專利名稱：空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是基于微機(jī)電系統(tǒng)的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法。
背景技術(shù)：
RF-MEMS(射頻-微機(jī)電系統(tǒng))器件是近年來微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)出現(xiàn)的新的研究領(lǐng)域，即RF-MEMS就是利用MEMS技術(shù)制作各種用于無線通信的射頻器件或系統(tǒng)，這些RF-MEMS器件和系統(tǒng)可廣泛用于星際無線通訊、先進(jìn)的移動(dòng)通信如手機(jī)、全球定位系統(tǒng)GPS、微波雷達(dá)天線等。由于RF-MEMS器件具有諸多優(yōu)越性，并最終可實(shí)現(xiàn)無源器件和IC的高度集成，使集信息的采集、處理、傳播等于一體的系統(tǒng)集成芯片(SOC)的研制成為可能。當(dāng)前隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展及其有限的資源，迫切需要射頻下具有高品質(zhì)因子、高自共振頻率和低插入損耗的控制部件如電感、電容，這是實(shí)現(xiàn)高性能微波/毫米波電路、RF濾波器、RF振蕩器、RF共振器等的關(guān)鍵元件之一。為提高射頻下微電感的品質(zhì)因子和電感量，三維空芯結(jié)構(gòu)的微電感是發(fā)展的趨勢。但是采用普通的IC技術(shù)，很難在平面型襯底上研制三維結(jié)構(gòu)的微電感。采用MEMS技術(shù)研制三維結(jié)構(gòu)微電感應(yīng)運(yùn)而生，MEMS技術(shù)為實(shí)現(xiàn)小尺寸、重量輕、大電感量、高品質(zhì)因子的微電感提供了一條嶄新的途徑。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Kim等人在《IEEE TRANSACTION ONCOMPONENTS，PACKAGING，AND MANUFACTURING TECHNOLOGY》(美國電氣電子工程學(xué)會雜志)(VOL.21，NO.1，pp.26-33，JANUARY，1998)上發(fā)表了“Surface micromachined solenoid inductors for high frequencyapplications”(高頻應(yīng)用的表面微機(jī)械螺線管微電感)一文，該文提及了表面微機(jī)械的高頻螺線管微電感，該微電感由氧化鋁襯底、懸空的支柱和空芯的螺線管組成，空芯的螺線管由底層線圈、頂層線圈和連接導(dǎo)體組成，空芯的螺線管通過在氧化鋁襯底上的支柱位于氧化鋁襯底上方幾十微米，是一種懸空式的高頻螺線管微電感，作者采用常規(guī)的光刻技術(shù)、化學(xué)濕法刻蝕金屬Al、Cr、Cu薄膜和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)刻蝕聚酰亞胺絕緣材料，成功研制了懸空式的空芯結(jié)構(gòu)螺線管微電感。由于在制作過程中使用化學(xué)濕法刻蝕掩模Al材料和底層Cr/Cu/Cr，不可避免給線圈帶來鉆蝕現(xiàn)象。而且在制造過程中，多次使用RIE刻蝕絕緣材料，氧氣容易造成金屬的氧化，影響器件的性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足及市場需求，提供一種空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法，使得到的微電感器件具有集成化、低成本、低電阻、高電感量、高品質(zhì)因子以及高效率、低損耗、批量化等特點(diǎn)，可廣泛用于星際無線通訊、先進(jìn)的移動(dòng)通信如手機(jī)、全球定位系統(tǒng)GPS、微波雷達(dá)天線等。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，對雙面氧化的硅片進(jìn)行處理，得到雙面套刻對準(zhǔn)符號，以便曝光時(shí)提高對準(zhǔn)精度；采用準(zhǔn)-LIGA技術(shù)和厚光刻膠工藝制備線圈和連接導(dǎo)體的光刻膠模具；采用電鍍工藝和拋光技術(shù)解決線圈繞線和連接導(dǎo)體；采用物理刻蝕技術(shù)去除電鍍用的導(dǎo)體，避免濕法刻蝕工藝帶來的鉆蝕現(xiàn)象。
以下對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，具體步驟如下(1)在清洗處理過的雙面氧化的硅片襯底雙面甩正膠AZ4000系列，光刻膠厚度為5～8μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；將硅片單面曝光、顯影后，在BHF腐蝕液里刻蝕二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻膠，得到雙面套刻對準(zhǔn)符號；(2)在硅片的另一面淀積Cr/Cu底層，厚度為100nm。下面工藝均在此面上進(jìn)行；(3)甩正膠，光刻膠厚度為5～10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；曝光、顯影，得到底層線圈圖形；然后電鍍銅底層線圈，厚度為5～10μm；
(4)甩正膠，光刻膠的厚度為10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為60分鐘；曝光、顯影，得到電鍍引腳和平面波導(dǎo)線的圖形；電鍍引腳和平面波導(dǎo)線，厚度為10μm，電鍍材料為銅；然后用丙酮去除所有的光刻膠；(5)甩正膠，光刻膠的厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為120分鐘；曝光、顯影，得到連接導(dǎo)體的圖形；電鍍連接導(dǎo)體，厚度為40～50μm，電鍍材料為銅；(6)用丙酮去除所有的光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層；(7)甩正膠，厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為115℃，時(shí)間為120分鐘；然后拋光正膠，直到連接導(dǎo)體暴露為止；(8)濺射Cr/Cu底層，厚度為100nm；(9)甩正膠，光刻膠厚度為5～10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；曝光與顯影后，得到頂層線圈的圖形；電鍍頂層線圈，厚度為5～10μm，電鍍材料為銅；(10)將整個(gè)基片進(jìn)行全曝光，用顯影液去除頂層光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層，然后用丙酮去除未固化的其余光刻膠，最終得到空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感。
上述步驟中，Cr/Cu底層的制備工藝為基底的真空為4×10-4Pa，濺射條件選擇為濺射Ar氣壓和濺射功率分別為0.67Pa和800W，氬氣流量為20SCCM。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果(1)采用薄膜技術(shù)和MEMS技術(shù)研制空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，薄膜技術(shù)和MEMS技術(shù)可以與大規(guī)模集成電路完全兼容，易于大批量生產(chǎn)，重復(fù)性好；(2)改變了采用濕法刻蝕底層，而采用物理方法刻蝕底層，避免了濕法刻蝕出現(xiàn)鉆蝕現(xiàn)象，線圈尺寸能夠得到很好的控制；(3)采用雙面套刻技術(shù)，大大提高了光刻的精度，尤其是線圈導(dǎo)體和間距較小時(shí)非常重要；(4)采用準(zhǔn)-LIGA光刻技術(shù)和深層微電鑄技術(shù)，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中三維微結(jié)構(gòu)光刻膠模具和電鍍連接導(dǎo)體出現(xiàn)的高深寬比的問題；(5)采用精密拋光技術(shù)，提高了器件加工工藝過程中基片的平整度，有效地解決了連接導(dǎo)體和線圈之間連接出現(xiàn)斷路的問題，同時(shí)又解決了器件的均勻性和成品率；(6)制得的微電感，具有工作頻率高、尺寸小、低的電阻、高的電感量、高品質(zhì)因子、高效率、低損耗、低成本和批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合發(fā)明內(nèi)容的技術(shù)方案提供以下實(shí)施例。
實(shí)施例1(1)在清洗處理過的雙面氧化的硅片襯底雙面甩正膠AZ4000系列，光刻膠厚度為5μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；將硅片單面曝光、顯影后，在BHF腐蝕液里刻蝕二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻膠，得到雙面套刻對準(zhǔn)符號；(2)在硅片的另一面淀積Cr/Cu底層，厚度為100nm。下面工藝均在此面上進(jìn)行。
(3)甩正膠，光刻膠厚度為10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；曝光、顯影，得到底層線圈圖形；然后電鍍銅底層線圈，厚度為10μm；(4)甩正膠，光刻膠的厚度為10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為60分鐘；曝光、顯影，得到電鍍引腳和平面波導(dǎo)線的圖形；電鍍引腳和平面波導(dǎo)線，厚度為10μm，電鍍材料為銅；然后用丙酮去除所有的光刻膠；(5)甩正膠，光刻膠的厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為120分鐘；曝光、顯影，得到連接導(dǎo)體的圖形；電鍍連接導(dǎo)體，厚度為40μm，電鍍材料為銅；(6)用丙酮去除所有的光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層；(7)甩正膠，厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為115℃，時(shí)間為120分鐘；然后拋光正膠，直到連接導(dǎo)體暴露為止；(8)濺射Cr/Cu底層，厚度為100nm；(9)甩正膠，光刻膠厚度為10μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為30分鐘；曝光與顯影后，得到頂層線圈的圖形；電鍍頂層線圈，厚度為10μm，電鍍材料為銅；
(10)將整個(gè)基片進(jìn)行全曝光，用顯影液去除頂層光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層，然后用丙酮去除未固化的其余光刻膠，最終得到空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感。
上述步驟中，Cr/Cu底層的制備工藝為基底的真空為4×10-4Pa，濺射條件選擇為濺射Ar氣壓和濺射功率分別為0.67Pa和800W，氬氣流量為20SCCM。
本發(fā)明的螺線管微電感工作頻率在2-5GHz，電感量大于1nH，品質(zhì)因子大于10，尺寸小于2mm。
實(shí)施例2(1)在清洗處理過的雙面氧化的硅片襯底雙面甩正膠AZ4000系列，光刻膠厚度為6μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；將硅片單面曝光、顯影后，在BHF腐蝕液里刻蝕二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻膠，得到雙面套刻對準(zhǔn)符號；(2)在硅片的另一面淀積Cr/Cu底層，厚度為100nm。下面工藝均在此面上進(jìn)行。
(3)甩正膠，光刻膠厚度為5μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；曝光、顯影，得到底層線圈圖形；然后電鍍銅底層線圈，厚度為5μm；(4)甩正膠，光刻膠的厚度為10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為60分鐘；曝光、顯影，得到電鍍引腳和平面波導(dǎo)線的圖形；電鍍引腳和平面波導(dǎo)線，厚度為10μm，電鍍材料為銅；然后用丙酮去除所有的光刻膠；(5)甩正膠，光刻膠的厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為120分鐘；曝光、顯影，得到連接導(dǎo)體的圖形；電鍍連接導(dǎo)體，厚度為50μm，電鍍材料為銅；(6)用丙酮去除所有的光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層；(7)甩正膠，厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為115℃，時(shí)間為120分鐘；然后拋光正膠，直到連接導(dǎo)體暴露為止；(8)濺射Cr/Cu底層，厚度為100nm；
(9)甩正膠，光刻膠厚度為5μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為30分鐘；曝光與顯影后，得到頂層線圈的圖形；電鍍頂層線圈，厚度為5μm，電鍍材料為銅；(10)將整個(gè)基片進(jìn)行全曝光，用顯影液去除頂層光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層，然后用丙酮去除未固化的其余光刻膠，最終得到空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感。
上述步驟中，Cr/Cu底層的制備工藝為基底的真空為4×10-4Pa，濺射條件選擇為濺射Ar氣壓和濺射功率分別為0.67Pa和800W，氬氣流量為20SCCM。
本發(fā)明的螺線管微電感工作頻率在2-5GHz，電感量大于1nH，品質(zhì)因子大于10，尺寸小于2mm。
實(shí)施例3(1)在清洗處理過的雙面氧化的硅片襯底雙面甩正膠AZ4000系列，光刻膠厚度為8μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；將硅片單面曝光、顯影后，在BHF腐蝕液里刻蝕二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻膠，得到雙面套刻對準(zhǔn)符號；(2)在硅片的另一面淀積Cr/Cu底層，厚度為100nm。下面工藝均在此面上進(jìn)行。
(3)甩正膠，光刻膠厚度為8μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；曝光、顯影，得到底層線圈圖形；然后電鍍銅底層線圈，厚度為8μm；(4)甩正膠，光刻膠的厚度為10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為60分鐘；曝光、顯影，得到電鍍引腳和平面波導(dǎo)線的圖形；電鍍引腳和平面波導(dǎo)線，厚度為10μm，電鍍材料為銅；然后用丙酮去除所有的光刻膠；(5)甩正膠，光刻膠的厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為120分鐘；曝光、顯影，得到連接導(dǎo)體的圖形；電鍍連接導(dǎo)體，厚度為45μm，電鍍材料為銅；(6)用丙酮去除所有的光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層；
(7)甩正膠，厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為115℃，時(shí)間為120分鐘；然后拋光正膠，直到連接導(dǎo)體暴露為止；(8)濺射Cr/Cu底層，厚度為100nm；(9)甩正膠，光刻膠厚度為8μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為30分鐘；曝光與顯影后，得到頂層線圈的圖形；電鍍頂層線圈，厚度為8μm，電鍍材料為銅；(10)將整個(gè)基片進(jìn)行全曝光，用顯影液去除頂層光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層，然后用丙酮去除未固化的其余光刻膠，最終得到空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感。
上述步驟中，Cr/Cu底層的制備工藝為基底的真空為4×10-4Pa，濺射條件選擇為濺射Ar氣壓和濺射功率分別為0.67Pa和800W，氬氣流量為20SCCM。
本發(fā)明的螺線管微電感工作頻率在2-5GHz，電感量大于1nH，品質(zhì)因子大于10，尺寸小于2mm。
權(quán)利要求
1.一種空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法，其特征在于，具體步驟如下(1)在清洗處理過的雙面氧化的硅片襯底雙面甩正膠，將硅片單面曝光、顯影后，在BHF腐蝕液里刻蝕二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻膠，得到雙面套刻對準(zhǔn)符號；(2)在硅片的另一面淀積Cr/Cu底層，下面工藝均在此面上進(jìn)行；(3)甩正膠，曝光、顯影，得到底層線圈圖形，然后電鍍銅底層線圈；(4)甩正膠，曝光、顯影，得到引腳和平面波導(dǎo)線的圖形，電鍍引腳和平面波導(dǎo)線，電鍍材料為銅，然后用丙酮去除所有的光刻膠；(5)甩正膠，曝光、顯影，得到連接導(dǎo)體的圖形，電鍍連接導(dǎo)體，電鍍材料為銅；(6)用丙酮去除所有的光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層；(7)甩正膠，然后拋光正膠，直到連接導(dǎo)體暴露為止；(8)濺射Cr/Cu底層；(9)甩正膠，曝光與顯影后，得到頂層線圈的圖形，電鍍頂層線圈，電鍍材料為銅；(10)將整個(gè)基片進(jìn)行全曝光，用顯影液去除頂層光刻膠后，用物理方法刻蝕Cr/Cu底層，然后用丙酮去除未固化的其余光刻膠，最終得到空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感。
2.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，所述Cr/Cu底層的制備工藝為基底的真空為4×10-4Pa，濺射條件選擇為濺射Ar氣壓和濺射功率分別為0.67Pa和800W，氬氣流量為20SCCM。
3.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(1)中，在清洗處理過的雙面氧化的硅片襯底雙面甩正膠AZ4000系列，光刻膠厚度為5～8μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(2)中，在硅片的另一面淀積Cr/Cu底層，厚度為100nm。
5.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(3)中，甩正膠，光刻膠厚度為5～10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；電鍍銅底層線圈，厚度為5～10μm。
6.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(4)中，甩正膠，光刻膠的厚度為10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為60分鐘；電鍍引腳和平面波導(dǎo)線，厚度為10μm。
7.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(5)中，甩正膠，光刻膠的厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為90℃，時(shí)間為120分鐘；電鍍連接導(dǎo)體，厚度為40～50μm。
8.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(7)中，甩正膠，厚度為60μm，光刻膠烘干溫度為115℃，時(shí)間為120分鐘。
9.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(8)中，濺射Cr/Cu底層，厚度為100nm。
10.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，步驟(9)中，甩正膠，光刻膠厚度為5～10μm，光刻膠烘干溫度為95℃，時(shí)間為30分鐘；電鍍頂層線圈，厚度為5～10μm。
全文摘要
一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法，采用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，對雙面氧化的硅片進(jìn)行處理，得到雙面套刻對準(zhǔn)符號，以便曝光時(shí)提高對準(zhǔn)精度；采用準(zhǔn)－LIGA技術(shù)和厚光刻膠工藝制備線圈和連接導(dǎo)體的光刻膠模具；采用電鍍工藝和拋光技術(shù)解決線圈繞線和連接導(dǎo)體；采用物理刻蝕技術(shù)去除電鍍用的導(dǎo)體，避免濕法刻蝕工藝帶來的鉆蝕現(xiàn)象。本發(fā)明解決了螺線管線圈的立體繞線及高深寬比的電鍍問題，使得微電感的射頻性能大大提高，具有廣泛的用途。
文檔編號H01L21/00GK1767097SQ20051002931
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月1日
發(fā)明者周勇, 王西寧, 趙小林, 曹瑩, 高孝裕 申請人:上海交通大學(xué)