KR20140031130A - 집적 회로에 사용되는 자기 코어, 그러한 자기 코어를 포함하는 집적 회로, 집적 회로의 일부로서 제조되는 변압기 및 인덕터 - Google Patents

집적 회로에 사용되는 자기 코어, 그러한 자기 코어를 포함하는 집적 회로, 집적 회로의 일부로서 제조되는 변압기 및 인덕터 Download PDF

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Abstract

자기 코어는 집적 회로에 제공되며, 자기 코어는 자기 기능 물질의 복수의 층들; 제 1 절연 물질의 복수의 층들; 및 제 2 절연 물질의 적어도 하나의 층을 포함하며; 제 1 절연 물질의 층들은 자기 기능 물질의 층들 사이에 삽입되어 자기 코어의 서브섹션들을 형성하고, 제 2 절연 물질의 적어도 하나의 층은 인접 서브섹션들 사이에 삽입된다.

Description

집적 회로에 사용되는 자기 코어, 그러한 자기 코어를 포함하는 집적 회로, 집적 회로의 일부로서 제조되는 변압기 및 인덕터{A MAGNETIC CORE FOR USE IN AN INTEGRATED CIRCUIT, AN INTEGRATED CIRCUIT INCLUDING SUCH A MAGNETIC CORE, A TRANSFORMER AND AN INDUCTOR FABRICATED AS PART OF AN INTEGRATED CIRCUIT}
본 발명은 2012년 9월 4일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/696,446호에 대한 우선권 이익을 35 U.S.C. §119(e) 하에 주장한다.
본 발명은 집적 회로 내에 또는 집적 회로의 일부로서, 예를 들어 실리콘 기판 상에 형성될 수 있는 자기 코어에 관한 것이고, 집적 회로 내에 형성되는 변압기들 및 인덕터들과 같은 자기 구성요소들에 관한 것이다.
인덕터들 및 변압기들과 같은 자기 구성요소들은 많은 용도들을 갖는 것이 알려져 있다. 예를 들어 인덕터들은 필터들 및 공진 회로들의 제조에 사용될 수 있거나, 스위치 모드 전력 컨버터들에 사용될 수 있어 상이한 출력 전압의 생성을 위한 입력 전압을 올리거나 낮출 수 있다. 변압기들은 하이 레벨들의 갈바닉 절연을 제공하면서 회로의 한 부분으로부터 회로의 다른 부분으로의 전력 또는 신호들의 전달에 사용될 수 있다.
이 구성요소들은 집적 회로 환경 내에서 제조될 수 있다. 예를 들어 일반적으로 "나선" 또는 "나선" 형상들의 근사들을 형성하는 이격된 도체들은 변압기를 형성하기 위해 반도체 기판 상에 형성될 수 있는 것은 알려져 있다. 그러한 이격된 나선형 인덕터들은 나란히 또는 적층 구성으로 배치될 수 있다. 그러나, 그러한 변압기들의 성능은 일반적으로 나선형 도체들에 의해 형성되는 "코일들" 사이의 자기 결합에 의해 제한된다. 도체들은 폴리이미드와 같은 절연 물질에 의해 둘러싸여진다. 이것은 도체들이 서로 갈바닉 연결되는 것을 방지하기 위해 필요한 절연 성질들을 제공하지만, 자기 결합 관점에서 "에어 갭"보다 약간 더 좋다. 그러므로, 그러한 변압기들은 변압기의 권선들 사이에서 낮은 효율 및 그 결과 비교적 좋지 못한 전력 전달을 제공한다.
필드의 대규모 변압기들에서, 변압기의 권선들 사이, 예를 들어 변압기의 1차 및 2차 권선들 사이의 결합은 적절한 물질의 코어의 포함에 의해 증대될 수 있는 것은 알려져 왔다. 코어는 일반적으로 강자성 물질로 제조된다. 대규모 변압기들의 제조자들은 맴돌이 전류들이 고체 금속 코어들에서 유도되어, 저항 손실들을 변압기 내에서 발생시킬 수 있기 때문에 금속 코어 코어들이 비효율적이라는 것을 빠르게 인식했다. 대규모 변압기들의 제조자들은 코어를 절연 층들에 의해 서로로부터 분리되는 강자성 물질의 비교적 얇은 시트들의 적층 구조로 제공함으로써 이 맴돌이 전류 손실들을 극복했다. 일반적으로 변압기의 작동 주파수는 적층들의 두께를 감소시킴으로써 증가될 수 있었다.
본 발명의 목적은 효율적인 집적 회로에 사용되는 자기 코어를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 집적 회로에 사용되는 자기 코어가 제공되며, 자기 코어는,
자기 기능 물질의 복수의 층들;
복수의 제 1 절연 층들; 및
적어도 하나의 제 2 절연 층을 포함하며; 제 1 절연 층들은 자기 기능 물질의 층들 사이에 삽입되어 자기 코어의 서브섹션들을 형성하고, 적어도 하나의 제 2 절연 층은 자기 코어의 인접 서브섹션들 사이에 삽입된다.
따라서, 일부 실시예들에서, 자기 물질의 적층 영역들이 제 2 절연 물질로 형성되는 절연 영역들에 의해 서로 분리되는 코어를 형성하는 것이 가능하며, 제 2 절연 물질은 각각의 서브섹션 내의 적층 자기 기능 물질들 사이의 절연 물질과 상이하다.
다른 물질들의 사용, 또는 동일한 절연 물질의 다른 두께들은 코어의 특성들이 제어될 수 있게 한다.
자기 기능 물질은 연성 자기 물질일 수 있다. 유리하게, 자기 기능 물질은 니켈-철, 니켈-코발트, 철-코발트, 또는 코발트-지르코늄-탄탈룸과 같은 강자성 물질이다. 이 물질 리스트는 소모적이지 않다.
자기 기능 물질의 층들은 균일하고 그 내에서 불연속성들 또는 다른 전위들이 없는 것이 바람직하다. 자기 물질의 층들의 품질은 그들을 적절한 성장 기판 상에 제조함으로써 증대될 수 있는데, 층들은 "시딩 층"으로 생각될 수 있으며, 시딩 층은 증착 동안 정확한 결정 성장을 자기 기능 층 내에서 증진시키기 위해 작용한다. 니켈-철 자기 기능 층들과 함께 사용되는 적절한 시딩 층은 질화 알루미늄(AlN)이다. 따라서, 이러한 제 1 절연 물질의 층은 결정 성장을 자기 활성 층들 내에서 제어하고, 또한 자기 활성 물질의 인접 층들 사이에 절연 층을 형성하는 효과를 갖는다. 제 1 절연 물질의 층들의 두께는 수 나노미터와 수십 나노미터 사이에서 변화될 수 있다. 예를 들어, 제 1 절연 물질의 층들은 5 나노미터와 30 나노미터 사이일 수 있다. 대표적인 실시예에서, 제 1 절연 물질의 층들은 10 나노미터 정도의 공칭 두께를 갖는다. 자기 활성 물질의 층들은 대략 100 nm와 같은 대략 50 nm와 200 nm 사이일 수 있다.
제 1 절연 물질의 그러한 층들은 변압기 또는 인덕터의 권선들의 DC 및 저주파수 여기들을 위해 좋은 절연을 제공할지라도, 주파수가 증가하므로 제 1 절연 물질의 비교적 얇은 층들, 예를 들어 질화 알루미늄의 10 나노미터 두꺼운 층들은 인접 금속 플레이트들 사이의 유전체의 역할을 하며, 이는 커패시터와 기능적으로 같다. 그러한 기생 커패시터의 존재는 교류 흐름이 더 높은 주파수들에서 적층 구조 내에 수립되게 할 수 있고, 그것에 의해 맴돌이 전류 손실들을 재도입할 수 있다. 그러나, 단위 면적 당 낮은 커패시턴스를 갖고, 제 1 물질보다 더 큰 폭(또는 두께) 및/또는 감소된 유전율(감소된 상대 유전율로 표현될 수 있음)을 갖는 물질의 층일 수 있는 제 2 절연 층의 제공은 자기 코어의 서브섹션들 사이의 용량 결합을 방해한다. 따라서, 코어 내의 맴돌이 전류 흐름이 감소되고 변압기 손실들은 그러한 제 2 절연 층(들)을 그 안에 갖지 않는 그의 구조들에 비해 더 높은 주파수들에서 감소된다. 유사하게, 본 명세서에 설명되는 자기 코어를 사용하여 형성되는 인덕터들은 그러한 제 2 절연 층(들) 없이 형성되는 것들보다 더 적게 손실된다.
유리하게, 제 2 절연 층은 부가 처리 단계들을 회피하기 위해 반도체 제조 프로세스와 호환되도록 선택되는 제 2 절연 물질로 형성된다. 따라서, 실리콘계 제조 프로세스에서, 제 2 절연 물질은 반도체계 물질, 특히 실리콘계 화합물인 것이 유리하다. 예를 들어, 이산화 실리콘과 같은 반도체 산화물은 제 2 절연 물질로서 편리하게 사용될 수 있다. 제 2 절연 물질은 앞에 언급된 바와 같이, 제 1 절연 물질보다 더 두꺼운 층들에 증착될 수 있다. 그러한 층들은 수십 나노미터 두께 및 수백 나노미터 두께의 커플(couple) 사이에 있을 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 제 2 절연 물질은 20 및 200 나노미터 두께 사이일 수 있다. 두께는 장치의 원하는 작동 주파수, 및 집적 회로의 제조자 또는 설계자에 의해 설정되는 코어에 대한 두께 비용에 부분적으로 의존할 수 있다.
유리하게, 코어는 실리콘 기판 상에 제조되고 변압기의 1차 및 2차 코일들을 형성하는 제 1 및 제 2 권선들에 의해 둘러싸여진다. 권선들은 예를 들어 자기 코어를 통해 또는 자기 코어 아래를 통과할 때 일반적으로 평면일 수 있고, 이 때 집적 회로 내의 비아들 또는 다른 층간 연결들에 의해 함께 연결될 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 자기 코어를 형성하는 방법이 제공되며, 방법은 기판 상에,
a) 제 1 절연 층을 증착하는 단계;
b) 자기 기능 물질의 층을 증착하는 단계;
c) 단계들 a) 및 b)를 적어도 한 번 반복하는 단계;
d) 두께 및 조성 중 적어도 하나가 제 1 절연 층과 상이한 제 2 절연 층을 증착하는 단계;
e) 제 1 절연 층을 증착하는 단계;
f) 자기 기능 물질의 층을 증착하는 단계;
g) 단계들 e) 및 f)를 적어도 한 번 반복하는 단계를 포함한다.
물질들의 다양한 층들의 증착은 기판의 특정 영역을 가로질러 발생할 수 있거나 기판/웨이퍼의 전체를 가로질러 수행될 수 있다. 다양한 층들의 증착이 웨이퍼의 전체를 가로질러 수행될지라도, 후속 마스킹 및 에칭 단계들은 증착된 층들을 웨이퍼를 가로질러 서로로부터 분리되는 다양한 자기 코어들로 분할하기 위해 수행될 수 있다. 그 다음, 복수의 집적 회로들은 웨이퍼 상에 형성될 수 있고 웨이퍼는 이 때 다이싱될 수 있어 그 후에 집적 회로들 중 각각의 것들은 완성된 집적 회로 구성요소를 형성하기 위해 적절한 패키징 내에 배치될 수 있다.
본 발명은 이제 첨부 도면들을 참조하여, 비제한적인 예로서만 설명될 것이다.
도 1은 변압기가 형성된 웨이퍼의 일부의 평면도이며, 변압기는 자기 코어를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 타입의 자기 코어를 통과하는 단면이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 구성하는 집적 회로를 통과하는 단면이다.
도 1은 전체적으로 참조 번호 2로 표시되고, 기판(4)의 일부보다 위에 형성되는 자기 코어의 일 예를 개략적으로 예시한다. 유리하게, 기판(4)은 반도체 기판이어서 변압기의 1차 및 2차 권선들과 연관되는 구동 회로조직 및 수신기 회로조직과 같은 다른 구성요소들은 기판(4) 상에 형성될 수 있다. 그러나, 일부 응용들에서 비반도체 기판 물질들은 더 높은 임피던스와 같은 그의 전기적 성질들을 위해 사용될 수 있다. 예시의 목적들을 위해, 절연 물질, 예를 들어 폴리이미드의 층들과 같은 자기 코어(2) 주위의 구조들은 생략되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 유일한 구조들은 기판(4), 자기 코어(2), 및 자기 코어(2)보다 위에 및 아래에 존재하는 기판(4)의 평면과 평행한(및 또한 도 1의 평면과 평행한) 제 1 및 제 2 층들에 형성되는 전도성 트랙들이다. 도체들의 제 1 층은 자기 코어(2)보다 위에 있고 따라서 제 2 층보다 관찰자에게 더 가까운 것으로 간주될 수 있으며, 제 2 층은 자기 코어(2)와 기판(4) 사이에 있다. 자기 코어(2) 아래를 통과하는 도체들은 도 1의 체인 윤곽으로 도시되는 한편, 자기 코어(2) 위를 통과하는 도체들은 솔리드 윤곽(solid outline)으로 도시된다. 제 1 권선, 예를 들어 1차 권선(10)은 선형 트랙 부분들(12, 14, 16 및 18)로 형성될 수 있으며, 부분들(12 및 16)은 제 1 금속 층에 형성되고 부분들(14 및 18)은 제 2 금속 층에 형성되며, 비아들 또는 동등한 상호연결 영역들(20, 22 및 24)로서 함께 연결된다. 2차 권선(30)은 평면 트랙 부분들(32, 34, 36 및 38)로 형성될 수 있으며, 부분들(34 및 38)은 제 1 금속 층에 형성되고, 부분들(32 및 36)은 제 2 금속 층에 형성되며, 부분들은 비아들 또는 다른 적절한 상호연결부(40, 42 및 44)로서 함께 연결된다. 1차 및 2차 코일들은 자기 코어(2) 주위에 나선형을 그리는 구조들로 형성되며, 이는 코어(2)로부터 절연되고, 서로 절연될 수 있다는 점이 확인될 수 있다. 따라서, 1차 및 2차 권선 사이에 갈바닉 경로가 존재하지 않고 코일들을 함께 결합하는 1차 메커니즘은 자기 메커니즘이다. 작은 기생 커패시턴스들은 1차 및 2차 권선 사이에 신호 흐름 경로들을 형성할 수도 있지만, 이들은 상당히 덜 중요하다.
유리하게, 자기 코어(2)는 1차 권선(10)에 의해 생성되는 플럭스가 2차 권선(30)에 효율적으로 결합되기 위해 비교적 높은 투자율을 나타낸다. 이것은 코어(2) 내에서 강자성 물질들의 사용에 의해 달성된다. 그러나, 대규모 변압기들에서 경험되는 바와 같이, 1차 권선(10) 주위에 생성되는 자속은 자기 코어(2)와 상호 작용하고, 코어(2) 내에 흐르는 맴돌이 전류들을 발생시킬 수 있다. 이 맴돌이 전류들은 코어(2)의 저항 물질를 통해 흐르고 손실 메커니즘을 발생시킨다. 이것은 자기 구성요소의 효율을 감소시키고, 변압기들의 경우에 1차 권선의 여기 주파수가 증가할 때 1차 권선의 코일 임피던스의 분명한 증가로서 그 자체를 증명할 수 있다.
대규모 변압기들의 경험에 의지하면, 맴돌이 전류 문제를 처리하는 하나의 방법은 코어를 서로 절연되는 복수의 부분들로 분할하는 것이다. 집적 회로의 맥락 내에서, 가장 용이한 접근법은 트렌치들의 종축이 권선들에 의해 생성되는 자계의 방향과 평행하게 뻗어 있는 상태에서 일련의 트렌치들을 자기 코어에 에칭하는 것이며, 그 경우에 트렌치들은 코어를 복수의 평행 "핑거들"로 분할하도록 도 1의 상단으로부터 도 1의 하단(Y 방향)으로 뻗어 있을 것이라고 생각될 수 있다. 실제로, 집적 회로들의 미소 규모 환경에서, 이 접근법은 얇은 핑거들이 이 때 강자성 물질의 자기 용이 축으로 하여금 도 1의 Y 방향을 따라 연장되게 하는 형상 이방성을 나타낼 것이므로 매우 불리할 것이다. 이것은 차례로 큰 히스테리시스 손실들을 물질 내에서 발생시킬 것이며, 손실들은 자기 용이 방향이 도 1의 X 축(수평)을 따라 연장되게 함으로써 회피될 수 있었다. 그러한 배열은 "곤란" 방향이 자계 및 Y 축과 평행하게 될 것이고, 이 방향은 일반적으로 훨씬 더 작은 히스테리시스 루프를 갖고 훨씬 더 넓은 범위의 인가된 자계들을 통해 히스테리시스 루프의 일반적인 선형 영역에서 조작된다.
그러나, 자기 용이 축은 자기 코어가 복수의 개별 층들로 분할되면 도 1의 "X" 방향을 따라 유지될 수 있으며, 각각의 층은 도 1의 X-Y 평면에 존재한다. 용이 축은 자기 물질의 층의 증착 동안 정의될 수 있다. 수개의 기술들은 당해 기술에서 통상의 기술자에게 알려져 있고 여기서 설명될 필요는 없다.
도 2는 도 1의 자기 코어(2)를 통과하는 단면을 개략적으로 예시한다. 단면은 도 1의 평면에 수직이고, 기판(4)으로부터 상방으로 동작하는 Z 방향으로 적층된 층들을 도시한다. 도 2는 축척에 따라 도시되지 않고 자기 코어(2) 내의 구성요소 층들의 치수들은 서로에 대해 축척에 따라 도시되지 않으며, 어느 쪽도 집적 회로의 나머지에 대해 축척에 따라 정확히 도시되는 자기 코어(2)의 크기는 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판(4)은 기판(4)과 자기 코어(2)의 베이스 층 사이에, 기판 상에 형성되고 전체적으로 50으로 표시되는 물질의 하나 이상의 층들을 가질 수 있다. 층(50)은 도 1에 도시된 제 2 금속 층의 일부를 형성하는 금속 트랙들을 포함할 수 있고 질화 알루미늄 또는 폴리이미드와 같은 절연 물질의 하나 이상의 층들을 포함할 수도 있다.
자기 코어(2)는 복수의 층들을 포함한다. 일반적으로, 전체적으로 60으로 표시되는 코어(2)의 제 1 서브섹션은 자기 기능 물질의 층들(80, 82, 84, 86 및 88)과 교대 순서로 배열되는 제 1 절연 물질의 층들(70, 72, 74, 76, 및 78)을 포함한다. 이 예에서, 자기 기능 물질의 5개의 층들은 교대 적층으로 제 1 절연 물질의 5개의 층들보다 위에 착석된다. 자기 기능 물질 및 제 1 절연 물질의 더 적거나, 또는 확실히 더 많은 층들은 제 1 서브섹션(60)을 형성하기 위해 사용될 수 있다는 점에 주목해야 한다.
제 2 절연 물질의 층(100)은 자기 코어(2)의 제 1 서브섹션(60)보다 위에 형성된다. 대안적으로, 제 1 절연 물질의 더 두꺼운 층이 증착될 수 있었다. 제 2 절연 물질의 층(100)은 제 1 서브섹션(60) 내의 자기 기능 물질의 최상 층(88) 상에 직접 증착될 수 있었다. 대안적으로, 배리어 층(90)은 제 2 절연 물질의 층(100)과 자기 기능 물질의 최상 층(88) 사이에 형성될 수 있다. 그러한 배리어 층은 도 2에 예시되어 있다. 편의상, 배리어 층(90)은 제 1 절연 물질로 형성될 수 있다. 전체적으로 110으로 표시되고, 위에 설명된 바와 같은 자기 기능 물질 및 제 1 절연 물질의 교대 층들을 포함하는 자기 코어(2)의 제 2 서브섹션은 층(100)보다 위에 형성된다. 자기 기능 물질의 최하 층(120)은 제 2 절연 물질의 층(100) 상에 직접 증착될 수 있었다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 제 1 절연 물질의 층(122)은 제 2 절연 물질의 층(100)보다 위에 형성되고, 자기 기능 물질의 층(120)에 대한 시드 층의 역할을 한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 절연 물질의 층(100)은 제 1 절연 물질의 층들에 의해 그의 상부 및 하부 면들 상에 접해 있다. 이것은 예를 들어 층(100)이 이산화 실리콘과 같은 산화물로 제조될 때 발생하는 예를 들어 층들(88 및 120) 내의 자기 활성 물질의 저하를 정지시킬 수 있는 추가 장점을 가질 수 있다.
제 2 서브섹션(110)은 자기 기능 물질의 각각의 인접 층이 제 1 절연 물질의 층(132, 134, 136 및 138)에 의해 자기 기능 물질의 인접 층으로부터 분리된 상태에서 자기 기능 물질(120, 124, 126, 128 및 130)의 5개의 층들을 포함한다.
제 2 서브섹션(110)의 자기 기능 물질(130)의 최상 층은 제 2 절연 물질의 제 2 층(150)과 접해 있다. 이전과 같이, 제 2 절연 물질의 층(150)은 제 1 절연 물질의 층들(152 및 154) 사이에 삽입될 수 있다. 제 2 절연 물질의 층을 증착하는 대안으로서, 증가된 두께(서브섹션들 내의 층들과 비교됨)를 갖는 제 1 절연 물질의 층이 증착될 수 있었다. 코어(2)의 제 3 서브섹션(160)은 제 2 서브섹션(110)보다 위에 형성된다. 이 프로세스는 자기 코어(2)의 최상 부분에 도달할 때까지 연속될 수 있으며, 최종 2개의 층들은 제 1 절연 물질의 층에 의해 토핑되는 자기 기능 물질의 층을 포함할 수 있다. 따라서, 자기 코어가 2개의 서브섹션들로 이루어지면, 제 2 절연 물질의 1층만이 서브섹션들을 분리하기 위해 제공될 수 있다. 자기 코어가 3개의 서브섹션들로 이루어지면, 이 때 절연 물질의 2개의 층들이 서브섹션들을 분리하기 위해 제공될 수 있다. 일반적으로, 자기 코어가 N 서브섹션들로 이루어지면, 이 때 제 2 절연 물질의 N - 1 층들이 제공될 수 있다는 점이 확인될 수 있다.
주어진 예에서, 서브섹션들 각각은 자기 기능 물질의 5개의 층들을 포함한다. 일반적으로, 각각의 서브섹션은 다른 서브섹션들과 동일하지 않아야 하지만 그러한 배열은 여기서 설명되어 왔다. 유사하게, 각각의 서브섹션은 자기 기능 물질의 5개의 층들을 포함할 필요가 없다. 도 2에 도시된 바와 같은 코어의 실시예에서, 제 1 절연 물질의 층들은 질화 알루미늄일 수 있고(산화 알루미늄과 같은 다른 절연 물질들이 제 1 절연 물질의 층들의 일부 또는 전부에 사용될 수 있을지라도), 거의 10 나노미터의 두께들을 갖지만, 다른 두께들이 사용될 수 있고 제 1 층들은 전형적으로 5 및 30 나노미터 사이의 두께 범위를 가질 수 있었던 것으로 예상된다. 자기 활성 층들은 니켈-철 또는 니켈-코발트로 형성될 수 있고 전형적으로 약 100 나노미터의 두께를 갖지만 예를 들어 50 내지 200 나노미터 두께 범위에 있는 더 얇거나 더 두꺼운 층들이 사용될 수 있다. 제 2 절연 층이 배열될 수 있어 서브섹션들 사이의 용량 결합은 서브섹션 내의 자기 물질의 인접 층들 사이의 용량 결합과 비교하여, 한 서브섹션의 최상 자기 기능 층과, 다음 서브섹션의 최하 자기 기능 층 사이의 증가된 분리, 및 제 1 절연 물질에 대한 제 2 절연 물질의 감소된 유전율 중 하나 또는 둘 다에 의해 감소된다.
질화 알루미늄은 대략 8.5의 상대 유전율을 갖는 반면, 이산화 실리콘은 대략 3.9의 상대 유전율을 갖는다.
서브섹션들 사이의 이렇게 감소된 용량 결합은 자기 코어를 통과한 맴돌이 전류 흐름을 전체적으로 감소시키고, 따라서 코어 손실들을 감소시키는 것으로 생각된다. 시험들에서, 자기 활성 물질의 교대 층들 및 제 1 절연 층으로 전부 제조된 코어들은 도 2에 대해 본 명세서에 설명된 바와 같이 제조된 코어들보다 더 상당한 손실들을 나타냈다. 따라서, 때때로 변압기 코어 내의 부가 절연 층들의 포함은 제 2 절연 물질의 층들이 생략된 코어들에 비해 주파수가 증가했으므로 코어 성능을 상당히 개선하는 것으로 확인되었다.
도 3은 전체적으로 2로 표시되고, 본 발명의 실시예를 구성하는 자기 코어를 갖는 변압기를 포함하는 집적 회로를 통과하는 개략적 단면이다. 도 3에 도시된 자기 코어(2)는 제 2 절연 물질의 개재 층들에 의해 6개의 서브섹션들(301 내지 306)로 분할된다. 각각의 서브섹션은 이전과 같이, 제 1 절연 물질 및 자기 기능 물질의 교대 층들로 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 집적 회로는 최하 금속 층(310)이 증착된 기판(4)을 포함한다. 증착 후에, 금속 층(310)은 전도성 트랙들을 형성하도록 마스킹되고 에칭되며, 그의 일부는 1차 및 2차 권선들(10, 30)의 일부를 구성하는 도 1의 트랙들(14, 18, 32 및 36)을 형성하기 위해 작용한다. 그 다음, 예를 들어 폴리이미드의 절연 층(320)은 변압기 권선들로부터 자기 코어를 절연시키기 위해 금속 층(310)보다 위에 증착된다. 이어서, 변압기 층들(301-306)은 예를 들어 기판의 전체를 가로지르는 증착에 의해 증착된다. 그 다음, 구조는 절연 층(320)보다 위에 절연된 변압기 코어 영역들을 형성하도록 마스킹된 후에 에칭된다. 이어서, 부가 절연 물질은 인접 변압기 코어들(2) 사이의 갭들을 충전하고 코어들 위에 놓여서 그들을 유전체 내에 캡슐화하기 위해 증착될 수 있다. 그러한 절연 층은 도 3에서 322로 표시된다. 그 다음, 절연 층(322)은 집적 회로의 실질적으로 평평한 상부 표면을 형성하기 위해 평면화될 수 있다. 이어서, 이 표면은 최하 금속 층(310)까지 연장되는 절연 층(322) 및 층(320) 내에 함몰부들(340)을 형성하기 위해 마스킹되고 에칭될 수 있다. 그 다음, 상부 표면은 그 위에 증착된 금속 층(350)을 가질 수 있다. 금속은 또한 V 형상 함몰부들(340)에 증착됨으로써 최하 금속 층(310)과 최상 금속 층(350) 사이에 상호연결들을 형성한다. 이어서, 층(350)은 그 중에서도 특히 1차 및 2차 권선들(10, 30)의 일부들을 구성하는 도 1에 구성된 전도성 트랙들(12, 16, 34 및 38)을 형성하기 위해 마스킹되고 에칭될 수 있다.
최하 금속 층(310)은 예를 들어 이산화 실리콘의 절연 층(360)에 걸쳐 형성될 수 있으며, 이는 도너 또는 억셉터 불순물들을 기판(4)에 주입함으로써 형성되는 다양한 반도체 장치들(도시되지 않음) 위에 그 자체로 놓여질 수 있다. 당해 기술에서 통상의 기술자에게 알려져 있는 바와 같이, 애퍼처들은 다양한 회로 구성요소들 사이에 장치 상호연결을 형성하기 위해 제 1 금속 층(310)을 증착하기 전에 절연 층(360)에 형성될 수 있다.
따라서, 개선된 자기 코어를 집적 회로 환경 내에 제공하여 인덕터들 및 변압기들은 고체 코어들, 또는 거의 10 나노미터 두께의 질화 알루미늄의 층들이 거의 100 나노미터 두께의 니켈-철의 층들로 교체되는 것으로 단지 구성되는 적층 구조를 갖는 코어들에 비해 맴돌이 전류 손실들을 더 높은 주파수들에서 감소시키면서, 자기 코어의 사용으로 인해 더 콤팩트하게 형성될 수 있는 것이 가능하다.

Claims (26)

  1. 집적 회로에 사용되는 자기 코어로서, 상기 자기 코어는:
    자기 기능 물질의 복수의 층들;
    복수의 제 1 절연 층들; 및
    적어도 하나의 제 2 절연 층을 포함하며, 상기 제 1 절연 층들은 상기 자기 기능 물질의 층들 사이에 삽입되어 상기 자기 코어의 서브섹션들을 형성하고, 상기 적어도 하나의 제 2 절연 층은 상기 자기 코어의 인접 서브섹션들 사이에 삽입되는, 자기 코어.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 절연 층의 두께는 제 1 절연 층의 두께보다 더 큰, 자기 코어.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 절연 층들은 제 1 절연 물질로 형성되고, 상기 제 2 절연 층들은 제 2 절연 물질로 형성되며, 상기 제 1 절연 물질은 상기 제 2 절연 물질과 상이한, 자기 코어.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 절연 물질의 유전율은 상기 제 1 절연 물질의 유전율 미만인, 자기 코어.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 절연 층들은 상기 자기 기능 물질의 형성을 위한 성장 기판의 역할을 하는 제 1 절연 물질로 형성되는, 자기 코어.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 절연 물질은 절연성 질화물인, 자기 코어.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 절연 층들은 질화 알루미늄 또는 산화 알루미늄인, 자기 코어.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 자기 기능 물질의 복수의 층들은 제 1 절연 물질의 층들과 교대 순서로 배열되어 상기 자기 코어의 서브섹션을 형성하는 자기 코어.
  9. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 절연 물질의 적어도 하나의 층은 상기 제 1 절연 물질의 층에 의해 제 1 측면 상에서 경계가 있는 자기 코어.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제 2 절연 물질의 적어도 하나의 층은 상기 제 1 절연 물질의 층에 의해 제 2 측면 상에 경계가 있는, 자기 코어.
  11. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 절연 물질의 N-1 층들이 상기 자기 코어에 배치되어 그것을 N 서브섹션들로 분할하는, 자기 코어.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 서브섹션들은 실질적으로 동일한 수의 자기 활성 물질의 층들을 포함하는, 자기 코어.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 자기 기능 물질은 강자성 물질인, 자기 코어.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 강자성 물질은 자기적으로 연성인, 자기 코어.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 자기 기능 물질은 니켈 및 철, 또는 철 및 코발트, 또는 니켈 및 코발트 또는 코발트, 지르코늄 및 탄탈룸의 결합인, 자기 코어.
  16. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 절연 물질은 실리콘 화합물인, 자기 코어.
  17. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 절연 물질은 반도체 산화물인, 자기 코어.
  18. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 절연 물질은 이산화 실리콘인, 자기 코어.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 자기 기능 물질의 층들의 두께는 50 nm와 200 nm 사이인, 자기 코어.
  20. 청구항 3에 있어서, 상기 제 1 절연 물질의 층들의 두께는 5 nm와 30 nm 사이인, 자기 코어.
  21. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 절연 물질의 층들의 두께는 20 nm와 200 nm 사이인, 자기 코어.
  22. 청구항 1에 기재된 자기 코어를 갖는 반도체 기판.
  23. 청구항 1에 기재된 자기 코어를 포함하는 집적 회로.
  24. 청구항 1에 기재된 자기 코어를 포함하는 변압기.
  25. 청구항 1에 기재된 자기 코어를 포함하는 인덕터.
  26. 자기 코어를 형성하는 방법으로서, 기판 상에,
    a) 제 1 절연 층을 증착하는 단계;
    b) 자기 기능 물질의 층을 증착하는 단계;
    c) 단계들 a) 및 b)를 적어도 한 번 반복하는 단계;
    d) 두께 및 조성 중 적어도 하나가 상기 제 1 절연 층과 상이한 제 2 절연 층을 증착하는 단계;
    e) 다른 제 1 절연 층을 증착하는 단계;
    f) 자기 기능 물질의 다른 층을 증착하는 단계;
    g) 단계들 e) 및 f)를 적어도 한 번 반복하는 단계를 포함하는 방법.
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