KR19980082908A

KR19980082908A - Fine inductor and its manufacturing method

Info

Publication number: KR19980082908A
Application number: KR1019970018014A
Authority: KR
Inventors: 양정윤
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-12-05

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

반도체 장치 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention

전자제품의 소형화에 따라 좁은 영역에서 큰 인덕턴스를 갖는 미세 인덕터를 필요로 한다. 그러나, 종래의 기술로 구현되는 2차원 구조의 인덕터는 그 길이가 늘어남에 따라 지름 또한 증가하므로 인덕터 용량 증가에는 한계가 있었음.Miniaturization of electronic products requires fine inductors with large inductance in a narrow area. However, since the diameter of the two-dimensional inductor implemented by the conventional technology increases as the length increases, the inductor capacity has been limited.

3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention

반도체 고집적 기술을 이용한 3차원 구조를 갖는 미세 인덕터 및 그 제조 방법을 제공하고자함.To provide a fine inductor having a three-dimensional structure using a semiconductor high integration technology and a method of manufacturing the same.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

반도체 장치 제조에 이용됨.Used to manufacture semiconductor devices.

Description

Fine inductor and its manufacturing method.

휴대용 전화기, 마이크로 컴퓨터, 파워앰프 등에 특정 주파수만을 통과 또는 제거하는 필터(filter)를 사용하는데, 이러한 필터는 통상 RLC 회로소자들을 사용하여 구성한다. 그러므로, 제품의 소형화에 따라 좁은 영역에서 큰 인덕턴스를 얻을 수 있는 마이크로 크기의 미세 인덕터 제조 기술이 절실히 요구된다.A filter for passing or removing only a specific frequency is used in portable telephones, microcomputers, power amplifiers, and the like, which is typically configured using RLC circuitry. Therefore, as the miniaturization of the product, there is an urgent need for a micro-sized fine inductor manufacturing technology capable of obtaining large inductance in a narrow area.

도1에 도시한 바와 같이 인덕터는 3차원 구조를 가지며 인덕턴스는 길이(L)에 비례하고 반지름(R)에 반비례 한다.As shown in Fig. 1, the inductor has a three-dimensional structure and the inductance is proportional to the length L and inversely proportional to the radius R.

도2는 종래 기술에 따라 반도체 기판 상에 구현된 2차원 인덕터 평면도이다. 도시한 바와 같이 인덕터의 길이가 늘어날수록 지름 또한 증가하여 인덕터 용량의 증가에는 한계가 있었다.2 is a plan view of a two-dimensional inductor implemented on a semiconductor substrate according to the prior art. As shown, as the length of the inductor increases, the diameter also increased, so there was a limit to the increase of the inductor capacity.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 반도체 집적 기술을 이용하여 좁은 영역에서 큰 인덕턴스를 얻을 수 있는 3차원 구조의 미세 인덕터및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.Disclosure of Invention The present invention devised to solve the above problems is an object of the present invention to provide a fine inductor having a three-dimensional structure that can obtain a large inductance in a narrow region using a semiconductor integrated technology and a method of manufacturing the same.

도1은 통상의 전기 장치에 사용되는 인덕터의 간략도.1 is a simplified diagram of an inductor used in a conventional electrical device.

도2는 종래기술로 형성된 반도체 장치의 인덕터 평면도.2 is a plan view of an inductor of a semiconductor device formed in the prior art.

도3A 내지 도3D는 본 발명 따른 고집적 반도체 장치의 코어를 포함하지 않는 미세 인덕터의 3차원 구조.3A to 3D are three-dimensional structures of a fine inductor not including the core of the highly integrated semiconductor device according to the present invention.

도4A 내지 도4D는 본 발명에 따른 형성된 고집적 반도체 장치의 코어를 포함하는 미세 인덕터의 3차원 구조.4A-4D illustrate a three dimensional structure of a fine inductor including a core of a formed highly integrated semiconductor device according to the present invention.

도5은 본 발명에 따라 형성된 고집적 반도체 장치의 미세 변압기 평면도.5 is a plan view of a fine transformer of a highly integrated semiconductor device formed in accordance with the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

31, 41; 반도체 기판 또는 절연막32, 42, 51; 하부금속배선단위31, 41; Semiconductor substrates or insulating films 32, 42, and 51; Bottom metal wiring unit

33; 절연막34, 46, 53; 전단 콘택홀33; Insulating films 34, 46 and 53; Shear contact hole

35, 47, 54; 후단 콘택홀36, 48, 55; 상부금속배선단위35, 47, 54; Rear contact holes 36, 48, 55; Upper metal wiring unit

43; 제1 절연막44, 52; 중간금속배선43; First insulating films 44 and 52; Intermediate metal wiring

45; 제2 절연막45; Second insulating film

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수의 하부 금속 배선 단위;The present invention for achieving the above object is a plurality of lower metal wiring unit;

상기 하부 금속 배선 단위 상의 절연막을 통하여 상기 각 하부 금속 배선 양단에 형성된 전단 콘택홀과 후단 콘택홀; 및 상기 하부 금속 배선 단위 상의 전단 콘택홀과 인접하는 하부 금속 배선 단위 상의 후단 콘택홀을 연결하는 다수의 상부 금속 배선 단위로 포함하여 구비되는 3차원 코일 구조의 미세 인덕터인 것을 특징으로 한다.A front end contact hole and a rear end contact hole formed at both ends of each lower metal interconnection through an insulating layer on the lower metal interconnection unit; And a plurality of upper metal wiring units connecting the front end contact hole on the lower metal wiring unit and the rear contact hole on the lower metal wiring unit to be adjacent to the lower metal wiring unit.

또한, 다수의 하부금속배선 단위; 상기 하부금속배선단위 상에 형성된 제 1절연막; 상기 제1 절연막 상에 형성된 하부 금속 배선 단위와 직교하는 중간 금속 배선; 상기 중간 금속 배선 위에 형성된 제2 절연막; 상기 제2 절연막 및 제1 절연막을 통하여 중간 금속 배선을 사이에 두고 각 하부 금속 배선 상의 양단에 형성된 전단 콘택홀과 후단 콘택홀; 및 상기 하부금속배선단위 상의 전단 콘택홀과 인접하는 하부 금속 배선 단위상의 후단 콘택홀을 연결하는 다수의 상부 금속 배선으로 이루어진 코어를 포함하여 구비되는 3차원 코일 구조의 미세 인덕터인 것을 특징으로 한다.In addition, a plurality of lower metal wiring units; A first insulating film formed on the lower metal wiring unit; An intermediate metal interconnection orthogonal to a lower metal interconnection unit formed on the first insulating layer; A second insulating film formed on the intermediate metal wiring; A front end contact hole and a rear end contact hole formed at both ends of each lower metal wire through the second insulating film and the first insulating film with intermediate metal wiring interposed therebetween; And a core formed of a plurality of upper metal wires connecting the front end contact hole on the lower metal wire unit and the rear contact hole on the lower metal wire unit to be adjacent to the lower metal wire unit.

또한, 반도체 기판 또는 절연막 상에 하부 금속 배선 단위를 형성하기 위한 전도막을 증착하는 단계; 상기 전도막을 사진식각하여 다수의 하부 금속 배선 단위를 형성하는 단계; 제1 절연막을 형성하여 평탄화하는 단계; 중간 금속 배선을 형성하기 위한 전도막을 증착하는 단계; 상기 전도막을 사진식각하여 하부 금속 배선과 직교하는 중간 금속 배선을 형성하는 단계; 제2 절연막을 형성하여 평탄화하는 단계; 상기 제2 절연막, 제1 절연막을 사진식각하여 중간 금속 배선을 사이에 두고 상기 각각의 하부 금속 배선 단위 상의 양단에 전단 콘택홀과 후단 콘택홀을 형성하는 단계; 상부 금속 배선 단위를 형성하기 위한 전도막을 증착하는 단계; 상기 전도막을 사진식각하여 각각의 하부 금속 배선 단위 상의 전단 콘택홀과 바로 인접하는 하부 금속 배선 단위 상의 후단 콘택홀을 연결하는 다수의 상부 금속 배선 단위를 형성하는 단계를 포함하는 3차원 코일 구조의 미세 인덕터 제조 방법인 것을 특징으로 한다.Also, depositing a conductive film for forming a lower metal wiring unit on a semiconductor substrate or an insulating film; Photographing the conductive film to form a plurality of lower metal wiring units; Forming and planarizing a first insulating film; Depositing a conductive film for forming the intermediate metal wiring; Photo-etching the conductive film to form an intermediate metal wire orthogonal to a lower metal wire; Forming and planarizing a second insulating film; Photographing the second insulating film and the first insulating film to form a front contact hole and a rear contact hole at both ends of each lower metal wiring unit with intermediate metal wiring interposed therebetween; Depositing a conductive film for forming the upper metal wiring unit; Photo-etching the conductive film to form a plurality of upper metal wiring units connecting a front contact hole on each lower metal wiring unit and a rear contact hole on a lower metal wiring unit immediately adjacent to each other; Characterized in that the inductor manufacturing method.

이하, 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

인덕터는 보통 권선(winding)으로 이루어지며 코어(core)를 포함하는 것과 포함하지 않는 것으로 나누어진다.Inductors are usually made of windings and are divided into those with and without cores.

도 3A는 본 발명의 일실시예에 따른 고집적 반도체 장치의 코어를 포함하지 않는 3차원 구조의 미세 인덕터 평면도이다. 본 발명에 따른 3차원 구조의 미세 인덕터는 다수의 하부 금속 배선 단위(32)와 상기 하부 금속 배선 단위(32) 상의 절연막(도시하지 않음)을 통하여 각 하부 금속 배선 양단(32)에 형성된 전단과 후단의 콘택홀(34, 35) 및 상기 하부 금속 배선 단위(32) 상의 전단 콘택홀(34)과 인접하는 하부 금속 배선 단위(32) 상의 후단 콘택홀(35)을 연결하는 다수의 상부 금속 배선 단위(36)로 이루어진다. 따라서, 상부 또는 하부 금속 배선의 일단으로 주입된 전류가 절연막을 사이에 두고 상부 및 하부에 형성된 나선 구조의 금속 배선을 따라 흐르게 됨으로써 인덕터를 이루는 것이다.3A is a plan view illustrating a fine inductor having a three-dimensional structure without a core of a highly integrated semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. The micro-inductor having a three-dimensional structure according to the present invention includes a front end formed at each end 32 of each lower metal wiring unit through a plurality of lower metal wiring units 32 and an insulating film (not shown) on the lower metal wiring units 32. A plurality of upper metal wires connecting the rear contact holes 34 and 35 and the rear contact hole 35 on the lower metal wiring unit 32 adjacent to the front contact hole 34 on the lower metal wiring unit 32. It consists of unit 36. Therefore, the current injected into one end of the upper or lower metal wiring flows along the metal wiring of the spiral structure formed on the upper and lower portions with the insulating film interposed therebetween to form the inductor.

다음의 도3B내지 도3D는 본 발명에 따른 코어를 포함하지 않는 3차원 구조의 미세 인덕터 형성 방법을 설명한다. 도 3B, 3C 및 3D는 각각 도 3A에서 A-A′, B-B', C-C'를 절단한 단면도이다.3B to 3D illustrate a method of forming a fine inductor having a three-dimensional structure without a core according to the present invention. 3B, 3C, and 3D are cross-sectional views taken along the line A-A ', B-B', and C-C 'in FIG. 3A, respectively.

먼저, 도 3B에 도시한 바와 같이 GaAs 등과 같은 반도체 기판 상 또는 절연막 상(31)에 하부금속배선 단위(32)를 형성하기 위한 전도막을 증착한다. 여기서 갈륨비소(GaAs) 기판을 사용하는 것은 갈륨비소 기판이 실리콘 기판보다 고주파대에서 이득과 대역폭 특성이 양호하고 캐리어 이동도가 커서 고속 소자에 적합하고, 또한 도핑을 하지 않은 갈륨비소 기판은 절연체에 가까운 성질을 지니고 있어 별도의 산화공정이 필요하지 않기 때문이다. 상기 전도막을 사진식각하여 도 3A에 도시한 바와 같이 하부금속배선단위(32)를 형성한다. 인덕터의 지름과 길이를 고려하여 상기 하부금속배선단위(32)의 크기와 수를 변화시킴으로써 원하는 인덕터 특성을 얻을 수 있다.First, as shown in FIG. 3B, a conductive film for forming the lower metal wiring unit 32 is deposited on a semiconductor substrate or an insulating film 31 such as GaAs or the like. Here, a gallium arsenide (GaAs) substrate is suitable for high-speed devices because the gallium arsenide substrate has better gain and bandwidth characteristics at a higher frequency band than a silicon substrate and has a higher carrier mobility. This is because it has close properties and does not require a separate oxidation process. The conductive film is etched to form a lower metal wiring unit 32 as shown in FIG. 3A. In consideration of the diameter and length of the inductor, desired size of the inductor may be obtained by changing the size and number of the lower metal wiring units 32.

다음으로, 절연막(33)을 성장하여 평탄화시킨후 도 3A와 3D에 도시한 바와 같이, 전단 콘택홀(34)과 후단 콘택홀(35)이 하부금속배선단위(32) 상의 양단에 위치하도록 형성한다. 다음으로 상부 금속 배선 단위(36)를 형성하기 위한 전도막을 증착하고 사진식각하여 도 3A에 도시한 바와 같이, 하부금속배선단위(32) 상의 전단 콘택홀(34)과 이웃하는 하부금속배선단위(32)상의 후단 콘택홀(35)이 연결되도록 다수의 상부 금속 배선 단위(36)를 형성하여 3차원 코일 구조를 구현함으로써 코어를 포함하지 않는 3차원 구조의 미세 인덕터를 형성한다.Next, after the insulating film 33 is grown and planarized, the front contact hole 34 and the rear contact hole 35 are formed at both ends on the lower metal wiring unit 32 as shown in FIGS. 3A and 3D. do. Next, as illustrated in FIG. 3A, the conductive film for forming the upper metal wiring unit 36 is deposited and etched, and the lower metal wiring unit adjacent to the front end contact hole 34 on the lower metal wiring unit 32 ( A plurality of upper metal wiring units 36 are formed to connect the rear end contact holes 35 on the 32 to implement a three-dimensional coil structure to form a three-dimensional fine inductor having no core.

도 4A는 본 발명에 따른 또다른 일실시예로서 고집적 반도체 장치의 코어를 포함하는 3차원 구조의 미세 인덕터 평면도이다. 상기 실시예와 같이 인덕터를 제조하는 과정에서 중간금속배선을 삽입하는 것을 특징으로 하는 것으로 중간금속배선에 전류를 통과시켜 인덕터에 유도전류가 흐르게 하는 구조이다. 도 4B, 4C 및 4D는 각각 도 4A에서 A-A′, B-B', C-C'를 절단한 단면도이다.FIG. 4A is a plan view of a three-dimensional fine inductor including a core of a highly integrated semiconductor device according to another embodiment of the present invention. The intermediate metal wiring is inserted in the process of manufacturing the inductor as in the above embodiment. The current flows through the intermediate metal wiring to allow the induction current to flow through the inductor. 4B, 4C, and 4D are cross-sectional views taken along the line A-A ', B-B', and C-C 'in FIG. 4A, respectively.

도 4C에 도시한 바와 같이 갈륨비소 등과 같은 반도체 기판 상 또는 절연막 상(41)에 하부금속배선단위(42)를 형성하기 위한 전도막을 증착한다. 상기 전도막을 사진식각하여 도 4A에 도시한 바와 같이 하부금속배선단위(42)를 형성한다. 다음으로 제1 절연막(43)을 성장하여 평탄화시킨 후 중간 금속 배선(44)을 형성하기 위한 전도막을 증착한후 사진식각공정을 통하여 도 4A에 도시한 바와 같이 하부금속배선단위에 직교하는 중간금속배선(44)을 형성한다. 다음으로 제2 절연막(45)을 형성하여 평탄화를 시킨 후 전단 콘택홀(46)과 후단 콘택홀(47)이 중간 금속 배선(44)을 사이에 두고 하부 금속 배선 단위(42) 상의 양단에 위치하도록 형성한다. 다음으로 상부금속 배선 단위를 형성하기 위한 전도막을 증착하고 사진식각하여 도 4A에 도시한 바와 같이 하부금속배선단위(42) 상의 전단 콘택홀(46)과 이웃하는 하부 금속 배선단위(42) 상의 후단 콘택홀(47)이 연결되도록 다수의 상부 금속 배선 단위(48)를 형성하여 코어를 포함하는 3차원 구조의 미세 인덕터를 형성한다.As shown in FIG. 4C, a conductive film for forming the lower metal wiring unit 42 is deposited on the semiconductor substrate or the insulating film 41 such as gallium arsenide or the like. The conductive film is etched to form a lower metal wiring unit 42 as shown in FIG. 4A. Next, the first insulating film 43 is grown and planarized, a conductive film for forming the intermediate metal wiring 44 is deposited, and an intermediate metal orthogonal to the lower metal wiring unit as shown in FIG. 4A through a photolithography process. The wiring 44 is formed. Next, the second insulating film 45 is formed and planarized, and the front contact hole 46 and the rear contact hole 47 are positioned at both ends on the lower metal wiring unit 42 with the intermediate metal wiring 44 interposed therebetween. To form. Next, a conductive film for forming the upper metal wiring unit is deposited and photo-etched, and the rear end of the front contact hole 46 on the lower metal wiring unit 42 and the neighboring lower metal wiring unit 42 as shown in FIG. 4A. A plurality of upper metal wiring units 48 are formed to connect the contact holes 47 to form a fine inductor having a three-dimensional structure including a core.

도 5는 본 발명에 따른 또다른 일실시예로서 고집적 반도체 장치의 미세 변압기 평면도이다. 이것은 상기 코어를 포함하는 인덕터 제조 공정을 응용한 것으로써, 독립하는 코어를 포함하는 인덕터를 인접하여 제조하는 과정에서 각각의 중간금속배선(52)의 양단을 연결하여 고리를 형성하는 단계를 부가함으로써 미세 변압기를 형성한다.5 is a plan view illustrating a micro transformer of a highly integrated semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention. This is an application of the inductor manufacturing process including the core, by adding the step of connecting the both ends of each intermediate metal wiring 52 in the process of manufacturing the inductor including the independent core adjacently to form a ring Form a fine transformer.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 반도체 집적 기술을 이용한 3차원 코일 구조로 구현되는 미세 인덕터를 제조하여 휴대용 전화기, 마이크로 컴퓨터, 파워앰프 등 인덕터와 콘덴서로 구성된 필터나 그외의 좁은 영역에서 보다 큰 인덕턴스를 요구하는 분야에 이용될 수 있다.According to the present invention, a fine inductor implemented in a three-dimensional coil structure using a semiconductor integrated technology requires a larger inductance in a filter composed of an inductor and a capacitor such as a portable telephone, a microcomputer, a power amplifier, or other narrow areas. It can be used in the field.

Claims

A plurality of bottom metal wiring units;

A front end contact hole and a rear end contact hole formed at both ends of each lower metal interconnection through an insulating layer on the lower metal interconnection unit; And

And a plurality of upper metal wiring units connecting the front end contact hole on the lower metal wiring unit and the rear contact hole on the adjacent lower metal wiring unit.

A plurality of bottom metallization units;

A first insulating film formed on the lower metal wiring unit;

An intermediate metal interconnection orthogonal to a lower metal interconnection unit formed on the first insulating layer;

A second insulating film formed on the intermediate metal wiring;

A front end contact hole and a rear end contact hole formed at both ends of each lower metal wire through the second insulating film and the first insulating film with intermediate metal wiring interposed therebetween; And

And a core formed of a plurality of upper metal wires connecting the front end contact hole on the lower metal wire unit and the rear contact hole on the lower metal wire unit adjacent thereto.

Depositing a conductive film for forming a lower metal wiring unit on a semiconductor substrate or an insulating film;

Photo etching the conductive film to form a plurality of lower metal wiring units;

Forming and insulating an insulating film;

Photo-etching the insulating layer to form front and rear contact holes on both ends of each of the lower metal wiring units;

Depositing a conductive film for forming the upper metal wiring unit;

Photo-etching the conductive film to form a plurality of upper metal interconnection units connecting the front end contact hole on each lower metal interconnection unit and the rear contact hole on the immediately adjacent lower metal interconnection unit. Method of manufacturing a fine inductor of three-dimensional coil structure.

The method of claim 3,

And the semiconductor substrate is a gallium arsenide substrate.

Photographing the conductive film to form a plurality of lower metal wiring units;

Forming and planarizing a first insulating film;

Depositing a conductive film for forming the intermediate metal wiring;

Photo-etching the conductive film to form an intermediate metal wire orthogonal to a lower metal wire;

Forming and planarizing a second insulating film;

Photographing the second insulating film and the first insulating film to form a front contact hole and a rear contact hole at both ends of each lower metal wiring unit with intermediate metal wiring interposed therebetween;

Depositing a conductive film for forming the upper metal wiring unit;

Photo-etching the conductive film to form a plurality of upper metal wiring units connecting a front contact hole on each lower metal wiring unit and a rear contact hole on a lower metal wiring unit immediately adjacent to each other; Inductor manufacturing method.

The method of claim 5,

The semiconductor substrate is a fine inductor manufacturing method of a three-dimensional coil structure comprising a core, characterized in that the gallium arsenide substrate.