專利名稱：電感及形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別涉及一種高Q值的電感及形成方法。
技術(shù)背景
電感、電阻、電容等無源器件在集成電路中扮演著非常重要的角色。例如在CMOS 射頻集成電路(RFIC)中，電感是非常必要的一種電學(xué)器件。但是在集成電路中集成電感器件的工藝比較困難，現(xiàn)有技術(shù)中在集成電路上形成的電感多為平面螺旋電感，所述平面螺旋電感是無源器件中最難集成的元件。而且為了提高電感的性能，提高射頻模塊電路的可靠性和電路設(shè)計的效率，集成電路需要高Q(品質(zhì)因數(shù))值的電感，如何在半導(dǎo)體制作工藝上實現(xiàn)足夠高Q值的電感是一大難題。
品質(zhì)因數(shù)Q的定義為存儲于電感器中的能量和每一個振蕩周期損耗能量的比值。品質(zhì)因子Q越高，電感器的效率就越高。由于實際工作狀態(tài)中，流經(jīng)電感金屬線的電流產(chǎn)生的磁通量變化會在襯底上感應(yīng)出鏡像電流，而由鏡像電流形成的磁通變化會抵消電感本身的部分磁通量，造成實際電感值和Q值的下降。因此，現(xiàn)有提高電感Q值的方法多為改變襯底材料特性和結(jié)構(gòu)、增加襯底屏蔽等。公開號為CN1979851A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種提高電感品質(zhì)因子的版圖結(jié)構(gòu)，在電感版圖中的襯底和金屬層之間增加襯底屏蔽層，所述襯底屏蔽層采用十字型封閉結(jié)構(gòu)對稱線結(jié)構(gòu)。由于所述版圖結(jié)構(gòu)采用了互補電流方向十字型封閉對稱線組成的襯底屏蔽結(jié)構(gòu)，可減小襯底鏡像電流的產(chǎn)生，且所述結(jié)構(gòu)的互補流動的電流使得襯底鏡像電流磁通變化互相抵消，部分消除襯底鏡像電流的磁通量對電感Q 值的影響，從而提高了電感的Q值。
但是通過增加襯底屏蔽層只能少量地提高Q值，且需要額外的工藝形成襯底屏蔽層，增加了工藝步驟。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種電感及形成方法，通過降低層間介質(zhì)層的K(介電常數(shù))值，降低電感和半導(dǎo)體襯底的寄生電容，從而提高了電感的Q值。
為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種電感，包括襯底，位于所述襯底表面的低K層間介質(zhì)層，位于所述低K層間介質(zhì)層上的電感線圈，位于所述電感線圈表面的保護(hù)層。
可選的，所述低K層間介質(zhì)層為多層堆疊結(jié)構(gòu)，所述多層堆疊結(jié)構(gòu)中至少一層的材料為氟硅玻璃、無定形碳、多孔介質(zhì)材料其中一種。
可選的，所述低K層間介質(zhì)層包括位于襯底表面的富硅氧化物層，位于所述富硅氧化物層表面的氟硅玻璃層，位于所述氟硅玻璃層表面的氧化硅層。
可選的，所述富硅氧化物層的厚度范圍為300A~1500A,所述氟硅玻璃層的厚度范圍為4000A~15000A,所述氧化硅層的厚度范圍為2000A~15000A。
可選的，還包括，位于所述氧化硅層內(nèi)的金屬互連層，位于所述金屬互連層表面的導(dǎo)電插塞，所述導(dǎo)電插塞與電感線圈的兩端電學(xué)連接，利用所述金屬互連層和導(dǎo)電插塞將電感線圈與外電路電學(xué)連接。
可選的，所述電感線圈為平面螺旋線圈。
可選的，所述電感線圈為單層的電感線圈或多層堆疊線圈。
本發(fā)明實施例還提供了一種電感的形成方法，包括
提供襯底，在所述襯底表面形成低K層間介質(zhì)層；
在所述低K層間介質(zhì)層上形成電感線圈；
在所述電感線圈表面形成保護(hù)層。
可選的，所述低K層間介質(zhì)層為多層堆疊結(jié)構(gòu)，所述多層堆疊結(jié)構(gòu)中至少一層的材料為氟硅玻璃、無定形碳、多孔介質(zhì)材料其中一種。
可選的，形成所述低K層間介質(zhì)層的具體工藝包括在所述襯底表面形成富硅氧化物層，在所述富硅氧化物層表面形成氟硅玻璃層，在所述氟硅玻璃層表面形成氧化硅層。
可選的，形成所述富硅氧化物層的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。
可選的，形成所述富硅氧化物層的工藝參數(shù)包括反應(yīng)氣體包括SiH4和隊0，所述 SiH4的氣流量范圍為IOOsccm 150sccm,所述N2O的氣流量范圍為700sccm 800sccm, 反應(yīng)溫度的范圍為380°C 420°C，反應(yīng)氣壓的范圍為2. OTorr 2. 4Torr0
可選的，形成所述氟硅玻璃層的工藝為高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或等離子體增強化學(xué)氣相沉積。
可選的，形成所述富硅氧化物層的工藝參數(shù)包括反應(yīng)氣體包括Ar、02、SiH4、SiF4， 所述Ar的氣流量范圍為60sccm 70sccm，所述仏的氣流量范圍為IOOsccm 130sccm， 所述SiH4的氣流量范圍為35sccm 50sccm，所述SiF4的氣流量范圍為35sccm 50sccm， 反應(yīng)溫度的范圍為420°C 460°C，反應(yīng)氣壓的范圍為4mTorr 6mTorr。
可選的，形成所述氧化硅層的工藝包括在所述氟硅玻璃層表面形成第一氧化硅層，在所述第一氧化硅層表面形成金屬互連層，在所述金屬互連層和第一氧化硅層表面形成第二氧化硅層，在所述第二氧化硅層內(nèi)形成導(dǎo)電插塞，使得位于所述氧化硅層上的電感線圈通過所述導(dǎo)電插塞與金屬互連層電學(xué)連接。
可選的，形成所述第一氧化硅層和第二氧化硅層的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。
可選的，形成所述第一氧化硅層和第二氧化硅層的工藝參數(shù)包括反應(yīng)前驅(qū)物為TEOS和O2，所述TEOS的流量范圍為1800mgm 2200mgm，所述O2的氣流量范圍為 1800sccm 2200sccm，反應(yīng)溫度的范圍為380°C 420°C，反應(yīng)氣壓的范圍為8. OTorr 8.4Torr。
可選的，所述電感線圈為單層的電感線圈或多層堆疊線圈。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點
在本發(fā)明實施例的電感中，位于半導(dǎo)體襯底和電感線圈的層間介質(zhì)層為低K層間介質(zhì)層，降低了電感線圈和襯底之間的介電常數(shù)，降低了所述襯底與電感線圈之間的寄生電容，從而提高了電感的Q值。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的平面螺旋電感的俯視視角的結(jié)構(gòu)示意圖2是電感的參數(shù)物理模型示意圖3是電感Q值與層間介質(zhì)層的K值之間的實驗結(jié)果對比圖4為本發(fā)明實施例的電感的形成方法的流程示意圖5至圖7為本發(fā)明實施例的電感的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
在背景技術(shù)中提到，如何在半導(dǎo)體制作工藝上實現(xiàn)足夠高Q值的電感是一大難題，現(xiàn)有技術(shù)中提高電感Q值的方法多為改變襯底材料特性和結(jié)構(gòu)、增加襯底屏蔽等，但由于改變襯底材料需要改變制作工藝，增加襯底屏蔽層又只能少量地提高Q值，且需要額外的工藝形成襯底屏蔽層，都有各自的缺點。
因此，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，平面螺旋電感一般采用CMOS工藝在半導(dǎo)體襯底表面的層間介質(zhì)層上形成單層或多層螺旋狀金屬線來實現(xiàn)，單層或多層螺旋狀金屬線作為電感線圈，請參考圖1，為現(xiàn)有技術(shù)的平面螺旋電感的俯視視角的結(jié)構(gòu)示意圖，所述電感線圈10 為呈螺旋狀分布的金屬連線，位于所述電感線圈中心的一端和位于所述電感線圈邊緣的另一端與外電路相連，其中，所述電感的兩端通過導(dǎo)電插塞連接到金屬互連層中，并通過金屬互連層與外電路電學(xué)連接。電感在高頻工作時，由于渦流效應(yīng)和硅襯底損耗，電感在存儲磁場能量的同時，還通過歐姆損耗消耗能量的寄生電阻和存儲電場能量的寄生電容，請參考圖2，為電感的參數(shù)物理模型示意圖。其中，所述L和R為金屬連線的串聯(lián)電感和電阻，(；為金屬層間的電容，Cm和Cra2為金屬連線和襯底間的寄生電容，I Sil、I Si2和CSil、CSi2分別為襯底本身的寄生電阻和寄生電容。而根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q值的定義式，再根據(jù)上述電感的物理模型，就可以得出Q值的表達(dá)式。品質(zhì)因數(shù)Q的定義式如(1)式所示
權(quán)利要求
1.一種電感，包括襯底，其特征在于，還包括位于所述襯底表面的低K層間介質(zhì)層， 位于所述低K層間介質(zhì)層上的電感線圈，位于所述電感線圈表面的保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的電感，其特征在于，所述低K層間介質(zhì)層為多層堆疊結(jié)構(gòu)，所述多層堆疊結(jié)構(gòu)中至少一層的材料為氟硅玻璃、無定形碳、多孔介質(zhì)材料其中一種。
3.如權(quán)利要求1所述的電感，其特征在于，所述低K層間介質(zhì)層包括位于襯底表面的富硅氧化物層，位于所述富硅氧化物層表面的氟硅玻璃層，位于所述氟硅玻璃層表面的氧化硅層。
4.如權(quán)利要求3所述的電感，其特征在于，所述富硅氧化物層的厚度范圍為 300A~1500A,所述氟硅玻璃層的厚度范圍為4000A~15000A,所述氧化硅層的厚度范圍為2000A~15000A。
5.如權(quán)利要求3所述的電感，其特征在于，還包括，位于所述氧化硅層內(nèi)的金屬互連層，位于所述金屬互連層表面的導(dǎo)電插塞，所述導(dǎo)電插塞與電感線圈的兩端電學(xué)連接，利用所述金屬互連層和導(dǎo)電插塞將電感線圈與外電路電學(xué)連接。
6.如權(quán)利要求1所述的電感，其特征在于，所述電感線圈為平面螺旋線圈。
7.如權(quán)利要求1所述的電感，其特征在于，所述電感線圈為單層的電感線圈或多層堆疊線圈。
8.—種電感的形成方法，其特征在于，包括提供襯底，在所述襯底表面形成低K層間介質(zhì)層；在所述低K層間介質(zhì)層上形成電感線圈；在所述電感線圈表面形成保護(hù)層。
9.如權(quán)利要求8所述的電感的形成方法，其特征在于，所述低K層間介質(zhì)層為多層堆疊結(jié)構(gòu)，所述多層堆疊結(jié)構(gòu)中至少一層的材料為氟硅玻璃、無定形碳、多孔介質(zhì)材料其中一種。
10.如權(quán)利要求8所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述低K層間介質(zhì)層的具體工藝包括在所述襯底表面形成富硅氧化物層，在所述富硅氧化物層表面形成氟硅玻璃層，在所述氟硅玻璃層表面形成氧化硅層。
11.如權(quán)利要求10所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述富硅氧化物層的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。
12.如權(quán)利要求11所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述富硅氧化物層的工藝參數(shù)包括反應(yīng)氣體包括SiH4和隊0，所述SiH4的氣流量范圍為lOOsccm 150sCCm，所述N2O的氣流量范圍為700SCCm 800SCCm，反應(yīng)溫度的范圍為380°C 420°C，反應(yīng)氣壓的范圍為 2. OTorr 2. 4Torr。
13.如權(quán)利要求10所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述氟硅玻璃層的工藝為高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或等離子體增強化學(xué)氣相沉積。
14.如權(quán)利要求13所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述富硅氧化物層的工藝參數(shù)包括反應(yīng)氣體包括Ar、02、SiH4, SiF4，所述Ar的氣流量范圍為60sccm 70sccm， 所述A的氣流量范圍為IOOsccm 130sccm，所述SiH4的氣流量范圍為35sccm 50sccm， 所述SiF4的氣流量范圍為35SCCm 50SCCm，反應(yīng)溫度的范圍為420°C 460°C，反應(yīng)氣壓的范圍為4mTorr 6mTorr。
15.如權(quán)利要求10所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述氧化硅層的工藝步驟包括在所述氟硅玻璃層表面形成第一氧化硅層，在所述第一氧化硅層表面形成金屬互連層，在所述金屬互連層和第一氧化硅層表面形成第二氧化硅層，在所述第二氧化硅層內(nèi)形成導(dǎo)電插塞，使得位于所述氧化硅層上的電感線圈通過所述導(dǎo)電插塞與金屬互連層電學(xué)連接。
16.如權(quán)利要求15所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述第一氧化硅層和第二氧化硅層的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。
17.如權(quán)利要求16所述的電感的形成方法，其特征在于，形成所述第一氧化硅層和第二氧化硅層的工藝參數(shù)包括反應(yīng)前驅(qū)物為TEOS和02，所述TEOS的流量范圍為ISOOmgm 2200mgm，所述02的氣流量范圍為1800sccm 2200sccm，反應(yīng)溫度的范圍為380°C 420°C， 反應(yīng)氣壓的范圍為8. OTorr 8. 4Torr0
18.如權(quán)利要求8所述的電感的形成方法，其特征在于，所述電感線圈為單層的電感線圈或多層堆疊線圈。
全文摘要
一種電感及形成方法，所述電感包括襯底，位于所述襯底表面的低K層間介質(zhì)層，位于所述低K層間介質(zhì)層上的電感線圈，位于所述電感線圈表面的保護(hù)層。由于位于半導(dǎo)體襯底和電感線圈的層間介質(zhì)層為低K層間介質(zhì)層，降低了電感線圈和襯底之間的介電常數(shù)，降低了所述襯底與電感線圈之間的寄生電容，從而提高了電感的Q值。
文檔編號H01L21/02GK102522388SQ20111043685
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者林益梅 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司