간 간격은 50μm이다. 이 실시예에서, 코일 L은 정방형이고, 코일 L의 바깥쪽 길이(15)는 대략 2000μm이다. 교차-스트립(10)은 알루미늄으로 이루어지며, 폭 400 μm, 두께 0.1μm를 갖는다. 절연 실리콘 산화물층은 교차 위치(11)에서 교차-스트립(10)과 제 1 전도체 트랙(1)을 분리한다. 이 산화물층의 두께는, 제 1 전도체 트랙 및 교차-스트립간의 용량이 600 pF/mm2이 되도록 한다. 교차-스트립(10)은 산화물층에서 접촉 구멍(16)을 통해 코일 L의 내측 단부(7)에 연결된다.
도 2에서, 곡선 A는 도 1에 따른 코일의 임피던스 특성을 나타낸다. 이 도에서, 코일의 주파수는 가로축에 도시되고, 코일의 임피던스 특성은 세로축에 도시된다. 이 임피던스 특성은, 코일의 인덕턴스, 교차부(11)의 용량, 즉, 교차-스트립(10)과 제 1 전도체 트랙(1)간의 용량에 의해, 제 1 전도체 트랙과 기판간의 용량에 의해, 그리고 권선(2, 3)간의 분배된 용량에 의해 결정된다. 코일의 임피던스는 대략 4 GHz에서 강한 제 2 공진 피크를 갖는다는 것이 분명하다. 전반적으로 이러한 제 2 공진 피크는 바람직하지 않다.
도 3은 본 발명에 따른 장치를 도시한다. 공진 피크를 방지하기 위해, 본 장치에는 제 1 권선(2)과 전기적 접촉부(31)를 형성하고, 제 1 권선(2)에 인접한 권선(3)과 오버랩하는 보상-전도체 트랙(21)이 제공된다. 보상-전도체 트랙(21)은 접촉 구멍(31)을 통해 제 1 전도체 트랙(1)의 권선(2)과 전기적으로 접촉된다. 보상-전도체 트랙(21)과 권선(2)에 인접하는 권선(3) 사이는 전기적으로 접촉되지 않는다. 보상-전도체 트랙(21)은 권선(3)에 단지 용량적으로 결합된다. 대안적으로, 보상-전도체 트랙이 권선(3)과 전기적으로 접촉하고, 권선(2)과 오버랩되는 것도 가능하다.
도 2에서, 곡선 B는 도 3에 도시한 바와 같은, 본 발명에 따른 코일의 임피던스 특성을 나타낸다. 대략 4 GHz에서 바람직하지 않은 임피던스 피크가 사라진 것이 분명하다. 따라서, 본 발명에 따른 코일은 주파수 함수로서 훨씬 더 양호한 임피던스-변동을 갖는다.
교차-스트립(10) 및 보상-전도체 트랙(21)은 상이한 금속층들에 제공될 수도 있다. 본 실시예에서, 교차-스트립(10) 및 보상-전도체 트랙(21)은 동일한 전도성 물질층, 즉, 알루미늄층에 제공된다. 그 때문에, 보상-전도체 트랙(21)은 제 1 트랙에 교차-스트립(10)을 연결하기 위해 에칭 마스크를 적응시킴으로써, 접촉 구멍(16, 31)에 대한 에칭 마스크를 적응시킴으로써, 및 교차-스트립(10) 및 보상-전도체 트랙(21)용으로 사용된 전도층에 대한 에칭 마스크를 적응시킴으로써 매우 쉽게 제조될 수 있다. 본 실시예에서, 교차-스트립(10)은 제 1 트랙(1)보다 작은 두께 및 넓은 폭, 즉, 두께 0.1 μm, 폭 400 μm를 갖는다. 상기 교차-스트립(10)의 더 작은 두께 때문에, 표면 토포그래피에서 과다한 변동은 방지된다. 이러한 교차-스트립(10)의 전기 저항은 비교적 낮다. 본 발명에 따른 장치에서는, 넓은 교차-스트립(10)의 표유 용량이 보상되므로, 교차-스트립의 넓은 폭에도 불구하고 적당한 기능성 장치가 성취된다.
집적화된 코일 L은 독립적인 코일로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 집적화된 코일 L에 제 1 트랙(1)의 외측 단부(6) 및 교차-스트립(10)에 연결되어 있는 캐패시터 C가 제공되어, LC 공진기가 마련된다. 이러한 장치는 전자파의 주파수에 따라 소정의 응답을 나타내는 필터 장치와 같은 응용에 특히 적절하게 사용될 수 있다. 도 4에서, 곡선 A 및 B는 병렬 용량으로 이루어져 있는 코일의 임피던스 특성을 나타내며, 본 장치는 대략 100 MHz의 공진 주파수를 갖는다. 곡선 A는 보상 트랙이 없을 경우의 임피던스 변동을 나타내고, 곡선 B는 보상 트랙이 있을 경우의 임피던스 변동을 나타낸다. 보상형 트랙이 없는 장치가 대략 1 GHz에서 바람직하지 않은 임피던스 피크를 나타냄이 분명하다. 보상 트랙을 갖는 코일 장치는 이러한 공진 피크를 갖지 않는다.
도 5는 기판(도시하지 않음)상에 집적화된 코일을 도시하며, 본 실시예에서, 코일은 4개의 권선(2, 3, 4, 5)을 갖는 나선형의 제 1 전도체 트랙(1)을 포함하고, 제 1 트랙(1)의 외측 단부(6)는 나선의 바깥쪽에 위치되며, 제 1 트랙의 내측 단부(7)는 나선의 안쪽에 위치되며, 상기 코일 L은 내측 단부(7)에 연결되고 나선의 바깥쪽으로 이어져 있는 전도성 교차-스트립(10)을 포함하며, 따라서 교차-스트립은 나선형 권선(5, 4, 3)과 교차부들(11, 12, 13)을 형성한다. 코일의 임피던스 변동시 공진 피크 발생을 방지하기 위해, 권선들(5, 4, 3)과 전기적으로 접촉하고 상기 권선들(5, 4, 3)에 인접하는 권선들과 오버랩하는 보상-전도체 트랙(21, 22, 23)이 제공된다. 이들 보상-전도체 트랙(21, 22, 23)은 접촉 구멍(31, 32, 33)을 통해 제 1 전도체 트랙(1)의 권선들(5, 4, 3)과 전기적으로 접촉한다. 각각의 보상-전도체 트랙(21, 22, 23)과 인접한 권선(4, 3, 2)간은 전기적으로 접촉하지 않는다. 보상-전도체 트랙(21, 22, 23)은 인접한 권선(4, 3, 2)과 단지 용량적으로 결합된다. 보상-전도체 트랙(21, 22, 23) 및 권선(4, 3, 2)간의 오버랩은 보상 용량을 형성한다. 이들 용량의 값은 오버랩의 양 O, 유전 상수 ε 및 교차-스트립 및 제 1 전도체 트랙 사이의 절연층의 두께 d에 의해 공지된 다음 수학식으로 제어된다.
공지된 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램에 의해, 도 5에 도시한 바와 같은, 권선들과 보상 용량에 의해 형성되는 회로망이 계산될 수 있다. 보상 용량의 크기는 임피던스 특성에서, 교차-스트립의 교차부에 의해 형성되는 표유 용량의 효과가 최소로 되도록 결정된다.
수학식은 나선 안쪽 교차부의 위치에서보다 나선 바깥쪽 교차부의 위치에서 보상-전도체 트랙의 오버랩 양이 더 큼을 나타낸다. 제 1 근사시에, 보상 용량의 값은, 교차부의 표유 용량의 크기와, 보상-전도체 트랙이 제 1 트랙과 형성하는 전기적 접촉부와 코일의 내외측 단부 사이에 위치된 코일 부분간의 임피던스 비율에 의해 결정된다. 임피던스 비율의 값은, 교차부가 나선의 바깥쪽에 더 근접해 증가하며, 따라서 표유 용량을 적당히 보상하려면 더 큰 보상 용량이 필요하다. 이러한 더 큰 보상 용량은 상기 오버랩을 크게 함으로써 성취된다. 더 큰 오버랩은 보상-전도체 트랙의 폭을 크게 함으로써 획득된다.
본 발명은 앞서 설명한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 실시예에서, 제 1 전도체 트랙, 교차-스트립, 보상-전도체 트랙 및 교차-스트립 및 제 1 전도체 트랙간의 절연층에 특정 재료가 이용되었다. 그러나, 이와 달리, 텅스텐, 구리, 티타늄 질화물 또는 몰리브덴과 같은 다른 물질이 전도체 트랙용 물질로서 사용될 수 있으며, 질화물 또는 산질화물(oxynitride)과 같은 절연 물질은 절연층용으로 사용될 수 있다. 또한, 대안적으로, 유리판이나 절연 반도체성 기판과 같이 알루미늄 산화물외의 물질로 된 기판상에 코일을 제공하는 것도 가능하다. 맨 후자의 경우, 절연 반도체성(예를 들면, 실리콘) 기판은 코일 또는 LC 공진기와 협력하여 장치를 형성하는 반도체성 스위칭 요소를 포함할 수도 있다. 본 장치는 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다. 전도체 트랙용 물질은 기상 증착, 화학적 기상 증착(CVD) 또는 전착(electrodeposition)과 같은 기법으로 제공될 수 있다. 절연층은 기상 증착, CVD 등과 같은 공지된 기술에 의해 형성된다. 포토리소그래피 및 에칭과 같은 기술은 제공된 물질로부터 전도체 트랙 및 접촉 개구를 형성하는데 이용된다. 본 실시예에서, 보상-전도체 트랙은 그의 전체 길이에 걸쳐 일정한 폭으로 도시되었다. 이와 달리, 폭을 변화시킬 수도 있는데, 예를 들어, 전기적 접촉 위치에서 폭을 작게 하고, 오버랩의 위치에서 크게 할 수도 있다. 본 발명은 이들 실시예에서 개시된 주파수들에 한정되지 않는다. 전반적으로, 본 발명의 효과는 높은 주파수에서 크다.
본 발명은 기판상에 집적화된 코일(integrated coil) L을 포함하는 장치에 관한 것으로, 상기 코일은 권선을 갖는 나선형의 제 1 전도체 트랙을 구비하되, 제 1 트랙의 외측 단부는 나선의 바깥쪽에 위치되며, 제 1 트랙의 내측 단부는 나선의 안쪽에 위치되고, 상기 코일은 또한 전도성 교차-스트립(cross-strip)을 포함하되, 교차-스트립은 내측 단부에 연결되며, 나선의 외측으로 이어져서 교차-스트립이 나선형 권선과 교차하게 되어 있다.
이러한 장치는, 전자파(electromagnetic wave)의 주파수에 따라 특정 응답을 나타내야 하는 필터 장치와 같은 응용에 매우 적절하게 이용될 수 있다. 실제로, 코일은, 스위칭 요소 또는 절연 기판을 구비한 반도체 기판과 같이 비교적 평탄한 절연 기판상에 제공된다. 코일은 집적화되는데, 즉, 코일은 느슨하게 감긴 와이어로 구성되지 않고, 대신에 IC 제조 기술로부터 공지된 기법으로 제조된다. 코일은 나선형의 제 1 전도체 트랙을 포함한다. 이러한 나선형에서의 문제점은, 나선의 내측 단부를 접촉시키기 어렵다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해, 나선의 내측 단부와 접촉하고, 나선의 바깥쪽으로 이어져 있는 소위 교차-스트립을 사용하였으며, 상기 교차-스트립은 제 1 전도체 트랙의 위아래로 연장되어 있다. 교차-스트립은 제 1 전도체 트랙과 같이 동일한 전도층에 형성되지 않는다. 제 1 전도체 트랙과 교차-스트립 사이의 교차점은 소정 용량을 갖고, 제 1 전도체 트랙과 교차-스트립상의 한 점에서 서로에게 용량적으로 결합된다. 이러한 결합은 특히 고주파수에서 장치의 주파수 특성에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.
본 명세서의 시작 부분에 언급된 유형의 장치는, 일본 특허 출원 제 62-69545호의 영문 요약서에 개시되어 있고, 다수의 교차점들을 포함하며, 상기 교차점들의 위치에서 제 1 트랙은 오목하게 되어서, 장치의 평탄도에 지나치게 영향을 주지 않고 교차-스트립과 제 1 트랙 사이에 비교적 두꺼운 절연 물질의 층이 제공될 수 있다. 이 두꺼운 층 때문에, 제 1 트랙 및 교차-스트립 사이의 용량은 매우 작다.
이상 설명된 종래 기술에 따른 장치는, 이러한 오목부를 제조하기가 비교적 어렵다는 단점을 갖는다. 오목부는 기판내에 형성되어야 한다. 제 1 트랙은 이 오목부와 교차한다. 따라서, 제 1 트랙이 국부적으로 차단되거나 오목부의 에지에서 더욱 얇아질 위험이 있다. 또한, 두꺼운 절연 물질의 층을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 우선 보다 쉽게 제조될 수 있고, 교차-스트립의 교차점들이 장치의 주파수 특성에 전혀 또는 거의 영향을 미치지 않는 장치를 제공하는 것이다.
이를 성취하기 위해, 본 발명에 따른 장치는 보상-전도체 트랙이 제공된 것을 특징으로 하며, 이 보상-전도체 트랙은, 제 1 권선과 전기적으로 접촉하고, 제 1 권선에 인접한 권선과 오버랩한다. 따라서, 제 1 전도체 트랙의 제 1 권선에 전기적으로 접촉하고, 제 1 권선 다음의 권선, 즉, 제 1 전도체 트랙의 선행 권선 또는 후속 권선과 오버랩하는 부가의 전도체 트랙이 제공된다. 그 결과로서, 보상-전도체 트랙과 제 1 권선에 인접한 권선간은 전기적으로 접촉되지 않으며, 보상-전도체 트랙은 인접한 권선에 단지 용량적으로 결합된다.
본 발명은, 코일의 주파수 동작에서 교차점들의 표유 용량(stray capacitances)의 효과가 보상-전도체 트랙에 의해 코일에 추가의 보상 용량을 부가함으로써 보상될 수 있다는 인식에 기초한다. 보상-전도체 트랙과 교차점에 인접한 권선 사이의 오버랩은, 이러한 부가적인 보상 용량을 형성한다.
본 발명에 따른 집적화된 코일은 독립형 코일로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 바람직하게는 제 1 트랙의 외측 단부와 교차-스트립에 연결되는 캐패시터 C가 제공되어 LC 공진기가 형성되도록 집적화된 코일 L이 제공되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따라 LC 공진기에서 코일을 사용함으로써, 주파수 함수로서 장치의 전달 함수에서의 공진 피크 및, 공진기의 임피던스 동작에서 공진 피크가 발생하는 것이 방지된다.
보상-전도체 트랙이 모든 교차점들 근방에 제공되면, 특별한 장점이 성취된다. 그 결과로서, 모든 표유 용량이 보상되어, 코일의 매우 우수한 주파수 특성이 성취된다.
교차-스트립 및 보상-전도체 트랙은 상이한 금속층들에 제공될 수도 있다. 바람직하게는, 교차-스트립 및 보상-전도체 트랙은 동일한 전도성 물질의 층으로 제공된다. 이 경우에, 보상-전도체 트랙은 2개의 에칭 마스크를 적응시킴으로써 매우 쉽게 제조될 수 있는데, 하나는 접촉 구멍용 에칭 마스크로서, 교차-스트립을 제 1 트랙에 연결하기 위한 접촉 구멍과, 제 1 권선의 위치에서 보상-전도체 트랙을 제 1 전도체 트랙에 연결하기 위한 접촉 구멍을 제조하는데 현재 사용되며, 다른 하나는 소정 패턴을 갖는 전도성 층을 제공하기 위한 에칭 마스크로서, 현재 교차-스트립 및 보상-전도체 트랙을 제조하는데 사용된다.
본 발명에 따른 장치는, 바람직하게는 교차-스트립이 제 1 트랙보다 작은 두께 및 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 한다. 교차-스트립의 두께를 더욱 작게 하면, 표면 토포그래피(surface topography)에서 과도한 변동을 방지하게 되어, 후속하는 처리 단계들, 예를 들면, 표면의 불활성화, 더 이상의 전도층 마련 및 접속 형성과 같은 처리 단계들동안에 문제점들이, 비교적 두꺼운 교차-스트립이 사용된 경우보다 감소된다. 그러나, 이러한 비교적 얇은 교차-스트립은 비교적 높은 전기 저항을 가지므로, 코일의 품질에 악영향을 미친다. 이것이 바로, 본 발명에 따른 장치에서, 교차-스트립의 폭을 비교적 크게 선택하는 이유이다. 이러한 큰 폭은 교차-스트립의 전기 저항을 감소시켜서, 양호한 품질의 코일이 얻어진다. 기존의 장치에서는, 스트립의 폭이 제한되는데, 그 이유는, 표유 용량의 크기가 교차-스트립의 폭에 의해 직접적으로 지배되기 때문이다. 교차-스트립의 폭이 넓어질수록 교차점의 표유 용량은 커진다. 본 발명에 따른 장치에서는, 이들 표유 용량이 보상되므로, 교차-스트립의 폭이 넓음에도 불구하고, 적절하게 기능하는 장치가 얻어진다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 장치는, 보상-전도체 트랙의 오버랩 정도가 나선 안쪽의 교차점들의 위치에서보다 나선 바깥쪽의 교차점들의 위치에서 더 큰 것을 특징으로 한다. 보상 용량의 값은, 교차점의 표유 용량의 값과, 보상-전도체 트랙이 제 1 트랙과 이루는 전기적 접촉부와 코일의 내/외측 단부 사이에 위치된 코일 부분들간의 임피던스 비율에 의한 제 1 근사식으로 결정된다. 따라서, 임피던스 비율은 교차점이 나선의 외측에 더 가까이 위치될수록 증가하므로, 표유 용량의 양호한 보상을 위해, 보다 큰 보상 용량이 필요하다. 이러한 큰 보상 용량은 오버랩의 정도를 크게 함으로써 제공된다. 상기 큰 오버랩의 정도는, 예를 들어, 보상-전도체 트랙의 폭을 넓게 함으로써 획득될 수 있다.
본 발명의 이들 또는 다른 측면들이 이하 설명된 실시예들로부터 명백하게 될 것이며, 이제 그를 참조하여 설명한다.
Claims (6)
- 기판상에 집적화된 코일 L을 포함하는 장치에 있어서,상기 코일은 권선을 갖는 나선형의 제 1 전도체 트랙을 구비하되, 상기 제 1 트랙의 외측 단부는 상기 나선의 바깥쪽에 위치되고, 상기 제 1 트랙의 내측 단부는 상기 나선의 안쪽에 위치되며,상기 코일은, 상기 내측 단부에 연결되고 상기 나선의 외부로 이어져 있는 전도성 교차-스트립을 포함해서, 상기 교차-스트립이 상기 나선 내의 권선과 교차부(11)를 형성하며,제 1 권선과 전기적으로 접촉하고, 상기 제 1 권선에 인접한 권선과 오버랩하는 보상-전도체 트랙이 제공되는 것을 특징으로 하는기판상에 집적화된 코일 L을 포함하는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 집적화된 코일 L에는 상기 제 1 트랙의 상기 외측 단부 및 상기 교차-스트립에 연결된 캐패시터 C가 제공되어, LC 공진기가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판상에 집적화된 코일 L을 포함하는 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 보상-전도체 트랙은 모든 교차부들 근방에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판상에 집적화된 코일 L을 포함하는 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 교차-스트립 및 상기 보상-전도체 트랙은 전도성 물질의 동일층으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판상에 집적화된 코일 L을 포함하는 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 교차-스트립은 상기 제 1 트랙보다 더 작은 두께 및 더 넓은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 기판상에 집적화된 코일 L을 포함하는 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 보상-전도체 트랙의 오버랩 양은 상기 나선의 내측 교차부의 위치에서보다 상기 나선의 외측 교차부의 위치에서 더 큰 것을 특징으로 하는 기판상에 집적화된 코일 L을 포함하는 장치.
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