KR100862827B1 - 반도체 소자에 내장된 변압기 - Google Patents

반도체 소자에 내장된 변압기 Download PDF

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생산 효율을 증대시키면서, 반도체 소자와 원칩 패키지를 실현할 수 있는 변압기를 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 변압기는 회로 소자가 형성된 메인 반도체 기판과, 상기 메인 반도체 기판상에 형성되는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막 상부에 형성되는 최종 금속 배선과, 상기 최종 금속 배선 상부에 형성되는 금속간 절연막과, 상기 금속간 절연막 상부에 나선형 형태로 형성되고, 상기 최종 금속 배선 중 선택되는 최종 금속 배선과 전기적으로 콘택되는 제 1 인덕터, 및 상기 제 1 인덕터가 형성된 금속간 절연막 상부에 부착되며, 상부 표면에 제 2 인덕터가 구비된 서브 반도체 기판을 포함한다.
인덕터, 변압기

Description

반도체 소자에 내장된 변압기{A transformer built in semiconductor device}
도 1은 본 발명에 따른 제 1 인덕터의 평면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기의 제조과정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100 : 메인 반도체 기판 110 : 회로 소자
120 : 층간 절연막 130 : 금속 배선
140 : 금속간 절연막 200 : 제 1 인덕터
300 : 서브 반도체 기판 310 : 제 1 인덕터 수용홈
350 : 제 2 인덕터 370 : 접착제
본 발명은 변압기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 소자들이 형성된 기판 최상부에 형성되며, 인덕터(inductor)를 포함하는 반도체 소자에 내장된 변압기에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자에서 이용되는 변압기는 인덕터(inductor)를 포함하며, 인덕터는 고주파 노이즈(noise)를 제거하면서, 차동 신호를 단일 신호 또는 단일 신호를 차동 신호로 바꿔준다.
종래의 인덕터는 반도체 소자의 외측에 2개의 와이어를 순차적으로 감아서, 코일 형태로 구성한다.
그러나, 상기한 인덕터는 기계적으로 감아서 형성함에 따라, 생산성이 떨어지고, 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다. 더불어, 이와같이 소자 외부에 인덕터가 감겨있음에 따라 다른 반도체 소자와 원 칩(one-chip) 패키지가 불가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 생산 효율을 증대시키면서, 반도체 소자와 원칩 패키지를 실현할 수 있는 변압기를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 변압기는 회로 소자가 형성된 메인 반도체 기판과, 상기 메인 반도체 기판상에 형성되는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막 상부에 형성되는 최종 금속 배선과, 상기 최종 금속 배 선 상부에 형성되는 금속간 절연막과, 상기 금속간 절연막 상부에 나선형 형태로 형성되고, 상기 최종 금속 배선 중 선택되는 최종 금속 배선과 전기적으로 콘택되는 제 1 인덕터, 및 상기 제 1 인덕터가 형성된 금속간 절연막 상부에 부착되며, 상부 표면에 제 2 인덕터가 구비된 서브 반도체 기판을 포함한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 첨부한 도면 도 1은 본 발명에 따른 제 1 인덕터의 평면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 변압기의 제조과정을 설명하기 위한 단면도들이다. 또한, 도 5 내지 7은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 반도체 기판(100) 상부에 회로 소자부(110)를 공지의 방식으로 형성한다. 회로 소자부(110)는 예를들어, 웰, 모스 트랜지스터 및 금속 배선일 수 있다. 이러한 회로 소자부(110)가 형성된 메인 반도체 기판(100) 상부에 층간 절연막(120)을 형성한다. 층간 절연막(120) 상부에 최종 금속 배선(130)을 형성하고, 최종 금속 배선(130)이 형성된 층간 절연막(120) 상부에 금속간 절연막(140)을 형성한다. 그후, 금속 배선(130) 중 선택된 한 쌍의 금속 배선(130)이 노출되도록 비아홀을 형성한다음, 비아홀내에 공지의 방식으로 콘택 플러그(150)를 형성한다. 다음, 금속간 절연막(140) 상부에 금속막 예를들어, 알루미늄 금속막을 증착한다음, 소정의 형태, 바람직하게는 나선 형태로 패터닝하여, 제 1 인덕터(200)를 형성한다.
그후, 제 2 인덕터를 제공하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 서브 반도체 기판(300)을 준비한다. 서브 반도체 기판(300)의 뒷면에는 제 1 인덕터(200)를 수용하기 위한 수용 홈부(310)이 형성된다. 이 홈부(310)는 제 1 인덕터(200)의 위상과 반대 위상으로, 즉, 제 1 인덕터(200)가 삽입 고정될 수 있도록 홈부(310)를 형성한다. 그후, 서브 반도체 기판(300) 상면에 금속막을 증착한다음, 제 1 인덕터(200)의 형태로 패터닝하여 제 2 인덕터(350)를 형성한다.
도 4를 참조하여, 제 2 인덕터(350)가 형성된 서브 반도체 기판(300)을 메인 반도체 기판(100) 즉, 제 1 인덕터(200)가 형성된 금속간 절연막(140) 상부에 부착한다. 그러면, 제 1 인덕터(200)는 서브 반도체 기판(300)의 홈부(310)에 끼워진다. 이때, 서브 반도체 기판(300)과 금속간 절연막(140) 사이에는 접착제(370) 예를들어, 에폭시(epoxy) 또는 자성 러버(rubber)가 개재된다.
이에따라, 제 1 및 제 2 인덕터(200,350)가 반도체 기판상에 원칩 형태로 형성된다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 서브 반도체 기판(300) 뒷면에 제 1 인덕터(200)가 전체적으로 삽입될 정도의 단일 트렌치(311)를 형성하여도 무방하다. 이와같이 단일의 트렌치(311)를 형성하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 트렌치(311)와 제 1 인덕터(200) 사이의 공간에 접착제(370)가 충진된다.
또한, 제 2 인덕터(350)는 상기한 도 2와 같이 서브 반도체 기판(300) 상부에 패턴의 형태로 형성될 수도 있지만, 도 7에서와 같이 서브 반도체 기판(300)에 매립되도록 형성될 수도 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 서브 반도체 기판(300)의 상부 표면에 상기 제 1 인덕터(350)와 반대 위상으로 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다 음, 포토레지스트 패턴의 형태로 서브 반도체 기판(300)을 소정 깊이만큼 식각하여, 트렌치(320)를 형성한다.
다음, 트렌치(320)가 형성된 서브 반도체 기판(300)상에 금속층을 성장시키기 위한 씨드층(330)을 증착하고, 씨드층(330)에 의하여 금속층을 형성한다. 금속층은 트렌치(320)가 충분히 매립될 정도의 두께로 형성한다. 그후, 금속층 및 씨드층(330)을 서브 반도체 기판(300) 표면이 노출되도록 화학적 기계적 연마하여, 서브 반도체 기판(300) 내에 금속층을 매립시킨다. 이때, 매립된 금속층이 제 2 인덕터(335)가 된다.
이와같이 제 2 인덕터를 서브 반도체 기판내에 매립된 상태로 형성하여도 동일한 효과를 거둘 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반도체 소자가 형성되는 메인 반도체 기판의 최상부에 제 1 인덕터를 형성한다. 다음, 서브 반도체 기판을 준비한다음, 서브 반도체 기판의 상부 또는 내부에 제 2 인덕터를 형성한다. 그후, 서브 반도체 기판을 제 1 인덕터가 형성된 면에 부착시켜서, 원칩 형태로 변압기를 형성할 수 있다.
이에따라, 기계적 방식으로 형성되었던 변압기에 비하여 다량 생산이 가능하고, 재현성있는 인덕터를 형성할 수 있다. 더욱이 칩 내부에 모두 형성됨에 따라서 원칩 패키지를 실현할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (7)

  1. 회로 소자가 형성된 메인 반도체 기판;
    상기 메인 반도체 기판상에 형성되는 층간 절연막;
    상기 층간 절연막 상부에 형성되는 최종 금속 배선;
    상기 최종 금속 배선 상부에 형성되는 금속간 절연막;
    상기 금속간 절연막 상부에 나선형 형태로 형성되고, 상기 최종 금속 배선 중 선택되는 최종 금속 배선과 전기적으로 콘택되는 제 1 인덕터; 및
    상기 제 1 인덕터가 형성된 금속간 절연막 상부에 부착되며, 상부 표면에 제 2 인덕터가 구비된 서브 반도체 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속간 절연막과 접하는 서브 반도체 기판의 뒷면에는 상기 제 1 인덕터를 수용할 수 있는 홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 변압기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈부는 제 1 인덕터가 삽입 고정되도록 제 1 인덕터 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 인덕터와 상기 서브 반도체 기판 사이에는 접착제가 개재되는 것을 특징으로 하는 변압기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접착제는 에폭시 또는 자성 러버인 것을 특징으로 하는 변압기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 반도체 기판은 나선형 홈을 구비하며, 상기 홈에 도전층이 매립되어 제 2 인덕터가 형성되는 것을 특징으로 하는 변압기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 인덕터와 상기 서브 반도체 기판의 홈 저면에는 제 2 인덕터를 성장시키기 위한 씨드층이 개재되는 것을 특징으로 하는 변압기.
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