KR20050005777A - 자기 코어를 갖는 온칩 인덕터 - Google Patents

자기 코어를 갖는 온칩 인덕터 Download PDF

Info

Publication number
KR20050005777A
KR20050005777A KR1020040048059A KR20040048059A KR20050005777A KR 20050005777 A KR20050005777 A KR 20050005777A KR 1020040048059 A KR1020040048059 A KR 1020040048059A KR 20040048059 A KR20040048059 A KR 20040048059A KR 20050005777 A KR20050005777 A KR 20050005777A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
inductor
magnetic
metal
outer layers
inner layer
Prior art date
Application number
KR1020040048059A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100633497B1 (ko
Inventor
한위 딩
카이디. 펭
종-시앙 헤
슈에펭 리우
Original Assignee
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 filed Critical 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Publication of KR20050005777A publication Critical patent/KR20050005777A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100633497B1 publication Critical patent/KR100633497B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • H01F27/245Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041Printed circuit coils
    • H01F41/046Printed circuit coils structurally combined with ferromagnetic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006Printed inductances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5227Inductive arrangements or effects of, or between, wiring layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

집적회로 칩 상에 형성되는 인덕터가, 둘 이상의 외부층(14) 사이의 하나 이상의 내부층(12)과, 하나 이상의 내부층(12)에 포함되는 인덕터 금속 권선(16)과, 둘 이상의 외부층(14) 및 하나 이상의 내부층(12)을 형성하는 자기 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 자기 재료는 자기 입자를 함유하는 포토레지스트 페이스트이다. 또 다른 실시예에서, 자기 재료는 둘 이상의 외부층(14)의 제1 및 제2 부분(30, 34)의 각각 위에, 그리고 하나 이상의 내부층(12)의 각각 위에 배치되는 일련의 자기 금속 스트립(32, 36)이다. 제1 및 제2 부분(30, 34) 상의 일련의 자기 금속 스트립은 격자 패턴을 형성한다. 다른 실시예에서는 화합물 퇴적의 조절 및 제어가 가능하며, 전류의 조절이 가능한 제어 권선을 포함한다.

Description

자기 코어를 갖는 온칩 인덕터{ON-CHIP INDUCTOR WITH MAGNETIC CORE}
본 발명은 집적회로 칩 상의 인덕터에 관한 것으로서, 특히 집적회로 칩 상의 자기 코어를 갖는 인덕터에 관한 것이다.
최근의 집적회로 칩 설계에서는, 인덕터와 같은 수동 전기 소자를 집적회로의 일부로서 칩 상에 직접 설치하는 것이 요구될 경우가 종종 있다. 인덕터는, 전압 제어 오실레이터 및 전압 증폭기와 같은 다양한 초소형 전자 응용기기에 요구된다.
또한, 인덕터는, 셀룰러폰, 무선 모뎀 및 다른 유형의 무선 통신 설비와 같은 장치에 사용되는 무선 주파수(radio frequency; RF) 회로에 종종 사용된다. 커패시터와 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕터는 주파수 공진기를 형성하거나 원하지 않는 신호를 필터링할 수 있다.
그러나, 집적회로 칩 내의 제한된 공간과 칩 시장의 치열한 경쟁으로 인하여, 온칩 인덕터는 제한된 공간 내에 들어가야 하고 제조 비용이 저렴해야 한다. 따라서, 온칩 인덕터는 단위 면적당 높은 인덕턴스를 갖는 것이 바람직하다.
종래 기술에 따른 공기 코어(air core)를 갖는 온칩 인덕터는 많은 문제가 있었다. 전형적으로, 이러한 인덕터는 집적회로 칩 상에서 너무 넓은 공간을 차지한다. 이러한 공기 코어 온칩 인덕터의 Q인자(Q factor)는 종종 너무 낮다. 많은 종래의 온칩 인덕터는 개자기장(open magnetic field)을 갖는 공기 코어 인덕터를 포함한다. 이러한 설계는 종종 불안정성 문제를 야기하는 간섭 및/또는 원하지 않는 자기 커플링을 발생시킨다. 또한, 종래의 공기 코어 온칩 인덕터는 근처의 금속 또는 낮은 볼륨 저항을 갖는 기판에 종종 와상 전류(eddy current)를 발생시키며 이는 인덕터의 Q값을 더욱 감소시킨다. 종래의 공기 코어 온칩 인덕터의 또 다른 단점은 인덕턴스의 조절이 불가능하다는 점이다. 인덕턴스의 조절이 불가능하기 때문에, 공정 변동(process variation)이 발생하면 수율이 낮아진다. 마지막으로, 종래의 공기 코어 온칩 인덕터는, 예를 들어 10GHz보다 높은 초고주파수의 응용기기에 적절치 않는데, 이는 종래의 공기 코어 온칩 인덕터는 크기가 크기 때문에 기생 커패시턴스가 크고 동작 주파수보다 낮은 자기 공진 주파수를 갖기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 인덕터의 단면도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 인덕터의 최상층의 평면도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 인덕터의 중간층의 평면도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 인덕터의 최상층의 평면도.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 인덕터의 매개층의 평면도.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 코어 인덕터의 중간층의 평면도.
도 4는 본 발명의 자기 코어층을 제조하는 장치의 개략도 및 상기 자기 코어층을 제조하는 데에 사용되는 재료의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경성 자기 재료의 바이어스 자기장을 갖는 페라이트 자기 코어(ferrite magnetic core)의 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 및 경성 자기 재료를 모두 포함하며 코어 주위에 배치되는 제어 권선을 갖는 자기 코어 인덕터의 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 자기 재료를 포함하며 코어 주위에 배치되는 제어 권선을 갖는 자기 코어 인덕터의 단면도.
본 발명은 집적회로 칩 상에 형성되는 인덕터를 제공한다. 상기 인덕터는 둘 이상의 외부층과, 상기 둘 이상의 외부층 사이의 하나 이상의 내부층과, 상기 하나 이상의 내부층에 포함되는 인덕터 금속 권선(inductor metal winding turns)과, 자기 입자를 함유하는 포토레지스트 페이스트(photoresist paste)를 포함한다. 상기 포토레지스트 페이스트는 적어도 부분적으로 상기 둘 이상의 외부층과 상기 하나 이상의 내부층을 형성한다.
또한, 본 발명은, 각각 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 둘 이상의 외부층과, 상기 둘 이상의 외부층 사이의 하나 이상의 내부층과, 상기 하나 이상의 내부층에 포함되는 인덕터 금속 권선과, 상기 둘 이상의 외부층의 제1 및 제2 부분의 각각 및 상기 하나 이상의 내부층의 각각의 위에 배치되는 일련의 자기 금속 스트립(magnetic metallic strip)을 포함하며, 집적회로 칩 상에 형성되는 인덕터를 제공한다. 상기 제1 부분 및 제2 부분 상의 일련의 자기 금속 스트립은 격자 패턴을 형성하도록 배치된다.
또한, 본 발명은, 자기 코어를 갖는 인덕터를 형성하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 각각 그 내부에 하나 이상의 금속이 배치되는 하나 이상의 챔버를 제공하는 단계와, 상기 하나 이상의 금속을 가열하여 상기 하나 이상의 금속의 증기를 생성하는 단계와, 상기 하나 이상의 금속의 증기로부터 자기 재료를 형성하는 단계와, 에칭된 개구를 갖는 적어도 하나의 실리콘 산화층을 갖는 집적회로 칩을 제공하는 단계와, 상기 적어도 하나의 실리콘 산화층의 에칭된 개구에 상기 자기 재료를 퇴적시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 둘 이상의 외부층과, 상기 둘 이상의 외부층 사이의 하나 이상의 내부층과, 상기 하나 이상의 내부층 내의 인덕터 금속 권선 및 제어 권선과, 상기 둘 이상의 외부층 및 상기 하나 이상의 내부층의 각각에 포함되는 연성 자기 코어 재료 및 경성 자기 코어 재료 중 적어도 하나를 포함하며 집적회로 칩 상에 형성되는 인덕터를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예의 다른 특징, 용도 및 장점은 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예에 대한 아래의 상세한 설명에 의하여 명백해질 것이다.
본 발명을 설명하기 위하여, 도면들은 본 발명의 바람직한 형태를 도시한다. 그러나, 본 발명이 도면들에 도시된 그대로의 배치 및 수단으로 제한되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
본 발명은 자기 코어를 갖는 온칩 인덕터이다. 본 자기 코어는 인덕터의 크기를 작게 하고 Q값을 증가시킨다. 본 인덕터의 자기장은 자기 코어에 포함되어 폐자기 루프를 형성하므로 회로의 안정성이 향상된다. 일 실시예에서, 인덕턴스의 레벨을 제어할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 페라이트를 사용함으로써 고속 응용 기기에서의 사용이 가능하다. 본 명세서에서 설명된 다양한 전도성, 절연성, 자기성의 층 및 코어는, 스퍼터링, 전기 도금, 화학 기상 증착, 플라즈마 증강 화학 기상 증착, 물리 기상 증착 등의 당업계에 공지된 임의의 적절한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온칩 인덕터(10)의 대표적인 기본 구성의 단면을 도시한다. 내부층(12)은 외부층(14) 사이에 위치한다. 인덕터 금속 권선(16)은 내부층(12) 내에 위치하고, 본 명세서에서 자기 코어(18)로 참조되는 자기 재료 주위에 배치된다. 자기 코어(18)는 인덕터 금속 권선(16)의 외측에도 위치한다. 또한, 외부층(14)은 자기 코어(18)로 이루어진다. 외부층(14)과 내부층(12) 사이의 간극(20)에 의하여 자속의 포화를 피할 수 있다. 또한, 각 간극(20)의 폭은 매우 작기 때문에, 상기 간극(20)의 자기장 누설은 무시될 수 있다. 다른 실시예에서, 각 간극(20)의 폭을 제로로 하여 완전한 폐자기 루프를 형성함으로써 인덕턴스 및 인덕터의 Q값을 최대화할 수 있다. 다른 실시예는, 내부층(12) 또는 외부층(14)의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 하나보다 많이 포함하는 무수히 많은 구성 중 임의의 것을 포함할 수 있다는 점을 당업자라면 알 수 있을 것이다.
도 1을 참조하여 위에서 설명된 구조를 이용하여, 다양한 자기 코어 재료 및상이한 성능 특성을 갖는 본 발명의 대안적인 실시예를 개발할 수 있다. 도 2a 및 2b는 3층 실시예의 층에 포함되는 특정 자기 코어 재료를 도시한다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 적어도 외부층(14)의 표면(22)은, 실질적으로 자기 재료의 분말을 함유하는 포토레지스트 페이스트(이에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다)로 이루어진다. 도 2b는 인덕터 금속 권선(28)을 둘러싸는 외부 및 중심 재료(26)를 포함하는 내부층(12)을 도시한다. 외부 재료 및 중심 재료(26) 역시 자기 재료의 분말을 함유하는 포토레지스트 페이스트로 이루어진다. 또한, 전형적으로 외부 및 중심 재료(26)와 인덕터 금속 권선(28) 사이에는 실리콘 산화물이 배치되지만, 다른 재료도 가능하다.
포토레지스트 페이스트는 페이스트에 포함된 자기 분말 내의 이산된 자기 입자들을 전기적으로 절연한다. 이러한 절연으로 인하여 포토레지스트 페이스트 내의 자기 입자들 사이에는 높은 저항이 발생한다. 그 결과, 와상 전류가 상당량 감소 또는 제거되므로 인덕터의 Q값을 높게 유지할 수 있다. 도 2a 및 2b에서 도시된 구조는 금속 기반 자기 재료와 산화철 기반 자기 재료의 양쪽 모두와 함께 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 기본적인 자기 재료로서, 전형적으로 두 개의 카테고리가 있다. 제1 카테고리는 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 크롬(Cr) 등과 같은 금속 기반 재료를 포함한다. 제2 카테고리는 MnFe2O3, CuFe2O3, ZnFe2O3, NiFe2O3등과 같은 산화철 기반 재료, 즉페라이트(ferrite)를 포함한다. 자기 포토레지스트 페이스트는, 전형적으로 금속 또는 페라이트 분말, 즉 자기 분말을 SILK 또는 폴리마이드와 같이 집적회로 칩과 융화되는 페이스트와 혼합함으로써 생성된다. 이러한 자기 분말은 나노미터 범위의 입자 크기를 갖는다.
도 1에서 도시된 구조는 3층을 갖지만, 자기 루프 단면적과 인덕터의 권수를 증가시키기 위해서 3층 이상의 구조를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같은 층(1, 2, 5, 6)과 도 2b에 도시된 바와 같은 층(3, 4)을 갖는 6층 구조로 제조할 수 있다.
도 3a 내지 3c는 온칩 인덕터(10)의 대안적인 실시예를 도시한다. 본 실시예의 인덕터(10)는 금속 기반 자기 재료로 된 스트립을 갖는 3층 구조를 갖는다. 층들은 특정 패턴을 전개하도록 배치된다. 층(1, 3)은, 각각 도 3a에 도시된 바와 같이 수평으로 배치된 자기 스트립(32)을 갖는 제1 부분(30)과 도 3b에 도시된 바와 같이 수직으로 배치된 자기 스트립(36)을 갖는 제2 부분(34)을 포함한다. 일 실시예에서, 자기 스트립(32)과 자기 스트립(36)에 의하여 전개되는 특정 패턴은 완전한 직교 격자 패턴이다. 본 발명은 다른 횡단 패턴(transverse pattern)도 포함한다. 층(2)은 수평으로 배치된 자기 재료 스트립(39)에 의하여 둘러싸인 인덕터 금속 권선(38)을 포함한다.
도 3a 내지 3c에 나타난 인덕터(10)의 실시예에 사용되는 금속 기반 자기 재료를 퇴적시키기 위하여 증기 증착이나 스퍼터링이 사용될 수 있다. 증기 증착은 고밀도의 자기 재료를 생성할 수 있으나, 자기 재료가 어떤 조건에서 퇴적될 경우바람직하지 않은 높은 와상 전류를 발생시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 스트립(32, 36, 69)은 상술된 인덕터(10)의 다양한 층에 특정 패턴으로 퇴적된다. 이러한 패턴은 와상 전류를 상당량 감소 또는 제거함으로써 인덕터의 Q값을 높게 유지한다. 도 3a 내지 3c에 도시된 실시예와 같은 장점을 제공하는 한 대안적인 패턴의 층을 사용할 수도 있다는 점을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
도 4에서, 본 발명은 산화철 기반 자기 재료를 생성하고 이를 인덕터 코어 상에 퇴적하는 방법을 포함한다. 본 방법은 인덕터 코어 상의 자기 재료의 화합 퇴적을 조절 및 제어할 수 있도록 한다. 본 방법의 일부로서, 산소 분위기(44) 내에 위치하는 박스형의 제1 챔버(40)와 제2 챔버(42)를 포함하는 공정 설비가 제공된다. 제1 챔버(40)는 챔버 벽(46)에 의하여 한정되고, 그 내부에 전기 히터(48)와 금속 요소(50)가 위치한다. 챔버 벽(46)의 일부는 조절 가능한 개구(52)를 포함한다. 제2 챔버(42)는 챔버 벽(53)에 의하여 한정되고, 전기 히터(54)와 금속 요소(56)를 포함한다. 챔버 벽(53)의 일부는 조절 가능한 개구(60)를 포함한다. 산화철 기반 자기 재료를 생성하는 방법의 일부로서, 인덕터 코어를 형성하는 실리콘 산화층(64)의 에칭된 개구(62)에 산화철 기반 자기 재료가 퇴적된다.
제1 챔버(40)와 제2 챔버 모두 금속 증기(도시되지 않음)를 발생시킨다. 제1 챔버와 제2 챔버의 증기의 흐름은 각각 히터(48, 54)에 흘러 들어가는 전류와 개구(52, 60)를 조절함으로써 제어된다. 일 실시예에서, 금속(50)과 금속(56)은, 산화철 기반 자기 재료를 구성하는 두 개의 금속, 예를 들어 철과 니켈이다. 산소분위기(44)에서, 철 증기와 니켈 증기는 산화철 기반 자기 재료 화합물, 즉 NiFe2O3을 형성한다. 이러한 화합물은 실리콘 산화층(64) 상의 에칭된 개구(62)에 퇴적된다. 산소 농도와 온도를 제어함으로써 철과 니켈의 흐름을 적절히 조절할 수 있다는 점을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
도 5, 6 및 7은 본 발명에 따른 인덕터(10)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 5는, 예를 들어 10GHz보다 높은 초고주파수 응용 기기용의 온칩 인덕터 구조(70)의 대표적인 기본 구조의 단면도를 도시한다. 온칩 인덕터 구조(70)는 외부층(74) 사이에 내부층(72)을 포함한다. 인덕터 금속 권선(76)은 내부층(72) 내에 위치하며, 본 명세서에서 연성 자기 코어(78)로 참조되는 연성 자기 재료 주위에 배치된다. 도 1의 온칩 인덕터 구조(10)와는 달리, 온칩 인덕터 구조(70)에서는, 본 명세서에서 경성 자기 코어(79)로 참조되는 경성 자기 재료가 인덕터 금속 권선(76)의 일 측면에 인접한다. 외부층(74)은 전형적으로 연성 자기 코어(78)로 이루어진다. 구조(70)에서 사용되는 연성 및 경성 자기 재료는 모두 전형적으로 페라이트 기반이지만, 일부 실시예에서는 다른 재료도 사용 가능하다. 도 1에서와 같이, 내부층(72)과 외부층(74)의 사이에는 다양한 간극 폭이 존재할 수 있다. 또한, 대안적인 실시예에서 내부층(72)과 외부층(74) 중 임의의 하나 또는 전부 또는 임의의 조합이 가능하다.
본 발명에서 사용되는 두 종류의 전형적인 자기 재료를 카테고리화하는 데에 사용되는 두 개의 자성 파라미터로서 잔여 자속밀도와 보자력(coercive force)이있다. 첫 번째 종류의 자기 재료는 연성 자기 재료로서 잔여 자속밀도가 낮고 보자력이 작다. 본 발명에서 연성 자기 재료는 인덕턴스를 증가시키고 인덕터의 Q값을 향상시키는 데에 사용된다. 두 번째 종류의 자기 재료는 경성 자기 재료로서 잔여 자속밀도가 높고 보자력이 크다. 본 발명에서 경성 자기 재료는 동작점에 대한 바이어스 자기장을 설정하는 데에 사용된다.
당업계에 공지되어 있는 바와 같이, 페라이트와 같은 산화철 기반 자기 재료는 전형적으로 초고주파수 응용 기기용으로 사용된다. 그러나, 외부 자기장 H가 제로일 때 산화철 기반 자기 재료의 최초 투자율은 매우 작다. 따라서, 투자율이 큰 동작점을 설정하기 위하여 외부 자기장이 요구된다. 실제로, 연성 및 경성 자기 재료를 모두 포함하는 온칩 인덕터(70)가 큐리 온도, 즉 300 내지 600도를 초과하는 온도로 가열될 때, 경성 자기 코어(79)에 사용되는 경성 자기 재료는 자화를 상실하거나 자발 자화(spontaneous magnetization)를 발현한다. 따라서, 온칩 인덕터 구조(70)를 포함하는 집적회로 칩이 패키징될 때, 경성 자기 코어(79)의 경성 자기 재료를 활성화하기 위하여 외부 자기장이 요구된다. 재자화된 경성 자기 코어(79)는 페라이트에 대한 바이어스 자기장을 설정한다. 바이어스 자기장은 페라이트에 대하여 요구되는 동작점까지 투자율을 증가시킨다. 페라이트는 볼륨 저항이 매우 높고 손실이 매우 작기 때문에 100GHz보다 높은 초고주파수에서 동작할 수 있다. 자기장이 0일 때 페라이트의 상대 투자율은 1에 가깝기 때문에(즉, 최초 투자율이 1에 가깝기 때문에), 상대 투자율이 큰 동작점을 설정하기 위해서는 바이어스 자기장이 필요하다. 또한, 바이어스 자기장을 변화시킴으로써 페라이트의 상대투자율을 조절하는 데에 요구되는 조건을 제공할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 실시예에서와 같이, 도 5에서 도시된 실시예는 연성 및 경성 자기 재료의 조합을 제공하는 다른 구성을 포함할 수 있다.
도 6 및 7은 인덕터의 인덕턴스를 조절할 수 있도록 하는 온칩 인덕터(80)의 대표적인 기본 구조의 단면을 도시한다. 온칩 인덕터 구조(80)는 외부층(84) 사이에 내부층(82)을 포함한다. 인덕터 금속 권선(86)은 내부층(82) 내에 위치하고, 본 명세서에서 연성 자기 코어(88)로 참조되는 연성 자기 재료 주위에 배치된다. 도 1 및 5에서 도시된 구조와 달리, 인덕터 금속 권선(86)의 일 측면에 제어 권선(90)이 인접한다. 도 6에서 도시된 실시예에서, 제어 권선(90)은, 본 명세서에서 연성 자기 코어(94)로 참조되는 연성 자기 재료와, 본 명세서에서 경성 자기 코어(96)로 참조되는 경성 자기 재료를 모두 포함하는 코어(92) 주위에 배치된다. 외부층(84)은 전형적으로 연성 자기 코어(88)로 이루어진다. 물론, 도 7에서 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 코어(92)는 연성 자기 재료(94)만 포함할 수도 있다. 도 6 및 7에서 도시된 구조에서 사용되는 연성 및 경성 자기 재료는 모두 전형적으로 페라이트 기반이지만, 일부 실시예에서는 다른 재료가 사용될 수도 있다. 상술된 실시예에서와 같이, 도 6 및 7에서 도시된 구조는 내부층(82)과 외부층(84) 사이에 다양한 폭의 간극을 포함할 수 있다. 또한, 내부층(82)과 외부층(84) 각각은 하나 이상 있을 수 있다.
실제로, 제어 권선(90)에 인가되는 DC 전류는, 연성 자기 코어(88)와 코어(92) 모두에 사용되는 페라이트 자기 재료의 동작점에 도달하는 데에 필요한바이어스 자기장을 발생시킨다. 전류를 조절함으로써 투자율을 조절할 수 있으며 인덕턴스도 조절할 수 있다.
본 발명의 온칩 인덕터는 다양한 장점을 제공한다. 인덕터의 코어에 자기 재료를 사용함으로써, 인덕터의 크기가 감소되고 Q값이 증가된다. 본 발명에서, 인덕터의 자기장은 자기 코어 내에 폐쇄되므로 다른 칩 구성 요소와의 간섭이 감소된다. 인덕터 코어에 페라이트를 사용함으로써 인덕터를 초고주파수에서 동작시킬 수 있다. 마지막으로, 제어 권선을 사용하여 DC 자기 바이어스를 변경시킴으로써, 인덕터의 인덕턴스를 제어 또는 조절할 수 있다.
본 발명은 특정 실시예에 대하여 설명되었지만, 이에 제한되지 않는다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은, 첨부된 청구범위에서 정해지는 본 발명의 기술 사상 및 범위에 포함되는 모든 변경 및 균등을 포함하도록 의도된다.

Claims (22)

  1. 둘 이상의 외부층과,
    상기 둘 이상의 외부층 사이의 하나 이상의 내부층과,
    상기 하나 이상의 내부층에 포함되는 인덕터 금속 권선(inductor metal winding turns)과,
    상기 둘 이상의 외부층과 상기 하나 이상의 내부층을 적어도 부분적으로 형성하며, 자기 입자를 포함하는 포토레지스트 페이스트(photoresist paste)
    를 포함하고,
    집적회로 칩 상에 형성되는 인덕터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 페이스트는 상기 인덕터 금속 권선을 실질적으로 둘러싸는 인덕터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기 입자는 실질적으로 금속 기반인 인덕터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자기 입자는 실질적으로 산화철(iron oxide) 기반인 인덕터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 둘 이상의 외부층과 상기 하나 이상의 내부층의 각각사이의 간극을 더 포함하는 인덕터.
  6. 각각 제1 부분과 제2 부분을 포함하는 둘 이상의 외부층과,
    상기 둘 이상의 외부층 사이의 하나 이상의 내부층과,
    상기 하나 이상의 내부층에 포함되는 인덕터 금속 권선과,
    상기 둘 이상의 외부층의 상기 제1 및 제2 부분의 각각 및 상기 하나 이상의 내부층의 각각 위에 배치되고, 상기 제1 및 제2 부분 위에서 특정 패턴을 형성하도록 배치되는 일련의 자기 금속 스트립
    을 포함하고,
    집적회로 칩 상에 형성되는 인덕터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 특정 패턴은 완전한 직교 격자 패턴인 인덕터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 특정 패턴은 횡단 격자 패턴(transverse grid pattern)인 인덕터.
  9. 제6항에 있어서, 상기 일련의 자기 금속 스트립은 상기 인덕터 금속 권선을 실질적으로 둘러싸는 인덕터.
  10. 제6항에 있어서, 상기 둘 이상의 외부층과 상기 하나 이상의 내부층의 각각사이의 간극을 더 포함하는 인덕터.
  11. 자기 코어를 갖는 인덕터의 형성 방법에 있어서,
    각각 그 내부에 배치된 하나 이상의 금속을 포함하는 하나 이상의 챔버를 제공하는 단계와,
    상기 하나 이상의 금속을 가열하여 상기 하나 이상의 금속의 증기를 발생시키는 단계와,
    상기 하나 이상의 금속의 상기 증기로부터 자기 재료를 형성하는 단계와,
    에칭된 개구를 갖는 적어도 하나의 실리콘 산화층을 갖는 집적회로 칩을 제공하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 실리콘 산화층의 상기 에칭된 개구에 상기 자기 재료를 퇴적시키는 단계
    를 포함하는 인덕터 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하나 이상의 금속 중 적어도 하나는 철이고 상기 하나 이상의 금속 중 적어도 하나는 니켈인 인덕터 형성 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 자기 재료는 산화철 기반인 인덕터 형성 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 챔버의 각각은 조절 가능한 개구를 갖는 챔버 벽을포함하고, 상기 챔버는 소정의 산소 농도 및 온도를 갖는 산소 분위기 내에 위치하는 인덕터 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 자기 재료를 형성하는 단계는, 상기 산소 농도, 상기 온도 및 상기 조절 가능한 개구를 제어함으로써 제어되는 인덕터 형성 방법.
  16. 둘 이상의 외부층과,
    상기 둘 이상의 외부층 사이의 하나 이상의 내부층과,
    상기 하나 이상의 내부층 내의 인덕터 금속 권선 및 제어 권선과,
    상기 둘 이상의 외부층 및 상기 하나 이상의 내부층의 각각에 포함되는 연성 자기 코어 재료 및 경성 자기 코어 재료 중 적어도 하나
    를 포함하고,
    집적회로 칩 상에 형성되는 인덕터.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어 권선은 상기 연성 자기 코어 재료 및 상기 경성 자기 코어 재료를 포함하는 코어 주위에 배치되는 인덕터.
  18. 제16항에 있어서, 상기 연성 코어 자기 재료 및 상기 경성 자기 코어 재료는 실질적으로 산화철 기반인 인덕터.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제어 권선은 상기 연성 자기 코어 재료만 포함하는 코어 주위에 배치되는 인덕터.
  20. 제16항에 있어서, 상기 경성 자기 코어 재료는 상기 인덕터 내의 자기 바이어스를 생성하도록 설치되는 인덕터.
  21. 제16항에 있어서, 상기 인덕터 금속 권선은 상기 연성 자기 코어 재료를 포함하는 코어 주위에 배치되는 인덕터.
  22. 제16항에 있어서, 상기 제어 권선에는 전류가 흐르도록 설치되는 인덕터.
KR1020040048059A 2003-06-30 2004-06-25 자기 코어를 갖는 온칩 인덕터 KR100633497B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/604,180 2003-06-30
US10/604,180 US7061359B2 (en) 2003-06-30 2003-06-30 On-chip inductor with magnetic core

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050005777A true KR20050005777A (ko) 2005-01-14
KR100633497B1 KR100633497B1 (ko) 2006-10-16

Family

ID=33539931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040048059A KR100633497B1 (ko) 2003-06-30 2004-06-25 자기 코어를 갖는 온칩 인덕터

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7061359B2 (ko)
KR (1) KR100633497B1 (ko)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8089324B2 (en) * 2006-08-05 2012-01-03 Min Ming Tarng Varactor-free amplitude controlled oscillator(ACO) for system on chip and system on card Xtaless clock SOC
US20030112110A1 (en) * 2001-09-19 2003-06-19 Mark Pavier Embedded inductor for semiconductor device circuit
US7061359B2 (en) * 2003-06-30 2006-06-13 International Business Machines Corporation On-chip inductor with magnetic core
US7436281B2 (en) * 2004-07-30 2008-10-14 Texas Instruments Incorporated Method to improve inductance with a high-permeability slotted plate core in an integrated circuit
US20060109071A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-25 Thongsouk Christopher H Circuit board inductor
KR100665114B1 (ko) * 2005-01-07 2007-01-09 삼성전기주식회사 평면형 자성 인덕터의 제조 방법
US7652348B1 (en) * 2006-07-27 2010-01-26 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for wafer level fabrication of high value inductors on semiconductor integrated circuits
US7829425B1 (en) * 2006-08-15 2010-11-09 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for wafer level fabrication of high value inductors on semiconductor integrated circuits
US8310332B2 (en) * 2008-10-08 2012-11-13 Cooper Technologies Company High current amorphous powder core inductor
CN1996517B (zh) * 2006-11-25 2011-04-06 中山市三礼电子有限公司 一种全自动小型贴片式电感的制作方法
US7468899B1 (en) * 2007-01-09 2008-12-23 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for wafer level fabrication of high value inductors on semiconductor integrated circuits
US8079134B2 (en) * 2008-08-01 2011-12-20 International Business Machines Corporation Method of enhancing on-chip inductance structure utilizing silicon through via technology
EP2337063B1 (en) * 2009-12-17 2013-10-23 Nxp B.V. On chip integrated inductor and manufacturing method therefor
US20110151377A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Simon Fraser University Compositions Including Magnetic Materials
US8436707B2 (en) * 2010-01-12 2013-05-07 Infineon Technologies Ag System and method for integrated inductor
US9330826B1 (en) * 2010-02-12 2016-05-03 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama For And On Behalf Of The University Of Alabama Integrated architecture for power converters
US8513771B2 (en) 2010-06-07 2013-08-20 Infineon Technologies Ag Semiconductor package with integrated inductor
US8664745B2 (en) * 2010-07-20 2014-03-04 Triune Ip Llc Integrated inductor
US8470612B2 (en) 2010-10-07 2013-06-25 Infineon Technologies Ag Integrated circuits with magnetic core inductors and methods of fabrications thereof
US8102236B1 (en) * 2010-12-14 2012-01-24 International Business Machines Corporation Thin film inductor with integrated gaps
US8314676B1 (en) * 2011-05-02 2012-11-20 National Semiconductor Corporation Method of making a controlled seam laminated magnetic core for high frequency on-chip power inductors
US10069578B2 (en) * 2011-06-13 2018-09-04 Mediatek Inc. RF testing system with parallelized processing
JP6283158B2 (ja) * 2012-04-12 2018-02-21 新光電気工業株式会社 配線基板、及び、配線基板の製造方法
RU2523932C1 (ru) * 2013-05-27 2014-07-27 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." Плоская катушка индуктивности с повышенной добротностью
TWI479516B (zh) * 2013-04-19 2015-04-01 Delta Electronics Inc 非線性電感
CN104112564A (zh) * 2013-04-19 2014-10-22 台达电子工业股份有限公司 非线性电感
US10685776B1 (en) * 2016-04-01 2020-06-16 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Integrated magnetic inductors
US10085342B2 (en) * 2016-12-13 2018-09-25 Intel Corporation Microelectronic device having an air core inductor
US10741327B2 (en) 2017-01-30 2020-08-11 International Business Machines Corporation Inductors in BEOL with particulate magnetic cores
EP3840547A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-23 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Component carrier with embedded magnetic inlay and integrated coil structure

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5146552B2 (ko) * 1972-12-04 1976-12-09
US4959631A (en) * 1987-09-29 1990-09-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Planar inductor
JPH0268907A (ja) * 1988-09-05 1990-03-08 Amorufuasu Denshi Device Kenkyusho:Kk インダクタ
JP3138776B2 (ja) 1992-01-14 2001-02-26 ティーディーケイ株式会社 積層型磁性体部品の製造方法
JPH07176444A (ja) 1993-10-29 1995-07-14 Kyocera Corp 積層インダクタ部品の製造方法
US6322676B1 (en) * 1998-03-25 2001-11-27 University Of Iowa Research Foundation Magnetic composites exhibiting distinct flux properties due to gradient interfaces
US6911887B1 (en) * 1994-09-12 2005-06-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Inductor and method for producing the same
JPH08162330A (ja) 1994-11-30 1996-06-21 T I F:Kk インダクタ素子
US5693447A (en) * 1995-02-17 1997-12-02 Konica Corporation Image forming material, method of preparing the same and image forming method employing the same
US5607768A (en) * 1995-05-15 1997-03-04 General Motors Corporation Lubricous polymer-encapsulated ferromagnetic particles and method of making
JPH10148939A (ja) * 1996-11-18 1998-06-02 Konica Corp 画像形成材料及びその製造方法
US5847634A (en) * 1997-07-30 1998-12-08 Lucent Technologies Inc. Article comprising an inductive element with a magnetic thin film
US6441715B1 (en) * 1999-02-17 2002-08-27 Texas Instruments Incorporated Method of fabricating a miniaturized integrated circuit inductor and transformer fabrication
US6452247B1 (en) * 1999-11-23 2002-09-17 Intel Corporation Inductor for integrated circuit
US6835576B2 (en) * 2000-05-02 2004-12-28 Fuji Electric Co., Ltd. Magnetic thin film, a magnetic component that uses this magnetic thin film, manufacturing methods for the same, and a power conversion device
JP2001267155A (ja) 2000-03-17 2001-09-28 Fuji Electric Co Ltd 平面型磁気素子
DK174233B1 (da) 2000-12-27 2002-10-07 Dss Danish Separation Systems Sanitært spiralfilteranlæg
US6522579B2 (en) * 2001-01-24 2003-02-18 Infineon Technologies, Ag Non-orthogonal MRAM device
US7061359B2 (en) 2003-06-30 2006-06-13 International Business Machines Corporation On-chip inductor with magnetic core

Also Published As

Publication number Publication date
US7271693B2 (en) 2007-09-18
US20040263310A1 (en) 2004-12-30
KR100633497B1 (ko) 2006-10-16
US20060186983A1 (en) 2006-08-24
US7061359B2 (en) 2006-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100633497B1 (ko) 자기 코어를 갖는 온칩 인덕터
US5959522A (en) Integrated electromagnetic device and method
CN108292552B (zh) 具有自闭合磁路的磁结构
EP2245640B1 (en) Tunable filter with electrically variable inductor and associated method of production
EP0716433A1 (en) High Q integrated inductor
JP5372477B2 (ja) 永久磁石を含む誘導装置及び関連方法
CN110047645B (zh) 电感器
Ning et al. A tunable magnetic inductor
WO2018063766A1 (en) Stacked metal inductor
EP2337063B1 (en) On chip integrated inductor and manufacturing method therefor
JP3927565B2 (ja) 磁気コアを有するオンチップ・インダクタ
JPH06124843A (ja) 高周波用薄膜トランス
US6873242B2 (en) Magnetic component
US10879866B2 (en) Filter circuit, heating circuit, and semiconductor processing apparatus
US6529110B2 (en) Microcomponent of the microinductor or microtransformer type
JP2003347123A (ja) 薄膜インダクタ及びそれを利用した電子機器
RU2716282C1 (ru) Тонкопленочный тороидальный сердечник с анизотропией формы, катушка индуктивности и трансформатор, его содержащие
WO2006008747A2 (en) On-chip inductor
JP2003133136A5 (ko)
JPH09223636A (ja) 磁性部品およびその製法
JP2004342943A (ja) コイル内蔵圧粉コアおよびその製造方法、並びにそのコアを用いた電源用トランス、リアクトルおよびその製造方法
JPH08162330A (ja) インダクタ素子
JP2002093624A (ja) 微小インダクタや微小変圧器といったタイプの微小素子
Hettstedt et al. Toroid microinductors using segmented magnetic cores
Kim et al. Design of Toroidal inductors using stressed metal technology

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100824

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee