Индуктивный элемент

Н 01 Г 17/ Й ОБР ОП НА Т зо внутРующч арасш аль СОЮЗ СОВЕТСКИХЮВИРЭНЕСИИКРЕСПУБЛИК АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНИСАНИЕ снова сацатвъс(54)(57) ИНДУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, сожащий две плоские спиральные катрасположенные одна над другой иванически соединенные между собо 80110 646 и, а также и ликатушек, о т л нем, что, с целью на рабочих частот уменьшении габарии одной спиральной ы между витками катушки, разделены ным промежутком направление заующая основа обеих в виде высокоомных, участков, располорекрещивания витренними концамую основу обеихю щ и й с я тиренин диапазопри одновременномтов элемента, витккатушки расположендругой спиральноймежду собой воэдуши имеют одинаковоекручивания, изолиркатушек выполненаполупроводниковыхженных в местах.пеков обеих катушек.1100646Изобретение относится к микроэлект- ную добротность, рабочую частоту ронике и может быть использовано для и большие габариты элемента, Недо- создания монолитных и гибридно-интег- статком является также симметричное ральных схем ВЧ и СВЧ диапазонов волн. расположение катушек по подложке,.При разработке современных мало- следствием которого является проти.45габаритных радиоустройств для реали- воположное направление закручивания зации резонансных контуров, высоко- витков у обеих спиралей. Это приво- частотных дросселей, полосовых филь- дит к снижению индуктивности элементров, развязок цепей питания и т.д. та. Кроме того, применение данных находят широкое применение миниатюр О элементов в монолитных ИС на частоные индуктивные элементы в виде плос- тах выше 1 ГГЦ ограничивается больких или объемных катушек индуктивнос- шими СВЧ потерями в полупроводнике, тие что является неприемлемым,Известен индуктивный элемент:, вы- . Целью изобретения является располненный в виде тонкопленочной ка ширение диапазона рабочих частот тушки на изолирующей подложке интег- индуктивных элементов при одновременральной схемы ИС. С целью вывода ном уменьшении их габаритов. внутреннего конца катушки за ее пре-Поставленная цель достигается тем, делы часть витков имеет направление , что в индуктивном элементе, содержа- закручивания по часовой стрелке, а 20 щем две плоские спиральные катушки, другая часть - против часовой стрел- расположенные одна над другой и ки. При этом для ослабления взаимно- гальванически соединенные между сого влияния витков с разным направле- бой внутренними концами, а также нием закручивания параллельные изолирующую основу обеих катушек, участки катушки расположены на обрат витки одной спиральной катушки расной стороне подложки. Для повышения положены между витками другой спивеличины индуктивности элемента в ральной катушки, разделены между со,области между витками расположена бой воздушным промежутком и имеют пленка ферромагнетика 1.одинаковое направление закручивания.Существенным недостатком данного30изолирующая основа обеих катушек выиндуктивного элемента является сов- полнена в виде.высокоомных полупромещение витков с противоположным на- водниковых участков, расположенных правлением закручивания водной ка- в местах перекрещивания витков обеих тушке, что приводит к уменьшению маг- катушек.нитного поля в нем, В связи с этим Выполнение индуктивного элемента элементы имеют малую величину индук с разделением спиральных катушек тивности и повышенные габариты, Дан- воздушным промежутком и с одинаковым ные элементы также не могут быть ре- ,направлением закручивания витков ализованы в дискретном виде. обусловливает уменьшение межвитковойНаиболее близким к предлагаемому емкости и, соответственно, повышение по технической сущности является4 Оверхней границы рабочих частот индукиндуктивный элемент для интегральных тивного элемента на порядок величины схем, содержащий две плоских спираль- по сравнению с прототипом. При этом ных катушки, симметрично расположен- габариты элемента снижаются в несных на противоположных сторонах ди- колько раз и определяются собственныэлектрической подложки. Внутренние , 5 ми размерами катушек.45концы обеих катушек соединены между Снижение межвитковой емкости инсобой через металлизированное отвер- дуктивного элемента обеспечивает такстие в подложке, Внешние концы кату- же конструктивное расположение обеих шек непосредственно присоединяются катушек со сдвигом их витков относик проводникам микросхем. Для повыше тельно друг друга на половину межвитния величины индуктивности на обе кового расстояния. Такое расположение стороны подложки нанесена пленка спиральных катушек, кроме того, созферромагнитного материала 23. дает перекрещивание последних в несК недостаткам данного индуктивно- кольких точках, расположенных по диго элемента следует отнести наличие 55 агонали элемента, что позволяет разподложки между спиральными катушка- местить в укаэанных точках изолируми, что обусловливает повышенную меж- ющие столбики для скрепления катушек витковую емкость, а также ограничен- между собой.1100646 3Кроме того, обеспечение одинакового направления закручивания витковкак верхней, так и нижней катушекиндуктивного элемента приводит к суммированию напряженности их магнитныхполей, что (в отличии от прототипа)повышает индуктивность элемента приравном количестве витков.На фиг. 1 схематически изображенпредлагаемый индуктивный элемент,вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг, 3 - индуктивный элементс диагональным разрезом витков верхней и нижней катушек, общий вид,Индуктивный элемент (фиг. 1)содержит верхнюю спиральную катушку 1и нижнюю спиральную катушку 2, внутренние концы которых гальваническисоединены через участок высоколегированного полупроводника 3, имеющиймалое электрическое сопротивление.Внешние концы обеих катушек имеютконтактные площадки 4 и 5 для присоединения к проводникам микросхемы,В точках 6 перекрещивания витковобеих катушек расположены изолирующие высокоомные полупроводниковыеучастки 7 (фиг, 2), выполненные извысокоомного полупроводника и выполняющие роль элементов крепления.Для группового изготовления предлагаемых индуктивных элементов в ка.честве подложки при формированииспиральных катушек используются стандартные монокристаллические пластинывысокоомного кремния типа 40 КЗФ 35100(111). После подготовительных операций осуществляется плоскопараллельное утоньшение исходной кремниевойпластины по всей площади, кроме периферийной области пластины шириной 5 мм, 4 Ометодом химико-динамического травления. Толщина оставшегося слоя полупроводника составляет 30 мкм. Далее спомощью процессов фотолитографии ивысокотемпературной диффузии осущест-, 45вляется локальное двухстороннее легирование слоя кремния фосфором (илибором) в центрах расположения индуктивных элементов на пластине. В результате формируются низкоомные области кремния, Процесс диффузии фосфора проходит при 1200 С:и длится6 ч. Затем на обе стороны пластиныметодом пиролиза наносится слой двуокиси кремния 810, который служит 55защитной маской при формированииспиральных катушек индуктивных элементов,4При осуществлении процесса фотолитографии по слоям окисла в них создаются окна спиральной формы, соответствующие виткам плоских катушек. При этом внутренние концы спиралей на обеих сторонах пластины совмещаются с высоколегированной областью кремния 3, После вскрытия окон в 802 в них путем вакуумного распыления осуществляется нанесение системы металлов нихром - золото. Затем проводится гальваническое на, ращивание золота на напыленные слои до толщины 10-12 мкм. В результате полностью формируются спиральные катушки 1 и 2 индуктивных элементов, После этого осуществляется снятие оставшегося окисла с пластины и сквозное травление кремния под маской металлизации катушек одновремен- . но с обеих сторон пластины, При этом кремний полностью стравливается. за исключением легированных. участков 3, находящихся в месте перекрытия внутренних концов катушек 1 и 2, а также небольших столбиков 7, расположенных в точках перекрещивания витков верхней и нижней катушек (фиг. 1, 2). Указанные столбики являются изолирующими, поскольку имеют удельное сопротивление исходного полупроводника и обеспечивают необходимую жесткость всего индуктивного элемента.Предложенная конструкция индуктивного элемента для интегральных схем микроэлектронных СВЧ устройств обеспечивает расширение диапазона их рабочих частот до 10 ГГц, т.е. на порядок выше величины по сравнению с прототипом и на два порядка (в 100 раз) по сравнению с индуктивным элементом Р, выпускаемым отечественной промьппленностью и принятым за базовый объект.Типичные габариты предложенных элементов (0,5 х 0,5 х 0,025 мм) в 3 раза меньше габаритов прототипа (1,5 х 1,5 х 0,5 мм) и в 6 раз меньше габаритов базового объекта (Зх 1,8 х х 1 мм), что обеспечивает снижение общих размеров интегральной схемы.Индуктивные элементы предложенной конструкции имеют индуктивности до 0,1 мкГн и добротность более 100.Реализация данных элементов допус" кает их создание как в дискретном виде, так и в составе монолитных СВЧ интегральных схем. Изготовление индуктивных элементов отличается про00646 Составитель Ф. Чиркинаедактор С. Тимохина Техред Ж. Кастелевич Корректор А. ТЯс дписное 588/39 Тираж 683ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб Зака тная, 4 Филиал ППП "Патент" Ужгород, ул 5 11 стотой и высокой эффективностью, по скольку полностью осуществляется методами полупроводникового производства, Элементы могут быть изготовлены на стандартном технологическом оборудовании с использованием полупроводникового материала, выпускаемого промьппленностью, При этом выход годныхэлементов составляет до 807 с каждойпластины.