KR20050118488A - Tunable inductor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 튜너블 인덕터(tunable inductor) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 제 1 및 제 2 전극이 각각 형성된 제 1 및 제 2 인덕터를 접합하고, MEMS(Micro ElectroMechanical System) 스위치 개념을 이용하여 인가되는 전압에 따라 제 1 및 제 2 전극의 간격이 조절되어 인덕턴스 값이 변화되도록 함으로써 이를 튜너블 캐패시터와 함께 매칭 소자로 사용하게 될 경우 보다 넓은 주파수 대역에서의 매칭이 가능한 튜너블 인덕터 및 그 제조 방법이 제시된다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunable inductor and a method of manufacturing the same. A tunable inductor and a method of manufacturing the same are connected to each other. When the first and second electrodes are adjusted according to the voltage so that the inductance value is changed and used as a matching element with the tunable capacitor, a tunable inductor capable of matching in a wider frequency band and a method of manufacturing the same are provided. Presented.
Description
본 발명은 튜너블 인덕터(tunable inductor) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 제 1 및 제 2 전극이 각각 형성된 제 1 및 제 2 인덕터를 접합하고, MEMS(Micro ElectroMechanical System) 스위치 개념을 이용하여 인가되는 전압에 따라 전극의 간격이 조절되어 인덕턴스 값이 변화되도록 한 튜너블 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunable inductor and a method of manufacturing the same, and in particular, joining the first and second inductors having the first and second electrodes formed thereon, and applying the microelectromechanical system (MEMS) switch concept The present invention relates to a tunable inductor and a method of manufacturing the same in which an inductance value is changed by adjusting an interval of an electrode according to a voltage to be changed.
RF 전송 라인(transmission line)에서 고주파 대역의 신호를 매칭(matching)하여 최적의 파워를 수신단으로 전달하는데 이용되는 매칭 소자로서 도 1에 도시된 바와 같이 인덕터(inductor)와 캐패시터(capacitor)의 직렬 회로 또는 병렬 회로를 이용하는데, 이들의 인덕턴스(inductance)와 캐패시턴스(capacitance)를 원하는 주파수에 매칭되도록 설계하여 사용하였다. 이때 사용되는 인덕터는 단일 금속층이나 적층된 두 금속층의 구조가 사용되었다.As a matching element used to match a signal of a high frequency band in an RF transmission line and deliver optimal power to a receiver, a series circuit of an inductor and a capacitor as shown in FIG. 1. Alternatively, a parallel circuit is used. Their inductance and capacitance are designed to match the desired frequency. The inductor used was a single metal layer or a structure of two stacked metal layers.
그런데, 현재 휴대폰이나 PCS에서 사용되는 주파수는 사용 밴드폭이 다르기 때문에 고정된 인덕턴스와 캐패시턴스를 사용한다면 한가지 주파수 대역에서만 동작되므로 범용해서 사용할 수 없는 단점이 있다. By the way, the frequency used in the current mobile phone or PCS is different because the bandwidth used, if you use a fixed inductance and capacitance is only one frequency band can not be used universally.
본 발명의 목적은 사용 주파수 대역에 따라 인덕턴스 값이 달라지도록 함으로써 다양한 주파수 대역에서 필요에 따라 적절하게 매칭할 수 있는 튜너블 인덕터 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a tunable inductor and a method of manufacturing the same, which can be appropriately matched as necessary in various frequency bands by allowing inductance values to vary according to a frequency band used.
본 발명의 다른 목적은 MEMS(Micro ElectroMechanical System) 스위치 개념을 이용하여 상부 및 하부 인덕터에 전극을 구현함으로써 인가되는 전압에 따라 인덕턴스 값을 다양하게 구현할 수 있는 튜너블 인덕터 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a tunable inductor and a method of manufacturing the same, which can implement various inductance values according to an applied voltage by implementing electrodes on upper and lower inductors using a MEMS switch concept. .
본 발명에 따른 튜너블 인덕터는 제 1 및 제 2 전극이 각각 형성된 제 1 및 제 2 인덕터를 접합하고, 상기 제 1 인덕터의 전극에 전압을 인가하여 생성된 정전기에 따라 상기 제 2 인덕터의 전극이 움직여 인덕턴스 값이 조절되도록 한다.In the tunable inductor according to the present invention, the electrodes of the second inductor are connected to each other by bonding the first and second inductors having the first and second electrodes formed thereon, and applying a voltage to the electrodes of the first inductor. To adjust the inductance value.
상기 제 1 인덕터는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상부에 스피럴 형태로 형성되고 절연막에 의해 절연된 구리층과, 상기 구리층 상부에 형성된 확산 방지막과, 상기 확산 방지막 상부의 소정 영역에 형성된 전극을 포함한다.The first inductor may include a semiconductor substrate, a copper layer formed in a spiral shape on the semiconductor substrate and insulated by an insulating film, a diffusion barrier layer formed on the copper layer, and an electrode formed on a predetermined region above the diffusion barrier layer. Include.
상기 제 2 인덕터는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상부에 스피럴 형태로 형성되고 절연막에 의해 절연된 구리층과, 상기 구리층 상부에 형성된 제 1 확산 방지막과, 상기 제 1 확산 방지막 상부에 형성되고, 소정 부분이 소정 두께로 식각된 도전층과, 상기 도전층 상부에 형성된 제 2 확산 방지막과, 상기 제 2 확산 방지막 상부의 소정 영역에 형성된 전극을 포함한다.The second inductor is formed on a semiconductor substrate, a copper layer formed in a spiral form on the semiconductor substrate and insulated by an insulating film, a first diffusion barrier layer formed on the copper layer, and an upper portion of the first diffusion barrier layer. And a conductive layer having a predetermined portion etched to a predetermined thickness, a second diffusion barrier layer formed on the conductive layer, and an electrode formed on a predetermined region above the second diffusion barrier layer.
상기 제 1 인덕터와 상기 제 2 인덕터가 접합되고, 상기 제 2 인덕터의 식각된 부분에는 에어가 충진된다. The first inductor and the second inductor are bonded to each other, and the etched portion of the second inductor is filled with air.
본 발명에 따른 튜너블 인덕터 제조 방법은 제 1 반도체 기판 상부에 제 1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 절연막을 패터닝한 후 제 1 구리층을 매립하는 단계와, 상기 제 1 구리층이 형성된 상기 제 1 절연막 상부에 제 1 확산 방지막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 확산 방지막 상부에 제 1 폴리실리콘막을 형성한 후 패터닝하여 제 1 전극을 형성하는 단계와, 제 2 반도체 기판 상부에 제 2 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 절연막을 패터닝한 후 제 2 구리층을 매립하는 단계와, 상기 제 2 구리층이 형성된 상기 제 2 절연막 상부에 제 2 확산 방지막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 확산 방지막 상부에 제 2 폴리실리콘막을 형성한 후 상기 제 2 폴리실리콘막의 소정 영역이 소정 두께로 잔류하도록 패터닝하는 단계와, 상기 제 2 폴리실리콘막 상부에 제 3 확산 방지막을 형성하는 단계와, 상기 제 3 확산 방지막 상부에 제 3 폴리실리콘막을 형성한 후 패터닝하여 제 2 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 구리층 및 제 1 전극이 형성된 상기 제 1 반도체 기판과 상기 제 2 구리층 및 제 2 전극이 형성된 상기 제 2 반도체 기판을 접합하는 단계를 포함하는 튜너블 인덕터 제조 방법.A method of manufacturing a tunable inductor according to the present invention includes forming a first insulating film on a first semiconductor substrate, filling the first copper layer after patterning the first insulating film, and forming the first copper layer. Forming a first diffusion barrier over the first insulating layer, forming a first polysilicon layer over the first diffusion barrier, and then patterning the first electrode to form a first electrode; Forming an insulating film, embedding a second copper layer after patterning the second insulating film, forming a second diffusion barrier layer on the second insulating film on which the second copper layer is formed, Forming a second polysilicon layer on the diffusion barrier layer and patterning the predetermined region of the second polysilicon layer to a predetermined thickness; and forming a third polysilicon layer on the second polysilicon layer. Forming a diffusion barrier layer, forming a third polysilicon layer on the third diffusion barrier layer, and then patterning a second electrode to form a second electrode, and the first semiconductor substrate having the first copper layer and the first electrode formed thereon And bonding the second semiconductor substrate on which the second copper layer and the second electrode are formed.
상기 제 1 및 제 2 절연막은 스피럴 형태로 패터닝된다. The first and second insulating layers are patterned in a spiral form.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 MEMS(Micro ElectroMechanical System) 스위치 개념을 이용한 튜너블 인덕터의 구성도로서, 제 1 및 제 2 인덕터 상부에 각각 제 1 및 제 2 전극을 형성한 후 이들을 접합하고, 인가되는 전압에 따라 전극의 간격이 조절되어 인덕턴스 값이 변화되도록 구성된다.FIG. 2 is a schematic diagram of a tunable inductor using a MEMS switch according to the present invention, in which first and second electrodes are respectively formed on first and second inductors, and then bonded and applied thereto. The spacing of the electrodes is adjusted according to the voltage so that the inductance value is changed.
제 1 인덕터 형성 공정을 설명하면, 제 1 반도체 기판(11) 상부에 제 1 절연막(12)을 형성한 후 스피럴 인덕터(spiral inductor)를 형성하기 위한 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 제 1 절연막(12)을 패터닝한다. 패터닝된 제 1 절연막(12)을 포함한 전체 구조 상부에 제 1 구리층(13)을 형성한 후 제 1 절연막(12)이 노출되도록 제 1 구리층(13)을 연마하여 제 1 인덕터를 형성한다. 전체 구조 상부에 제 1 확산 방지막(14)을 형성한 후 제 1 폴리실리콘막(15)을 형성한다. 그리고, 제 1 폴리실리콘막(15)을 패터닝하여 뿔(horn) 형태의 전극을 형성한다.Referring to the first inductor forming process, the first insulator 12 is formed on the first semiconductor substrate 11, and then, the first inductor is formed by a lithography process and an etching process using a mask for forming a spiral inductor. The insulating film 12 is patterned. After forming the first copper layer 13 over the entire structure including the patterned first insulating film 12, the first copper layer 13 is polished to expose the first insulating film 12 to form a first inductor. . The first polysilicon film 15 is formed after the first diffusion barrier 14 is formed over the entire structure. Then, the first polysilicon film 15 is patterned to form an horn electrode.
제 2 인덕터 형성 공정을 설명하면, 제 2 반도체 기판(16) 상부에 제 2 절연막(17)을 형성한 후 스피럴 인덕터(spiral inductor)를 형성하기 위한 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 제 2 절연막(17)을 패터닝한다. 패터닝된 제 2 절연막(17)을 포함한 전체 구조 상부에 제 2 구리층(18)을 형성한 후 제 2 절연막(17)이 노출되도록 연마하여 제 2 인덕터를 형성한다. 전체 구조 상부에 제 2 확산 방지막(19)을 형성하고, 그 상부에 제 2 폴리실리콘막(20)을 형성한다. 제 2 폴리실리콘막(20)의 소정 부분을 제 2 폴리실리콘막(20)이 소정 두께로 잔류하도록 식각한 후 전체 구조 상부에 제 3 확산 방지막(21)을 형성한다. 제 3 확산 방지막(21) 상부에 제 3 폴리실리콘막(22)을 형성한 후 패터닝하여 전극을 형성한다. Referring to the process of forming the second inductor, after forming the second insulating layer 17 on the second semiconductor substrate 16, the second inductor may be a lithography process and an etching process using a mask for forming a spiral inductor. The insulating film 17 is patterned. After forming the second copper layer 18 over the entire structure including the patterned second insulating layer 17, the second insulating layer 17 is polished to expose the second inductor. A second diffusion barrier film 19 is formed over the entire structure, and a second polysilicon film 20 is formed over the entire structure. After etching a predetermined portion of the second polysilicon film 20 so that the second polysilicon film 20 remains at a predetermined thickness, a third diffusion barrier 21 is formed on the entire structure. The third polysilicon layer 22 is formed on the third diffusion barrier layer 21 and then patterned to form an electrode.
상기와 같이 상부에 전극을 형성한 제 1 인덕터와 제 2 인덕터를 접합하고, 이때 제 2 폴리실리콘막(20)이 패터닝되어 접합된 부분은 에어가 충진되게 된다. As described above, the first inductor and the second inductor having the electrodes formed thereon are bonded to each other, and at this time, the second polysilicon layer 20 is patterned so that the joined portion is filled with air.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 인덕터는 바이어스가 제 1 폴리실리콘막(15)으로 형성된 전극에 인가되면 전하(charge)가 생성되고, 정전기(electrostatic force)가 제 1 구리층(13)과 제 2 구리층(18) 사이에 만들어지며, 정전기에 의해 제 2 인덕터의 전극이 움직여 제 1 인덕터의 전극과 인접하거나 접촉하게 된다. 이렇게 전극의 간격에 따라 인덕턴스 값이 조절되어 튜너블(tunable) 인덕터가 구현된다. In the inductor according to the present invention configured as described above, when a bias is applied to an electrode formed of the first polysilicon film 15, a charge is generated, and electrostatic force is applied to the first copper layer 13 and the first electrode. It is made between the two copper layers 18, and the electrodes of the second inductor move by the static electricity to be adjacent to or in contact with the electrodes of the first inductor. Thus, the inductance value is adjusted according to the spacing of the electrodes to implement a tunable inductor.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 제 1 및 제 2 전극이 각각 형성된 제 1 및 제 2 인덕터를 접합하고, MEMS(Micro ElectroMechanical System) 스위치 개념을 이용하여 인가되는 전압에 따라 전극의 간격이 조절되어 인덕턴스 값이 변화되도록 튜너블 인덕터를 구성함으로써 이를 튜너블 캐패시터와 함께 매칭 소자로 사용하게 될 경우 보다 넓은 주파수 대역에서의 매칭이 가능하게 되며 다양한 제품에서 사용이 가능할 것이다.As described above, in accordance with the present invention, the first and second inductors having the first and second electrodes formed thereon are bonded to each other, and the electrode spacing is adjusted according to the applied voltage using a MEMS (Micro ElectroMechanical System) switch concept to inductance. By configuring the tunable inductor so that the value changes, if it is used as a matching element with the tunable capacitor, it can be matched in a wider frequency band and can be used in various products.
도 1은 인덕터와 캐패시터의 직렬 회로로 구성된 매칭 소자의 회로도.1 is a circuit diagram of a matching element composed of a series circuit of an inductor and a capacitor.
도 2는 본 발명에 따른 튜너블 인덕터의 단면도. 2 is a cross-sectional view of a tunable inductor according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 : 제 1 반도체 기판 12 : 제 1 절연막11 first semiconductor substrate 12 first insulating film
13 : 제 1 구리층 14 : 제 1 확산 방지막13 first copper layer 14 first diffusion barrier film
15 : 제 1 폴리실리콘막 16 : 제 2 반도체 기판15: first polysilicon film 16: second semiconductor substrate
17 : 제 2 절연막 18 : 제 2 구리층17 second insulating film 18 second copper layer
19 : 제 2 확산 방지막 20 : 제 2 폴리실리콘막19: 2nd diffusion prevention film 20: 2nd polysilicon film
21 : 제 3 확산 방지막 22 : 제 3 폴리실리콘막 21: third diffusion barrier film 22: third polysilicon film
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Cited By (1)
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| KR100922561B1 (en) * | 2007-09-28 | 2009-10-21 | 주식회사 동부하이텍 | Inductor of semiconductor device and forming method thereof |
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2004
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