RU1825433C - Inductance coil - Google Patents

Inductance coil

Info

Publication number
RU1825433C
RU1825433C SU914942845A SU4942845A RU1825433C RU 1825433 C RU1825433 C RU 1825433C SU 914942845 A SU914942845 A SU 914942845A SU 4942845 A SU4942845 A SU 4942845A RU 1825433 C RU1825433 C RU 1825433C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
regions
type
conductivity
semiconductor
inductor
Prior art date
Application number
SU914942845A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Иванович Баринов
Юрий Иванович Горбунов
Евгений Михайлович Гусев
Тамара Всеволодовна Рудовол
Original Assignee
К.И.Баринов, Ю.И.Горбунов, Е.М.Гусев и Т.В.Рудовол
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 К.И.Баринов, Ю.И.Горбунов, Е.М.Гусев и Т.В.Рудовол filed Critical К.И.Баринов, Ю.И.Горбунов, Е.М.Гусев и Т.В.Рудовол
Priority to SU914942845A priority Critical patent/RU1825433C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1825433C publication Critical patent/RU1825433C/en

Links

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

Использование: изобретение относитс  к области электронной техники и производства радиотехнических изделий в микроэлектронном исполнении и может быть использовано в интегральных аналоговых устройствах и других издели х с расширенными функциональными возможност ми как специального, так и общепромышленного применени . Сущность изобретени : с целью обеспечени  максимального значени  номинала индуктивности при заданных геометрических размерах катушки, а также более эффективного использовани  обьема полупроводниковой подложки, несущее основание выполнено составным, содержащим пластину монокристаллического полупроводника первого типа проводимости , рабоча  поверхность которой сориентирована в кристаллографической плоскости (100), со сформированным сквозным отверстием, боковые грани которого представл ют собой семейство кристаллографических плоскостей (111). 2 ил. (Л СUsage: the invention relates to the field of electronic technology and the production of radio-technical products in microelectronic design and can be used in integrated analog devices and other products with enhanced functionality of both special and general industrial applications. SUMMARY OF THE INVENTION: in order to ensure the maximum value of the inductance value for a given geometrical dimensions of the coil, as well as more efficient use of the volume of a semiconductor substrate, the supporting base is made composite, containing a single-crystal semiconductor plate of the first type of conductivity, the working surface of which is oriented in the crystallographic plane (100) formed through hole, the side faces of which are a family of crystallographically (111) planes. 2 ill. (L C

Description

Изобретение относитс  к области электронной техники и производства радиотехнических изделий в микроэлектронном исполнении и может быть использовано в интегральных аналоговых, аналого-цифровых и цифроаналоговых устройствах и других издели х с расширенными функциональными возможност ми как специального , так и общепромышленного применени .The invention relates to the field of electronic engineering and the production of electronic products in microelectronic performance and can be used in integrated analog, analog-to-digital and digital-to-analog devices and other products with enhanced functionality of both special and general industrial applications.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение максимального значени  номинала индуктивности при заданных геометрическихThe aim of the invention is to ensure the maximum value of the inductance at a given geometric

размерах индуктивности, а также более полного эффективного использовани  объема полупроводниковой подложки устройства.dimensions of inductance, as well as more efficient use of the volume of the semiconductor substrate of the device.

На фиг. 1 представлена изометрическа  проекци  катушки индуктивности конструкции по изобретению; на фиг. 2 - вертикальный поперечный разрез структуры слоев катушки индуктивности в случае создани  многослойного соленоида катушки.In FIG. 1 is an isometric view of an inductor of a structure according to the invention; in FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the structure of the layers of an inductor in the case of creating a multilayer coil solenoid.

Устройство включает первую пластину 1 монокристаллического кремни  n-типа проводимости , сквозное отверстие 2, формированное в объеме материала пластиныThe device includes a first wafer 1 of n-type monocrystalline silicon, a through hole 2 formed in the volume of the wafer material

0000

ND СЛ СО СОND SL CO CO

СОWith

монокристаллического кремни , вертикальные цилиндрические области 3 полупровод- никар+-типапроводимости,single-crystal silicon, vertical cylindrical regions 3 of semiconductor-dicar + -type conductivity,

высоколегированные приконтактные области 4 полупроводника р -типа проводимости , слои 5 диэлектрика, сформированные на поверхност х пластины из монокристаллического кремни  и кристалла, контактные окна б, сформированные в сло х диэлектрика , контактные площадки 7 из провод щего материала, вторую пластину 8 монокристаллического кремни  n-типа проводимости боковые грани 9 пластины 8, слои 10 ферромагнитного материала, сформированные на боковых гран х сквозного отверсти , слоиhighly doped contact regions 4 of the p-type semiconductor, dielectric layers 5 formed on the surfaces of the wafer of single-crystal silicon and crystal, contact windows b formed in the dielectric layers, contact pads 7 of conductive material, the second wafer 8 of n- single-crystal silicon conductivity type side faces 9 of plate 8, layers 10 of ferromagnetic material formed on side faces of the through hole, layers

11ферромагнитного материала, сформированные на боковых гран х кристалла, слои11 ferromagnetic material formed on the side faces of the crystal, layers

12диэлектрика на поверхности ферромагнитного сердечника, горизонтальные участки 13, 14 пр моугольных витков соленоида, выполненные из провод щего материала первого и второго уровн , межслойный диэлектрик 15, в качестве которого использованы слои на основе двуокиси кремни .12 dielectric on the surface of the ferromagnetic core, horizontal sections 13, 14 of rectangular turns of the solenoid made of conductive material of the first and second level, interlayer dielectric 15, which are used as layers based on silicon dioxide.

Далее приведены примеры практической реализации конструкции катушки индуктивности .The following are examples of the practical implementation of the design of the inductor.

Пример1.В объеме полупроводниковой первой пластины 1, представл ющей собой пластину монокристаллического кремни  100 КЭФ 4,5 (100э)-480, отвечающего требовани м ЕТО.035.314. ТУ, ЕТО.035.240 ТУ или ЕТО.035.245. СТУ, п-ти- па проводимости с концентрацией атомов легирующей примеси, в качестве которой использованы атомы фосфора, 1015 и толщиной dnn 480+-20 мкм, сформировано методами анизотропного травлени  сквозное отверстие 2. боковые грани которого представл ют собой семейство кристаллографических плоскостей {111}, образующих с кристаллографическими плоскост ми {100}, служащими в качестве рабочих поверхностей исходной пластины монокристаллического кремни  1, угол, равный 54, 75°, обусловленный использованием методов травлени  пластин монокристаллического кремни  с кристаллографической ориентацией рабочей поверхности в кристаллографическом направлении {100}.Example 1 In the volume of a semiconductor first wafer 1, which is a single crystal wafer of 100 KEF 4,5 (100e) -480 single crystal, which meets the requirements of ETO.035.314. TU, ETO.035.240 TU or ETO.035.245. STU, a conductivity p-type with a concentration of dopant atoms, which are phosphorus atoms 1015 and a thickness dnn 480 + -20 μm, is formed by anisotropic etching through hole 2. The lateral faces of which are a family of crystallographic planes {111 }, forming with crystallographic planes {100}, serving as the working surfaces of the initial wafer of single-crystal silicon 1, an angle equal to 54, 75 ° due to the use of methods of etching wafers single-crystal of silicon with a crystallographic orientation of the working surface in the direction of the crystallographic {100}.

Кроме того, в объеме материала пластины 1 монокристаллического кремни  п-типа проводимости, сформированы вертикальные цилиндрические обчасти 3 полупроводника второго типа проводимости, а именно, р -типа. полученные методами термодиффузии или злектротермодиффузии атома алюмини . Причем области 3 полупроводникаIn addition, in the volume of the material of the wafer 1 of single crystal silicon of p-type conductivity, vertical cylindrical portions 3 of the semiconductor of the second type of conductivity, namely, p-type, are formed. obtained by thermal diffusion or electrothermodiffusion of an aluminum atom. Moreover, region 3 of the semiconductor

второго типа проводимости пронизывают всю толщину материала монокристалличет ского кремни  пластины 1, образу  на противоположных сторонах последней области рутила. Отсюда следует, что прот женность областей 3 в точности равна толщине пластины монокристаллического кремни  и это можно выразить соотношением:The second type of conductivity permeates the entire thickness of the material of single crystal silicon wafer 1, forming on opposite sides of the last rutile region. It follows that the length of regions 3 is exactly equal to the thickness of a single-crystal silicon wafer and this can be expressed by the relation:

1010

deepT.o6fl.ad(™deepT.o6fl.ad (™

(1).(1).

При этом геометрические размеры области 3 в плане определ ютс  как 10,ОХ 10,0 мкм, а концентраци  атомов алюмини , вIn this case, the geometric dimensions of region 3 in the plan are determined as 10, OX 10.0 μm, and the concentration of aluminum atoms, in

вышеназванных област х 3 определ етс  на уровне 1018-1020 и соответствующа  величина объемного сопротивлени  указанных областей 3 не превышает 6,0 Ом. Вышеуказанные области 3 полупроводникаthe aforementioned regions 3 is determined at the level of 1018-1020 and the corresponding volume resistance of these regions 3 does not exceed 6.0 Ohms. The above area 3 semiconductor

второго типа проводимости расположены в р д с шагом расположени  в р ду ,0 мкм, образу  при этом функционально одно из вертикальных р дов вертикальных участков пр моугольных витков индуктивности.of the second type of conductivity are arranged in a row with a spacing in the row, 0 µm, thus forming one of the vertical rows of vertical sections of rectangular inductance coils.

С целью обеспечени  надежного контакта вертикальных областей 3 полупроводника второго типа проводимости с горизонтальными участками пр моугольных витков соленоида катушки индуктивности на противолежащих сторонах пластины 1 монокристаллического кремни  сформированы высоколегированные приконтакт- ные области 4 полупроводника р -типа проводимости с концентрацией атомов легирующей примеси, а именно, бора, на уровне 10-10 и глубиной залегани  p-n-перехода ,5-2,5 мкм. что значительно меньше толщины исходной пластины 1 монокристаллического кремни , это отражено соотношением:In order to ensure reliable contact of the vertical regions 3 of the semiconductor of the second type of conductivity with the horizontal sections of the rectangular turns of the solenoid of the inductor, highly doped contact regions 4 of the p-type semiconductor with the concentration of dopant atoms, namely boron, are formed on the opposite sides of the single crystal silicon plate , at the level of 10-10 and the depth of the pn junction, 5-2.5 microns. which is significantly less than the thickness of the original plate 1 of single-crystal silicon, this is reflected by the ratio:

..

(2)(2)

Таким образом, вертикальные области 3 р+-типа проводимости как бы соедин ют высоколегированные приконтактные области 4 р -типа проводимости, образу  с последним конструктивно единое целое, т.е. вертикальный участок пр моугольного вит- ка соленоида катушки индуктивности. При этом вышеназванные области 3 и 4 полупроводника р-типа проводимости отделены от основного материала исходной пластины 1 монокристаллического кремни  n-типа про- водимости област ми р-п-переходов.Thus, the vertical regions of the 3 p + -type of conductivity seem to connect the highly doped contact regions of the 4 p-type of conductivity, forming a structurally integrated whole with the latter, i.e. vertical section of the rectangular coil of the solenoid of the inductor. In this case, the aforementioned regions 3 and 4 of the p-type semiconductor are separated from the main material of the initial wafer 1 of n-type single crystal silicon by the regions of pn junctions.

На поверхности сформированной структуры созданы слои 5 диэлектрического материала в качестве которого использованы слои примесносиликатных стекол или чисто двуокиси кремни  либо композиционные слои на основе двуокиси кремни  и нитрида кремни , двуокиси кремни  и карбида кремни , двуокиси кремни  и окиси алюмини , и т.п. толщиной 0,85-1,75 мкм. В слое 5 диэлектрика, расположенного на горизонтальных поверхност х пластины 1. монокристаллического кремни , сформированы контактные окна 6, расположенные непосредственно над высоколегированными област ми 4 р -типа проводимости. При этом топологические размеры контактных окон 5 всегда меньше топологических размеров высоколегированных областей 4 на величину 2,0 мкм с целью исключени  зако- ротки металла на области подложки. Слои 5 диэлектрика защищают и боковые поверхности сквозного отверсти .On the surface of the formed structure, layers 5 of dielectric material are created, which are used as impurity-silicate glass layers or pure silicon dioxide or composite layers based on silicon dioxide and silicon nitride, silicon dioxide and silicon carbide, silicon dioxide and aluminum oxide, etc. 0.85-1.75 microns thick. In the dielectric layer 5 located on the horizontal surfaces of the wafer 1. of single crystal silicon, contact windows 6 are formed located directly above the highly doped regions of the 4 p type conductivity. Moreover, the topological dimensions of the contact windows 5 are always smaller than the topological dimensions of the high-alloyed regions 4 by a value of 2.0 μm in order to prevent metal shorting on the substrate region. The dielectric layers 5 also protect the side surfaces of the through hole.

На горизонтальных поверхност х слоев 5 диэлектрика непосредственно над област ми контактных окон 6 сформированы контактные площадки 7, представл ющие собой области провод щего материала, например алюмини  или меди, поверхность которых с целью уменьшени  величины удельного объемного сопротивлени  покрыта сло ми золота толщиной 1,5-2,5 мкм, которые обеспечивают омический контакт горизонтальных участков пр моугольных витков соленоида с вертикальными участками , представл ющими собой области 3 полупроводника второго типа проводимости р -типа. Топологические размеры контактных площадок 7 имеют величину 10,0 X 10,0 мкм. Таким образом, на поверхности слоев 5 сформирован р д контактных площадок с шагом расположени  ,0 мкм.On the horizontal surfaces of the dielectric layers 5 directly above the regions of the contact windows 6, contact pads 7 are formed, which are regions of a conductive material, for example aluminum or copper, the surface of which is coated with 1.5- to 1.5-mm thick gold layers to reduce the specific volume resistance. 2.5 μm, which provide ohmic contact of the horizontal sections of the rectangular turns of the solenoid with the vertical sections representing regions 3 of the semiconductor of the second type of conductivity -type. The topological dimensions of the contact pads 7 are 10.0 X 10.0 μm. Thus, on the surface of the layers 5, a series of contact pads are formed with a spacing of 0 microns.

В сквозном отверстии 2 пластины 1 монокристаллического кремни  n-типа проводимости размещена втора  пластина 8 монокристаллического кремни  n-типа проводимости (100 КЭФ 4,5 (100)-480), выполненна  в виде усеченной пирамиды, боковые грани 9 которой представл ют собой семейство кристаллографических плоскостей {111}. выполненных в виде равнобочных трапеций и образующих угол 45,75° с основани ми пирамиды, представл ющими сооой пр моугольники, ориентированные в кристаллографической плоскости (100). При этом следует заметить, что пластина 8 монокристаллического кремни  конформно воспроизводит форму и геометрические размеры соответствующего сквозного отверсти  2.In the through hole 2 of the wafer 1 of n-type monocrystalline silicon, a second wafer 8 of the n-type monocrystalline silicon (100 KEF 4,5 (100) -480), made in the form of a truncated pyramid, the side faces 9 of which are a family of crystallographic planes {111}. made in the form of isosceles trapezoid and forming an angle of 45.75 ° with the base of the pyramid, representing the rectangles oriented in the crystallographic plane (100). It should be noted that the single-crystal silicon wafer 8 conformally reproduces the shape and geometric dimensions of the corresponding through hole 2.

В объеме материала пластины 8 сформированы вертикальные цилиндрическиеIn the volume of the plate material 8, vertical cylindrical

области 3 полупроводника р+-типа проводимости с соответствующими област ми 4, выполн ющими функции высолегированных приконтактных областей, используемые в качестве второго симметрично расположенного р да вертикальных участков пр моугольных витков соленоида. При этом как горизонтальные плоскости второй пластины 8, выполн ющие функции оснований усеченной пирамиды, так и боковые грани 9, защищены сло ми 5 диэлектрика, имеющего те же параметры, что и слои 5, сформиро- ванные на поверхност х исходной пластины 1 монокристаллического кремни .regions 3 of a semiconductor of a p + type of conductivity with corresponding regions 4, which function as doped near-contact regions, used as a second symmetrically arranged series of vertical sections of rectangular turns of a solenoid. Moreover, both the horizontal planes of the second wafer 8, which serve as the bases of the truncated pyramid, and the side faces 9, are protected by dielectric layers 5 having the same parameters as layers 5 formed on the surfaces of the initial wafer 1 of single-crystal silicon.

Вертикальные цилиндрические области р+- типа проводимости, сформированные в материале пластины 8, имеют те же параметры и те же геометрические размеры , что и соответствующие области 3, сформированные в объеме материала пластины 1, монокристаллического кремни . При этом вертикальные цилиндрические области 3 пор дно симметрично расположенные в обьемах материалов пластин 1,8 образуютThe vertical cylindrical regions of p + type conductivity formed in the material of the wafer 8 have the same parameters and the same geometric dimensions as the corresponding regions 3 formed in the volume of the material of the wafer 1, single-crystal silicon. In this case, vertical cylindrical regions 3 of the bottom symmetrically located in the volumes of the materials of the plates 1,8 form

вертикальные участки пр моугольных витков соленоида.vertical sections of rectangular turns of the solenoid.

На боковых поверхност х как сквозного отверсти  2 пластины 1 монокристаллического кремни , так и на боковых гран х 9On the side surfaces of both the through hole 2 of the single crystal silicon wafer 1, and on the side faces x 9

пластины 8. размещенной в сквозном отверстии 2. сформированы слои 10 и 11 ферромагнитного материала соответственно которые при монтаже пластины 8 в сквозное отоерстие образуют конструктивно единоеplates 8. located in the through hole 2. layers of ferromagnetic material 10 and 11 are formed, respectively, which, when the plate 8 is mounted in the through hole, form a structurally uniform

целое, т.е. сердечник из ферромагнитного материала, представл ющий собой замкнутый магнитопровод, частично расположенный в межвитковом пространстве соленоида. При этом толщина слоев 10 и 11whole, i.e. a core made of ferromagnetic material, which is a closed magnetic circuit, partially located in the inter-turn space of the solenoid. The thickness of the layers 10 and 11

ферромагнитного материала лежит в пределах 5,0 12,0 мкм.ferromagnetic material is in the range of 5.0 to 12.0 microns.

Исход  из получени  способа как сквозного отверсти  2, так и пластины 8 монокристаллического кремни , а именно методаBased on the preparation of the method of both the through hole 2 and the wafer 8 of single-crystal silicon, namely, the method

анизотропноготравлени  пластин монокристаллического кремни  с кристаллографической ориентацией (100) можно сделать вывод, что при монтаже пластины 8 в соответствующее отверстие 2 боковые граниof anisotropic etching of single-crystal silicon wafers with a crystallographic orientation of (100), we can conclude that when the wafer 8 is mounted in the corresponding hole 2, the side faces

последней выполн ют функции направл ющих , позвол ющих значительно автоматизировать процесс монтажа пластин, так как площадь отверсти  всегда больше площади нижнего основани  пластины 8.the latter perform the functions of guides, which significantly automate the process of mounting the plates, since the area of the hole is always greater than the area of the lower base of the plate 8.

На горизонтальных участках слоев 10 и 11 ферромагнитного материала образующих замкнутый сердечник соленоида катушки индуктивности, сформированы слои 12On the horizontal sections of the layers 10 and 11 of the ferromagnetic material forming the closed core of the solenoid of the inductor, layers 12 are formed

диэлектрического материала в качестве материала использованы слои высокомолекул рного органического соединени , например, полиимида толи .иной 2,5-5,0 мкм. Таким образом, вертикальные цилиндрические области 3 полупроводника р+-типа проводимости оказались расположенными пор дно по обеим сторонам границы раздела пластины монокристаллического кремни  - кристалл монокристаллического кремни , т.е. по обеим сторонам сердечника из феромагнитного материала.layers of a high molecular weight organic compound, for example, polyimide felts .in 2.5-5.0 microns, are used as the dielectric material. Thus, the vertical cylindrical regions 3 of the semiconductor of the p + type of conduction turned out to be located at the bottom on both sides of the interface between a single-crystal silicon wafer and a single-crystal silicon crystal, i.e. on both sides of the core made of feromagnetic material.

Контактные площадки 7, сформированные на противолежащих р дах вертикальных цилиндрических областей 3. не попарно скоммутированы р дами горизонтальных участков 13 из провод щего материала, в качестве которого использованы слои из алюмини  или меди толщиной 1,5-3,0 мкм, размещенные на горизонтальных участках диэлектриков слои 5 и 12, отдел ющих поверхность монокристаллического кремни  пластин 1,8, а также сердечника из ферромагнитного материала.Contact pads 7 formed on opposite rows of vertical cylindrical regions 3. Not pairwise connected by rows of horizontal sections 13 of conductive material, which are used layers of aluminum or copper with a thickness of 1.5-3.0 μm, placed on horizontal sections dielectrics layers 5 and 12 separating the surface of single crystal silicon wafers 1.8, as well as a core of ferromagnetic material.

Таким образом, получены витки соленоида , состо щие из вертикальных областей 3 р -типа проводимости и горизонтальных участков 13. Thus, solenoid turns are obtained consisting of vertical regions 3 of the p type conductivity and horizontal sections 13.

Минимальное рассто ние между двум  соседними вертикальными част ми р -типа проводимости, размещенными в одном р ду , т.е. шаг размещени  в р ду I, определ етс  рабочим напр жением катушки индуктивности (1)раб), и ее электрической прочностью. Дл  обеспечени  п-кратного запаса по электрической прочности при рабочем напр жении 1)раб необходимо, чтобы при напр жении, равном n Upa6. области объемных зар дов p-n-переходов. образованных между материалом вертикальных областей 3 р+-типа витков соленоида, и материалом исходных полупроводниковых пластин 1, 8, не перекрывались между собой . Из вышеупом нутого услови  следует, что минимальное рассто ние между двум  соседними вертикальными област ми 3, т.е. шаг витка 1Вит. должно быть больше удвоенной ширины области объемного зар да (do.o.3) вышеупом нутого p-n-перехода, таким образом должно выполн тьс  соотношение:The minimum distance between two adjacent vertical parts of the p type conductivity, placed in one row, i.e. the placement step in row I is determined by the operating voltage of the inductance coil (1) slave), and its electric strength. In order to ensure a n-fold margin of electric strength at the operating voltage 1) the slave must have a voltage equal to n Upa6. regions of bulk charges of pn junctions. formed between the material of the vertical regions 3 p + -type of turns of the solenoid, and the material of the original semiconductor wafers 1, 8, did not overlap. It follows from the above condition that the minimum distance between two adjacent vertical regions 3, i.e. turn pitch 1Vit. should be greater than twice the width of the volume charge region (do.o.3) of the aforementioned pn junction, thus the relationship should be satisfied:

l0HT..0.3M JnUpa6,l0HT..0.3M JnUpa6,

(3)(3)

где М - коэффициент пропорциональности, определ емый уровн ми легировани  контактирующих областей n-типа пластин 1 и 8 и р -типа вертикальных областей 3.where M is the proportionality coefficient determined by the doping levels of the n-type contacting regions of plates 1 and 8 and the p-type of vertical regions 3.

Топографические размеры сквозного отверсти  2 и пластины 8 св заны следую-, щим соотношением:The topographic dimensions of the through hole 2 and the plate 8 are connected by the following relation:

1-крис 1-сквоз отв.4с1диэл 5 2{1ф/матЮ1-Chris 1-through through 4c1diel 5 2 {1f / matU

-2с1ф/МЗт.11.-2s1f / MZt. 11.

где Црис - линейный топологический размер пластины 8,where Cris - linear topological size of the plate 8,

LcKeoa.oTB. линейный топологический размер сквозного отверсти  2,LcKeoa.oTB. linear topological size of the through hole 2,

йдиэл.б - толщина сло  5 диэлектрического материала,idiel.b is the thickness of the layer 5 of the dielectric material,

йф/матЮ толщина сло  10 ферромагнитного материала, сформированного на боковых гран х сквозного отверсти ,UF / MATU, the thickness of the layer 10 of the ferromagnetic material formed on the side faces of the through hole,

йф/матП - толщина сло  11 ферромагнитного материала, сформированного наIF / MAT - the thickness of the layer 11 of the ferromagnetic material formed on

боковых поверхност х пластины 8.side surfaces of plate 8.

П р и м е р 2. Конструкци  катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1, за исключением того, что с целью экономии площади, зан той катушкой индуктивности , соленоид выполнен многослойным, как это представлено на фиг. 2. При этом как в объеме материала подложки из мЪнокри- сталлического кремни , так и в объеме материала кристалла, размещенного в сквозном отверстии 2, сформировано, по крайней мере , по два р. да вертикальных цилиндрических областей 3 полупроводника второго типа проводимости, а именно р+-типа. Внутренние р ды областей 3 скоммутированы так же, как и в примере 1, а внешние р ды областей 3 скоммутированы горизонтальными участками 14провод щего материала, размещенными на поверхности межслойного диэлектрика 15, отдел ющего горизонтальные участки 13 и 13 друг от друга.Example 2. The design of the inductor is similar to that described in Example 1, except that, in order to save the area occupied by the inductor, the solenoid is multilayer, as shown in FIG. 2. At the same time, at least two p. Are formed in the volume of the substrate material made of mnocrystalline silicon and in the volume of the material of the crystal placed in the through hole 2. and vertical cylindrical regions 3 of a semiconductor of the second type of conductivity, namely a p + type. The inner rows of regions 3 are connected as in Example 1, and the outer rows of regions 3 are connected by horizontal sections 14 of conductive material located on the surface of the interlayer dielectric 15 separating the horizontal sections 13 and 13 from each other.

Катушка индуктивности работает следующим образом.The inductor operates as follows.

При приложении к крайним контактнымWhen attached to extreme contact

площадкам 7 соленоида катушки индуктивности импульсного напр жени  Upa6 в пр моугольных витках, образованных вертикальными област ми 3 полупроводника второго типа проводимости, а также горизонтальными област ми провод щего материала протекает импульс тока, который приводит к возникновению потока электромагнитной индукции, поддерживаемого сердечником из ферромагнитного материала , выполненного из двух слоев 10 и 11 ферромагнитного материала, размещенных на боковых поверхност х сквозного отверсти  2 и пластины 8, размещенного в межвитковом пространстве соленоида катушки индуктивности . При этом в пр моугольных витках соленоида катушки индуктивности возникает эле.-:-родвижуща  сила (ЭДС) электромагнитной индукции, котора  пре- 5 п тствует нараоанию тока в витках катушки.pads 7 of the solenoid of the inductance coil Upa6 in rectangular coils formed by the vertical regions 3 of the semiconductor of the second type of conductivity, as well as the horizontal regions of the conductive material, a current pulse flows, which leads to the appearance of an electromagnetic induction flux supported by a core made of ferromagnetic material, made of two layers 10 and 11 of ferromagnetic material placed on the side surfaces of the through hole 2 and the plate 8, placed in between kovom space solenoid coil. In this case, an element appears in the rectangular turns of the solenoid of the inductor .-: - the motive force (EMF) of electromagnetic induction, which prevents the current from flowing in the turns of the coil.

Конструкци  катушки индуктивности, в технологическом цикле изготовлени  которой широко использованы приемы и методы пленарной технологии, найдет широкое 10 применение при создании сложных радиотехнических устройств изделий электронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). а также узлов и блоков изделий электронной техники (ИЭТ) и ра- 15 диоэлектронной аппаратуры (РЭА) повышенной группы сложности с расширенными функциональными возможност ми, в крто- рых возникает насто тельна  необходимость совмещени  процессов обработки 20 информационных сигналов, выработки командных импульсов исполнительных механизмов и устройств, осуществл ющих преобразование энергии электрического источника питани  в механическую энер- 25 гию, например, перемещени  или вращени , в производстве электромеханических часов как крупного калибра, так и наручных, в производстве малогабаритных шаговых двигателей дл  создани  простых и надеж- 30 ных усилительных каскадов, работающих по схеме усилител  с трансформаторным выхо- дом. различных управл емых селекторов каналов , св зи в частности селектора телевизионных каналов, в производстве 35 усилителей мощности на индуктивност х, в различного рода электромеханических и электронных игрушках, где важны массога- баритные размеры, а также потребл ема  мощность40The design of the inductor, in the production cycle of which the techniques and methods of plenary technology are widely used, will find wide application in the creation of complex radio-technical devices for electronic equipment (IET) and electronic equipment (REA). as well as units and blocks of electronic products (IET) and radioelectronic equipment (CEA) of an increased complexity group with advanced functional capabilities, in which there is an urgent need to combine the processing of 20 information signals, generate command pulses of actuators and devices that convert the energy of an electrical power source into mechanical energy, such as moving or rotating, in the manufacture of an electromechanical watch as a large about caliber, and wrist, in the production of small-sized stepper motors to create simple and reliable 30 amplifying stages, working according to the amplifier circuit with a transformer output. various controlled channel selectors, in particular, television channel selectors, in the production of 35 power inductors on inductances, in various kinds of electromechanical and electronic toys, where weight and dimensions are important, as well as power consumption40

Конструкци  катушки индуктивности будет широко использоватьс  в радиотехнических издели х, например, в конструкци х разного рода реле, трансформаторах, сформированных непосредственно в составе 45 структуры кристалла БИС или УБИС в качестве дросселей.The design of the inductor will be widely used in radio engineering products, for example, in various types of relays, transformers, formed directly as part of the 45 chip structure of the LSI or UBIS as chokes.

Наибольша  эффективность в работе предлагаемой конструкции катушки индуктивности достигаетс  в случае, когда отно- 50 шение длины замкнутого контура сердечника из феромагнитного материала к диаметру окружности, в площадь которой вписываетс  сечение сердечника, составл ет величину менее 10.55The greatest efficiency in the work of the proposed design of the inductor is achieved in the case when the ratio of the length of the closed loop of the core of the pheromagnetic material to the diameter of the circle into which the cross section of the core fits is less than 10.55

Использование конструкции катушки индуктивности, по сравнению с конструкцией катушки индуктивности, прин той заThe use of the design of the inductor, compared with the design of the inductor adopted

прототи п, обеспечивает следующие преимущества: повысить максимальное значение номинала индуктивности за счет использовани  замкнутого сердечника из ферромагнитного материала, размещенного частично в межвитковом пространстве соленоида катушки индуктивности; в значительной мере расшир ет функциональные возможности полупроводниковых приборов за счет объединени  в конструкции одного прибора нескольких функций ог обработки информационных сигналов, поступивших от внешних устройств, выработки командных импульсов и преобразовани  энергии электрического источника питани  непосредственно в механическую энергию перемещени  или вращени  исполнительного механизма; позвол ет в значительной мере упростить конструкции низкочастотных усилителей за счет использовани  схем усилител  с трансформаторным выходом; повысить эффективность использовани  как площади, так и обьема полупроводниковой подложки за счет использовани  в конструкции составного несущего основани , а также за счет использовани  многослойной структуры соленоида; в значительной мере снизить потребл емую мощность за счет использовани  в конструмии сердечника из ферромагнитного материала, выполненного в виде замкнутого контура; в значительной мере позвол ет уменьшить площадь, зан тую катушкой индуктивности, за счет использовани сердечникаиз ферромагнитного материала, а также за счет использовани  многослойной структуры соленоида; позвол ет, использу  методы планарной технологии и принципы микроконструировани , создавать новые классы приборов и устройств, совмещающих в своей конструкции ка-к функции обработки информационных сигналов, так и функции исполнительных органов, что в значительной мере снижает производственные затраты и приводит к значительному сокращению потребл емой энергии, а также обеспечивает самое короткое врем  от обработки информационного сигнала до выполнени  заданной функции исполнительным органом, при этом в значительной мере снижа  массогабаритные показатели ИЭТ и РЭА; позвол ет разработать процесс безотходной технологии, d зачастую и утилизации отходов полупроводникового производства , так как дл  формировани  кристалла несущего основани  используютс  пластины монокристаллического кремни , забракованные на .отдельных этапах те/нологического цикла изготовлени  БИС, ИС и других полупроводниковых приборов, дл  формировани  физических слоев которых используютс  пластины монокристаллического кремни  с кристаллографической ориентацией 100.Proton n provides the following advantages: to increase the maximum value of the inductance rating by using a closed core made of ferromagnetic material partially placed in the inter-turn space of the solenoid of the inductor; significantly expands the functionality of semiconductor devices by combining in the design of one device several functions for processing information signals received from external devices, generating command pulses and converting the energy of an electrical power source directly into mechanical energy of movement or rotation of the actuator; makes it possible to greatly simplify the design of low-frequency amplifiers by using amplifier circuits with a transformer output; to increase the efficiency of using both the area and the volume of the semiconductor substrate by using a composite support base in the structure, as well as by using a multilayer structure of the solenoid; significantly reduce power consumption due to the use in the design of the core of ferromagnetic material, made in the form of a closed loop; to a large extent, the area occupied by the inductor can be reduced by using a core of ferromagnetic material, as well as by using a multi-layer structure of the solenoid; Using the methods of planar technology and the principles of microdesign, it allows creating new classes of devices and devices combining in their design both the functions of processing information signals and the functions of executive bodies, which significantly reduces production costs and leads to a significant reduction in consumption energy, and also provides the shortest time from processing the information signal to the fulfillment of a given function by the executive body, while significantly reducing overall dimensions of IET and CEA; It allows developing a non-waste technology process, and often also utilizing semiconductor production wastes, since monocrystalline silicon wafers rejected at separate stages of the technological cycle of manufacturing LSIs, ICs, and other semiconductor devices are used to form the carrier base crystal. single crystal silicon wafers with a crystallographic orientation of 100 are used.

Claims (2)

1. Катушка индуктивности, содержаща  несущее основание, выполненное из монокристаллического полупроводника первого типа проводимости толщиной 0Пл и пр моугольных витков, состо щих по крайней мере из двух параллельно расположенных р дов вертикальных цилиндрических областей полупроводника второго типа проводимости , пронизывающих всю толщу материала несущего основани , и двух р дов горизонтальных областей материала, размещенных на поверхности сло  диэлектрика , отличающа с  тем, что, с целью обеспечени  максимального значени  номинала индуктивности при заданных геометрических размерах катушки индуктивности , а также более эффективного использовани  объема полупроводниковой1. An inductor containing a carrier base made of a single crystal semiconductor of the first type of conductivity with a thickness of 0Pl and rectangular turns, consisting of at least two parallel rows of vertical cylindrical regions of a semiconductor of the second type of conductivity, penetrating the entire thickness of the material of the carrier base, and two rows of horizontal regions of material located on the surface of the dielectric layer, characterized in that, in order to ensure the maximum value inductance at given geometric dimensions of the inductor, as well as more efficient use of the semiconductor volume подложки, несущее основание выполнено составным из двух пластин, рабочие поверхности которых ориентированы в кристаллографической плоскости (100), а боковые поверхности - в плоскости (111), установленных с зазором, внутри зазора размещен сердечник из ферромагнитного материала, отделенный от боковых поверхностей пластин диэлектриком, а вертикальные цилиндрические области размещены пор дно вthe substrate, the supporting base is made of two plates, the working surfaces of which are oriented in the crystallographic plane (100), and the side surfaces are in the plane (111) installed with a gap, a core of ferromagnetic material is placed inside the gap, which is separated from the side surfaces of the plates by a dielectric, and vertical cylindrical regions are placed pore bottom in объеме пластин и скоммутированы попарно горизонтальными проводниками.the volume of the plates and are connected in pairs by horizontal conductors. 2. Катушка по п. 1,отличающа с  тем, что. с целью уменьшени  геометрических размеров, в объемах материалов пластин сформировано по крайней мере четыре р да вертикальных цилиндрических областей , попарно размещенных в разных уровн х , разделенных сло ми диэлектрика.2. The coil according to claim 1, characterized in that. in order to reduce the geometric dimensions, at least four rows of vertical cylindrical regions are formed in the volumes of the plate materials, arranged in pairs at different levels, separated by dielectric layers. гт jo /г А М gt jo / g A M 1L Л. JL1L L. JL
SU914942845A 1991-06-05 1991-06-05 Inductance coil RU1825433C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914942845A RU1825433C (en) 1991-06-05 1991-06-05 Inductance coil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914942845A RU1825433C (en) 1991-06-05 1991-06-05 Inductance coil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1825433C true RU1825433C (en) 1993-06-30

Family

ID=21577960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914942845A RU1825433C (en) 1991-06-05 1991-06-05 Inductance coil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1825433C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
За вка JP № 61-61538. кл. Н 01 L 27/04, 1986. За вка JP № 61-265857. кл. Н 01 L 27/04. 1986. За вка JP N 62-179562,кл. Н 01 L27/04. 1986. . Патент US N 3988764, кл. Н 01 L 7/00. 1976. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sullivan et al. Design of microfabricated transformers and inductors for high-frequency power conversion
US7280024B2 (en) Integrated transformer structure and method of fabrication
US6429632B1 (en) Efficient CMOS DC-DC converters based on switched capacitor power supplies with inductive current limiters
US9923489B2 (en) Vortex flux generator
Ahn et al. A comparison of two micromachined inductors (bar-and meander-type) for fully integrated boost DC/DC power converters
US20110227689A1 (en) Method of Creating Spiral Inductor having High Q Value
US5426408A (en) Ceramic superconducting magnet using stacked modules
US10347709B2 (en) Methods of manufacturing integrated magnetic core inductors with vertical laminations
US20230208324A1 (en) Vortex Flux Generator
JPS63283459A (en) Motor circuit apparatus with coil and manufacture of the coil
US8722443B2 (en) Inductor structures for integrated circuit devices
RU1825433C (en) Inductance coil
US6788183B2 (en) I-inductor as high-frequency microinductor
JP2004186312A (en) Microelectric power conversion device
JP2017174920A (en) Electrode built-in substrate and manufacturing method therefor, inductance element, interposer, shield substrate and module
US6873242B2 (en) Magnetic component
US7057241B2 (en) Reverse-biased P/N wells isolating a CMOS inductor from the substrate
RU1819357C (en) Inductance coil
JPH07235700A (en) Superconductive super-lattice crystal device
US11302469B2 (en) Method for fabricating inductors with deposition-induced magnetically-anisotropic cores
RU1836754C (en) Inductance coil
US20210065959A1 (en) Magnetic core with vertical laminations having high aspect ratio
US10210986B2 (en) Integrated magnetic core inductor with vertical laminations
SU1100646A1 (en) Inductive element
Roshen et al. High density interconnect embedded magnetics for integrated power