KR101607259B1 - Passive device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수동소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 원천적으로 차단하여 전기적 손실을 차단하고 고주파 영역에서의 전기적 특성을 크게 향상시킨 커패시터, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a passive element and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a passive element including a capacitor, a capacitor, and an inductor, which shields electrical loss by originally blocking a path of electrical leakage to adjacent unit elements and greatly improves electrical characteristics in a high frequency region, and a manufacturing method thereof .
종래의 실리콘 기판을 이용한 고집적 IC 기술의 경우, RFIC 설계 및 제작을 위해 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터 구조를 보편적으로 이용하고 있다.In the case of highly integrated IC technology using a conventional silicon substrate, a metal insulator metal (MIM) capacitor structure is commonly used for RFIC design and fabrication.
도 1은 종래의 MIM 커패시터를 나타낸 도면이다.1 shows a conventional MIM capacitor.
도 1을 참조하면, MIM 커패시터는 유손실(lossy) 특성을 갖는 실리콘의 전기적 손실을 줄이기 위해 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 기판 절연층을 기판의 표면 즉, 수동소자가 형성될 위치의 하부에 형성한 상태에서, 박막 구조로 제작된다.Referring to FIG. 1, a MIM capacitor has a structure in which a substrate insulating layer such as a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film (SiN x ) is formed on the surface of a substrate, that is, a passive element In a state in which it is formed in a lower portion of a position where the electrode is to be formed.
기판 절연층은 공정 단가 및 웨이퍼 휨을 고려해 수 um 이하의 두께로 형성할 수 밖에 없는데, 이러한 두께는 하부의 유손실(lossy) 특성을 갖는 기판으로부터 수동소자를 전기적으로 충분히 절연시키기에는 부족하다.The substrate insulating layer must be formed to a thickness of several micrometers or less in consideration of the process cost and the wafer warpage. Such thickness is insufficient to electrically insulate the passive element from the substrate having the lower lossy characteristic.
따라서 고주파 회로에서 비교적 큰 용량을 갖는 MIM 커패시터를 집적할 경우, MIM 커패시터를 구성하는 넓은 면적의 하부 전극(도 1의 제1 금속층)이 유손실 특성을 갖는 실리콘 기판에 접착되기 때문에 이를 통해 매우 많은 전기적 손실이 발생하는 문제점이 있다.Therefore, when a MIM capacitor having a relatively large capacitance is integrated in a high-frequency circuit, a large area of the lower electrode (the first metal layer in FIG. 1) constituting the MIM capacitor is adhered to the silicon substrate having the oil- There is a problem that electric loss occurs.
본 발명은 기판의 타면 즉, 수동소자가 형성되는 기판의 일면과 대향하는 반대면을 연마하여 트렌치에 형성된 절연층이 노출된 구조를 갖도록 함으로써, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 원천적으로 차단하여 전기적 손실을 차단하고 고주파 영역에서의 전기적 특성을 크게 향상시킨 수동소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention polishes the other surface of the substrate, that is, the opposite surface opposite to the one surface of the substrate on which the passive element is formed, so that the insulating layer formed on the trench is exposed, thereby shielding the path of electrical leakage to the adjacent unit element And to provide a passive element which cuts off an electrical loss and greatly improves electrical characteristics in a high frequency region, and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명은 실리콘 기반의 고주파 회로에서 수동소자의 전기적 손실 특성을 크게 향상시켜 전체적인 시스템 IC의 성능을 향상시킬 수 있는 수동소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide a passive element and a method of manufacturing the passive element which can greatly improve the electrical loss characteristics of the passive element in a silicon-based high-frequency circuit, thereby improving the performance of the entire system IC.
또한, 본 발명은 모든 RF 회로를 통합하는 SoC(System on a Chip) 구현을 가능하게 하는 수동소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide a passive element and a method of manufacturing the same that enable a SoC (System on a Chip) implementation that integrates all RF circuits.
또한, 본 발명은 고주파 패키지 응용을 위한 유손실(lossy) 실리콘 기반의 대구경 IPD(Integrated Passive Device) 및 인터포저(Interposer) 양산을 가능하게 하는 수동소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide a passive device capable of mass production of a large diameter IPD (Integrated Passive Device) and an interposer based on lossy silicon for high frequency package applications and a method for manufacturing the same. .
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 커패시터는 기판의 일면 상에 형성된 커패시터 박막 패턴, 커패시터의 단위 영역을 정의하도록 상기 커패시터 박막 패턴이 형성된 기판을 식각하여 형성된 트렌치(trench), 상기 트렌치를 충진하면서 상기 기판 상에 형성되어 있으며 상기 커패시터를 구성하는 금속층들을 노출시키는 커패시터용 배선홀들이 형성되어 있는 절연층 및 상기 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 형성된 커패시터 전극배선을 포함하고, 상기 기판의 타면은 상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 연마되어 있는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a capacitor including: a capacitor thin film pattern formed on one surface of a substrate; a trench formed by etching a substrate on which the capacitor thin film pattern is formed to define a unit area of the capacitor; An insulating layer formed on the substrate and having capacitor wiring holes exposing the metal layers constituting the capacitor, and a capacitor electrode wiring formed by filling a conductive material in the capacitor wiring holes, And the other surface of the trench is polished to expose the insulating layer formed on the trench.
본 발명에 따른 커패시터에 있어서, 상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the capacitor according to the present invention, the substrate is made of silicon, and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern.
본 발명에 따른 커패시터 제조방법은 기판의 일면 상에 커패시터 박막 패턴을 형성하는 박막 패턴 형성단계, 상기 커패시터 박막 패턴이 형성된 기판을 식각하여 커패시터의 단위 영역을 정의하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성단계, 상기 트렌치와 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계, 상기 절연층에 상기 커패시터를 구성하는 금속층들이 노출되도록 커패시터용 배선홀들을 형성하는 배선홀 형성단계, 상기 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 커패시터 전극배선을 형성하는 커패시터 전극배선 형성단계 및 상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 상기 기판의 타면을 연마하는 기판 연마단계를 포함하여 구성된다.A method of manufacturing a capacitor according to the present invention includes forming a thin film pattern on a surface of a substrate, forming a trench defining a unit area of the capacitor by etching the substrate having the capacitor thin film pattern formed thereon, Forming an insulating layer on the trench and the substrate; forming a wiring hole for the capacitor to expose the metal layers constituting the capacitor to the insulating layer; forming a wiring hole in the capacitor wiring hole, And a substrate polishing step of polishing the other surface of the substrate to expose the insulating layer formed on the trench.
본 발명에 따른 커패시터 제조방법에 있어서, 상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a capacitor according to the present invention, the substrate is made of silicon, and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern.
본 발명에 따른 커패시터 제조방법에 있어서, 상기 절연층 형성단계에서는, 유기 라미네이션(organic lamination) 또는 스핀 코팅(spin coating) 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방식을 이용하여 상기 트렌치와 상기 기판 상에 상기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a capacitor according to the present invention, the insulating layer may be formed on the trench and the substrate using organic lamination, spin coating, or chemical vapor deposition And the insulating layer is formed.
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자는 기판의 일면 상에 형성된 커패시터 박막 패턴과 인덕터 배선용 박막 금속패턴, 커패시터와 인덕터의 단위 영역을 정의하도록 상기 커패시터 박막 패턴과 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴이 형성된 기판을 식각하여 형성된 트렌치, 상기 트렌치를 충진하면서 상기 기판 상에 형성되어 있으며 상기 커패시터를 구성하는 금속층들을 노출시키는 커패시터용 배선홀들과 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴을 노출시키는 인덕터용 배선홀들이 형성되어 있는 절연층, 상기 절연층에 형성된 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 형성된 커패시터 전극배선 및 상기 절연층의 표면과 상기 절연층에 형성된 인덕터용 배선홀들에 형성된 도전성 물질로 이루어진 인덕터 박막 패턴을 포함하고, 상기 기판의 타면은 상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 연마되어 있는 것을 특징으로 한다.A passive element including a capacitor and an inductor according to the present invention includes a capacitor thin film pattern formed on one surface of a substrate, a thin metal pattern for wiring the inductor, a capacitor thin film pattern and a thin metal pattern for wiring the inductor, Capacitor interconnecting holes formed on the substrate while filling the trench and exposing the metal layers constituting the capacitor, and inductor wiring holes for exposing the inductor wiring thin metal pattern are formed An inductor thin film made of a conductive material formed on the surface of the insulating layer and in the wiring holes for inductors formed in the insulating layer, a capacitor electrode wiring formed by filling a conductive material into the wiring holes for capacitor formed in the insulating layer, Pattern, And the other surface of the substrate is polished to expose the insulating layer formed on the trench.
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자에 있어서, 상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 및 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the passive element including the capacitor and the inductor according to the present invention, the substrate is made of silicon, and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern and the inductor wiring thin film metal pattern. do.
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자에 있어서, 상기 절연층의 표면에 형성된 인덕터 박막 패턴은 나선형(spiral)의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.In the passive element including the capacitor and the inductor according to the present invention, the inductor thin film pattern formed on the surface of the insulating layer has a spiral shape.
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법은 기판의 일면 상에 커패시터 박막 패턴과 인덕터 배선용 박막 금속패턴을 형성하는 박막 패턴 형성단계, 상기 커패시터 박막 패턴과 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴이 형성된 기판을 식각하여 커패시터와 인덕터의 단위 영역을 정의하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성단계, 상기 트렌치와 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계, 상기 절연층에 상기 커패시터를 구성하는 금속층들이 노출되도록 커패시터용 배선홀들과 상기 인덕터 배선용 박막 금속층이 노출되도록 인덕터용 배선홀들을 형성하는 배선홀 형성단계, 상기 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 커패시터 전극배선을 형성하는 커패시터 전극배선 형성단계, 상기 절연층에 형성된 인덕터용 배선홀들에 상기 도전성 물질을 충진하고 상기 절연층의 표면에 인덕터 박막 패턴을 형성하는 인덕터 박막 패턴 형성단계 및 상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 상기 기판의 타면을 연마하는 기판 연마단계를 포함한다.A passive device manufacturing method including a capacitor and an inductor according to the present invention includes a thin film pattern forming step of forming a capacitor thin film pattern and an inductor wiring thin film metal pattern on one surface of a substrate, a step of forming the capacitor thin film pattern and the thin film metal pattern for inductor wiring A trench forming step of forming a trench defining a unit area of a capacitor and an inductor by etching the substrate, an insulating layer forming step of forming an insulating layer on the trench and the substrate, the metal layers constituting the capacitor being exposed A wiring hole forming step of forming inductor wiring holes so as to expose the capacitor wiring wirings and the inductor wiring thin film metal layer so as to expose the capacitor wiring wirings and the capacitor wiring wirings to form the capacitor electrode wirings by filling the capacitor wiring wirings with a conductive material , An inductor-forming vessel Filling the conductive material in the holes, and comprises a substrate polishing step of polishing the other surface of the substrate such that the surface of the exposed insulating layer formed on the thin film inductor pattern forming step and the trench forming a pattern on the thin film inductor of the insulating layer.
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법에 있어서, 상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 및 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the passive element manufacturing method according to the present invention, the substrate is made of silicon, and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern and the inductor wiring thin film metal pattern .
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법에 있어서, 상기 절연층 형성단계에서는, 유기 라미네이션(organic lamination) 또는 스핀 코팅(spin coating) 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방식을 이용하여 상기 트렌치와 상기 기판 상에 상기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the passive element manufacturing method including the capacitor and the inductor according to the present invention, the insulating layer forming step may be performed by using organic lamination, spin coating, or chemical vapor deposition And the insulating layer is formed on the trench and the substrate.
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법에 있어서, 상기 커패시터 전극배선 형성단계와 상기 인덕터 박막 패턴 형성단계는 동일 공정으로 수행되는 것을 특징으로 한다.In the passive device manufacturing method including the capacitor and the inductor according to the present invention, the step of forming the capacitor electrode wiring and the step of forming the inductor thin film pattern are performed in the same process.
본 발명에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법에 있어서, 상기 인덕터 박막 패턴 형성단계에서 상기 절연층의 표면에 형성되는 인덕터 박막 패턴은 나선형(spiral)의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.The inductor thin film pattern formed on the surface of the insulating layer in the step of forming the inductor thin film pattern has a spiral shape in the passive element manufacturing method including the capacitor and the inductor according to the present invention.
본 발명에 따르면, 기판의 타면 즉, 수동소자가 형성되는 기판의 일면과 대향하는 반대면이 연마되어 트렌치에 형성된 절연층이 노출된 구조를 갖기 때문에, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 원천적으로 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 수동소자의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, since the other surface of the substrate, that is, the surface opposite to the one surface of the substrate on which the passive element is formed is polished and the insulating layer formed on the trench is exposed, the path of electrical leakage to the adjacent unit So that the electrical loss in the high-frequency region of the passive device, which is a final product, can be greatly improved.
또한, 실리콘 기반의 고주파 회로에서 수동소자의 전기적 손실 특성을 크게 향상시켜 전체적인 시스템 IC의 성능을 향상시킬 수 있는 수동소자 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.In addition, there is an effect that a passive element and a manufacturing method thereof capable of greatly improving the electrical loss characteristic of a passive element in a silicon-based high-frequency circuit and improving the performance of the entire system IC are provided.
또한, 모든 RF 회로를 통합하는 SoC(System on a Chip) 구현을 가능하게 하는 수동소자 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.Further, there is an effect that a passive element and a manufacturing method thereof capable of implementing an SoC (System on a Chip) that integrates all RF circuits are provided.
또한, 고주파 패키지 응용을 위한 유손실(lossy) 실리콘 기반의 대구경 IPD(Integrated Passive Device) 및 인터포저(Interposer) 양산을 가능하게 하는 수동소자 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.Also, there is an effect that a passive device capable of mass production of a large-diameter IPD (Integrated Passive Device) and an interposer based on a lossy silicon for high frequency package application and a manufacturing method thereof are provided.
도 1은 종래의 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터 제조방법의 공정 순서도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법의 공정 순서도이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 20과 도 21은 종래의 커패시터와 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터에 있어서, 커패시터의 단면적이 150×150um2인 경우의 S(Scattering) 파라미터에 대한 실험치를 상호 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 22와 도 23은 종래의 커패시터와 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터에 있어서, 커패시터의 단면적이 300×300um2인 경우의 S 파라미터에 대한 실험치를 상호 비교하여 나타낸 그래프이다.1 is a view showing a conventional MIM (Metal Insulator Metal) capacitor.
2 is a cross-sectional view of a capacitor according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a capacitor according to an embodiment of the present invention.
4 is a process flow diagram of a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.
5 to 10 are process sectional views of a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view of a passive device including a capacitor and an inductor in accordance with an embodiment of the present invention.
12 is a top view of a passive device including a capacitor and an inductor in accordance with an embodiment of the present invention.
13 is a process flow diagram of a passive device manufacturing method including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 14 to 19 are process sectional views of a passive device manufacturing method including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 20 and 21 are graphs comparing experimental values of S (Scattering) parameters when a conventional capacitor and a capacitor according to an embodiment of the present invention have a cross sectional area of 150 × 150 μm 2 .
FIGS. 22 and 23 are graphs comparing experimental values of the S parameter for a conventional capacitor and a capacitor according to an embodiment of the present invention when the cross-sectional area of the capacitor is 300 × 300 μm 2 .
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하에서는, 커패시터가 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터인 경우를 예로 들어 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명하지만, 커패시터는 MIM 커패시터 이외에도, 인터디지털(Interdigital) 커패시터, SIS(Silicon Insulator Silicon) 커패시터 및 MIS(Metal Insulator Semiconductor) 커패시터일 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described by exemplifying the case where the capacitor is a metal insulator metal (MIM) capacitor. However, the capacitor may be an interdigital capacitor, an SIS (Silicon Insulator Silicon) Metal Insulator Semiconductor) capacitors.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터의 평면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a plan view of a capacitor according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터는 기판(10), 하부 절연층(20), 커패시터 박막 패턴(30), 트렌치(402, 404), 절연층(50) 및 커패시터 전극배선(602, 604)을 포함하여 구성된다.2 and 3, a capacitor according to an embodiment of the present invention includes a
기판(10)은 유손실(lossy) 특성을 갖는 실리콘 재질의 기판일 수 있다. 기판(10)의 일면은 후술하는 커패시터 박막 패턴(30)이 형성되는 면이고, 기판(10)의 타면은 이와 대향하는 반대면이다.The
하부 절연층(20)은 기판(10)의 일면에 형성되어 있으며, 유손실 특성을 갖는 실리콘의 전기적 손실을 줄이는 기능을 수행한다. 예를 들어, 이러한 하부 절연층(20)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)일 수 있으며, 공정 단가와 웨이퍼 휨을 고려해 수 um 이내의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 하부 절연층(20)은 선택적인 구성요소이다. 즉, 하부 절연층(20)이 없어도 후술하는 바와 같이, 기판(10)에 트렌치(402, 404)를 형성하고, 이 트렌치(402, 404)에 절연층(50)을 충진한 이후, 트렌치(402, 404)에 충진된 절연층(50)이 노출되도록 기판(10)의 타면을 연마함으로써, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다.The lower
커패시터 박막 패턴(30)은 기판(10)의 일면 상에 형성되어 있다. 예를 들어, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 포함하는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)은 하부 절연층(20)의 상면에 형성되며, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 포함하지 않는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)은 기판(10)의 일면에 직접 형성된다.The capacitor
이러한 커패시터 박막 패턴(30)은 제1 금속층(310), 커패시터 절연층(324), 제2 금속층(334)을 포함하여 구성된다. 이러한 구조는 일반적이기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도면부호 322은 커패시터 절연층(324)을 형성하는 과정에서 함께 형성되는 절연층이고, 도면부호 332는 제2 금속층(334)을 형성하는 과정에서 함께 형성되는 절연층이다.The capacitor
트렌치(402, 404)는 본 실시 예에 따른 커패시터의 단위 영역을 정의하도록 커패시터 박막 패턴(30)이 형성된 기판(10)을 식각하여 형성된다. 트렌치(402, 404)에 채워지는 절연층(50)은 전기적 절연성을 확보하기 위한 것이기 때문에, 트렌치(402, 404)의 폭이 넓을수록 절연성 확보에 유리해진다. 예를 들어, 수 GHz의 응용 대역의 경우, 트렌치(402, 404)의 폭이 약 10um 이상인 조건을 만족하면, 충분한 절연성 확보가 가능하다.The
절연층(50)은 트렌치(402, 404)를 충진하면서 기판(10) 상에 형성되어 있으며, 이 절연층(50)에는 커패시터를 구성하는 금속층들 즉, 제1 금속층(310)과 제2 금속층(334)을 노출시키는 커패시터용 배선홀들(502, 504)이 형성되어 있다.The insulating
커패시터 전극배선(602, 604)은 커패시터용 배선홀들(502, 504)에 도전성 물질을 충진하여 형성된다.The
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터는 기판(10)의 타면 즉, 커패시터 박막 패턴(30)이 형성된 기판(10)의 일면과 대향하는 반대면이 연마되어 트렌치(402, 404)에 형성된 절연층(50)이 노출된 구조를 갖는다. 이러한 구조에 따르면, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다. 보다 구체적으로, 실리콘 기반의 고주파 회로에서 커패시터의 전기적 손실 특성을 크게 향상시켜 전체적인 시스템 IC의 성능을 향상시킬 수 있으며, 모든 RF 회로를 통합하는 SoC(System on a Chip) 구현이 가능해지고, 고주파 패키지 응용을 위한 유손실(lossy) 실리콘 기반의 대구경 IPD(Integrated Passive Device) 및 인터포저(Interposer) 양산이 가능해지는 효과가 있다.
The capacitor according to an embodiment of the present invention is formed by polishing a surface of the
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터 제조방법의 공정 순서도이고, 도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터 제조방법의 공정 단면도들이다.FIG. 4 is a process flow chart of a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 to 10 are process sectional views of a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터 제조방법은 박막 패턴 형성단계(S110), 트렌치 형성단계(S120), 절연층 형성단계(S130), 배선홀 형성단계(S140), 커패시터 전극배선 형성단계(S150) 및 기판 연마단계(S160)를 포함하여 구성된다.4, a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention includes forming a thin film pattern (S110), forming a trench (S120), forming an insulating layer (S130), forming a wiring hole (S140) An electrode wiring forming step S150 and a substrate polishing step S160.
도 5를 추가적으로 참조하면, 박막 패턴 형성단계(S110)에서는, 기판(10)의 일면 상에 커패시터 박막 패턴(30)을 형성하는 과정이 수행된다.5, in the thin film pattern formation step S110, a process of forming the capacitor
기판(10)은 유손실(lossy) 특성을 갖는 실리콘 재질의 기판일 수 있다. 기판(10)의 일면은 커패시터 박막 패턴(30)이 형성되는 면이고, 기판(10)의 타면은 이와 대향하는 반대면이다.The
커패시터 박막 패턴(30)을 형성하기 전에, 기판(10)의 일면에 하부 절연층(20)을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 이러한 하부 절연층(20)은 유손실 특성을 갖는 실리콘의 전기적 손실을 줄이는 기능을 수행한다. 예를 들어, 이러한 하부 절연층(20)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)일 수 있으며, 공정 단가와 웨이퍼 휨을 고려해 수 um 이내의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 하부 절연층(20)은 선택적인 구성요소이다. 즉, 하부 절연층(20)이 없어도 후술하는 공정 즉, 기판(10)에 트렌치(402, 404)를 형성하고, 이 트렌치(402, 404)에 절연층(50)을 충진한 이후, 트렌치(402, 404)에 충진된 절연층(50)이 노출되도록 기판(10)의 타면을 연마함으로써, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다.A process of forming the lower insulating
커패시터 박막 패턴(30)은 기판(10)의 일면 상에 형성된다. 예를 들어, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 형성하는 단계를 포함하는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)은 하부 절연층(20)의 상면에 형성되며, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 형성하는 단계를 포함하지 않는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)은 기판(10)의 일면에 직접 형성된다.The capacitor
이러한 커패시터 박막 패턴(30)은 박막 형태의 패턴화된 제1 금속층(310), 커패시터 절연층(324), 제2 금속층(334)을 순차적으로 형성하는 과정을 통해 형성된다. 이러한 공정은 일반적이기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The capacitor
도 6을 추가적으로 참조하면, 트렌치 형성단계(S120)에서는, 커패시터 박막 패턴(30)이 형성된 기판(10)을 식각하여 커패시터의 단위 영역을 정의하는 트렌치(402, 404)를 형성하는 과정이 수행된다. 후술하는 절연층 형성단계(S130)를 통해, 트렌치(402, 404)에 채워지는 절연층(50)은 전기적 절연성을 확보하기 위한 것이기 때문에, 트렌치(402, 404)의 폭이 넓을수록 절연성 확보에 유리해진다. 예를 들어, 수 GHz의 응용 대역의 경우, 트렌치(402, 404)의 폭이 약 10um 이상인 조건을 만족하면, 충분한 절연성 확보가 가능하다.6, in the trench formation step S120, a process of forming the
도 7을 추가적으로 참조하면, 절연층 형성단계(S130)에서는, 트렌치(402, 404)와 기판(10) 상에 절연층(50)을 형성하는 과정이 수행된다. 예를 들어, 절연층 형성단계(S130)에서는, 유기 라미네이션(organic lamination) 또는 스핀 코팅(spin coating) 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방식을 이용하여 트렌치(402, 404)와 기판(10) 상에 절연층(50)을 형성하도록 구성될 수 있다. 절연층(50) 형성을 위해 비용 측면에서 이점이 있는 유기 라미네이션 방식이 바람직하지만, 트렌치(402, 404)의 폭과 깊이에 따라 스핀 코팅 또는 화학기상증착 방식도 적용가능하다.7, in the insulating layer forming step S130, a process of forming the insulating
도 8을 추가적으로 참조하면, 배선홀 형성단계(S140)에서는, 절연층(50)에 커패시터를 구성하는 금속층들 즉, 제1 금속층(310)과 제2 금속층(334)이 노출되도록 커패시터용 배선홀들(502, 504)을 형성하는 과정이 수행된다.8, in the wiring hole forming step S140, the metal layer constituting the capacitor, that is, the
도 9를 추가적으로 참조하면, 커패시터 전극배선 형성단계(S150)에서는, 커패시터용 배선홀들(502, 204)에 도전성 물질을 충진하여 커패시터 전극배선(602, 604)을 형성하는 과정이 수행된다.9, in the capacitor electrode wiring formation step S150, a process of forming the
도 10을 추가적으로 참조하면, 기판 연마단계(S160)에서는, 트렌치(402, 404)에 형성된 절연층(50)이 노출되도록 기판(10)의 타면을 연마하는 과정이 수행된다. 이 과정은 화학적 연마 또는 기계적 연마를 통해 수행될 수 있다.10, polishing of the other surface of the
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터 제조방법이 수행되면, 기판(10)의 타면 즉, 커패시터 박막 패턴(30)이 형성된 기판(10)의 일면과 대향하는 반대면이 연마되어 트렌치(402, 404)에 형성된 절연층(50)이 노출된 구조를 갖는다. 이러한 구조에 따르면, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다. 보다 구체적으로, 실리콘 기반의 고주파 회로에서 커패시터의 전기적 손실 특성을 크게 향상시켜 전체적인 시스템 IC의 성능을 향상시킬 수 있으며, 모든 RF 회로를 통합하는 SoC(System on a Chip) 구현이 가능해지고, 고주파 패키지 응용을 위한 유손실(lossy) 실리콘 기반의 대구경 IPD(Integrated Passive Device) 및 인터포저(Interposer) 양산이 가능해지는 효과가 있다. 또한, 트렌치 형성과 절연층 형성 및 기판(10) 연마라는 단순한 공정을 통해, 커패시터의 전기적 특성을 효과적으로 향성시킬 수 있다.
When the method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention is performed as described above, the other surface of the
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자의 단면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자의 평면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view of a passive element including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a plan view of a passive element including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자는 기판(10), 하부 절연층(20), 커패시터 박막 패턴(30), 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336), 트렌치(402, 404, 406, 408), 절연층(50), 커패시터 전극배선(602, 604) 및 인덕터 박막 패턴(606)을 포함하여 구성된다.11 and 12, a passive device including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention includes a
기판(10)은 유손실(lossy) 특성을 갖는 실리콘 재질의 기판일 수 있다. 기판(10)의 일면은 후술하는 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 박막 패턴(606)이 형성되는 면이고, 기판(10)의 타면은 이와 대향하는 반대면이다.The
하부 절연층(20)은 기판(10)의 일면에 형성되어 있으며, 유손실 특성을 갖는 실리콘의 전기적 손실을 줄이는 기능을 수행한다. 예를 들어, 이러한 하부 절연층(20)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)일 수 있으며, 공정 단가와 웨이퍼 휨을 고려해 수 um 이내의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 하부 절연층(20)은 선택적인 구성요소이다. 즉, 하부 절연층(20)이 없어도 후술하는 바와 같이, 기판(10)에 트렌치(402, 404, 406, 408)를 형성하고, 이 트렌치(402, 404, 406, 408)에 절연층(50)을 충진한 이후, 트렌치(402, 404, 406, 408)에 충진된 절연층(50)이 노출되도록 기판(10)의 타면을 연마함으로써, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다.The lower insulating
커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 기판(10)의 일면 상에 형성되어 있으며, 동일 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다.The capacitor
예를 들어, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 포함하는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 하부 절연층(20)의 상면에 형성되며, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 포함하지 않는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 기판(10)의 일면에 형성된다.For example, when the present embodiment includes the lower insulating
커패시터 박막 패턴(30)은 박막 형태로 패턴화된 제1 금속층(310), 커패시터 절연층(324), 제2 금속층(334)을 포함하여 구성된다. 또한, 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 제2 금속층 형성 공정에서 제2 금속층(334)과 함께 형성될 수 있으며, 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)의 하부에는 인덕터 절연층(326)이 형성될 수 있다. 이 인덕터 절연층(326)은 커패시터 절연층 형성 공정에서 커패시터 절연층(324)과 함께 형성될 수 있다.The capacitor
트렌치(402, 404, 406, 408)는 커패시터와 인덕터의 단위 영역을 정의하도록 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)이 형성된 기판(10)을 식각하여 형성된다. 트렌치(402, 404, 406, 408)에 채워지는 절연층(50)은 전기적 절연성을 확보하기 위한 것이기 때문에, 트렌치(402, 404, 406, 408)의 폭이 넓을수록 절연성 확보에 유리해진다. 예를 들어, 수 GHz의 응용 대역의 경우, 트렌치(402, 404, 406, 408)의 폭이 약 10um 이상인 조건을 만족하면, 충분한 절연성 확보가 가능하다.The
절연층(50)은 트렌치(402, 404, 406, 408)를 충진하면서 기판(10) 상에 형성되어 있으며, 이 절연층(50)에는 커패시터를 구성하는 금속층들 즉, 제1 금속층(310)과 제2 금속층(334)을 노출시키는 커패시터용 배선홀들(502, 504)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)을 노출시키는 인덕터용 배선홀들(506, 508)이 형성되어 있다.The insulating
커패시터 전극배선(602, 604)은 절연층(50)에 형성된 커패시터용 배선홀들(502, 504)에 도전성 물질을 충진하여 형성된다.The
인덕터 박막 패턴(606)은 절연층(50)의 표면과 절연층(50)에 형성된 인덕터용 배선홀들(506, 508)에 형성된 도전성 물질로 이루어진다. 절연층(50)의 표면에 형성된 인덕터 박막 패턴(606)은 나선형(spiral)의 형상을 갖는다.The inductor
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자는 기판(10)의 타면 즉, 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 박막 패턴(606)이 형성된 기판(10)의 일면과 대향하는 반대면이 연마되어 트렌치(402, 404, 406, 408)에 형성된 절연층(50)이 노출된 구조를 갖는다. 이러한 구조에 따르면, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다. 보다 구체적으로, 실리콘 기반의 고주파 회로에서 수동소자의 전기적 손실 특성을 크게 향상시켜 전체적인 시스템 IC의 성능을 향상시킬 수 있으며, 모든 RF 회로를 통합하는 SoC(System on a Chip) 구현이 가능해지고, 고주파 패키지 응용을 위한 유손실(lossy) 실리콘 기반의 대구경 IPD(Integrated Passive Device) 및 인터포저(Interposer) 양산이 가능해지는 효과가 있다.
A passive element including a capacitor and an inductor according to an exemplary embodiment of the present invention includes a passive element including a capacitor and an inductor connected to one surface of a
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법의 공정 순서도이고, 도 14 내지 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법의 공정 단면도들이다.FIG. 13 is a process flow diagram of a passive device manufacturing method including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 14 to 19 illustrate a passive device manufacturing method including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention Fig.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법은 박막 패턴 형성단계(S210), 트렌치 형성단계(S220), 절연층 형성단계(S230), 배선홀 형성단계(S240), 커패시터 전극배선 형성단계(S250), 인덕터 박막 패턴(606) 형성단계 및 기판 연마단계(S270)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 13, a passive device manufacturing method including a capacitor and an inductor according to an embodiment of the present invention includes a thin film pattern forming step S210, a trench forming step S220, an insulating layer forming step S230, A capacitor electrode wiring formation step S250, an inductor thin film pattern formation step, and a substrate polishing step S270.
도 14를 추가적으로 참조하면, 박막 패턴 형성단계(S210)에서는, 기판(10)의 일면 상에 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)을 형성하는 과정이 수행된다.14, the process of forming the capacitor
기판(10)은 유손실(lossy) 특성을 갖는 실리콘 재질의 기판일 수 있다. 기판(10)의 일면은 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)이 형성되는 면이고, 기판(10)의 타면은 이와 대향하는 반대면이다.The
커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)을 형성하기 전에, 기판(10)의 일면에 하부 절연층(20)을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 이러한 하부 절연층(20)은 유손실 특성을 갖는 실리콘의 전기적 손실을 줄이는 기능을 수행한다. 예를 들어, 이러한 하부 절연층(20)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)일 수 있으며, 공정 단가와 웨이퍼 휨을 고려해 수 um 이내의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 하부 절연층(20)은 선택적인 구성요소이다. 즉, 하부 절연층(20)이 없어도 후술하는 공정 즉, 기판(10)에 트렌치(402, 404, 406, 408)를 형성하고, 이 트렌치(402, 404, 406, 408)에 절연층(50)을 충진한 이후, 트렌치(402, 404, 406, 408)에 충진된 절연층(50)이 노출되도록 기판(10)의 타면을 연마함으로써, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다.A process of forming the lower insulating
커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 기판(10)의 일면 상에 형성되어 있으며, 동일 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다.The capacitor
예를 들어, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 포함하는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 하부 절연층(20)의 상면에 동일 공정을 통해 동시에 형성되며, 본 실시 예가 하부 절연층(20)을 포함하지 않는 경우, 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 기판(10)의 일면에 동일 공정을 통해 동시에 형성된다.For example, when the present embodiment includes the lower insulating
커패시터 박막 패턴(30)은 박막 형태로 패턴화된 제1 금속층(310), 커패시터 절연층(324), 제2 금속층(334)을 포함하여 구성된다. 또한, 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)은 제2 금속층 형성 공정에서 제2 금속층(334)과 함께 형성될 수 있으며, 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)의 하부에는 인덕터 절연층(326)이 형성될 수 있다. 이 인덕터 절연층(326)은 커패시터 절연층 형성 공정에서 커패시터 절연층(324)과 함께 형성될 수 있다.The capacitor
도 15를 추가적으로 참조하면, 트렌치 형성단계(S220)에서는, 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 배선용 박막 금속패턴(336)이 형성된 기판(10)을 식각하여 커패시터와 인덕터의 단위 영역을 정의하는 트렌치(402, 404, 406, 408)를 형성하는 과정이 수행된다. 후술하는 절연층 형성단계(S230)를 통해, 트렌치(402, 404, 406, 408)에 채워지는 절연층(50)은 전기적 절연성을 확보하기 위한 것이기 때문에, 트렌치(402, 404, 406, 408)의 폭이 넓을수록 절연성 확보에 유리해진다. 예를 들어, 수 GHz의 응용 대역의 경우, 트렌치(402, 404, 406, 408)의 폭이 약 10um 이상인 조건을 만족하면, 충분한 절연성 확보가 가능하다.15, in the trench forming step S220, the
도 16을 추가적으로 참조하면, 절연층 형성단계(S230)에서는, 트렌치(402, 404, 406, 408)와 기판(10) 상에 절연층(50)을 형성하는 과정이 수행된다. 예를 들어, 절연층 형성단계(S230)에서는, 유기 라미네이션(organic lamination) 또는 스핀 코팅(spin coating) 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방식을 이용하여 트렌치(402, 404, 406, 408)와 기판(10) 상에 절연층(50)을 형성하도록 구성될 수 있다. 절연층 형성을 위해 비용 측면에서 이점이 있는 유기 라미네이션 방식이 바람직하지만, 트렌치(402, 404, 406, 408)의 폭과 깊이에 따라 스핀 코팅 또는 화학기상증착 방식도 적용가능하다.16, the insulating
도 17을 추가적으로 참조하면, 배선홀 형성단계(S240)에서는, 절연층(50)에 커패시터를 구성하는 금속층들 즉, 제1 금속층(310)과 제2 금속층(334)이 노출되도록 커패시터용 배선홀들(502, 504)을 형성하고, 인덕터 배선용 박막 금속층이 노출되도록 인덕터용 배선홀들(506, 508)을 형성하는 과정이 수행된다.17, in the wiring hole forming step S240, the metal layer constituting the capacitor, that is, the
도 18을 추가적으로 참조하면, 커패시터 전극배선 형성단계(S250)에서는, 커패시터용 배선홀들(502, 504)에 도전성 물질을 충진하여 커패시터 전극배선(602, 604)을 형성하는 과정이 수행되고, 인덕터 박막 패턴 형성단계(S260)에서는, 절연층(50)에 형성된 인덕터용 배선홀들(506, 508)에 도전성 물질을 충진하는 한편 절연층(50)의 표면에 예를 들어, 나선형(spiral) 형상을 갖는 인덕터 박막 패턴(606)을 형성하는 과정이 수행된다.18, a process of forming the
도 19를 추가적으로 참조하면, 기판 연마단계(S270)에서는, 트렌치(402, 404, 406, 408)에 형성된 절연층(50)이 노출되도록 기판(10)의 타면을 연마하는 과정이 수행된다. 이 과정은 화학적 연마 또는 기계적 연마를 통해 수행될 수 있다.19, polishing of the other surface of the
이상에서 상세히 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법이 수행되면, 기판(10)의 타면 즉, 커패시터 박막 패턴(30)과 인덕터 박막 패턴(606)이 형성된 기판(10)의 일면과 대향하는 반대면이 연마되어 트렌치(402, 404, 406, 408)에 형성된 절연층(50)이 노출된 구조를 갖는다. 이러한 구조에 따르면, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 커패시터를 포함하는 수동소자의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상된다. 보다 구체적으로, 실리콘 기반의 고주파 회로에서 수동소자의 전기적 손실 특성을 크게 향상시켜 전체적인 시스템 IC의 성능을 향상시킬 수 있으며, 모든 RF 회로를 통합하는 SoC(System on a Chip) 구현이 가능해지고, 고주파 패키지 응용을 위한 유손실(lossy) 실리콘 기반의 대구경 IPD(Integrated Passive Device) 및 인터포저(Interposer) 양산이 가능해지는 효과가 있다.
The passive element manufacturing method including the capacitor and the inductor according to the embodiment of the present invention described above can be applied to the
이하에서는 도 20 내지 도 23을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터의 성능 특성을 종래의 커패시터와 비교하여 설명한다.Hereinafter, the performance characteristics of a capacitor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20 to 23, in comparison with a conventional capacitor.
커패시터 특히, MIM 커패시터는 회로에서 주로 직류 신호 또는 낮은 주파수 신호를 필터링(filtering)하거나 차단하는 목적으로 활용되기 때문에, 커패시터 용량과 대비하여 충분히 높은 주파수 영역에서는 회로적으로 단락(short) 상태로 인식되어 손실이 발생되지 않아야 한다. 그러나 실리콘과 같은 손실성(lossy) 기판에 집적된 MIM 커패시터는 높은 주파수 영역에서 커패시터의 하부에 위치하는 기판 영역으로 전기적인 손실이 발생하기 때문에, 일반적으로 사용되는 커패시터와 비교하여 매우 높은 삽입 손실이 발생하여 회로 응용이 어렵다는 문제점이 있다.Capacitors In particular, since MIM capacitors are mainly used for filtering or blocking DC signals or low frequency signals in a circuit, they are recognized as circuit shorts in a sufficiently high frequency region as compared to the capacitance of capacitors No loss should occur. However, MIM capacitors integrated on a lossy substrate such as silicon have very high insertion loss compared to commonly used capacitors because of the electrical loss to the substrate region located below the capacitor in the high frequency region There is a problem that application of the circuit is difficult.
그러나 이상에 상세히 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 종래의 커패시터와 비교하여, 동일한 커패시턴스 값 및 면적에서 소자의 삽입 손실 특성을 최소 10 배 이상 향상 시킬 수 있음을 실험을 통하여 확인 하였으며, 그 실험 결과는 다음과 같다.However, according to the embodiment of the present invention described above, it has been confirmed through experiments that the insertion loss characteristics of the device can be improved by at least 10 times in the same capacitance value and area as compared with the conventional capacitor, The results are as follows.
도 20과 도 21은 종래의 커패시터와 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터에 있어서, 커패시터의 단면적이 150×150um2인 경우의 S(Scattering) 파라미터에 대한 실험치를 상호 비교하여 나타낸 그래프이다.FIGS. 20 and 21 are graphs comparing experimental values of S (Scattering) parameters when a conventional capacitor and a capacitor according to an embodiment of the present invention have a cross sectional area of 150 × 150 μm 2 .
일반적으로 알려진 바와 같이, S 파라미터는 RF에서 가장 널리 사용되는 회로 성능 판단값으로서, 주파수분포상에서 입력신호와 출력신호의 비를 의미한다. 예를 들어 S(2,1)은, 1번 포트에서 입력한 신호와 2번 포트에서 출력된 신호의 비율을 의미한다. 즉 1번 포트로 입력된 신호가 2번 포트로 얼마나 출력되는가를 나타내는 수치이다.As is generally known, the S parameter is the most widely used circuit performance judgment value in RF, which means the ratio of the input signal to the output signal on the frequency distribution. For example, S (2,1) means the ratio of the signal input from
먼저 도 20을 참조하면, 주파수가 2.022GHz이고, 커패시터의 단면적이 150×150um2인 경우, 종래의 커패시터에 있어서의 S 파라미터가 개시되어 있다. 도 20에서, dB(S(5,5))는 반사(Reflection) 값이고, dB(S(6,5))는 전달(Transmission) 값이다.First, referring to FIG. 20, an S parameter in a conventional capacitor is disclosed when the frequency is 2.022 GHz and the cross-sectional area of the capacitor is 150 × 150 μm 2 . In Fig. 20, dB (S (5,5)) is the reflection value and dB (S (6,5)) is the transmission value.
다음으로 도 21을 참조하면, 주파수가 2.022GHz이고, 커패시터의 단면적이 150×150um2인 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터에 있어서의 S 파라미터가 개시되어 있다. 도 21에서, dB(S(3,3))는 반사 값이고, dB(S(4,3))는 전달 값이다.21, an S parameter in a capacitor according to an embodiment of the present invention is disclosed when the frequency is 2.022 GHz and the cross-sectional area of the capacitor is 150 x 150 um 2 . In Fig. 21, dB (S (3,3)) is the reflection value and dB (S (4,3)) is the transmission value.
도 22와 도 23은 종래의 커패시터와 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터에 있어서, 커패시터의 단면적이 300×300um2인 경우의 S 파라미터에 대한 실험치를 상호 비교하여 나타낸 그래프이다.FIGS. 22 and 23 are graphs comparing experimental values of the S parameter for a conventional capacitor and a capacitor according to an embodiment of the present invention when the cross-sectional area of the capacitor is 300 × 300 μm 2 .
먼저 도 22를 참조하면, 주파수가 2.022GHz이고, 커패시터의 단면적이 300×300um2인 경우, 종래의 커패시터에 있어서의 S 파라미터가 개시되어 있다. 도 22에서, dB(S(7,7))는 반사 값이고, dB(S(8,7))는 전달 값이다.Referring first to FIG. 22, S-parameters in a conventional capacitor are disclosed when the frequency is 2.022 GHz and the cross-sectional area of the capacitor is 300 × 300 μm 2 . In Fig. 22, dB (S (7,7)) is the reflection value and dB (S (8,7)) is the transmission value.
다음으로 도 23을 참조하면, 주파수가 2.022GHz이고, 커패시터의 단면적이 300×300um2인 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시터에 있어서의 S 파라미터가 개시되어 있다. 도 23에서, dB(S(1,1))는 반사 값이고, dB(S(2,1))는 전달 값이다.
Referring now to FIG. 23, an S parameter in a capacitor according to an embodiment of the present invention is disclosed when the frequency is 2.022 GHz and the cross-sectional area of the capacitor is 300 × 300 μm 2 . 23, dB (S (1,1)) is a reflection value, and dB (S (2,1)) is a transmission value.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판(10)의 타면 즉, 수동소자가 형성되는 기판(10)의 일면과 대향하는 반대면이 연마되어 트렌치(402, 404, 406, 408)에 형성된 절연층(50)이 노출된 구조를 갖기 때문에, 인접 단위 소자로의 전기적 누설의 통로를 원천적으로 차단하여 전기적 손실을 차단할 수 있고, 이에 따라, 최종 제품인 수동소자의 고주파 영역에서의 전기적 특성이 크게 향상되는 효과가 있다.As described above in detail, according to the present invention, the other surface of the
또한, 실리콘 기반의 고주파 회로에서 수동소자의 전기적 손실 특성을 크게 향상시켜 전체적인 시스템 IC의 성능을 향상시킬 수 있는 수동소자 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.In addition, there is an effect that a passive element and a manufacturing method thereof capable of greatly improving the electrical loss characteristic of a passive element in a silicon-based high-frequency circuit and improving the performance of the entire system IC are provided.
또한, 모든 RF 회로를 통합하는 SoC(System on a Chip) 구현을 가능하게 하는 수동소자 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.Further, there is an effect that a passive element and a manufacturing method thereof capable of implementing an SoC (System on a Chip) that integrates all RF circuits are provided.
또한, 고주파 패키지 응용을 위한 유손실(lossy) 실리콘 기반의 대구경 IPD(Integrated Passive Device) 및 인터포저(Interposer) 양산을 가능하게 하는 수동소자수동소자수동소자제공되는 효과가 있다.
Also, there is an effect that a passive component passive component enabling mass production of a large-diameter IPD (Integrated Passive Device) and an interposer based on a lossy silicon for a high frequency package application is provided.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부된 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.
10: 기판
20: 하부 절연층
30: 커패시터 박막 패턴
310: 제1 금속층
324: 커패시터 절연층
326: 인덕터 절연층
334: 제2 금속층
336: 인덕터 배선용 박막 금속패턴
402, 404, 406, 408: 트렌치
50: 절연층
502, 504: 커패시터용 배선홀
506, 508: 인덕터용 배선홀
602, 604: 커패시터 전극배선
606: 인덕터 박막 패턴
S110, S210: 박막 패턴 형성단계
S120, S220: 트렌치 형성단계
S130, S230: 절연층 형성단계
S140, S240: 배선홀 형성단계
S150, S250: 커패시터 전극배선 형성단계
S260: 인덕터 박막 패턴 형성단계
S160, S270: 기판 연마단계10: substrate
20: Lower insulating layer
30: capacitor thin film pattern
310: first metal layer
324: Capacitor insulating layer
326: Inductor insulation layer
334: second metal layer
336: Thin metal pattern for inductor wiring
402, 404, 406, 408: trenches
50: insulating layer
502, 504: wiring hole for capacitor
506, 508: wiring hole for inductor
602, 604: Capacitor electrode wiring
606: Inductor thin film pattern
S110, S210: thin film pattern formation step
S120, S220: Trench forming step
S130, S230: Insulating layer forming step
S140, S240: wiring hole forming step
S150, S250: capacitor electrode wiring formation step
S260: Inductor thin film pattern formation step
S160, S270: Substrate polishing step
Claims (13)
커패시터의 단위 영역을 정의하도록 상기 커패시터 박막 패턴이 형성된 기판을 식각하여 형성된 트렌치(trench);
상기 트렌치를 충진하면서 상기 기판 상에 형성되어 있으며 상기 커패시터를 구성하는 금속층들을 노출시키는 커패시터용 배선홀들이 형성되어 있는 절연층; 및
상기 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 형성된 커패시터 전극배선을 포함하고,
상기 기판의 타면은 상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 연마되어 있는 것을 특징으로 하는, 커패시터.A capacitor thin film pattern formed on one surface of a substrate;
A trench formed by etching a substrate on which the capacitor thin film pattern is formed to define a unit area of the capacitor;
An insulating layer formed on the substrate while filling the trenches, the insulating interlayer being formed with capacitor wiring holes exposing the metal layers constituting the capacitor; And
And a capacitor electrode wiring formed by filling a conductive material into the capacitor wiring holes,
And the other surface of the substrate is polished to expose an insulating layer formed on the trench.
상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 커패시터.The method according to claim 1,
Wherein the substrate is made of a silicon material, and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern.
상기 커패시터 박막 패턴이 형성된 기판을 식각하여 커패시터의 단위 영역을 정의하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성단계;
상기 트렌치와 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계;
상기 절연층에 상기 커패시터를 구성하는 금속층들이 노출되도록 커패시터용 배선홀들을 형성하는 배선홀 형성단계;
상기 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 커패시터 전극배선을 형성하는 커패시터 전극배선 형성단계; 및
상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 상기 기판의 타면을 연마하는 기판 연마단계를 포함하는, 커패시터 제조방법.A thin film pattern forming step of forming a capacitor thin film pattern on one surface of a substrate;
A trench forming step of forming a trench defining a unit area of the capacitor by etching the substrate on which the capacitor thin film pattern is formed;
Forming an insulating layer on the trench and the substrate;
A wiring hole forming step of forming capacitor wiring holes so that metal layers constituting the capacitor are exposed to the insulating layer;
Forming a capacitor electrode wiring by filling the capacitor wiring holes with a conductive material to form a capacitor electrode wiring; And
And polishing a second surface of the substrate such that an insulating layer formed on the trench is exposed.
상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 커패시터 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the substrate is made of silicon, and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern.
상기 절연층 형성단계에서는, 유기 라미네이션(organic lamination) 또는 스핀 코팅(spin coating) 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방식을 이용하여 상기 트렌치와 상기 기판 상에 상기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 커패시터 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the insulating layer is formed on the trench and the substrate by using organic lamination, spin coating or chemical vapor deposition in the insulating layer forming step , A method of manufacturing a capacitor.
커패시터와 인덕터의 단위 영역을 정의하도록 상기 커패시터 박막 패턴과 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴이 형성된 기판을 식각하여 형성된 트렌치;
상기 트렌치를 충진하면서 상기 기판 상에 형성되어 있으며 상기 커패시터를 구성하는 금속층들을 노출시키는 커패시터용 배선홀들과 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴을 노출시키는 인덕터용 배선홀들이 형성되어 있는 절연층;
상기 절연층에 형성된 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 형성된 커패시터 전극배선; 및
상기 절연층의 표면과 상기 절연층에 형성된 인덕터용 배선홀들에 형성된 도전성 물질로 이루어진 인덕터 박막 패턴을 포함하고,
상기 기판의 타면은 상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 연마되어 있는 것을 특징으로 하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자.A capacitor thin film pattern formed on one surface of a substrate and a thin film metal pattern for inductor wiring;
A trench formed by etching the substrate on which the capacitor thin film pattern and the thin film metal pattern for inductor wiring are formed to define unit areas of the capacitor and the inductor;
An insulating layer formed on the substrate while filling the trenches, wherein the capacitor wiring holes expose the metal layers constituting the capacitor and the inductor wiring holes expose the inductor wiring thin metal pattern;
A capacitor electrode wiring formed by filling a conductive material into capacitor wiring holes formed in the insulating layer; And
And an inductor thin film pattern made of a conductive material formed on a surface of the insulating layer and wiring holes for inductors formed in the insulating layer,
Wherein the other surface of the substrate is polished to expose an insulating layer formed on the trench.
상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 및 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자.The method according to claim 6,
Wherein the substrate is made of silicon and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern and the inductor wiring thin film metal pattern.
상기 절연층의 표면에 형성된 인덕터 박막 패턴은 나선형(spiral)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자.The method according to claim 6,
Wherein the inductor thin film pattern formed on the surface of the insulating layer has a spiral shape.
상기 커패시터 박막 패턴과 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴이 형성된 기판을 식각하여 커패시터와 인덕터의 단위 영역을 정의하는 트렌치를 형성하는 트렌치 형성단계;
상기 트렌치와 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계;
상기 절연층에 상기 커패시터를 구성하는 금속층들이 노출되도록 커패시터용 배선홀들과 상기 인덕터 배선용 박막 금속층이 노출되도록 인덕터용 배선홀들을 형성하는 배선홀 형성단계;
상기 커패시터용 배선홀들에 도전성 물질을 충진하여 커패시터 전극배선을 형성하는 커패시터 전극배선 형성단계;
상기 절연층에 형성된 인덕터용 배선홀들에 상기 도전성 물질을 충진하고 상기 절연층의 표면에 인덕터 박막 패턴을 형성하는 인덕터 박막 패턴 형성단계; 및
상기 트렌치에 형성된 절연층이 노출되도록 상기 기판의 타면을 연마하는 기판 연마단계를 포함하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법.A thin film pattern forming step of forming a capacitor thin film pattern and a thin film metal pattern for inductor wiring on one surface of a substrate;
A trench forming step of forming a trench defining a unit area of the capacitor and the inductor by etching the substrate on which the capacitor thin film pattern and the thin film metal pattern for inductor wiring are formed;
Forming an insulating layer on the trench and the substrate;
A wiring hole forming step of forming inductor wiring holes such that the capacitor wiring holes and the inductor wiring thin film metal layer are exposed so that the metal layers constituting the capacitor are exposed to the insulating layer;
Forming a capacitor electrode wiring by filling the capacitor wiring holes with a conductive material to form a capacitor electrode wiring;
Forming an inductor thin film pattern on the surface of the insulating layer by filling the inductor wiring holes formed in the insulating layer with the conductive material; And
And polishing the other surface of the substrate so that the insulating layer formed on the trench is exposed.
상기 기판은 실리콘 재질이고, 상기 기판의 일면과 상기 커패시터 박막 패턴 및 상기 인덕터 배선용 박막 금속패턴 사이에는 하부 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the substrate is made of a silicon material and a lower insulating layer is formed between one surface of the substrate and the capacitor thin film pattern and the inductor wiring thin film metal pattern.
상기 절연층 형성단계에서는, 유기 라미네이션(organic lamination) 또는 스핀 코팅(spin coating) 또는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 방식을 이용하여 상기 트렌치와 상기 기판 상에 상기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the insulating layer is formed on the trench and the substrate by using organic lamination, spin coating or chemical vapor deposition in the insulating layer forming step , A capacitor and an inductor.
상기 커패시터 전극배선 형성단계와 상기 인덕터 박막 패턴 형성단계는 동일 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the step of forming the capacitor electrode wiring and the step of forming the inductor thin film pattern are performed in the same process.
상기 인덕터 박막 패턴 형성단계에서 상기 절연층의 표면에 형성되는 인덕터 박막 패턴은 나선형(spiral)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 커패시터와 인덕터를 포함하는 수동소자 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the inductor thin film pattern formed on the surface of the insulating layer in the step of forming the inductor thin film pattern has a spiral shape.
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US20030062622A1 (en) | 2001-10-03 | 2003-04-03 | International Rectifier Corp. | Plural semiconductor devices in monolithic flip chip |
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