KR20010075974A - 반도체 집적회로 공정에 의한 인덕터 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 집적회로 공정에 의한 인덕터와 제조 방법에 관한 것으로써, 본 발명에 반도체 집적회로 공정에 의한 인덕터는 반도체 기판위에 형성되는 제 1 금속배선; 상기 제 1 금속배선과 연결되지 않은 반도체 기판 전면과 연결되는 제 2 금속배선; 상기 제 1 금속배선과 상기 제 2 금속배선 사이에 교대로 형성되어 전기적으로 절연을 시켜주는 유전체층 및 인덕터 금속선; 상기 제 1금속배선, 상기 제 2 금속배선과 상기 인덕터 금속선들 사이에 전기적인 연결을 해주는 다수의 컨택을 포함하여 기둥형의 입체적 구조로 이루어진다. 이러한 구성의 본 발명에 따르면 평판 나선형 인덕터에 비해 면적이 감소되고 종래의 3차원 코일구조인덕터에 비해 기존의 반도체 공정과정을 이용할 수 있어 제조공정이 용이한 우수한 성능의 입체적인 구조의 인덕터를 제작할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 집적회로 공정에 의한 인덕터와 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 반도체 집적회로 제조 방법에서 사용되는 공정을 그대로 응용하여 소동소자 즉 물리적으로 구현되는 입체적인 코일 구조의 인덕터를 구현한 반도체 집적회로 공정에 의한 인덕터와 제조 방법이다.
일반적으로 집적 가능한 수동 인덕터는 갈륨비소(GaAs), 바이폴라(Bipolar) 등 비교적 고가의 공정을 이용하여 도 1과 같이 평판 나선형 형태로 제작되어 사용되고 있다. 그 일례로서 도 1의 평판 나선형 인덕터의 구조는 다음과 같다. 제 1 금속배선(12)인 상층의 금속선은 반도체 제조 공정시에 사용되는 여러 개의 금속층 중 일반적으로 가장 상단의 금속층을 사용하여 나선형 형태로 레이아웃하고, 내부의 금속선으로부터 단자를 빼내기 위해서 제 2 금속배선(11)인 하층의 금속선과 상층의 금속선을 컨택으로 연결한다. 이 때 반도체 제조 공정마다 정도의 차이는 있지만 금속층과 금속층 사이, 가장 하단의 금속층과 반도체 기판 사이에는 일정한 두께의 반도체 산화막이 있어서 금속선과 금속선 및 금속선과 반도체 기판이 절연된다.
평판 나선형 인덕터의 인덕턴스는 인덕터의 회전(turn)수, 내경(innerdiameter), 금속 배선의 폭에 의해 결정되는데 회전 수에 따라 민감하게 변한다. 또한, 평판 나선형 인덕터의 문제점중의 하나인 기생 저항을 줄이기 위해서는 금속 배선의 폭도 넓게 설계해야 하므로, 회전수의 증가에 따라 큰 면적이 소요된다. 또한 금속배선의 폭이 넓어지면 금속선의 기판에 대한 기생 커패시턴스의 증가로 인해서 자체 공진주파수가 감소하게 되고, 이로 인해서 고주파 회로에 응용하기가 어렵게 된다.
무선 통신 시장의 급속한 성장에 따라, 반도체 집적회로 공정을 이용한 집적 기술은 적은 비용, 높은 집적도, 그리고 현재의 공정 기술을 적용할 수 있는 가능성 등 유리한 점이 많이 있기 때문에 각광 받는 반도체 기술로 인식되어 가고 있다. 그러나, 실리콘 기판이 갈륨 비소 기판에 비해 기판의 농도가 큼으로 인해 기판손실(substrate loss)이 크기 때문에 초고주파 영역에서 주파수 특성이 저하되는 문제점이 있다. 실제로 실리콘 기판을 이용한 인덕터의 개발에 있어서도 높은 특성계수(Q, Quality Factor: Q값의 의미는 인덕턴스의 선택도, 즉 얼마나 정확한 소자값을 유지하는지를 표시하는 것으로 단위는 없음)를 얻는 것이 매우 어렵다. 또한 평면에 구현함으로써 큰 면적을 가지게 되고, 고주파 회로에서는 응용하기가 어렵다. 이러한 점들은 갈륨비소(GaAs)와 바이폴라(Bipolar) 등 비교적 고가의 소자 등을 쓰지 않고서는 해결하기가 쉽지 않으며 이러한 소자를 사용하더라도 여전히 큰 면적을 차지하게 된다. 또한 기존의 공정으로는 구현이 어려워 비용이 상승하게 되어 현실적으로 응용하기가 쉽지 않다.
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도 2는 반도체 기판상에 다층의 금속층 및 절연층을 구성하여 코일 형태의 인덕터를 나타낸 것이다. 그러나 기존의 반도체 집적회로 공정에서 제 2 금속배선(22)과 금속선(24)을 도 2와 같은 형태로 배치하기가 제조공정상 매우 힘들어 실제 공정에 이용하기기 용이하지 않다..
따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, 평판 나선형 인덕터보다 면적을 줄일 수 있고 기생 커패시턴스를 감소시키기 위하여 도 3와 같은 구조적으로 다층의 금속선과 컨택, 절연층들이 제 1 금속배선과 제 2 금속배선 사이에 기둥형의 연결접점을 형성하는 구조를 가지며 또한 기존의 반도체 제조공정을 그대로 이용함으로써 실제 이용에 적합하도록 하는 입체적인 코일 구조의 인덕터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 비아 공정을 이용한 평판 나선형 인덕터의 사시도
도 2는 종래의 3차원 구조의 인덕터의 사시도
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 입체적인 코일 구조 인덕터를 나타내는 사시도
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 입체적인 코일 구조 인덕터를 나타내는 평면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 입체적인 코일 구조 인덕터 형성에 있어서 단면도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 금속심을 가진 입체적인 코일 구조 인덕터를 나타내는 사시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11, 21, 31, 41, 51 : 제 1 금속배선
12, 22, 32, 45, 52 : 제 2 금속배선
13, 33, 42, 53 : 컨택 35 : 연결접점
23 : 비아 홀 24, 34, 43, 54 : 금속선
46 : 유전체층 47 : 보호막
55 : 금속심
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 집적회로 공정에 의한 입체적인 코일 구조의 인덕터는, 반도체 기판위에 형성되는 제 1 금속배선; 상기 제 1 금속배선과 연결되지 않은 반도체 기판 전면과 연결되는 제 2 금속배선; 상기 제 1 금속배선과 상기 제 2 금속배선 사이에 교대로 형성되어 전기적으로 절연을 시켜주는 유전체층 및 인덕터 금속선; 상기 제 1금속배선, 상기 제 2 금속배선과 상기 인덕터 금속선들 사이에 전기적인 연결을 해주는 다수의 컨택을 포함하여 기둥형의 입체적 구조로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 입체적인 코일구조 인덕터의 제조 방법은, 실리콘 기판상에 실리콘 기판상의 능동소자와 접속되는 제 1 금속배선을 형성하는 단계; 기판의 전면에 제 2 금속배선을 형성하는 단계; 반도체 기판위에 다층의 유전체층을 형성하는 단계; 상기 각 유전체층마다 금속선을 패터닝하는 단계; 상기 각 금속선을 컨택으로 상기 제 1 금속배선 또는 상기 제 2 금속배선과 접속되는 기둥형의 배선을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속배선이 형성되어 있는 기판의 전명에 유전체층으로 보호막을 형성하는 단계로 이루어지는 공정으로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 인덕터의 구조에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a는 본 발명에 따른 입체적인 구조를 갖는 인덕터의 사시도이고, 도 3b은 상기 인덕터의 평면도이다. 도 3a의 인덕터는 제 1 금속배선(31)과 제 2 금속배선(32), 그리고 그 사이에 이 두 금속선의 간격을 가능한 한 멀어지게 하기 위해서 다층의 금속선(34)을 삽입한 후, 컨택(33)으로 이루어지는 유전체층을 각 사이에 둠으로써 금속선들을 연결하여 제작할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 집적회로 제조 공정에 의한 인덕터의 단면도를 나타낸 것으로써 실리콘 기판상에 이 실리콘 기판상의 능동소자와 접속되는 상기 제 1차 금속배선(41)과 컨택(42)을 가지는 유전체층을 형성한 후, 기판의 전면에 차례로 인덕터 금속선(43)과 컨택을 가지는 2층의 유전체층을 형성하고, 기판의 전면에 상기 제 2 금속배선(45)을 형성한다. 상기 제 1 금속배선과 제 2 금속배선은 각각 원호형으로 배치하여 코일형태로 구성한다. 상기 제 2 금속배선이 형성되어 있는 기판의 전명에 유전체층으로 보호막(47)을 형성하여 인덕터 소자의 제조를 완료한다. 이 경우 자기장의 방향은 주로 수평방향으로 형성되며 이 때문에 수직으로 형성되는 자기장의 영향력이 감소된다.
도 5는 본 발명에 따른 일실시예로써 상기의 제 1 금속배선과 제 2 금속배선의 사이에 금속선이 삽입되는 입체 구조의 코일형태를 가지는 것을 특징으로 하는 인덕터의 사시도이다.
이상에서와 같이 본 발명의 반도체 집적기술 공정에 의한 입체구조의 인덕터가 구현되면 종래의 평판 나선형 인덕터에 비해 면적이 감소되며 고주파에서도 높은 특성계수를 가지게 되며, 같은 면적에 비해 높은 상호인덕턴스를 얻을 수 있으며, 면적을 돌려감는 수에 따라 인덕턴스 값과 주파수 값을 조절할 수 있다. 또한 본 발명의 인덕터 제조방법은 기존의 반도체 공정 방법을 그대로 응용할 수 있어 비용면에서 이득이 있으며 간단한 공정방법을 사용하여 통신용 집적회로 설계에 응용할 수가 있다.
Claims (4)
- 반도체 집적회로 공정에 의해 제조되는 인덕터에 있어서,반도체 기판위에 형성되는 제 1 금속배선; 상기 제 1 금속배선과 연결되지 않은 반도체 기판 전면과 연결되는 제 2 금속배선; 상기 제 1 금속배선과 상기 제 2 금속배선 사이에 교대로 형성되어 전기적으로 절연을 시켜주는 유전체층 및 인덕터 금속선; 상기 제 1금속배선, 상기 제 2 금속배선과 상기 인덕터 금속선들 사이에 전기적인 연결을 해주는 다수의 컨택을 포함하여 기둥형의 입체적 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인덕터.
- 제 1 항에 있어서,상기의 제 1 금속배선과 제 2 금속배선이 원호상의 형태로 반복적으로 배치되고 상기 제 1 금속배선과 제 2 금속배선이 기둥형의 인덕터 금속선과 콘택에 의해 기둥형으로 연결되는 입체 구조의 코일형태를 가지는 것을 특징으로 하는 인덕터.
- 제 2 항에 있어서상기의 제 1 금속배선과 제 2 금속배선의 사이에 금속선이 삽입되는 입체 구조의 코일형태를 가지는 것을 특징으로 하는 인덕터.
- 반도체 집적회로 제조공정을 이용한 인덕터의 제조방법에 있어서,실리콘 기판상에 실리콘 기판상의 능동소자와 접속되는 제 1 금속배선을 형성하는 단계; 기판의 전면에 제 2 금속배선을 형성하는 단계; 반도체 기판위에 다층의 유전체층을 형성하는 단계; 상기 각 유전체층마다 금속선을 패터닝하는 단계; 상기 각 금속선을 컨택으로 상기 제 1 금속배선 또는 상기 제 2 금속배선과 접속되는 기둥형의 배선을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속배선이 형성되어 있는 기판의 전면에 유전체층으로 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 인덕터의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
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| E601 | Decision to refuse application |