Катушка индуктивности Советский патент 1993 года по МПК H01L29/92 

Изобретение относится к области электронной техники и производства радиотехнических изделий в микроэлектронном исполнении и может быть использовано в интегральных аналоговых, аналого-цифровых и цифроаналоговых устройствах преобразования информации, а также других изделиях с расширенными функциональными возможностями как специального так и; общепромышленного применения.

Целью изобретения является обеспечение максимального значения номинала индуктивности при заданных геометрических размерах с одновременным обеспечением механической прочности конструкции катушки индуктивности.

На фиг. 1 представлена изометрическая . проекция катушки индуктивности предлагаемой конструкции, стенки канавки, сформированной непосредственно в межвитковом пространстве соленоида, представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (III), отвечающая пункту 1 формулы изобретения.

На фиг. 2 представлен поперечный, разрез физической структуры катушки индукти- ности предлагаемой конструкции, стенки канавки которой представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (100), отвечающая пункту 1 формулы изобретения-.

На фиг. 3 представлен поперечный разрез физической, структуры катушки индук- предлагаемой конструкций, канавка, сформированная в межвитковом пространстве соленоида выполнена в виде

00

зд х VI

У1

Јь

00

треугольника, а сердечник из ферромагнитного материала конформно воспроизводит форму канавки, при этом стенки боковые канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (HI) отвечающая пункту 1 формулы изобретения.

На фиг. 4 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности, в межвитковом пространстве которой сформировано сквозное отверстие, выполненное в виде усеченной пирамиды, боковые стенки которого представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (III), а сердечник из ферромагнитного материала конформно воспроизводит как форму, так и геометриче- ские размеры соответствующей канавки, от- вечающая пункту 2 формулы изобретения.

На фиг, 5 представлен поперечный раз: рез физической структуры катушки индуктивности, в межвитковом пространстве которой сформировано сквозное отверстие, выполненное в виде треугольника, вершина которого выходит на противоположную сторону несущего основания, при этом боковые грани представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (111), a сердечник из ферромагнитного материала конформно воспроизводит как форму, так и геометрические размеры канавки, отвечающая пункту 2 формулы изобретения.

На фиг. & представлена изометрическая проекция катушки индуктивности предлагаемой конструкции, стенки канавки, выполненной в виде замкнутого контура и частично размещенной в межвитковом пространстве срленоид а, представляют хобой семейство кристаллографических плоскостей (III), отвечающая пункту 3 формулы изобретения.

На фиг. 7 представлен поперечный разрез .физической, структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 3 патентной формулы, канавка, сформированная в объеме материала несущего основания и представляющая собой замкнутый контур, предназначенный для размещения сердечника из ферромагнитного материала, частично расположена в межвитковом пространстве соленоида, при этом стенки .канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (IOO).

На фиг.8 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности .предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 3 патентной формулы, канавка, выполненная в объеме материала несущего основания, выполненная в виде замкнутого контура, служит для размещения сердечника из ферромагнитного мета- риала, который конформно воспроизводит не только форму канавки, но и геометрические размеры последней. При этом стенки

канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (HI).

На фиг. 9 представлена изометрическая проекция катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающая пункту 4 па0 тентной формулы, стенки канавок, располагаемых непосредственно одна над другой, выполненных в виде замкнутых контуров, представляют собой семейства кристаллографических плоскостей (III).

5 На фиг. 10 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 4 патентной формулы, стенки канавок которой представляют со0 бой семейство кристаллографических плоскостей (IOO).

На фиг. 11 представлен поперечный разрез физический структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции, от5 вечающей пункту 4 патентной формулы, сердечники из ферромагнитного материала которой комформно воспроизводят как форму, так и геометрические размеры соответствующих канавок, размещенных с обеих

0 сторон несущего основания.

На фиг. 12 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности с двухвитковом соленоидом, в межвитковом пространстве которого в

5 сформированной канавке размещен сердечник из ферромагнитного материала, при этом стенки канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (111)/отвечающей пункту 6 патентной

0 формулы.

На фиг. 13 представлен поперечный- .разрез физической структуру катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающей пункту б патентной формулы,

5 сердечник многослойной катушки которой выполнен в виде замкнутого контура размещенного в канавке, боковые стенки которой представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (III).

0 На фиг. 14 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции,отвечающей пункту 6 патентной формулы, сердечники из ферромагнитного материала

5 которой выполнены в виде замкнутых контуров, расположенных в канавках, сформиро- ванныхс обеих сторон несущего основания, в объеме материала которого сформированы по два ряда вертикальных цилиндрических областей полупроводника второго типя

проводимости, разделенных канавками и скоммутированных горизонтальными областями проводящего материала, расположенными в двух уровнях с образованием многослойной катушки индуктивности.

На фиг. 15 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 5 патентной формулы, сердечники из ферромагнитного материала которой, выполненные в виде замкнутых контуров, конструктивно объединены в замкнутый магнитол роврд посредством ферромагнитного материала, размещенного в сквозных колодцах, сформированных в объ- еме материала несущего основания и соединяющие разделительные канавки.

Ниже приведены примеры практической реализации предлагаемой конструкции катушки индуктивности для создания сложных узлов различных изделий электронной техники (И ЗТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) повышенной группы сложности с расширенными функциональными возможностями, а значит с новыми потребительскими качествами, в частности для создания селектора телевизионных каналов.:. . -.:

П р и м е р 1 .В объеме полупроводни- ковой подложки (1), выполняющей функции несущего основания и представляющей собой пластины монокристаллического кремния 100 КЭФ. 4,5 (100)-480. отвечающей требованиям НТО.035,214 ТУ или ЕТО.035.240 ТУ, п-тила проводимости с кон- центрацией атомов легирующей примеси, в качестве которой использбваны атомы фосфора, 2,5 1015 и толщиной drm. 48Cfc 20 мкм, сформированы вертикальные цилиндрические области (2) полупроводника р -типа проводимости, полученные метода- ми термодиффузии или электротермодиф- фузии атомов алюминия. Причем протяженность областей (2) равна толщине исходной пластины монокристалличёского кремния (1) (бп л. 480 ±20 мкм). Таким об- разом, вертикальные цилиндрические области полупроводника (2) второго типа проводимости (р+-типа проводимости) пронизывают всю толщину материала несущего основания (1) n-типа проводимости, образуя на противолежащих сторонах несущего основания (1) области р+-типа проводимости. При этом геометрические размеры областей (2) в плане равны 10,0 х 10,0 мкм, хотя есть возможности сделать их еще меньше при- мерно до 5,0 х 5,0 мкм, а концентрация атомов алюминия в вышеназванных обла1R 70 -Ч

стях определяется на уровне 10 -10 см ,

что соответствует величине объемного сопротивления указанных областей менее 6,0 Ом. Вышеозначенные области (2) расположены по крайней мере в два ряда, отстоящих на расстояние L. определяемое возможностями изготовления сердечников из ферромагнитного материала. В большинстве практических случаев ширина сердечников из ферромагнитных материалов не может быть изготовлена менее 200,0-150.,0 мкм. С учетом технологических допусков и толщин слоев диэлектрического материала, отделяющего сердечник из ферромагнитного материала от объема материала несущего основания величина L Определяется как 166,0-217,0 мкм. При этом шаг расположения вышеназванных областей (2) в ряду, т.е. между двумя соседними парами в разных рядах составляет I 10,0 мкм. Таким образом вертикальные области (2) р -типа проводимости образуют вертикальные участки прямоугольных витков соленоида катушки индуктивности.

С целью обеспечения надежного контактирования с вертикальными областями

(2)р+-типэ-проводимости на противоположных сторонах пластины из монокристаллического кремния (1) n-типа проводимости сформированы высоколегированные при- крнтактные области (3) полупроводника р4 -типа проводимости с концентрацией атомов легирующей примеси, в качестве КОТОРОЙ используются атомы бора, на уровне 10 -1021см 3 и глубиной залегания р-п-пе- рехода Х 1,5-2.5 мкм, которая обеспечивает создание омического контакта без/ прободения, т.е. закоротки металла верхнего уровня разводки с вертикальными цилиндрическими областями (2). Из приведенного значения глубины видно, что значение последней значительно меньше толщины исходной полупроводниковой подложки (1). При этом геометрические размеры областей

(3)в плане несколько больше геометрических размеров вертикальных цилиндрических областей .(2) р+-типа проводимости на величину 1,5-2,5 мкм. Таким образом вертикальные цилиндрические области (2) р+-тила как бы соединяют высоколегированные приконтактные области (3) р -типа, образуя с последними конструктивно единое целое, т.е. вертикальный участок прямоугольного витка соленоида катушки индуктивности. При этом вышеназванные области (2) и (3) отделены от основного объема материала пластины исходного несущего основания .областями р-п-переходов.

На поверхности несущего основания (1) n-типа проводимости сформированы слои диэлектрика (4). состоящие из слоев двуокиси кремния или примесных стекол, либо представляющие собой композиции примесных стекол и нитрида кремния, или же окислов других металлов с низким значением коэффициента магнитных потерь, В слое диэлектрика (4),- например, методами литографической обработки, сформированы контактные окна (5), расположенные непосредственно над высоколегированными областями (3) р -типа. При этом площадь контактных окон (5) всегда меньше площади высоколегированных приконтактных областей (3) для исключения закороток на подложку (1). Геометрические размеры контактных окон (5) в большинстве практических случаев определяются как 8,0 х 8,0 для обеспечения минимального значения контактного сопротивления.

На поверхности диэлектрического слоя (4) сформированы контактные площадки (6) из проводящего материала, например, из меди или алюминия толщиной 2,5-3,0 мкм, образующие непосредственный электрический контакт с высоколегированными при- контактными областями (3) р -типа вертикальных цилиндрических областей (2) р+-типа прямоугольных витков соленоида. Таким образом, на обеих сторонах монокристаллического несущего основания (сформировано по крайней мере два ряда контактных площадок (6), отстоящих друг от друга на расстояние L° 166,0-217,0 мкм и с шагом расположения в ряду I 10,0 мкм и геометрическими размерами в плане 10 х 10 мкм. . . ....

Используя слои диэлектрика (4) в качестве маски методами химического, газового, пл:азмохимического или реактивно-ионного травления с рабочей стороны несущего основания (1) формируют в объеме материала несущего основания канавку (7). В зависимости от используемого метода травления, а также от кристаллографической ориентации рабочей поверхности исходной пласти- йы монокристаллического кремния (1) можно получать различные профили травления, варианты которых представлены на фиг. 1-3. В случае использования пластин монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией рабочей поверхности в направлении (IOO) и процессов анизотропного травления монокисталличе- ского кремния в растворах 33 %-ного едкого кали (КОН) боковые стенки канавок (7) будут представлять собой семейство кристаллографических плоскостей (III), а профиль-канавок может иметь вид либо трапеции, как представлено на фиг, 1. либо треугольника. как представлено на фиг. 3. Выбором другого травителя или способа травления можно

получить и вертикальные стенки канавки (7), как это представлено на фиг. 2.

Для обеспечения механической прочности конструкции канавки (7) имеют глубину,

которая определяется из соотношения:

О™. -cW Ad (ф.1) где cW - толщина несущего основания,

йкан. - глубина канавки, сформированной в объеме материала несущего основания непосредственно в межвитковом пространстве соленоида,

Ad - величина,определяемая как минимальная толщина, обеспечивающая механическую прочность конструкции. В

большинстве случаев практического использования она определяется как 140,0- 150,0 мкм.

Поэтому глубина канавки определяется как 350,0-310,0 мкм..

Таким образом контактные площадки (6) из проводящего материала, сформированные на верхней поверхности исходного несущего основания 0), разделены канавкой (7), предназначенной для размещения во

внутривитковом пространстве соленоида сердечника из ферромагнитного материала (8), повышающего во много раз значение номинала индуктивности за счет большой по величине коэрцитивной силы ферромагнитного материала. При этом поверхность материала сердечника-(8) отделена от объема материала исходного несущего основания (1) слоями диэлектрика (9), обладающего малым значением коэффициента магнитных

потерь, например, высокомолекулярного соединения типа полиимида, толщиной 5,0 -20,0 мкм, выполняющего одновременно функции фиксирующего состава для закрепления сердечника (8) и создания механической прочности конструкции. Кроме того/на поверхности сердечника (8) из ферромагнитного материала сформированы слои диэлектрика, представляющие собой конструктивно продолжение слоев диэлектрика (9), отделяющие поверхность сердечника (8). от объема материала несущего основания (1), т.е. от стенок разделительной канавки (7). При этом толщина диэлектрика (9) на поверхности сердечника (8) равна 5,010,0 мкм. Поэтому исходя из толщин диэлектрических слоев (4), сформированных на поверхности несущего основания (1), которая для большинства случаев практического использования определяется как 1,2-2,0

мкм, и из того факта, что для полупроводниковых приборов изготовленных с использованием технологии пленарных структур величина перепадов высот при создании слоев металлизации не может превышать

±1,5 мкм, можно составить следующее соотношение

(dnn. + йд/ма.(4)) - (йф/сер. + 2ёд/мат.(9) +

+ До) ±1.5 (мкм) (ф. 2).

где . - толщина несущего основания,

йф/сер. - высота сердечника из ферромагнитного материала,

1д/мат(4) - толщина слоя диэлектрического материала, сформированного на поверхности несущего основания,

йд/мат(9) толщина слоя диэлектрического материала, отделяющего сердечник из ферромагнитного материала от нижнего основания канавки и от горизонтальных областей проводящего материала.

Ad - величина обеспечивающая механическую прочность конструкции, равная 150,0-140.0 мкм;.

Подставив численные значения приведенных выше параметров получим для высоты сердечника (9) следующий диа пазон высот; ;

бф/сер. (302,0-342,0} ±1,5 мкм

Ширина же сердечника (8) из ферромагнитного материала выбирается исходя из величины расстояния между рядами вертикальных цилиндрических областей (2) р+-ти- па проводимости, образующими вертикальные участки прямоугольных витков соленоида, ив основном зависят от способа изготовления сердечника (8), т.е. полученным либо механическим путем методами прессования, либо путем напыления ферромагнитных материалов до заполнения сформированной канавки (7) как это представлено на фиг. 2 -фиг. 5. В большинстве случаев практического использования предлагаемой конструкции ширина сердечника 1-ф/сер L и составляет 150,0-200,0 мкм, для сердечников, полученных чисто механическими методами обработки и 10,0- 25,0 мкм, полученных методами.

Таким образом, контактные площадки (6) размещены по обеим сторонам канавки (7), служащей для размещения во внутреннем объеме последней сердечника (8) из ферромагнитного материала. При этом контактные площадки (6) из противолежащих рядов вертикальных областей (2) р -типа проводимости попарно соединены горизонтальными областями (10) из проводящего материала, в качестве которого с успехом могут быть использованы слои металлизированных пленок, обладающих низким значениемудельногообъемногосопротивления, например, слои алюминия, меди и дроугих металлов из группы, благородных металлов. Толщина вышеназванных слоев лежит в пределах 1,5-2,5 мкм при

ширине проводящих дорожек менее 8,0 мкм. При этом, как уже подчеркивалось выше, горизонтальные области (10) проводящего материала, образующие 5 горизонтальные участки прямоугольных витков соленоида, частично размещены на поверхности диэлектрика (9), сформированного на поверхности сердечника (8) из ферромагнитного материала, что является 10 существенным отличием от технического решения, принятого за прототип.

Следует отметить, что сформированная в объеме материала несущего основания ка- навка,(7), разделяющая два ряда вертикаль15 ных цилиндрических областей (2) и служащая для размещения сердечника из ферромагнитного материала (8), частично или полностью расположена в межвитковом пространстве соленоида катушки, витки ко0 торой представляют собой линейные участки прямоугольных витков образованные вертикальными цилиндрическими областями (2) полупроводника р -типа проводимости, сформированными в объеме материала

5 несущего основания (1), и горизонтальными областями (ТО) из проводящего материала последовательно соединяющими вертикальные цилиндрические области (2) из противолежащих рядов, размещенных на одной

0 из сторон несущего основания (1).

Как следует из фиг. 1 минимальный шаг расположения вертикальных цилиндрических областей (2) р -типа проводимости в каждом из рядов, а также величина мини5 мального расстояния между рядами определяются исходя из величины pa6o4erq напряжения катушки индуктивности (Ураб.) и диэлектрической прочностью. С целью обеспечения n-кратного запаса по электри0 ческой прочности при рабочем напряжении Upae. необходимо, чтобы при напряжении равным п 1)раб., области объемных зарядов р-п-переходов, образованных между вертикальными областями (2) р+-типа проводимо5 сти и (3) р -типа проводимости витков соленоида и материала исходной полупроводниковой подложки (t) и n-типа проводимости не перекрывались ни с сердечником (8), ни между собой. Из вышеупомянутого

0 условия следует, что минимальная ширина сердечника (8) из ферромагнитного материала(l-ф/еер.мин.). а также минимальное расстояние между двумя соседними вертикальными областями (2). расположен5 ными в одном ряду, т.е. шаг расположения вертикальных-цилиндрических областей (2) в ряду, Овит.мин.), должны быть больше удвоенной ширины области объемного (пространственного заряда do.o.3.

вышеупомянутого p-n-перех ода. Таким образом должны выполняться соотношения:

i-ф/сер.мин. 2do.o.3. M yiffV раб. (ф.З) 1вит.мин. 2d0.o.3. M Vrt V раб.(Ф-4)

где М - коэффициент пропорциональности, определяемый уровнями легирования контактирующих областей n-типа проводимости исходной полупроводниковой подложки (1) и р -типа приконтактных областей (3), сформированных в объеме материала осно- вания.

Полученная с использованием методов пленарной технологии катушка индуктивности предлагаемой конструкции обладает следующими достоинствами:

-позволяет повысить значение номинала индуктивности до десятков микрогенри за счет размещения в канавке сердечника из ферромагнитного материала,

-повысить плотность размещения вит- ков на/ 1 мм до 50 витков, т.е. сократить площадь, занимаемой катушкой индуктивности.

При Мер 2. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описа- ние которой представлено в примере 1 за исключением того, что в качестве исходного материала несущего основания использована пластина монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией рабочей поверхности в направлении (III). Тогда для этого примера в случае использования методов реактивно-ионного травления характерен профиль канавки, представленный на фиг. 2. В качестве мате- риала сердечника (8) использован ферромагнитный сплав,полученный методом непосредственного напыления, поэтому сердечник (8) конформно воспроизводит как форму, так и геометрические размеры разделительной канавки (7). А горизонтальные участки проводящего материала (10), размещенные на верхней поверхности несущего основания (1), частично расположены на поверхности сердечника (8) из ферромагнитного материала и отделены от последнего слоями диэлектрика (9).

Пример 3. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1 за исключением того, что окно, сформированное в слое диэлектрика (4) и служащее для создания канавки (7), размещенной не- . посредственно в межвитковом пространстве соленоида, выбрано таким образом, что при анизотропном травлении пластин монокристаллического кремния в растворе 33%-КОН, получен профиль в виде равностороннего треугольника, как это представлено на фиг. 3. При этом сердечник из

ферромагнитного материала (8) конформно воспроизводит форму и геометрические размеры канавки (7).

Пример 4. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1 за исключением того, что с целью увеличения высоты сердечника (8) из ферромагнитного материала, в несущем основании (1) сформировано сквозное отверстие (11). размещенное непосредственно в межвитковом пространстве соленоида, боковые грани которого представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (III), a сердечник (8) из ферромагнитного материала конформно воспроизводит форму и геометрические размеры сквозного отверстия, служащего для размещения последнего. При этом горизонтальные участки (10) проводящего материала с обеих сторон размещены на поверхности диэлектрика, отделяющего поверхности сердечника (8) из ферромагнитного материала от объема материала горизонтальных областей (10) проводящего материала, как это представлено на фиг. 4.

Пример 5. Катушка индуктивности аналогична конструкции/описание которой представлено в примере 4 за исключением того, что с целью уменьшения площади, занимаемой катушкой индуктивности сквозное отверстие (11) сформировано в виде равнобочного треугольника, вершина которого выходит на нижнюю поверхность несущего основания, как это предсталено на фиг, 5.

Пример 6, Катушка индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1 за исключением того, что, с целью увеличения номинала индуктивности, разделительная канавка (7) сформирована в виде замкнутого контура, частично расположенного в межвитковом пространстве соленоида. При этом сердечник (8) из ферромагнитного материала имеет также форму замкнутого контура, размещенного во внутреннем объеме разделительной канавки (7).

Пример 7. Катушка индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере б за исключением того, что с целью более эффективного использования объема материала несущего основания, профиль разделительной канавки (7), выполненной в виде замкнутого контура, представляет собой прямоугольник, все грани которого образованы кристаллографическими плоскостями (100), а сердечник из ферромагнитного материала (8) конформно воспроизводит форму и геометрические размеры разделительной канавки, как это представлено на фиг. 7.

Пример 8. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 6, за исключением того, что сердечник (8) из ферромагнитного материала конформно воспроизводит форму и геометрические размеры разделительной канавки (7), выполненной в виде замкнутого контура, час- тично размещенного в межвитковом пространстве соленоида, как это представлено на фиг, 8.

- П.р и м ер 9. Конструкция катушки индуктивностй зналогичана конструкции, описание которой представлено в примере

8.за исключением того, что, с целью увеличения высоты сердечника из ферромагнитного материала, в объеме материала несущего основания сформированы с обеих сторон несущего основания симметрично расположенные разделительные канавки (7 и 12), как это представлено на фиг. 9. Разделительные канавки размещены друг над другом и воспроизводят симметрично друг друга; они предназначены для размещения в объемах последних сердечников из ферромагнитных материалов (8 и 13), выполненных так же в виде замкнутых контуров.

При м е р 10. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере

9,за исключением того, что, с целью более эффективного использования объема материала несущего основания, в последнем сформированы разделительные канавки(7 и 12), выполненные в виде Замкнутых контуров, с вертикальными боковыми стенками. При этом сердечник (8 и 13), из ферромагнитного материала конформно воспроизводят форму и геометрические размеры разделительных канавок (7 и 12). как это представлено на фиг. 10. А величина расстояния (14) между основаниями канавок определяется исходя из условия обеспечения механической прочности конструкции, которая в большинстве случаев практического использования определяется как 140,0 мкм.

ПримерИ. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примерах 9 и 10, за исключением того, что разделительные канавки (7 и 12) сформированные с обеих сторон несущего основания имеют профиль в виде трапеций, а размещенные в последних сердечники (8.и 13) из ферромагнитного материала конформно воспроизводят форму и геометрические размеры соответствующих разделительных канавок.

Пример 12. Конструкция катушки , индуктивности аналогична конструкциям; ; описания которых представлены в примерах 9-1 1, за исключением того, что. с целью 5 увеличен 1я номинала индуктивности, сердечники из ферромагнитного материала (8 и 13), размещенные в разделительных канавках (7 и 12), сформированных с обеих сторон несущего основания (7) и представляющие

10 собой замкнутые контура, объединены по- средством вертикальных колодцев (15), пронизывающих толщу материала несущего основания, расположенного между основаниями разделительных канавок, как пред15 ставлено на фиг. 15. При этом внутренние объемы колодцев (15) заполнены ферромагнитным материалом (16), посредством которого сердечники (8 и 13) конструктивно объединены в замкнутый магнитопровод.

0 Пример 13. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-12, за исключением того, что. с целью уменьшения площади несущего основания

5 (1). занятого под формирование физических слоев катушки индуктивности, в объеме материала несущего основания (1) сформировано парное количество рядов вертикальных цилиндрических областей р+0 типа проводимости (2), разделенных канавкой (7), частично или полностью расположенной в межвитковом пространстве соленоида, и предназначенной для размещения сердечника(8) из ферромагнитного

5 материала, который посредством проводящих горизонтальных областей (10 и 18)t сформированных в разных уровнях металлизации, размещенных на поверхности несущего основания и сердечников из

0 ферромагнитного материала, объединены в многослойную катушку индуктивности; как это представлено на фиг. 11-14. Горизонтальные области (10 и 18) проводящего материала разделены слоями диэлектрика (17)

5 многоуровневой коммутационной системы. Пример 14. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-13, за исключением того, что в качест0 ве исходного материала несущего основания (1) выбрана пластина монокристаллического кремния р-типа проводимости, в объеме материала которой сформированы вертикальные цилиндриче5 ские области (2) па проводимости.

П р и мер 15. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описания которых представлены в примерах 1-14. за исключением того, что в качестве исходного материала несущего

основания (1)использованы пластины монокристаллического германия, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов.

П рим ер 16. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-1.5,., за исключением того, что сердечники (8 и 13) и соответствующие им разделительные канавки (7 и 12) могут размещаться в межвитковых пространствах нескольких соленоидов одновременно.

На фиг. 1-15 приняты следующие обоз- начения: 1 - несущее основание первого типа проводимости. 2 - вертикальные цилиндрические области полупроводника второго типа проводимости, образующие вертикальные участки прямоугольных витков соленоида, 3 - высоколегированные приконтактные области вертикальных обла- стёй полупроводника второго типа проводимости. 4 - слои диэлектрика, сформированные на поверхности несущего Основания, 5 - контактные окна в слоях диэлектрика, сформированного на поверхности несущего основания. 6 - контактные площадки из проводящего материала 7, 12

-разделительная канавка, сформированная в объеме материала несущего основания и расположенная частично в межвитковом пространстве соленоида, 8. 13 - сердечник из ферромагнитного материала, 9 -диэлектрик, отделяющий слои проводящего мате- рйала горизонтальных областей прямоугольных витков соленоида и объем материала несущего основания от объема материала сердечника из ферромагнитного материала, 1C, 18-горизонтальные области прямоугольных витков соденоида из проводящего материала, 11 - сквозное отверстие, сформированное в объеме материала щего основания, 14 - слой материала несущего основания, Обеспечивающий механическую прочность конструкции и внутренние объемы канавок, сформированных с обеих сторон несущего основания, 15

-вертикальные колодцы, соединяющие разделительные канавки, размещенные друг над другом, 16-слои ферромагнитного материала, сформированного в сквозных колодцах 15, 17 - слои межслоного диэлектрика, разделяющие проводящие области горизонтальных участков прямоугольных витков, размещенных в разных уровнях металлизации.

Катушка индуктивности предлагаемой конструкции работает следующим образом.

При приложении к крайним контрактным площадкам (6) соленоида катушки индуктивности импульсного напряжения Upa6.

в прямоугольных витках, образованных вертикальными областями (2) и (3) noflynpoeofli ника второго типа проводимости, сформированных в объеме материала первого типа проводимости несущего основания (1), а так-же горизонтальными областями (10), протекает импульс тока, который приводит к возникновению потока электромагнитной индукции, поддерживаемого

0 сердечниками из ферромагнитного материала (8), расположенными в специальных ,разделительных канавках (7). При этом в прямоугольных витках соленоида (2,3,6.10) возникает электродвижущая сила (ЭДС)

5 электромагнитной индукции, которая препятствует процессу нарастания тока.

Предлагаемая конструкция катушки индуктивности, в технологическом цикле изготовления которой широко использованы

0 приемы и методы планарной технологии, найдет широкое применение при создании сложных радиотехнических устройств изделий радиоэлектройной аппаратуры (РЭА). а также узлов и блоков изделий электронной

5 техники (ИЭТ) повышенной группы сложности с расширенными функциональными возможностями, в которых возникает настоятельная необходимость совмещения процессов обработки информационных сиг0 налов, выработки командных импульсов ис полнительных механизмов и устройств, осуществляющих преобразование энергии электрического источника питания в механическую, например, в производстве элект5ромехзнических часов, в производстве Малогабаритных шаговых двигателей совмещенных со схемами управления, в радиоэлектрике для создания простых и надежных усилительных каскадов, работаю0 щих по схеме усилителя с трансформаторным выходом, различных управляемых селекторов каналов связи, в частности селектора телевизионных каналов и многих других.

5 Наибольшая эффективность в работе предлагаемой конструкции катушки индуктивности достигается в случае, когда отношение длины замкнутого контура сердечника из ферромагнитного материала

0 к диаметру окружности, в площадь которой вписывается сечение сердечника, составляет менее 10.

Использование предлагаемой конструкции катушки индуктивности по сравне5 нию с конструкцией катушки индуктивности, принятой за прототип, позволяет получить следующие преимущества:

- повысить максимальное значение номинала индуктивности за счет использования сердечника из ферромагнитного материала, размещенного в межвитковом пространстве соленоида;

-расширяет в значительной мере функциональные возможности полупроводниковых приборов за счет объединения в одном приборе нескольких функций от обработки информационных сигналов, выработки командных импульсов и преобразования энергии электрического источника питания непосредственно в механическую энергию перемещения или вращения исполнительного органа интегрированного устройства;

-позволяет снизить потребление электроэнергии за счет сокращения протяженности линий передачи электрических сигналов в объеме интегрированного устройства;

-повысить эффективность использования объема полупроводниковой подложки за счет формирования в объеме последней канавок, предназначенных для размещения сердечников из ферромагнитного материала;

-позволяет в значительной мере снизить площадь, занимаемую физическими слоями катушки индуктивности за счет использования сердечников из ферромагнитного материала/а также за счет создания многослойных соленоидов;

-позволяет в значительной мере упростить конструкции низкочастотных усилителей за счет использования схем усилителя с трансформаторным выходом,

-повысить качество транзисторных схем радиопередающих и радиоприемных устройств за счет использования в конструкции последних гальванически развязанных каскадов и фильтров;

-повысить качество автономных источников импульсного питания высокой стаби- лизации за счет использования в конструкции последних гальванически развязанных каскадов;

-позволяет используя методы планар- ной технологии и принципы микроконструирования создавать новые классы приборов и устройств, совмещающих в своей конструкции как функции обработки информационных сигналов, так и функции исполнительных органов, интегрированных в едином устройстве, что в значительной мере снижает производственные затраты и- приводит к значительному сокращению потребляемой электроэнергии, а также обеспечивает самое короткое время от обработки информационного сигнала до выполнения заданной функции исполнительного органа, при этом в значительной мере снижая массогабаритные показатели изделий электронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) как специального, так и общепромышленного применения; - в значительной мере способствует со- 5 зданию интегрированных устройств с новыми потребительскими свойствами. Формула изобретения 1. Катушка индуктивности, содержащая пластину из монокристаллического полу10 проводника первого типа проводимости, рабочие поверхности которой покрыты диэлектриком, и витки, образованные двумя рядами параллельно расположенных вертикальных цилиндрических областей полупро15 водника второго типа проводимости, пронизывающих толщу материала пластины, попарно скоммутированных рядами го- ризонтальных областей проводящего материала, размещенных на рабочих повер0 хностях пластины, отличающаяся тем, что. с целью повышения значения номинала индуктивности при заданных геометрических размерах с одновременным обеспечением механической прочности конструкции.

5 между рядами вертикальных цилиндрических областей в объеме материала пластины сформирована по крайней мере одна сквозная канавка с выходом на одну из рабочих поверхностей, в которой размещен сердеч0 ник из ферромагнитного материала, при этом стенки канавки покрыты диэлектриком.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем. что рабочие поверхности пластины

5 ориентированы в кристаллографических плоскостях (100), а боковые поверхности ка-§ навки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (111}.

3.Устройство по пп. 1 и 2. о т л и ч а ю- 0 щееся тем, что в объеме пластины сформирована дополнительная канавка, идентичная первой и размещенная вне витков, при этом в обеих канавках размещен сердечник в виде тора.

5 4. Устройство по п.,3, о т л и ч а ю щёе- е с я тем, что симметрично указанным канавкам в объеме пластины выполнены иден- тичные канавки с выходом на противоположную рабочую поверхность, в

0 которых размещен сердечник в виде тора.

5. Устройство по пп. 1 - 4, о т л и ч а ю- щ е ее я тем, что между канавками, выходящими на верхнюю и нижнюю рабочие поверхности, сформированы соединяющие их

5 сквозные каналы, заполненные ферромагнитным материалом.

6; Устройство по пп. 1-5, отличающее с я тем, что в объеме пластины сформировано дополнительно по крайней мере два ряда параллельно расположенных вертикальных цилиндрических областей полу- дополнительно по крайней мере один ряд проводника второго типа проводимости горизонтальных областей из проводящего

Применение изобретение относится к области электронной техники и производства радиотехнических изделий в микроэлектронном исполнении и может быть использовано & интегральных аналоговых, аналого-цифровых и цифроаналоговых устройствах преобразования информации. Сущность изобретения: полупроводниковая катушка индуктивности, в которой для обеспечения максимального значения номинала индуктивности при заданных геометрических размерах, ряды вертикальных цилиндрических областей полупроводника второго типа проводимости разделены канавкой, ширина канавки всегда меньше расстояния между параллельными рядами вертикальных цилиндрических областей, а глубина канавки всегда меньше исходного несущего основания. 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

симметрично Относительно канавки, а на рабочих поверхностях пластины сформирован риком.

, IQ

материа

риком.

материала, отделенный от первого диэлектФсгг.8

587

/j ю т S3 73

фиг.Ю

13 К

11

io is 7 5

Фиг.13

Ю 6

7 8 9

66

5 юп 9 к 0ж.7Ј

I f 2# /5 9 6

If

It

6 3 13 70 Ъ 2

7

S

2 8 9 7

,

& ; A JX/ X/

6 П 9 /2

Ю-/-ГЗ