LAM 공정을 위한 Underpass를 갖지 않는 나선형 박막 인덕터의 주파수 특성

Frequency Characteristics of Spiral Planar Inductor without Underpass for LAM Process

In this study, we propose that the structures of spiral inductors have the environment advantage utilizing direct-write and LAM(Laser Ablation of Microparticles) processes without process step of lithography and etching etc. of existing semiconductor process. The structures of inductors have Si thickness of 540${\mu}m$, $SiO_2$ thickness of 3${\mu}m$. The width of Cu coils and the space between segments have 30${\mu}m$, respectively, using for direct-write and LAM processes. The performance of spiral planar inductors was simulated to frequency characteristics for inductance, quality-factor, SRF(Self- Resonance Frequency) using HFSS. The inductors without underpass and via have inductance of 1.11nH over the frequency range of 300 to 800 MHz, quality-factor of maximum 38 at 5 GHz, SRF of 18 GHz. Otherwise, inductors with underpass and via have inductance of 1.12nH over the frequency range of 300 to 800 MHz, quality-factor of maximum 35 at 5 GHz, SRF of 16 GHz.

본 논문에서 기존 반도체공정들이 갖는 리소그래피와 식각 등의 공정단계를 배제하는 direct-write 공정과 LAM(Laser Ablation of Microparticles) 공정을 이용하여 친환경적인 이점을 가질 수 있는 나선형 인덕터의 구조를 제안하고 주파수 특성을 확인하였다. 인덕터의 구조는 Si를 540${\mu}m$, $SiO_2$를 3${\mu}m$으로 하였으며, Cu 코일의 폭과 선간의 간격은 LAM 공정과 direct-write 공정을 이용할 수 있도록 각각 30${\mu}m$으로 설정하여 2회 권선하였다. 나선형 박막 인덕터의 성능을 나타내는 인덕턴스, quality-factor, SRF에 대한 주파수 특성을 HFSS로 시뮬레이션 하였다. Underpass와 via가 제거된 인덕터는 300-800MHz 범위에서 1.11nH의 인덕턴스, 5GHz에서 최대 38 정도의 품질계수를 가지며, SRF는 18GHz로 시뮬레이션 결과를 얻었다. 반면에 underpass와 via를 가지는 일반적인 인덕터는 300-800MHz 범위에서 1.12nH의 인덕턴스, 5GHz에서 최대 35 정도의 품질계수를 가지며, SRF는 16GHz로 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.