一種近零渦流損耗互連線及其制備方法
【專利摘要】一種近零渦流損耗互連線及其制備方法，屬于射頻器件【技術(shù)領(lǐng)域】。包括襯底基片和襯底基片表面的互連線；互連線是由金屬銅薄膜層和鐵磁金屬薄膜層相間層疊而形成的周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)；每層金屬銅薄膜層的厚度為50～1000nm，每層鐵磁金屬薄膜層厚度為20～500nm；鐵磁金屬為磁性金屬與銅形成的合金；周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為5～200。采用金屬銅作為互連線的原料，成本低廉，采用超晶格薄膜結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，降低晶格失配導(dǎo)致的應(yīng)力，電阻率低，可以選擇頻段實(shí)現(xiàn)近零有效磁導(dǎo)率，所以厚度可以在10～100μm無(wú)明顯的趨膚效應(yīng)；采用金屬電化學(xué)交替沉積法多周期交替電鍍制備該互連線，降低制備工藝難度及成本。本發(fā)明適用于射頻器件。
【專利說(shuō)明】一種近零渦流損耗互連線及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種超低渦流損耗射頻互連線及其制備方法，尤其是一種用于射頻器件的近零渦流損耗互連線及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在射頻器件【技術(shù)領(lǐng)域】，片上集成器件如微電感、微帶線、共面波導(dǎo)等都需要用圖形化薄膜作為互連線，而傳統(tǒng)器件中多采用銅作為互連線的制備材料。但是由于存在趨膚效應(yīng)，電磁波在銅導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)引起渦流現(xiàn)象，電流在導(dǎo)體橫截面上的分布不再是均勻的，電流集中在臨近導(dǎo)線外表面的薄層，使得互連線電阻增加，損耗功率增大。為了便于描述趨膚效應(yīng)，引入了一個(gè)趨膚深度即臨界深度δ，此深度的電流密度大小恰好為表面電流密度的I/e倍:
[0003]^~
[0004]其中，f為頻率，μ0μΓ為磁導(dǎo)率(H/m)，σ為電導(dǎo)率(S/m)，對(duì)于一般的金屬材料如銅來(lái)說(shuō)，其相對(duì)磁導(dǎo)率μ r為1，所以磁導(dǎo)率即為真空磁導(dǎo)率= 4 Ji X 10_7H/m。因此在制備高頻器件(尤其是射頻器件)時(shí)，為了增大趨膚深度，往往采用電導(dǎo)率更大的金屬材料如銀作為互連線，但是由于銀為貴金屬，作為互連線會(huì)大大增加最終器件的成本。目前尚未見(jiàn)報(bào)道成本低廉且電阻率低，甚至在特定頻段實(shí)現(xiàn)近零有效磁導(dǎo)率的近零渦流損耗互連線及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本低廉且在特定頻段實(shí)現(xiàn)近零渦流損耗的互連線及其制備方法，能夠有效消除金屬銅在特定頻段作為互連線時(shí)的渦流損耗。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種近零渦流損耗互連線，包括襯底基片和襯底基片表面的互連線；所述互連線是由金屬銅薄膜層和鐵磁金屬薄膜層相間層疊而形成的周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)；其中，每層金屬銅薄膜層的厚度為50?100nm,每層鐵磁金屬薄膜層厚度為20?500nm ;所述鐵磁金屬為磁性金屬與銅形成的合金；所述周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為5?200。
[0008]具體的，所述互連線的總厚度的范圍為10?100 μ m。
[0009]具體的，所述磁性金屬為鐵、鎳或鈷中的一種或多種。
[0010]為了制備上述近零渦流損耗互連線，采用的技術(shù)方案為:一種近零渦流損耗互連線的制備方法，包括以下步驟:
[0011]A.在硅襯底基片上濺射阻擋層，并在阻擋層上濺射銅種子層；
[0012]B.采用光刻膠在種子層上進(jìn)行厚膠光刻，露出互連線線路圖形；
[0013]C.基于電化學(xué)交替沉積法，利用電化學(xué)沉積渡液在互連線線路圖形上交替電鍍周期性相間層疊的金屬銅薄膜層和鐵磁金屬薄膜層；D.沖洗硅襯底基片，干燥后去除光刻膠；
[0014]E.去除互連線線路圖形以外的阻擋層及銅種子層。
[0015]具體的，步驟A具體為采用磁控濺射的方法，在硅襯底基片上濺射一層50nm的作為阻擋層的金屬鈦層，而后在在金屬鈦層上濺射200nm的銅種子層。
[0016]優(yōu)選的，步驟B中的光刻膠為AZ4620光刻膠。
[0017]優(yōu)選的，步驟B與C之間還有步驟:
[0018]B1.采用等離子清洗機(jī)打底膜50s去除互連線線路圖形區(qū)域內(nèi)的有機(jī)物底膜和粘污；
[0019]B2.采用5%的稀硫酸浸泡硅襯底基片Imin。
[0020]具體的，步驟C中的電化學(xué)沉積渡液包括CoSO4.7H20、CuS04.5H20、H3B03、LFT_930Mu開(kāi)缸劑、LFT-930A光亮劑和LFT-930B光亮劑，其中Co2+與Cu2+的比例為25:1。
[0021]具體的，步驟C中的采用多電位恒壓法進(jìn)行交替電鍍。
[0022]優(yōu)選的，步驟E中采用體積比為98% H2SO4:30% H2O2 = H2O = 5ml:1ml:1OOml的溶液以300nm/min的速率去除銅層，采用5%的HF溶液在2?4s時(shí)間內(nèi)去除鈦層。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:采用金屬銅作為互連線的原料，成本低廉，采用超晶格薄膜結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，降低晶格失配導(dǎo)致的應(yīng)力，具有低的電阻率，最重要的是可以選擇頻段實(shí)現(xiàn)近零有效磁導(dǎo)率，所以厚度可以在10?100 μ m無(wú)明顯的趨膚效應(yīng)；采用金屬電化學(xué)交替沉積法多周期交替電鍍制備該互連線，降低制備工藝難度及成本，增大設(shè)計(jì)自由度。本發(fā)明適用于射頻器件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的互連線中的周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為超晶格多層膜在不同周期下的方塊電阻隨頻率的變化趨勢(shì)；
[0026]圖3為不同厚度比情況下超晶格薄膜的方阻隨頻率的變化趨勢(shì)；
[0027]其中，I為金屬銅薄膜層，2為鐵磁金屬薄膜層，3為襯底基片。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的一種近零渦流損耗互連線，包括襯底基片3和襯底基片3表面的互連線，所述互連線是由金屬銅薄膜層I和鐵磁金屬薄膜層2相間層疊而形成的周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)；其中，每層金屬銅薄膜層I的厚度為50?lOOOnm，每層鐵磁金屬薄膜層2厚度為20?500nm ;所述鐵磁金屬為磁性金屬與銅形成的合金；所述周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為5?200。
[0030]超晶格薄膜結(jié)構(gòu)即是由兩種不同的材質(zhì)以幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米的薄層交替生長(zhǎng)并保持嚴(yán)格周期性的多層膜，就是特定形式的層狀精細(xì)復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的互連線采用超晶格薄膜結(jié)構(gòu)，即是由多個(gè)周期相互交替疊加的金屬銅薄膜層I及鐵磁金屬薄膜層2形成的結(jié)構(gòu)。
[0031]對(duì)于鐵磁金屬，由于存在鐵磁共振，當(dāng)應(yīng)用頻率高于共振頻率時(shí)，其磁導(dǎo)率為負(fù)。對(duì)于本發(fā)明中的超晶格結(jié)構(gòu)薄膜，由于存在耦合作用，整體相對(duì)磁導(dǎo)率可表達(dá)為:

【權(quán)利要求】
1.一種近零渦流損耗互連線，包括襯底基片(3)和襯底基片(3)表面的互連線，其特征在于，所述互連線是由金屬銅薄膜層(I)和鐵磁金屬薄膜層(2)相間層疊而形成的周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)；其中，每層金屬銅薄膜層(I)的厚度為50?lOOOnm，每層鐵磁金屬薄膜層(2)厚度為20?500nm ;所述鐵磁金屬為磁性金屬與銅形成的合金；所述周期性復(fù)合超晶格薄膜結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為5?200。
2.如權(quán)利要求1所述的一種近零渦流損耗互連線，其特征在于，所述互連線的總厚度的范圍為10?100 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的一種近零渦流損耗互連線，其特征在于，所述磁性金屬為鐵、鎳或鈷中的一種或多種。
4.一種近零渦流損耗互連線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A.在硅襯底基片上濺射阻擋層，并在阻擋層上濺射銅種子層； B.采用光刻膠在種子層上進(jìn)行厚膠光刻，露出互連線線路圖形； C.基于電化學(xué)交替沉積法，利用電化學(xué)沉積渡液在互連線線路圖形上交替電鍍周期性相間層疊的金屬銅薄膜層和鐵磁金屬薄膜層； D.沖洗硅襯底基片，干燥后去除光刻膠； E.去除互連線線路圖形以外的阻擋層及銅種子層。
5.如權(quán)利要求4所述的一種近零渦流損耗互連線的制備方法，其特征在于，步驟A具體為采用磁控濺射的方法，在硅襯底基片上濺射一層50nm的作為阻擋層的金屬鈦層，而后在金屬鈦層上濺射200nm的銅種子層。
6.如權(quán)利要求5所述的一種近零渦流損耗互連線的制備方法，其特征在于，步驟B中的光刻膠為AZ4620光刻膠。
7.如權(quán)利要求6所述的一種近零渦流損耗互連線的制備方法，其特征在于，步驟B與C之間還有步驟: B1.采用等離子清洗機(jī)打底膜50s去除互連線線路圖形區(qū)域內(nèi)的有機(jī)物底膜和粘污； B2.采用5%的稀硫酸浸泡硅襯底基片Imin。
8.如權(quán)利要求6所述的一種近零渦流損耗互連線的制備方法，其特征在于，步驟C中的電化學(xué)沉積渡液包括CoSO4.7H20、CuSO4.5H20、H3B03、LFT-930Mu開(kāi)缸劑、LFT-930A光亮劑和LFT-930B光亮劑，其中Co2+與Cu2+的比例為25:1。
9.如權(quán)利要求8所述的一種近零渦流損耗互連線的制備方法，其特征在于，步驟C中的采用多電位恒壓法進(jìn)行交替電鍍。
10.如權(quán)利要求9所述的一種近零渦流損耗互連線的制備方法，其特征在于，步驟E中采用體積比為98% H2SO4:30% H2O2IH2O = 5ml:1ml:1OOml的溶液以300nm/min的速率去除銅種子層，采用5%的HF溶液在2?4s時(shí)間內(nèi)去除金屬鈦層。
【文檔編號(hào)】H01L23/522GK104183570SQ201410415806
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】白飛明, 王藝程, 鐘志勇, 張懷武 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)