JPH11274412A - 半導体集積回路用誘導性素子 - Google Patents

半導体集積回路用誘導性素子

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JPH11274412A
JPH11274412A JP10284877A JP28487798A JPH11274412A JP H11274412 A JPH11274412 A JP H11274412A JP 10284877 A JP10284877 A JP 10284877A JP 28487798 A JP28487798 A JP 28487798A JP H11274412 A JPH11274412 A JP H11274412A
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JP
Japan
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trench
insulating layer
substrate
semiconductor integrated
conductor
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Application number
JP10284877A
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English (en)
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Tohin Zen
東 彬 全
Sang G Lee
相 國 李
Soo Ri
相 ▲オー▼ 李
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L28/10Inductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76897Formation of self-aligned vias or contact plugs, i.e. involving a lithographically uncritical step
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インダクタを構成する導電体と基板間に発生
する寄生キャパシタンスを小さくし、基板への漏れ電流
を少なくすることができる半導体集積回路用誘導性素子
を提供すること。 【解決手段】 シリコン基板10の表面に所定深さと所
定幅とを有するトレンチ15を形成し、このトレンチ1
5を導電率の低い絶縁物質20で埋め立てることによ
り、導電性がある基板の表面積を減少させる。そして、
そのシリコン基板10の表面上に第1、第2絶縁層2
5,35を介してインダクタを構成する渦巻形の導電体
40を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は誘導性素子に係り、
特に高周波数で動作する半導体集積回路に使用される誘
導性素子に関する。
【0002】
【従来の技術】情報通信機器のチャンネル帯域が高まる
につれRF(Radio Frequency)やマイクロウェ−ブ(Mic
rowave、1〜30GHz)領域の高周波技術が重要視さ
れており、これと関連する素子技術としてはガリウム砒
素MESFETとシリコンバイポ−ラ技術が知られてい
る。このうち、シリコンバイポ−ラ技術は、システムが
要求する特性を満足でき、しかも製造費用と製造工程が
単純で集積度と製造期間を短縮できるので、有利であ
る。
【0003】高周波で動作するシステムには抵抗やキャ
パシタ又はインダクタのような受動素子が必ず使用され
る。このうちシリコンバイポ−ラ技術において最も重要
な受動素子はインダクタであり、インダクタとキャパシ
タを最適にマッチングさせることにより最大のパフォ−
マンスが得られる。
【0004】インダクタは、高周波領域では金属ライン
の巻回により形成されるが、このようなインダクタを半
導体集積回路に集積することは容易ではない。それは、
例えばシリコンバイポ−ラ技術では、シリコン基板上に
絶縁してインダクタが形成され、シリコン基板が一つの
導電体として作用するので、入出力端子を含むインダク
タとしての金属ラインとシリコン基板との間に寄生キャ
パシタンスが必ず発生するからである。しかも、所望の
インダクタンス値を得るためにインダクタの体積が大き
く、寄生キャパシタンスも大きくなるからである。この
寄生キャパシタンスは高周波で入力される入力信号の漏
れ経路として作用して、システムの性能を劣化させる要
因になる。従って、寄生キャパシタンスを最小化して入
力信号が基板へ漏れることを防止する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イン
ダクタを構成する導電体と基板間に発生する寄生キャパ
シタンスを減少させた半導体集積回路用誘導性素子を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体集積
回路用誘導性素子は、表面に所定深さのトレンチが形成
され、このトレンチが導電率の低い物質で埋め立てられ
た電気的に導電性がある基板と、この基板の前記表面上
に設けられた絶縁層と、この絶縁層上に形成されたイン
ダクタを構成する導電体とを備えることを特徴とする。
【0007】ここで、前記導電体は、内側端部と外側端
部を有する渦巻形に形成することができ、より具体的に
は円形の渦巻、四角形の渦巻、その他形状の渦巻とする
ことができる。また、前記絶縁層は第1、第2絶縁層を
有し、第1絶縁層が前記基板の表面に形成され、この第
1絶縁層上に導電体からなるリ−ドが形成され、このリ
ードの一部を覆って前記第1絶縁層上に第2絶縁層が形
成され、この第2絶縁層上に渦巻形の前記導電体が形成
され、この渦巻形導電体の内側端部は前記第2絶縁層を
貫通する導電部を通じて前記リードに電気的に接続され
るようにすることができる。
【0008】また、前記トレンチは少なくとも一つの四
角形、少なくとも一つの円形、少なくとも二本のライン
が交差される形態のうちいずれか一つの形態で形成で
き、深さは3〜4μm以上がよく、このトレンチを埋め
立てる導電率の低い前記物質としてはポリイミドを使用
できる。
【0009】このような本発明によると、導電率が低い
物質で埋め立てられた部分により基板面積が減少し、か
つ誘電体膜厚が厚くなるので、導電体と基板間に発生す
る寄生キャパシタンスが小さくなって、基板への漏れ電
流が減る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。図1は本
発明の一実施形態による半導体集積回路用誘導性素子を
概略的に示す斜視図である。この図において、10は電
気的に導電性がある基板としての、不純物がド−プされ
たシリコン基板であり、この基板10の表面には所定深
さと所定幅とを有するトレンチ15が形成されており、
このトレンチ15は導電率の低い絶縁物質20により埋
め立てられている。トレンチ15を埋め立てる前記絶縁
物質20としては一般的に知られた酸化物や窒化物に比
してその絶縁特性が優秀であり、かつ溝埋め込み能力が
優れているポリイミドを使用することが望ましい。
【0011】そして、このようにして表面にトレンチ1
5が形成され、このトレンチ15が絶縁物質20で埋め
立てられた基板10の前記表面には第1絶縁層25が形
成され、この第1絶縁層25上には導電体からなるリ−
ド30が形成される。さらに、このリ−ド30の一部を
覆って前記第1絶縁層25の上には第2絶縁層35が形
成され、この第2絶縁層35上にはインダクタを構成す
る渦巻形の導電体40が形成される。この渦巻形導電体
40は、渦巻の内側端部としての第1端部42と、渦巻
の外側端部としての第2端部44を備えており、前記第
1端部42は前記第2絶縁層35を貫通するように形成さ
れた導電部38を通じて前記リ−ド30と接続される。
リ−ド30は外部の入力又は出力端子(図示せず)と接
続される。
【0012】ここで、前記渦巻形導電体40は図1に示
すような四角形の渦巻で形成できるが、円形の渦巻やそ
の他形状の渦巻、あるいはメンダラインに形成できる。
また、導電体40は図示されたように一層で構成される
外、適切なインダクタンス値を有するように複数の層で
構成することもできる。
【0013】以上のように、上記誘導性素子では、基板
10の表面にトレンチ15が形成され、このトレンチ1
5が導電率が低い絶縁物質20で埋め立てられる。この
ように導電率が低い物質で埋め立てられたトレンチ15
は結果的に導電性がある基板10の表面積を減少させる
役割をする。したがって、上記誘導性素子によれば、渦
巻形導電体40と、第1及び第2絶縁層25及び35
と、基板10で構成される寄生キャパシタンスの一方側
導電体(基板10)の面積が小さくなる。加えて、トレ
ンチ15を埋め立てる絶縁物質20によって、寄生キャ
パシタンスの誘電体膜の厚さが厚くなる。
【0014】一般的にキャパシタンスCは、数1
【数1】 で求められる。ここで、εは誘電体膜の誘電率を、Aは
導電体の表面積を、dは誘電体膜の厚さを各々示す。上
記誘導性素子によれば、基板10の面積Aが小さくな
り、かつ誘電体膜厚dが大きくなることにより、渦巻形
導電体40と基板10間に発生する寄生キャパシタンス
Cが減少する。よって、基板10への漏れ電流が減る。
【0015】なお、トレンチ15は公知の方法で形成で
きて、前記基板10の表面積を減少させ得るどのような
形で形成されても差し支えない。例を挙げれば、トレン
チ15は、少なくとも一つの四角形、少なくとも一つの
円形、又は少なくとも二本のラインが交差される形態等
で形成できる。トレンチ15がライン形態で形成される
場合、その深さは3〜4μm以上で、幅は0.5〜3μ
m、望ましくは1μmで形成する。
【0016】図2はトレンチ15の望まし形態を具体的
に示す平面図である。図示するように、基板10の表面
に複数本のラインが交差される形態でトレンチ15が形
成されており、このトレンチ15の内部はポリイミドの
ような絶縁物質20で充填されている。従って、トレン
チ15の幅が広くなり、絶縁物質20で充填される部分
が広がるほど導電性がある基板10の表面積が減少す
る。
【0017】寄生キャパシタンスの減少はインダクタや
キャパシタの性能を評価する品質因子Qを向上させるこ
とができる。この品質因子Qは共振回路において共振の
鋭さを表す量で、一般的な直列共振においてω0 L/R
又は1/ω0 RCで示されて、その値が大きければ大き
いほどインダクタやキャパシタの性能が良いことを示
す。図3は一般的なインダクタの等価回路図で、Lはイ
ンダクタンスを、Rは導電体ライン抵抗を、C1 は導電
体ラインと基板との間に存在する寄生キャパシタンス
を、C2 は導電体ライン間に存在する寄生キャパシタン
スを各々示す。このようなインダクタの等価モデルで、
導電体ライン間に存在する寄生キャパシタンスC2 はそ
の値が小さて無視できる。したがって、負荷がない状態
即ち、出力端子PO が接地された状態での品質因子(un
loaded Q)は下記の数式2に示せる。
【数2】 Unloaded Q=(ω0 L−(ω0 2 +ω0 32)×C1)/
R ここで、ω0 は共振周波数を示し、この数式は入力端子
i から見たインピ−ダンス中のリアクタンス成分を抵
抗で割って求められたものである。この数式から、C1
値が小さければ小さいほど高い品質因子Qを得られるこ
とが分かる。前述したように、本発明の実施の形態によ
ると、導電体(基板)の表面積が減少し、かつ誘電体膜
厚が増加して寄生キャパシタンスC1 が小さくなるの
で、一般的な場合に比して品質因子Qが増加する。これ
を図4に示した実験結果を参照して説明する。
【0018】図4はネットワ−ク分析機を通じて周波数
fによるインダクタの品質因子Qを測定した結果を示す
特性図である。この特性図には、本発明のように基板内
にトレンチを形成して、これを絶縁物質で埋め立てた場
合(a)と、トレンチを形成しない場合(b)とを比較
して示す。(a)と(b)はトレンチを形成するか否か
だけが異なり、それ以外はすべて同一工程条件でインダ
クタを製造した。図4を参照すれば、特定周波数fで品
質因子Qが最大値となり、この最大値Qmaxは本発明
の場合(a)の方がトレンチを形成しない場合(b)に
比して高い値となった。また、品質因子Qの値が0に落
ちる周波数、即ち共振周波数f0が、本発明の場合
(a)は(b)より更に高い値となることが前記特性図
から良く分かる。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の半導
体集積回路用誘導性素子によれば、インダクタを構成す
る導電体と基板間に発生する寄生キャパシタンスを小さ
くすることができ、基板への漏れ電流を少なくすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による半導体集積回路用誘
導性素子を概略的に示す斜視図。
【図2】トレンチの望ましい形態を示す平面図。
【図3】一般的なインダクタの等価回路図。
【図4】ネットワ−ク分析機を用いて周波数fによるイ
ンダクタの品質因子Qを側定した結果を示す特性図。
【符号の説明】
10 シリコン基板 15 トレンチ 20 絶縁物質 25 第1絶縁層 30 リード 35 第2絶縁層 38 導電部 40 導電体 42 第1端部 44 第2端部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に所定深さのトレンチが形成され、
    このトレンチが導電率の低い物質で埋め立てられた電気
    的に導電性がある基板と、 この基板の前記表面上に設けられた絶縁層と、 この絶縁層上に形成されたインダクタを構成する導電体
    とを備えることを特徴とする半導体集積回路用誘導性素
    子。
  2. 【請求項2】 前記導電体は、内側端部と外側端部を有
    する渦巻形に形成されたことを特徴とする請求項1に記
    載の半導体集積回路用誘導性素子。
  3. 【請求項3】 前記絶縁層は第1、第2絶縁層を有し、
    第1絶縁層が前記基板の表面に形成され、この第1絶縁
    層上に導電体からなるリ−ドが形成され、このリードの
    一部を覆って前記第1絶縁層上に第2絶縁層が形成さ
    れ、この第2絶縁層上に渦巻形の前記導電体が形成さ
    れ、この渦巻形導電体の内側端部は前記第2絶縁層を貫
    通する導電部を通じて前記リードに電気的に接続される
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路用誘
    導性素子。
  4. 【請求項4】 前記トレンチは少なくとも一つの四角
    形、少なくとも一つの円形、少なくとも二本のラインが
    交差される形態のうちいずれか一つの形態で形成される
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路用誘
    導性素子。
  5. 【請求項5】 前記トレンチを埋め立てる導電率の低い
    前記物質はポリイミドであることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体集積回路用誘導性素子。
  6. 【請求項6】 前記トレンチは3〜4μm以上の深さに
    形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体集
    積回路用誘導性素子。
  7. 【請求項7】 前記渦巻形導電体は、円形の渦巻、四角
    形の渦巻、その他形状の渦巻のうちいずれか一つの形態
    で形成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体
    集積回路用誘導性素子。
JP10284877A 1998-02-26 1998-10-07 半導体集積回路用誘導性素子 Pending JPH11274412A (ja)

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KR1019980006136A KR19990070958A (ko) 1998-02-26 1998-02-26 반도체 집적회로용 유도성 소자
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