KR100863009B1 - Substrate structure with built in inductor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 인덕터가 내장된 기판 구조체를 나타내는 단면도, 1 is a cross-sectional view showing a substrate structure containing a typical inductor;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터가 내장된 기판 구조체의 분해사시도, 2 is an exploded perspective view of a substrate structure having an inductor according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터가 내장된 기판 구조체의 평면도, 3 is a plan view of a substrate structure having an inductor according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터가 내장된 기판 구조체의 평면도, 4 is a plan view of a substrate structure having an inductor according to another embodiment of the present invention;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인덕터가 내장된 기판 구조체의 평면도, 5A and 5B are plan views of a substrate structure having an inductor according to another embodiment of the present invention;
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터가 내장된 기판 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도, 6 to 8 are cross-sectional views for each process for explaining a method of manufacturing a substrate structure having an inductor according to an embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 콘택 부분을 보여주기 위한 단면도, 9 is a cross-sectional view illustrating a contact portion of an inductor according to an embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터가 내장된 반도체 기판 구조체의 등가 회로도, 10 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor substrate structure having an inductor according to an embodiment of the present invention;
도 11은 본 발명의 실시에에 따른 주파수에 대한 인덕터의 Q 팩터를 보여주 는 그래프, 11 is a graph showing a Q factor of an inductor against frequency in accordance with an embodiment of the present invention;
도 12는 본 발명의 스테거형 인덕터 및 종래의 적층형 인덕터의 각종 특성을 비교 분석한 표, 및 12 is a table comparing and analyzing various characteristics of the staggered inductor and the conventional multilayer inductor of the present invention, and
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터를 나타내는 평면도이다. 13 is a plan view illustrating an inductor according to another exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100 : 베이스 부재 110 : 도전층 100
120 : 제 1 도전 패턴 130 : 제 2 도전 패턴120: first conductive pattern 130: second conductive pattern
140 : 제 3 도전 패턴 140: third challenge pattern
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인덕터가 내장된 기판 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a substrate structure with an inductor and a method of manufacturing the same.
최근, 휴대용 소형 전자 기기의 보급 및 발전과 함께 전자 기기의 휴대 편리성이나 고성능화가 요구되고 있다. 이러한 전자 기기에 사용되는 반도체 장치 역시 소형 경량화, 박형화 및 다기능화가 요구되고 있다. In recent years, along with the spread and development of portable small electronic devices, portable convenience and high performance of electronic devices have been demanded. Semiconductor devices used in such electronic devices are also required to be small, light, thin and multifunctional.
이 때문에, 소형 및 고밀도 실장 기술을 사용하는 모듈 제품 및 패키지 제품에 대한 수요가 높아지고 있다. 이것의 일환으로, 반도체 칩과 수동 소자가 동시에 실장되는 멀티칩 패키지나 시스템인 패키지(system in package, 이하 SiP)등이 개발되고 있다. For this reason, there is a growing demand for modular products and packaged products using small and high density packaging technology. As part of this, a multichip package or a system in package (SiP), in which a semiconductor chip and a passive element are mounted at the same time, has been developed.
종래에는 패키지들이 장착되는 반도체 기판으로 실리콘 기판이 이용되었는데, 실리콘 기판은 알려진 바와 같이 도전성을 가짐으로 인해, 누설 전류 및 유도 전류가 발생될 수 있다. 이에 따라 실리콘 기판은 무선 기기 등 RF(radio frequency) 회로용 SiP로 적합하지 않다. Conventionally, a silicon substrate is used as a semiconductor substrate on which packages are mounted. Since the silicon substrate has conductivity as is known, leakage current and induction current may be generated. Accordingly, silicon substrates are not suitable for SiP for radio frequency (RF) circuits such as wireless devices.
실리콘 기판의 문제점을 해결하기 위해, 누설 전류 및 유도 전류 면에서 탁월한 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판과 같은 세라믹 기판이 제안되었다. In order to solve the problem of the silicon substrate, a ceramic substrate such as a low temperature co-fired ceramic (LTCC) substrate excellent in terms of leakage current and induction current has been proposed.
LTCC 기판은 열전달성이 좋고, 강도가 높아 휘어짐이 없다는 장점을 갖는다. 이러한 LTCC 기판은 다층의 세라믹층들로 구성되므로, 각각의 세라믹층 사이에 인덕터 또는 캐패시터와 같은 수동 소자가 내장될 수 있다. LTCC substrate has the advantage of good heat transfer and high strength and no warpage. Since the LTCC substrate is composed of multiple ceramic layers, a passive element such as an inductor or a capacitor may be embedded between each ceramic layer.
LTCC 기판에 형성되는 인덕터는 각각의 세라믹층 사이에 동일한 크기를 갖는 프레임(frame) 형태로 형성되는 도전 패턴들로 구성될 수 있다. The inductor formed on the LTCC substrate may be formed of conductive patterns formed in a frame shape having the same size between each ceramic layer.
이러한 LTCC 기판에 내장되는 인덕터는 전자 장치의 성능을 향상시키기 위하여 높은 Q 팩터(Quality Factor)를 확보하는 것이 중요하다. Q 팩터는 인덕터의 감은 회수, 도전 패턴의 폭 및 두께, 도전 패턴의 간격, 반지름 및 모양에 따라 변화될 수 있다. The inductor embedded in the LTCC substrate is important to secure a high Q factor (Quality Factor) to improve the performance of the electronic device. The Q factor may vary depending on the number of turns of the inductor, the width and thickness of the conductive pattern, the spacing, radius, and shape of the conductive pattern.
이러한 Q 팩터는 다음의 식으로 표현될 수 있다. This Q factor can be expressed by the following equation.
<식> <Expression>
Q=2π(Es/EL) Q = 2π (Es / EL)
여기서, Es는 네트(net)에 저장된 자기 에너지를 나타내며, EL은 발진 주기 마다 손실되는 에너지를 나타낸다. 상기 식에 의해, 높은 Q 팩터를 확보하기 위하여는 네트에 저장된 자기에너지가 커질 수 있도록, 코일 감김 회수(즉, 도전 패턴 적층 회수), 도전 패턴의 두께 및 폭이 클수록 유리하다. 이때, LTCC 기판의 경우, 적층되는 세라믹층의 수가 한정되어 있으므로, 도전 패턴의 두께 및 폭의 조절에 의해 Q 팩터를 확보할 수 있다. Here, Es represents magnetic energy stored in the net, and EL represents energy lost in every oscillation period. According to the above formula, in order to secure a high Q factor, the coil winding count (ie, the number of conductive patterns stacked) and the larger the thickness and width of the conductive pattern are advantageous so that the magnetic energy stored in the net can be increased. At this time, in the case of the LTCC substrate, the number of ceramic layers to be laminated is limited, so that the Q factor can be secured by adjusting the thickness and width of the conductive pattern.
그런데, 높은 Q 팩터를 확보하기 위하여, 동일 크기를 갖는 도전 패턴들의 두께 및 폭을 증대시키게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상하 도전 패턴(20) 사이에 기생 캐패시턴스(Cj)가 커지는 문제점이 있다. 이러한 기생 캐패시턴스의 상승은 오히려 Q 팩터의 손실을 초래한다. However, when the thickness and width of the conductive patterns having the same size are increased in order to secure a high Q factor, as shown in FIG. 1, the parasitic capacitance Cj is increased between the upper and lower
그러므로, 인덕터의 Q 팩터를 개선시키면서, 기생 캐패시턴스를 줄일 수 있는 기판 구조체가 간절히 요구되고 있다. Therefore, there is an urgent need for a substrate structure capable of reducing parasitic capacitance while improving the Q factor of the inductor.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 Q 팩터를 확보할 수 있는 기판 구조체를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a substrate structure capable of securing a high Q factor.
또한, 본 발명의 다른 목적은 인덕터 Q 팩터는 개선하면서 기생 캐패시턴스는 감소시킬 수 있는 기판 구조체를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a substrate structure which can reduce the parasitic capacitance while improving the inductor Q factor.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 기판 구조체들의 제조방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the above-described substrate structures.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 기판 구조체 는, 베이스 부재, 상기 베이스 상부에 적층되는 복수의 도전 패턴들로 구비된 인덕터, 및 상기 도전 패턴들 사이에 각각 개재된 절연층을 포함하며, 상기 복수의 도전 패턴들은 프레임 형태를 갖는 동심 패턴이고, 상기 복수의 도전 패턴들 중 인접하는 도전 패턴들은 서로 오버랩되지 않도록 어긋나게 배치된다. In order to achieve the above object of the present invention, the semiconductor substrate structure of the present invention, the base member, 인덕터 an inductor having a plurality of conductive patterns stacked on the base, and 절연 insulating layer interposed between the conductive patterns, respectively The plurality of conductive patterns may be concentric patterns having a frame shape, and adjacent conductive patterns among the plurality of conductive patterns may be disposed to be shifted so as not to overlap each other.
상기 인덕터는 제 1 도전 패턴 내지 제 3 도전 패턴을 포함하고, 상기 제 2 도전 패턴은 제 1 도전 패턴과 다른 크기로 배열될 수 있다. 상기 제 2 도전 패턴은 상기 제 1 도전 패턴으로 구획된 공간내에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전 패턴은 상기 제 1 도전 패턴의 외곽에 배치될 수도 있다. The inductor may include first to third conductive patterns, and the second conductive pattern may be arranged in a different size from the first conductive pattern. The second conductive pattern may be disposed in a space partitioned by the first conductive pattern. In addition, the second conductive pattern may be disposed outside the first conductive pattern.
상기 제 3 도전 패턴은 상기 제 2 도전 패턴과 상이한 크기를 갖도록 형성된다. 상기 제 3 도전 패턴은 상기 제 1 도전 패턴과 오버랩되도록 배치될 수도 있고, 상기 제 3 도전 패턴은 상기 제 1 도전 패턴의 외곽에 위치되거나, 혹은 상기 제 2 도전 패턴으로 구획된 공간 내에 위치될 수도 있다. The third conductive pattern is formed to have a different size from the second conductive pattern. The third conductive pattern may be disposed to overlap the first conductive pattern, and the third conductive pattern may be located outside the first conductive pattern or may be located in a space partitioned by the second conductive pattern. have.
상기 절연층으로는 SOG(spin on glass), SiOC, SiOG, 다공성 실리콘 산화막, USG(undoped silicate glass) 및 TEOS(Tetratehylortho Silicate Glass)과 같은 저유전체막 중 하나가 이용되거나, 세라믹층이 이용될 수 있다. The insulating layer may be one of a low dielectric film such as spin on glass (SOG), SiOC, SiOG, porous silicon oxide film, undoped silicate glass (USG), and tetrahedral silicate glass (TEOS), or a ceramic layer may be used. have.
상기 인덕터를 구성하는 도전 패턴들은 실질적으로 사각 프레임 형태를 갖거나, 혹은 실질적인 링 형태를 갖을 수 있다. The conductive patterns constituting the inductor may have a substantially rectangular frame shape or a substantially ring shape.
상기 인덕터를 구성하는 도전 패턴들은 비어 콘택에 의해 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 인덕터를 구성하는 도전 패턴들은 비어 콘택을 위한 콘택 패드를 더 포함할 수 있다. The conductive patterns constituting the inductor may be electrically connected by via contacts, and the conductive patterns constituting the inductor may further include contact pads for via contacts.
또한, 상기 베이스 부재는 상기 인덕터를 구성하는 도전 패턴과 전기적으로 연결되는 그라운드층을 더 포함할 수 있다. The base member may further include a ground layer electrically connected to a conductive pattern constituting the inductor.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 구조체는, 베이스 부재, 상기 베이스 부재 상부에 배치되는 도전층, 상기 도전층 상부에 실질적인 프레임 형태를 갖도록 배치된 제 1 도전 패턴, 상기 제 1 도전 패턴 상부에 형성되는 제 1 절연층, 상기 제 1 도전 패턴과 전기적으로 연결되면서 상기 제 1 절연층 상부에 배치되며 상기 제 1 도전 패턴으로 구획된 공간내에 실질적인 프레임 형태를 갖도록 배치되는 제 2 도전 패턴, 상기 제 2 도전 패턴이 형성된 제 1 절연층 상부에 배치되는 제 2 절연층, 및 상기 제 2 도전 패턴과 전기적으로 연결되면서 상기 제 2 절연층 상부에 형성되며 상기 제 1 도전 패턴과 오버랩되도록 형성되는 제 3 도전 패턴을 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a substrate structure includes a base member, a conductive layer disposed on the base member, a first conductive pattern disposed to have a substantially frame shape on the conductive layer, and a first conductive pattern formed on the first conductive pattern. A second conductive pattern disposed on an upper portion of the first insulating layer while being electrically connected to the first conductive pattern, and arranged to have a substantially frame shape in a space partitioned by the first conductive pattern; A second insulating layer disposed over the first insulating layer on which the conductive pattern is formed, and a third conductive layer formed on the second insulating layer while being electrically connected to the second conductive pattern and overlapping the first conductive pattern. Contains a pattern.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 구조체 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 도전층을 구비한 베이스 부재를 준비한다음, 상기 베이스 부재 상부에 실질적인 프레임 형태를 갖는 제 1 도전 패턴을 형성한다. 상기 제 1 도전 패턴이 형성된 베이스 부재 상부에 제 1 절연층을 형성하고, 상기 제 1 절연층 상부에 상기 제 1 도전 패턴과 전기적으로 연결되면서 상기 제 1 도전 패턴의 형상은 유지하되, 상기 제 1 도전 패턴과 다른 크기를 갖는 제 2 도전 패턴을 형성한다. 그후, 상기 제 2 도전 패턴이 형성된 제 1 절연층 상부에 제 2 절연층을 형성하고, 상기 제 2 절연층 상부에 상기 제 2 도전 패턴과 전기적으로 연결되면서 상기 제 2 도전 패턴의 형성은 유지하되, 상기 제 2 도전 패턴과 다른 크기를 갖는 제 3 도전 패턴을 형성한다. A method of manufacturing a substrate structure according to another embodiment of the present invention is as follows. First, a base member having a conductive layer is prepared, and then a first conductive pattern having a substantially frame shape is formed on the base member. A first insulating layer is formed on an upper portion of the base member on which the first conductive pattern is formed, and is electrically connected to the first conductive pattern on the first insulating layer while maintaining the shape of the first conductive pattern, wherein the first conductive pattern is maintained. A second conductive pattern having a different size from the conductive pattern is formed. Thereafter, a second insulating layer is formed on the first insulating layer on which the second conductive pattern is formed, and the second conductive pattern is electrically connected to the second conductive pattern on the second insulating layer, thereby maintaining the formation of the second conductive pattern. And forming a third conductive pattern having a different size from the second conductive pattern.
상기 제 1 절연층을 형성하는 단계와 상기 제 2 도전 패턴을 형성하는 단계 사이, 및 상기 제 2 절연층을 형성하는 단계와 상기 제 3 도전 패턴을 형성하는 단계 사이에, 상기 해당 절연층에 하부의 도전 패턴을 노출시키는 비어홀을 형성하는 단계를 더 포함한다. Between forming the first insulating layer and forming the second conductive pattern, and forming the second insulating layer and forming the third conductive pattern, the lower portion of the insulating layer The method may further include forming a via hole exposing the conductive pattern.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 인덕터(200)는 베이스 부재(100)상에 적층된 복수의 도전 패턴들(120,130,140)을 포함한다. 이들 도전 패턴들(120,130,140)은 내부에 윈도우(W)를 갖는 실질적으로 동일한 프레임 형태일 수 있고, 이들 도전 패턴들(120,130,140)은 동심 형태로 배열되되, 서로 다른 윈도우 폭(x1,x2,x3)을 갖을 수 있다. 바람직하게, 인접 배치된 도전 패턴들(120과 130, 및 130과 140)은 서로 오버랩되지 않도록 어긋나게 배치된다. 이러한 규칙으로 도전 패턴들(120,130,140)이 적층되는 경우, 상기 도전 패턴들(120,130,140)의 일측변 단부들은 스테거(stagger) 형태를 이루게 된다. 이와 같은 구조를 본 실시예에서는 “스테거형 인덕터”라고 일컫기로 한다. 2 and 3, the
상기 도전 패턴들(120,130,140)은 예를 들어 제 1 도전 패턴(120), 제 2 도전 패턴(130), 및 제 3 도전 패턴(140)으로 구성될 수 있으며, 도전율이 우수한 금속 물질로 형성될 수 있다. The
본 실시예에서는 인접하는 도전 패턴들 사이의 기생 캐패시턴스를 줄이기 위하여, 제 2 패턴(130)은 상기 제 1 도전 패턴(120)과 오버랩되지 않도록, 상기 제 1 도전 패턴(120)과 상이한 크기로 형성되며, 상기 제 3 도전 패턴(140) 역시, 상기 제 2 도전 패턴(130)과 오버랩되지 않도록 상기 제 2 도전 패턴(130)과 상이한 크기로 형성된다. In the present exemplary embodiment, in order to reduce parasitic capacitance between adjacent conductive patterns, the
여기서, 제 1 도전 패턴(120)은 예를 들어 실질적인 사각 프레임 형태를 가질 수 있고, 제 2 도전 패턴(130)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제 1 도전 패턴(120)을 소정 비율로 축소시킨 형태, 즉, 제 1 도전 패턴(120)으로 구획된 공간내에 배치되도록 형성될 수 있다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 1 도전 패턴(120)을 소정 비율로 확대시킨 형태, 즉 제 1 도전 패턴(120)의 외곽에 배치되도록 형성될 수 있다. 도 4의 130a는 확대된 제 2 도전 패턴을 나타낸다. 이때, 상기와 같이 제 2 도전 패턴(130)의 크기를 감소시킨 경우, 전체 인덕턴스가 감소되지 않도록 제 2 도전 패턴(130)의 폭 및 두께를 조절할 수 있다. For example, the first
또한, 제 3 도전 패턴(140)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 도전 패턴(120)과 동일한 크기를 가지면서 오버랩되도록 형성되거나, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 도전 패턴(120)보다 큰 크기로 형성될 수도 있고, 또는 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 2 도전 패턴(130)보다 작은 크기로 형성될 수도 있다. 이때, 제 3 도전 패턴(140)을 상기 제 1 도전 패턴(120)의 크기와 상이하게 형성할 경우, 전체 인덕턴스(inductance)를 고려하여, 그 크기 및 선폭을 결정하여야 할 것이다. In addition, as shown in FIGS. 2 to 4, the third
한편, 제 1 도전 패턴(120), 제 2 도전 패턴(130), 및 제 3 도전 패턴(140) 사이에는 절연층(도시되지 않음)이 각각 개재되어 있다. 상기 절연층은 제 1, 제 2, 및 제 3 도전 패턴(120,130,140) 사이에 기생 캐패시턴스를 줄일 수 있도록 저유전율을 갖는 절연막(이하, 저유전체막) 또는 세라믹층으로 형성될 수 있다. 상기 저유전체막으로는 예컨대, SOG(spin on glass), SiOC, SiOG, 다공성 실리콘 산화막, USG(undoped silicate glass) 및 TEOS(Tetratehylortho Silicate Glass)가 이용될 수 있다. 상기 도 2 내지 도 5b에 있어서, 상기 절연층은 투명하다는 가정하에 그것에 대한 도시를 생략하였다. Meanwhile, an insulating layer (not shown) is interposed between the first
또한, 제 1 도전 패턴(120), 제 2 도전 패턴(130), 및 제 3 도전 패턴(140)은 서로 전기적으로 연결되어 있다. 바람직하게는, 제 1 도전 패턴(120)과 제 2 도전 패턴(130), 및 제 2 도전 패턴(130)과 제 3 도전 패턴(140) 각각은 비어 콘택(VC)에 의해 연결될 수 있다. 이때, 제 2 및 제 3 도전 패턴(130,140)은 비어 콘택(VC)을 위해 소정 길이만큼 연장된 콘택 패드(131,141)를 포함할 수 있다. 상기 콘택 패드(131,141)는 도전 패턴들(120,130,140)의 형상을 변형시키지 않는 선에서 일부분이 소정 길이만큼 연장될 수 있다. In addition, the first
또한, 상기 베이스 부재(100)와 제 1 도전 패턴(120) 사이에는 그라운드 전압이 제공되는 도전층(110)이 개재되어 있어, 상기 제 1 도전 패턴(120)을 그라운드 시킬 수 있다. 상기 도전층(110)은 그라운드 전압 외에, 소정의 전압이 인가될 수 있음은 물론이다. In addition, a
도 6 내지 도 8을 참조하여 상기한 구조를 갖는 인덕터가 내장된 기판 제조방법에 대해 설명하도록 한다. A method of manufacturing a substrate having an inductor having the above-described structure will be described with reference to FIGS. 6 to 8.
도면을 참조하여, 베이스 부재(100)를 준비한다. 베이스 부재(100)는 절연 부재 예컨대 세라믹층일 수 있다. 베이스 부재(100) 상부에 그라운드로 제공될 도전층(110)을 형성한다. 그라운드용 도전층(110) 상부에 코일용 금속층을 형성한다음, 상기 코일용 금속층을 공지의 포토 리소그라피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝하여, 제 1 도전 패턴(120)을 형성한다. 상기 제 1 도전 패턴(120)은 상술한 바와 같이 실질적인 프레임 형태를 가질 수 있다. With reference to the drawing, the
도 7을 참조하면, 제 1 도전 패턴(120)이 형성된 도전층(110) 상부에 제 1 절연층(125)을 형성한다음, 제 1 도전 패턴(120)의 소정 부분이 노출될 수 있도록 비어홀(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 비어홀이 형성된 제 1 절연층(125) 상부에 상기 비어홀이 충진되도록 코일용 금속층을 형성하고, 상기 코일용 금속층을 소정 부분 패터닝하여 제 2 도전 패턴(130)을 형성한다. 이때, 비어홀내에 충진된 금속층은 제 1 도전 패턴(120)과 제 2 도전 패턴(130)을 전기적으로 연결시키는 비어 콘택(VC)이 된다. 제 2 도전 패턴(130)은 제 1 도전 패턴(130)의 형상을 유지하되, 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 도전 패턴(120)보다는 작은 크기로 형성될 수도 있고, 제 1 도전 패턴(120)보다 큰 크기로도 형성될 수 있다. Referring to FIG. 7, after forming the first insulating
도 8을 참조하여, 제 2 도전 패턴(120)이 형성된 제 1 절연층(125) 상부에 제 2 절연층(135)을 형성한다. 제 2 도전 패턴(120)의 소정 부분이 노출될 수 있도록 제 3 절연층(135)내에 비어홀(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 비어홀이 충진 되도록 제 3 절연층(135) 상부에 코일용 금속층을 형성한 다음, 이를 소정 부분 패터닝하여 제 3 도전 패턴(140)을 형성한다. 제 3 도전 패턴(140)은 제 2 도전 패턴(130)의 실질적인 형상은 유지하되, 제 2 도전 패턴(130)과는 상이한 크기로 형성된다. 예를 들어, 제 3 도전 패턴(140)은 제 1 도전 패턴(120)과 오버랩되도록 형성될 수 있다. 그후, 제 3 도전 패턴(140) 상부에 제 3 절연층(145) 및 캡 절연층(150)을 순차적으로 적층하여 기판 구조체를 완성한다. Referring to FIG. 8, a second insulating
여기서, 각 도전 패턴(120,130,140)간을 절연시키는 각 절연층들(110,125,135,145,150)은 상술한 바와 같이 저유전체층이 이용되거나, 혹은 세라믹층이 이용될 수 도 있다. Here, as the above-described
도 9는 제 1 도전 패턴 내지 제 3 도전 패턴(120,130,140)간의 전기적 연결 관계를 보여주기 위한 단면도이다. 제 1 도전 패턴(120)과 제 2 도전 패턴(130) 및 제 2 도전 패턴(130)과 제 3 도전 패턴(140)은 각각 비어 콘택(VC)에 의해 연결되며, 상기 비어 콘택(VC)이 형성될 수 있도록 제 2 도전 패턴(130) 및 제 3 도전 패턴(140)은 각각 소정 길이만큼 연장된 콘택 패드(131,141)를 포함할 수 있다. 9 is a cross-sectional view illustrating an electrical connection relationship between the first conductive patterns and the third
이와 같은 본 발명의 인덕터를 내장한 반도체 기판 구조체는 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 도전 패턴(120)과 제 2 도전 패턴(130) 사이, 및 제 2 도전 패턴(130)과 제 3 도전 패턴(140)사이에 오버랩되는 부분이 존재하지 않으므로, 도전 패턴들(120,130,140) 사이의 기생 캐패시터가 거의 발생되지 않는다. 경우에 따라, 제 1 도전 패턴(120)과 제 3 도전 패턴(140)이 오버랩될 수는 있으나, 제 1 도 전 패턴(120)과 제 3 도전 패턴(140) 사이에는 두 층의 절연층(125,135)에 의해 충분히 이격되어 있고, 상기 절연층(125,135)이 저유전체막 또는 세라믹층과 같이 매우 낮은 유전율을 가지므로, 제 1 도전 패턴(120)과 제 3 도전 패턴(140) 사이에 발생되는 기생 캐패시턴스는 거의 무시될 수 있다. 그렇기 때문에, 인덕터를 구성하는 제 1 내지 제 3 도전 패턴(120,130,140)간의 기생 캐패시턴스를 상당량 감소시킬 수 있다. As shown in FIG. 8, the semiconductor substrate structure including the inductor of the present invention has a structure between the first
도 10은 본 발명의 인덕터를 내장한 반도체 기판 구조체의 등가 회로를 보여주는 것이다. 상기한 인덕터(Ls)의 형성으로, 기생 저항(Rs), 기생 캐패시터(Cs) 및 그라운드 캐패시터(Cg)가 부수적으로 발생될 수 있다. 이때, 기생 저항(Rs)은 각각의 도전 패턴(120,130,140)의 길이 및 두께에서 비롯되는 저항이고, 기생 캐패시터(Cs)는 도전 패턴(120,130,140)간에 부수적으로 발생되는 기생 캐패시터이며, 그라운드 캐패시터(Cg)는 제 1 도전 패턴(120)과 그라운드층(110)간에 발생되는 기생 캐패시터이다. Figure 10 shows an equivalent circuit of a semiconductor substrate structure incorporating the inductor of the present invention. By forming the inductor Ls, parasitic resistance Rs, parasitic capacitor Cs, and ground capacitor Cg may be incidentally generated. At this time, the parasitic resistance (Rs) is a resistance derived from the length and thickness of each conductive pattern (120,130,140), the parasitic capacitor (Cs) is a parasitic capacitor generated incidentally between the conductive patterns (120,130,140), the ground capacitor (Cg) Is a parasitic capacitor generated between the first
등가 회로적으로, 상기 인덕터(Ls)는 기생 저항(Rs)과 직렬로 연결되며, 상기 기생 캐패시터(Cs) 및 그라운드 캐패시터(Cg)와는 병렬로 연결된다. 이에 따라, 인덕터(Ls), 저항(Rs) 및 기생 캐패시터(Cs) 사이에 RLC 병렬 공진이 발생될 수 있다. 이때, 알려진 바와 같이 RLC 공진 주파수(resonance frequency)는 인덕터의 Q 팩터를 대변할 수 있는 팩터로서 RLC 공진 주파수가 클수록 Q 팩터가 우수해진다. In an equivalent circuit, the inductor Ls is connected in series with the parasitic resistor Rs and connected in parallel with the parasitic capacitor Cs and the ground capacitor Cg. Accordingly, RLC parallel resonance may occur between the inductor Ls, the resistor Rs, and the parasitic capacitor Cs. At this time, as is known, the RLC resonance frequency is a factor that can represent the Q factor of the inductor, and the larger the RLC resonant frequency, the better the Q factor.
본 실시예와 같이 인덕터(Ls)를 구성하는 도전 패턴(120,130,140)이 스테거(staggered)하게 배치되면, 기생 캐패시턴스(Cs)가 큰 폭으로 감소되어, RLC 공 진 주파수를 증대시킬 수 있다. 이에 의해 높은 Q 팩터를 확보할 수 있다. When the
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 주파수에 대한 인덕터의 Q 팩터를 보여주는 그래프이다. 도 11에서 ⓐ는 종래 기술에 따른 적층형 인덕터를 사용한 경우이고, ⓑ는 본 실시예에 따른 스테거형 인덕터를 사용한 경우 이다. 11 is a graph showing a Q factor of an inductor against frequency according to an embodiment of the present invention. 11 is a case where a stacked inductor according to the prior art is used, and ⓑ is a case where a staggered inductor according to the present embodiment is used.
도 11에 의하면, 본 발명과 같이 스테거형 인덕터를 사용하는 경우, 적층형 인덕터보다 주파수 대역이 0.6 GHZ 이상 넓게 나타났으며, 주파수에 따른 Q 팩터 및 공진 주파수 역시 종래에 비해 월등하였다. Referring to FIG. 11, when the staggered inductor is used as in the present invention, the frequency band is 0.6 GHZ wider than the stacked inductor, and the Q factor and the resonant frequency according to the frequency are also superior to those of the related art.
도 12는 본 발명의 스테거형 인덕터 및 종래의 적층형 인덕터의 각종 특성을 비교 분석한 표이다. 도 12에 의하면, 인덕터의 성능을 결정하는 기생 캐패시터(Cs), 공진 주파수(fres), 최대 주파수(f max) 및 최대 Q 팩터(Q max)면에서 본 실시예의 스테거형 인덕터가 모두 우수하게 측정되었다. 12 is a table comparing and analyzing various characteristics of the staggered inductor and the conventional multilayer inductor of the present invention. According to Fig. 12, the staggered inductor of this embodiment is excellent in terms of the parasitic capacitor Cs, the resonance frequency fres, the maximum frequency f max and the maximum Q factor Q max which determine the performance of the inductor. It became.
본 발명은 상기한 실시예에 국한되는 것만은 아니다. The present invention is not limited to the above embodiment.
본 실시예에서, 인덕터를 구성하는 도전 패턴으로 제 1 내지 제 3 도전 패턴(120,130,140)을 사용하였지만, 여기에 국한되지 않고, 측단면이 스테거 형태를 유지하는 범위에서 인덕턴스를 고려하여 3층 이상 또는 3층 이하로 형성하는 것이면, 모두 본 발명에 포함됨은 물론이다. In the present embodiment, although the first to third
또한 본 실시예에서는 인덕터를 구성하는 제 1 내지 제 3 도전 패턴(120,130,140)을 사각 프레임 형태로 형성하였지만, 도 13에 도시된 바와 같이 고리 형태로 형성하여도 무방하다. 이때, 도 13에서는 설명의 편의를 위해 콘택 패드 부분은 생략하였다. In addition, in the present exemplary embodiment, the first to third
또한, 본 실시에에서는 제 1 내지 제 3 도전 패턴(120,130,140)을 도전율이 높은 금속막으로 사용할 수 있다고 하였다. 이때, 제 1 내지 제 3 도전 패턴(120,130,140)으로 구리와 같이 식각이 어려운 금속막이 이용되는 경우, 상기 제 1 내지 제 3 도전 패턴(120,130,140)은 상기와 같이 측단면이 스테거 형태를 유지하면서, 다마신(damascene) 형태로 형성될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. In addition, in the present embodiment, the first to third
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.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. .
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 인덕터를 구성하는 다층의 도전 패턴들을 스테거 형태로, 즉, 인접하는 다층 도전 패턴들이 서로 오버랩되지 않도록 배치시킨다. 이에 따라, 인덕터를 구성하는 다층 도전 패턴들 사이의 기생 캐패시턴스를 줄일 수 있어, 인덕터의 Q 팩터를 개선할 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, the multilayer conductive patterns constituting the inductor are arranged in a staggered form, that is, adjacent multilayer conductive patterns do not overlap each other. Accordingly, the parasitic capacitance between the multilayer conductive patterns constituting the inductor can be reduced, thereby improving the Q factor of the inductor.
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