Over the past 40 years, Integrated Circuit(IC)’s complexity has doubled every 18 months. On the other hand, complexity of passive device such as inductor, capacitor, and resistor has not been able to follow the speed of IC’s development. Mobile device miniaturization requires reduction of area of passive devices. Due to this requirement, Integrated Passive Device(IPD) has been gaining much attention recently. IPD market is expected to be 1.6 billion dollars by 2010.
In this thesis, band pass filter was designed and fabricated using IPD technology. Band pass filter is the most important element of Wireless LAN(WLAN) Front End Module(FEM). Band Pass filter is used before and after Power Amplifier(PA) or Low Noise Amplifier(LNA) for suppressing the output harmonics in the transmitter and the input interferences in the receivers. Thick-metallization and thin-film process were used to fabricate band pass filter.
Anodized aluminum was used for substrate of band pass filter. Thick-metallization was used to make high-q inductor by utilizing vertical wet-etching property of alumina. In the process of thick-metallization, thick copper electro-plating was easily possible due to seed-metal evaporation and lift-off process. For thin-film process, lapping and polishing processes were done. Thin-film process for making MIM capacitors and inductors was done on alumina surface. Crack problem during thermal process was solved by changing anodization conditions. Back-side process was finally applied for making substrate resistance infinity and separating high-q inductor from ground.
The fabricated band pass filter was measured and analyzed. Center frequency was shifted from 2.45 to 2.61GHz. Insertion Loss(IL) was measured as 4.3dB, and Return Loss(RL) was 22dB at 2.61GHz.
In this thesis, thick-metallization and thin-film process were successfully applied to fabricate band pass filter which is one of RF IPD using facilities of semiconductor building at KAIST.
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.
