후막 금속 공정을 이용한 밴드 패스 필터의 설계와 제작

Abstract

지난 40년간 집적회로의 집적도는 18개월 마다 2배로 증가했다. 하지만, 인덕터, 커패시터 그리고 저항과 같은 수동 소자의 집적도는 집적회로의 발전 속도를 따라 가지 못하고 있다. 휴대용 기기를 소형화 하기 위해서 수동 소자들의 면적을 줄이는 것이 요구되어 진다. 이러한 요구들 때문에 IPD가 최근 많은 관심을 받고 있다. IPD의 시장이 2010년에 16억 달러에 이를 것이라 예측되고 있다. 본 연구에서는 IPD 기술을 이용하여 밴드 패스 필터를 설계하고 제작하였다. 밴드 패스 필터는 WLAN FEM에서 가장 중요한 요소이다. PA와 LNA의 앞 단과 뒤 단에 위치하며, 송신 단에서의 출력 고조파와 수신 단에서의 입력 간섭을 억제하는 역할을 한다. 밴드 패스 필터를 제작하기 위해서 후막 금속 공정과 박막 공정이 사용되었다. 양극 산화된 알루미늄은 밴드 패스 필터의 기판으로 사용되었다. 알루미나의 수직 습식 식각 특성을 이용하여 높은 Q를 갖는 인덕터를 만드는데 후막 금속 공정이 사용되었다. 후막 금속 공정에서는 seed-metal과 lift-off 공정으로 인하여 구리 전기 도금 비교적 쉽게 이루어졌다. 박막 공정을 위해서 lapping과 polishing 처리를 하였다. 알루미나 표면 위에 MIM 커패시터와 인덕터를 만들기 위한 박막 공정을 하였다. SiNx 공정 중에 발생했던 crack 문제는 양극 산화 조건을 바꿔서 해결하였다. Back-side 공정은 기판 저항을 무한대로 하고 높은 Q값을 갖는 인덕터를 ground로부터 분리시키기 위한 목적으로 시행되었다. 제작된 밴드 패스 필터를 측정하고 분석하였다. 중심 주파수는 2.45에서 2.61GHz로 이동했다. Insertion Loss(IL)는 2.61GHz에서 4.3dB로 측정 되었고, Return Loss(RL)는 2.61GHz에서 22dB로 결과를 얻었다. 본 연구에서는 KAIST 반도체동 시설을 이용하여 후막 금속 공정과 박막 공정을 밴드 패스 필터에 성공적으로 적용하였다.