KR20020088582A - 자기수동소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기수동소자의 제조방법에 관한 것으로, 제1실시예는 3차원 구조를 갖는 집적화된 마이크로 인덕터나 트랜스포머와 같은 자기수동소자를 초소형 전자-기계 시스템 기술과 전기도금 기술을 통해 적층 구현함과 아울러 코어를 폭방향으로 자화시킴으로써, 소형화, 고성능화, 저가격화, 경량화 및 온-칩화 할 수 있는 효과가 있으며, 제2실시예는 상기 제1실시예에서 적용된 코어를 폴리머 등과 같은 절연막을 통해 다중 적층함으로써, 인덕턴스를 증가시킴과 아울러 코어의 저항값이 낮아지는 것을 방지함에 따라 소자의 고주파수 동작에서 에디 전류손실을 최소화하여 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

자기수동소자의 제조방법{FABRICATING METHOD OF MAGNATIC PASSIVE COMPONENT}

본 발명은 자기수동소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 3차원 구조를 갖는 집적화된 마이크로 인덕터(inductor)나 트랜스포머(transformer)를 초소형 전자-기계 시스템(micro electric-mechanic system : MEMS) 기술과 전기도금 기술을 통해 다중 적층하여 구현함으로써, 소형화, 고성능화, 저가격화, 경량화 및 온-칩(on-chip)화 하기에 적당하도록 한 자기수동소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 집적회로 기술(IC technology)의 발달로 IC 칩은 잘 개발되어 있지만, 수동소자는 여전히 개별(discrete) 소자나 벌크(bulk) 소자들을 사용하여 IC 칩과의 개별적인 패키징을 수행함에 따라 값싼 IC 칩을 적용하더라도 제품의 소비자 가격은 여전히 비싼 요인이 되고 있으며, 이와같은 수동소자들은 시스템 내에서 많은 공간을 차지하기 때문에 패키징 밀도가 좋지 않을 뿐만 아니라 우수한 프로파일(profile)을 갖는 시스템을 제작하기가 무척 어려웠다.

상기한 바와같은 수동소자는 멀티-칩 모듈(multi-chip modules), 전력 컨버터(power converters) 또는 소비자 전자시스템(consumer electronic systems) 등에 적용되며, 대표적으로 저항, 커패시터, 인덕터 및 트랜스포머가 있다.

최근들어 반도체 기술의 발달에 힘입어 상기 수동소자들이 IC 칩과 거의 비슷한 공정을 통해 집적화 되고 있으며, 특히 저항과 커패시터는 많은 연구성과로 인하여 씨모스(CMOS) 회로와 집적화되어 사용되고 있지만, 여전히 인덕터와 트랜스포머와 같은 자기수동소자는 시스템의 경량화, 패키징 밀도향상, 우수한 프로파일, 저가격화 및 시스템의 온-칩화에 걸림돌이 되고 있다.

따라서, 상기 인덕터와 트랜스포머와 같은 자기수동소자들의 집적화가 절실히 요구되고 있으며, 최근 다양한 구조를 갖는 3차원의 집적화된 인덕터나 트랜스포머가 개발되고 있지만, 아직 낮은 인덕턴스, 높은 저항, 그리고 높은 에디 전류손실(eddy current losses)과 같은 좋지 않은 성능을 갖기 때문에 상품화에 적용하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 구조를 갖는 집적화된 마이크로 인덕터나 트랜스포머를 초소형 전자-기계 시스템(MEMS) 기술과 전기도금 기술을 통해 다중 적층하여 구현함으로써, 소형화, 고성능화, 저가격화, 경량화 및 온-칩화 할 수 있는 자기수동소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

도1은 자성박막합금의 증착 및 자화 공정을 보인 예시도.

도2는 도1에서, 마그네틱 코어의 길이방향에 따른 자화방향을 보인 예시도.

도3은 본 발명에 의한 마그네틱 코어의 폭방향 자화원리를 보인 예시도.

도4a 및 도4b는 도전배선 갯수에 따른 인덕터 및 트랜스포머를 보인 예시도.

도5a 및 도5b는 길이방향 및 폭방향으로 자화된 마이크로 인덕터를 보인 예시도.

도6a 내지 도6f는 본 발명에 의한 자기수동소자의 제조방법에 대한 제1실시예를 보인 예시도.

도7은 본 발명에 의한 자기수동소자의 제조방법에 대한 제2실시예를 보인 예시도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

21:유리기판22:씨드층

23,25.28:절연층24:하부코일

26:메인 코어27:더미 코어

29:비아콘택30:상부코일

상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 자기수동소자의 제조방법은 유리기판의 상부에 메쉬형(mesh-type) 제1씨드층(seed layer)을 형성한 다음 상부전면에 제1절연층을 형성하는 공정과; 상기 제1절연층 상에 포토-리소그래피(photo-lithography)를 적용하여 제1씨드층이 선택적으로 노출되도록 제1절연층의 몰드(mold)를 형성한 다음 전기도금을 통해 도전물질을 채워 하부코일을 형성하는 공정과; 상기 결과물 상에 제2절연층과 제2씨드층을 순차적으로형성하고, 포토-리소그래피를 적용하여 제2씨드층이 선택적으로 노출되는 제1감광막의 몰드를 형성한 다음 폭방향으로 자기장을 가하면서 전기도금을 통해 도전물질을 채워 서로 미세하게 이격되며, 폭방향으로 자화된 메인(main) 코어와 더미(dummy) 코어를 형성하는 공정과; 상기 제1감광막의 몰드를 제거하고, 노출된 제2씨드층을 제거한 다음 상기 더미 코어를 제거하는 공정과; 상기 결과물 상에 제3절연층을 형성한 다음 상기 하부코일의 양측 가장자리의 제3∼제1절연층을 식각하여 비아콘택홀을 형성하고, 하부의 제1씨드층에 의한 전기도금을 통해 도전물질을 채워 비아콘택을 형성하는 공정과; 상기 결과물 상에 제3씨드층을 형성하고, 포토-리소그래피를 적용하여 제3씨드층이 선택적으로 노출되는 제2감광막의 몰드를 형성한 다음 전기도금을 통해 도전물질을 채워 상기 하부코일과 비아콘택을 통해 연결되어 상기 메인 코어를 감는 형태의 상부코일을 형성하는 공정과; 상기 제2감광막의 몰드를 제거한 다음 유리기판 상에 노출된 제3∼제1절연층을 순차적으로 제거하고, 상기 제1씨드층의 전기도금을 위한 접속영역을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 자기수동소자의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도1은 자성박막합금의 증착 및 자화 공정을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와같이 진공챔버(1) 내에서 소스(source, 2)로부터 반도체기판(3) 상부에 자성박막합금의 마그네틱 코어(4)를 전기도금 방법으로 증착하면서 진공챔버(1)의 외벽에 자석(5)을 부착하여 자장을 인가하면, 그 방향으로 스핀(spin)과 도메인월(domain wall)이 움직이게 되어 마그네틱 비등방성(magnetic anisotropy)이 증가하고, 마그네틱 모멘트(moment)가 증가함에 따라 자화율(permeablity,)이 증가한다. 이때, 자화율()의 증가는 아래의 수학식1에 의하여 인덕터와 트랜스포머의 인덕턴스(inductance, L)를 증가시키게 된다.

한편, 상기한 바와같이 자화되는 마그네틱 코어(4)는 도2의 예시도에 도시한 바와같이 길이방향(즉, 도2의 수평방향)으로는 자화가 쉽게 이루어지지만, 그 폭방향(즉, 도2의 수직방향)으로는 멸자(滅磁, demagnetization) 성분이 매우 커서 자화가 불가능함에 따라 실제 마이크로 인덕터와 트랜스포머에 적용되는 마그네틱 코어의 수평방향에 대한 자화가 불가능해진다.

따라서, 본 발명에서는 도3에 도시한 바와같이 다수개의 마그네틱 코어(4)를 폭방향(즉, 도3의 수평방향)으로 미세하게 이격되도록 패터닝함으로써, 길이방향(즉, 도3의 수직방향)에 비해 폭방향이 길어지도록 함에 따라 멸자 성분을 최소화하여 폭방향으로 자화가 이루어질 수 있도록 한다.

상기한 바와같이 마그네틱 코어(4)의 폭방향으로 자화가 이루어진 다음에는 불필요한 마그네틱 코어(4)들을 제거하고, 도전 배선(conductor wire)을 감아준다.

이때, 인덕터는 도4a에 도시한 바와같이 마그네틱 코어(4)에 하나의 도전 배선(W1)을 감아주고, 트랜스포머는 도4b에 도시한 바와같이 마그네틱 코어(4)에 2중도전 배선(W2,W3)를 감아준다.

한편, 도5a는 상기 도2의 자화원리를 이용하여 마그네틱 코어가 길이방향으로 자화된 마이크로 인덕터(11)를 보인 예시도이고, 도5b는 상기 도3의 자화원리를 이용하여 마그네틱 코어가 폭방향으로 자화된 마이크로 인덕터(12)를 보인 예시도이다.

이때, 상기 마그네틱 코어가 길이방향으로 자화된 마이크로 인덕터(11)는 저주파수에서 우수한 성능을 발휘하고, 상기 마그네틱 코어가 폭방향으로 자화된 마이크로 인덕터(12)는 고주파수에서 우수한 성능을 발휘한다.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 인덕터의 제조방법에 대한 제1실시예를 첨부한 도6a 내지 도6f의 예시도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도6a에 도시한 바와같이 유리기판(21)의 상부에 씨드층(22)을 형성한 다음 메쉬형으로 패터닝하여 후술할 하부코일(24)을 전기도금으로 형성하기 위한 하부구조를 마련한다.

그리고, 상기 결과물의 상부전면에 절연층(23)을 형성한 다음 포토-리소그래피 공정을 통해 후술할 하부코일(24)이 형성될 영역의 제1씨드층(22)이 노출되도록 몰드를 형성하고, 전기도금을 통해 도전물질을 채워 하부코일(24)을 형성한다. 이때, 절연층(23)은 폴리이미드-2611(polyimide-2611)을 적용하고, 하부코일(24)은 구리로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 도6b에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부에 절연층(25)을 형성한 다음 상부전면에 제2씨드층을 형성하고, 포토-리소그래피 공정을 통해 후술할 메인코어(26)와 더미 코어(27)가 미세하게 이격 형성될 수 있도록 제2씨드층이 선택적으로 노출되는 감광막의 몰드를 형성한 다음 유리기판(21)의 도면상 긴 길이방향으로 자기장을 가하면서 전기도금을 통해 도전물질을 채워 서로 미세하게 이격되며, 폭방향으로 자화된 메인 코어(26)와 더미 코어(27)를 형성한다. 이때, 메인 코어(26)의 폭은 하부코일(24)의 폭에 비해 작게 형성하여 후술할 상부코일(30)과 하부코일(24)을 접촉시키는 비아콘택(29) 영역을 확보하도록 하는 것이 바람직하며, 절연층(25)은 절연층(23)과 마찬가지로 폴리이미드 2611을 적용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 감광막의 몰드를 제거하고, 계속해서 노출된 제2씨드층을 제거한다. 이때, 제2씨드층은 메인 코어(26)와 더미 코어(27)에 비해 매우 얇은 두께로 형성되므로, 메인 코어(26)와 더미 코어(27)에 영향을 거의 미치지 않으면서 제거된다.

한편, 유리기판(21)의 긴 길이방향으로 서로 미세하게 이격되는 상기 메인 코어(26)와 더미 코어(27)는 도3에서 설명한 바와같이 길이방향(수직방향)에 비해 폭방향 길이의 합이 길게 형성되도록 상기 감광막의 몰드를 형성함으로써, 자기장 인가에 따른 멸자 성분을 최소화하여 유리기판(21)의 긴 길이방향으로 자화가 이루어질 수 있도록 한다.

그리고, 도6c에 도시한 바와같이 상기 더미 코어(27)를 선택적으로 제거한 다음 상부전면에 절연층(28)을 형성한다. 이때, 절연층(28)은 상기 절연층(23,25)과 마찬가지로 폴리이미드 2611을 적용하는것이 바람직하다.

그리고, 도6d에 도시한 바와같이 상기 하부코일(24)의 양측 가장자리의 상기 절연층(28,25,23)을 선택적으로 식각하여 하부코일(24)이 노출되도록 비아콘택홀을 형성한 다음 하부의 씨드층(22)에 의한 전기도금을 통해 도전물질을 채움으로써, 비아콘택(29)을 형성한다.

그리고, 도6e에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부전면에 제3씨드층을 형성한 다음 포토-리소그래피 공정을 통해 후술할 상부코일(30)이 형성될 영역의 제3씨드층이 노출되도록 감광막의 몰드를 형성하고, 전기도금을 통해 도전물질을 채워 상부코일(30)을 형성한다. 이때, 감광막의 몰드는 상기 하부코일(24)과 상부코일(30)이 비아콘택(29)을 통해 메인 코어(26)를 감는 형태로 연결될 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 도6f에 도시한 바와같이 상기 감광막의 몰드를 제거하고, 계속해서 노출된 제3씨드층을 제거한 다음 상기 유리기판(21) 상에 노출된 절연층(28,25,23)을 순차적으로 제거하고, 계속해서 상기 씨드층(22)의 전기도금을 위한 접속영역을 제거하여 제조를 완료한다.

한편, 일반적으로 인덕턴스는 코어의 단면적에 비례하므로, 상기한 바와같은 본 발명의 제1실시예에서 인덕턴스를 증가시키기 위하여 상기 메인 코어(26)의 두께를 높게 할 수 있으나, 이 경우에는 메인 코어(26)의 저항값이 낮아지기 때문에 소자의 고주파수 동작에서 에디 전류손실이 증가하게 된다.

따라서, 본 발명의 제2실시예에서는 본 발명의 제1실시예에서 적용된 방법을 사용하고, 폴리머와 같은 박막의 절연층을 통해 메인 코어(26)를 다중 적층함으로써, 인덕턴스를 증가시킴과 아울러 메인 코어(26)의 저항값이 낮아지는 것을 방지하여 소자의 고주파수 동작에서 에디 전류손실을 최소화할 수 있도록 한다.

상기한 바와같은 본 발명의 제2실시예에 따른 자기수동소자의 제조방법에 대한 예를 도7에 도시하였다.

도7에서는 상기 본 발명의 제1실시예에서 도6a 내지 도6c 까지의 공정을 수행하여 메인 코어(27A)를 형성한 다음 절연층(41)을 형성하고, 그 상부에 도6b 및 도6c의 공정을 반복 수행하여 2중 적층된 메인 코어(27A,27B)를 형성하였다.

이후에는 도6d 내지 도6f의 공정이 동일하게 수행된다.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 자기수동소자의 제조방법에 대한 제1실시예는 3차원 구조를 갖는 집적화된 마이크로 인덕터나 트랜스포머와 같은 자기수동소자를 초소형 전자-기계 시스템 기술과 전기도금 기술을 통해 적층 구현함과 아울러 코어를 폭방향으로 자화시킴으로써, 소형화, 고성능화, 저가격화, 경량화 및 온-칩화 할 수 있는 효과가 있으며, 제2실시예는 상기 제1실시예에서 적용된 코어를 폴리머 등과 같은 절연막을 통해 다중 적층함으로써, 인덕턴스를 증가시킴과 아울러 코어의 저항값이 낮아지는 것을 방지함에 따라 소자의 고주파수 동작에서 에디 전류손실을 최소화하여 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 유리기판의 상부에 메쉬형 제1씨드층을 형성한 다음 상부전면에 제1절연층을 형성하는 공정과; 상기 제1절연층 상에 포토-리소그래피를 적용하여 제1씨드층이 선택적으로 노출되도록 제1절연층의 몰드를 형성한 다음 전기도금을 통해 도전물질을 채워 하부코일을 형성하는 공정과; 상기 결과물 상에 제2절연층과 제2씨드층을 순차적으로 형성하고, 포토-리소그래피를 적용하여 제2씨드층이 선택적으로 노출되는 제1감광막의 몰드를 형성한 다음 폭방향으로 자기장을 가하면서 전기도금을 통해 도전물질을 채워 서로 미세하게 이격되며, 폭방향으로 자화된 메인 코어와 더미 코어를 형성하는 공정과; 상기 제1감광막의 몰드를 제거하고, 노출된 제2씨드층을 제거한 다음 상기 더미 코어를 제거하는 공정과; 상기 결과물 상에 제3절연층을 형성한 다음 상기 하부코일의 양측 가장자리의 제3∼제1절연층을 식각하여 비아콘택홀을 형성하고, 하부의 제1씨드층에 의한 전기도금을 통해 도전물질을 채워 비아콘택을 형성하는 공정과; 상기 결과물 상에 제3씨드층을 형성하고, 포토-리소그래피를 적용하여 제3씨드층이 선택적으로 노출되는 제2감광막의 몰드를 형성한 다음 전기도금을 통해 도전물질을 채워 상기 하부코일과 비아콘택을 통해 연결되어 상기 메인 코어를 감는 형태의 상부코일을 형성하는 공정과; 상기 제2감광막의 몰드를 제거한 다음 유리기판 상에 노출된 제3∼제1절연층을 순차적으로 제거하고, 상기 제1씨드층의 전기도금을 위한 접속영역을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기수동소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 코어는 임의의 절연층들에 의해 수개의 메인 코어가 다중 적층될 수 있도록 해당 공정을 반복수행하는 것을 특징으로 하는 자기수동소자의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 서로 미세하게 이격되는 상기 메인 코어와 더미 코어는 길이방향(수직방향)에 비해 폭방향(수평방향) 길이의 합이 길게 형성되도록 제1감광막의 몰드를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기수동소자의 제조방법.