一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，可以實現(xiàn)三維立體結(jié)構(gòu)的電感電容，通過制備頂部金屬導(dǎo)線與底部金屬導(dǎo)線互聯(lián)形成以磁芯為中心單方向繞行的立體螺旋狀的電感線圈，可以在相對較小的空間中同時獲取電容電感，降低了電容電感的制作成本，同時也極大的提高了電感磁通量以增加電感值并降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值以及電感線圈的性能。
【專利說明】一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及社會信息化程度的提高，計算機(jī)、通訊等越來越多的【技術(shù)領(lǐng)域】均采用射頻技術(shù)，促進(jìn)了射頻技術(shù)(RFIC)的高速發(fā)展，對于高頻率、小功耗、低失真的射頻技術(shù)的要求，使得電感線圈成為必要，電感線圈是由導(dǎo)線繞制在導(dǎo)線框架上，導(dǎo)線彼此相互絕緣，而繞制可以是空心的也可以是包含鐵芯，簡稱電感，電感主要用于對交流信號進(jìn)行隔離、濾波或者與電容、電阻組成諧振回路。而評價電感性能最重要的指標(biāo)為品質(zhì)因數(shù)Q(quality)，品質(zhì)因數(shù)Q(即Q值)表示一個儲能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路中所儲能量同每周期損耗能量之比，因此提高電感的品質(zhì)因數(shù)Q可以提高集成電感的性能指標(biāo)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)采用平面結(jié)構(gòu)的集成電感，由于這種集成電感制作于襯底平行的平面上，在高頻條件下，襯底中會形成渦旋電流(Eddy Current)，而渦旋電流的方向與電感線圈中的電流方向相反，這必然會導(dǎo)致電感線圈的磁通量減少，額外的能量損失較大并使得整個電感的Q值下降。另外現(xiàn)有技術(shù)中，集成電感由于集成電路的制程與材料的限制，很難同時達(dá)到高電感值和高品質(zhì)因數(shù)Q值，而且同時具有電感和電容的電路結(jié)構(gòu)需要增大器件的面積，一定程度上增加了制作成本。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中以減少襯底的損耗入手來解決襯底中渦旋電流的問題，但是采用的均是平面結(jié)構(gòu)的集成電感，受到平面電感工作原理的限制無法從根本上解決問題，無法提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流并提高品質(zhì)因數(shù)Q值，因此發(fā)明一種高性能的集成電感和電容器件成為半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】的一個難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，以解決制備成本較高且無法提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流并提高品質(zhì)因數(shù)Q值的缺陷。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述方法包括:
[0008]步驟S1、提供一半導(dǎo)體襯底，并于所述半導(dǎo)體襯底之上依次制備第一絕緣層和底層金屬薄膜，并去除部分所述底層金屬薄膜，以于所述第一絕緣層之上形成若干平行排列的底部金屬導(dǎo)線；
[0009]步驟S2、制備第二絕緣層覆蓋所述底部金屬導(dǎo)線及所述第一絕緣層暴露的表面，并刻蝕所述第二絕緣層，以于各所述底部金屬導(dǎo)線的長度延伸方向的兩端端部區(qū)域之上均形成一第一通孔；
[0010]于所述第一通孔中填充第一金屬，以于所述底部金屬導(dǎo)線之上形成兩列第一金屬孔連線；
[0011]步驟S3、制備第三絕緣層覆蓋所述第一金屬孔連線和所述第二絕緣層的上表面，并刻蝕第三絕緣層，以于各所述第一金屬孔連線之上形成一第二通孔及若干環(huán)狀凹槽，且各第二通孔均環(huán)繞設(shè)置有至少兩個所述環(huán)狀凹槽；
[0012]于所述第二通孔和所述環(huán)狀凹槽中填充第二金屬，以于各所述第一金屬孔連線之上均形成第二金屬孔連線和若干環(huán)狀的磁芯；
[0013]步驟S4、制備第四絕緣層覆蓋所述第二金屬孔連線、所述磁芯和所述第三絕緣層的上表面，并刻蝕第四絕緣層，以于各所述第二金屬孔連線之上均形成一第三通孔和位于各磁芯之上的一第四通孔；
[0014]于所述第三通孔和所述第四通孔中填充第三金屬，以于所述第三通孔中形成第三金屬孔連線，于所述第四通孔中形成第四金屬孔連線；
[0015]步驟S5、制備頂層金屬薄膜覆蓋所述第三金屬孔連線、所述第四金屬孔連線和所述第四絕緣層的上表面；刻蝕所述頂層金屬薄膜，以形成若干引線和若干平行排列的頂部金屬導(dǎo)線；
[0016]其中，各所述引線均通過所述第四金屬孔連線將所述磁芯連接，所述頂部金屬導(dǎo)線依次通過所述第三金屬孔連線、所述第二金屬孔連線和所述第一金屬孔連線將所述底部金屬導(dǎo)線首尾依次連接。
[0017]較佳的，上述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，步驟S5中，與所述底部金屬導(dǎo)線在垂直投影方向上構(gòu)成一定夾角刻蝕所述頂層金屬薄膜以形成所述頂部金屬導(dǎo)線。
[0018]較佳的，上述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述第一金屬與所述第三金屬的材質(zhì)相同。
[0019]較佳的，上述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述第一金屬與所述第三金屬的材質(zhì)為鎢或錫。
[0020]較佳的，上述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述第二金屬的材質(zhì)為鈷或鎳。
[0021]較佳的，上述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述底層金屬薄膜與所述頂層金屬薄膜的材質(zhì)相同。
[0022]較佳的，上述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述第一絕緣層、所述第二絕緣層、所述第三絕緣層和所述第四絕緣層的材質(zhì)均相同。
[0023]較佳的，上述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，步驟S2?S5中，任一填充金屬或者制備絕緣層工藝之后均需要進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
[0024]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果:
[0025]本發(fā)明公開了一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，可以實現(xiàn)三維立體結(jié)構(gòu)的電感電容，通過制備頂部金屬導(dǎo)線與底部金屬導(dǎo)線互聯(lián)形成以磁芯為中心單方向繞行的立體螺旋狀的電感線圈，可以在相對較小的空間中同時獲取電容電感，降低了電容電感的制作成本，同時也極大的提高了電感磁通量以增加電感值并降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值以及電感線圈的性能。
[0026]具體

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0028]圖1是本發(fā)明中立體集成電感電容的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明中立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3a?7b是本發(fā)明中立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0032]為可以在提高電感磁通量以增加電感值的同時降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值以及電感線圈的性能，我們需要制備一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)。
[0033]如圖1所示，該立體集成電感電容結(jié)構(gòu)包括第一電容和第二電容，第一電容和第二電容均是由截面積逐漸遞增的若干金屬框架1在同一平面內(nèi)相互嵌套形成，且金屬框架相互電連接形成電容極板(圖1中未示出)。
[0034]優(yōu)選的，第一電容與第二電容在同一平面內(nèi)且互不接觸，第一電容極板與第二電容極板間均填充絕緣介質(zhì)5，該結(jié)構(gòu)設(shè)計可以在較小的空間內(nèi)提高電容的性能。
[0035]另外該結(jié)構(gòu)還包括一電感線圈，如圖1所示，具體包括若干均勻平行分布的第一金屬線2和若干均勻平行分布的第二金屬線3，第一金屬線2和第二金屬線3分別位于金屬框架1所在的平面的兩側(cè)，且第一金屬線2與第二金屬線3的首端(也包括第一金屬線2與第二金屬線3的末端)投影重合且均垂直于電容的最內(nèi)側(cè)金屬框架1內(nèi)。優(yōu)選的，第一金屬線2所在平面、第二金屬線3所在平面與金屬框架1所在平面相互平行。其中，電感線圈還包括一第三金屬線4，第三金屬線4垂直穿過截面積最小的金屬框架1內(nèi)區(qū)域，使其可以達(dá)到如下效果:
[0036]第一金屬線2的首端通過第三金屬線4連接與第一金屬線2首端垂直方向上的投影重合的第二金屬線3的首端，且與第一金屬線2首端垂直方向上的投影重合的第二金屬線3的末端通過另一第三金屬線4連接第一金屬線2相鄰的另一第一金屬線2的末端，形成單方向繞行并呈立體螺旋狀的電感線圈(以金屬框架為磁芯)，另外金屬框架1可通過金屬引線6電連接形成電容極板，如圖2所示。
[0037]基于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法:
[0038]步驟S1、對一半導(dǎo)體襯底進(jìn)行加工，具體的在該半導(dǎo)體襯底11之上依次制備第一絕緣層12 (沉積絕緣層后需快速的進(jìn)行熱退火工藝，使其形成致密的絕緣層)和底層金屬薄膜，并去除部分底層金屬薄膜，使其在第一絕緣層12上方形成若干底部金屬導(dǎo)線13，其中所有的底部金屬導(dǎo)線13平行排列在第一絕緣層12的上表面，如圖3a和3b所示。
[0039]在本發(fā)明的實施例中，上述的底層金屬薄膜的材質(zhì)為鋁金屬，且底部金屬導(dǎo)線13作為上述電感線圈的第二金屬線3.
[0040]步驟S2、采用等離子體化學(xué)氣相沉積法在上述若干平行排列的底部金屬導(dǎo)線13的上表面以及在第一絕緣層12暴露的上表面繼續(xù)沉積第二絕緣層14，然后采用電感耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma,簡稱ICP)或者反應(yīng)離子刻蝕(Reactive 1nEtching，簡稱RIE)等工藝刻蝕該第二絕緣層14，以于各底部金屬導(dǎo)線的長度延伸方向的兩端端部區(qū)域之上均形成一第一通孔。
[0041]在本發(fā)明的實施例中，在該第一通孔填充第一金屬，形成位于底部金屬導(dǎo)線13上方的兩列第一金屬孔連線15,如圖4a和4b所不。
[0042]在本發(fā)明的實施例中，第一金屬的材質(zhì)優(yōu)選為鎢或錫材料。
[0043]同時為了優(yōu)化立體集成電感的制備工藝，需要在淀積第二絕緣層14和于第一通孔中填充第一金屬后均需要進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical mechanical polishing,簡稱CMP)工藝。
[0044]優(yōu)選的，第二絕緣層14與第一絕緣層12的材質(zhì)相同，可選為二氧化硅。
[0045]步驟S3、繼續(xù)采用等離子體化學(xué)氣相沉積法在第二絕緣層14和第一金屬孔連線15的上表面淀積第三絕緣層16，優(yōu)選的，該第三絕緣層16的材質(zhì)與第二絕緣層14的材質(zhì)相同。然后采用ICP或者RIE工藝刻蝕部分第三絕緣層16，形成位于將每一個第一金屬孔連線15上表面予以暴露的一個第二通孔以及若干環(huán)狀凹槽，其中該若干環(huán)狀凹槽均環(huán)繞設(shè)置在第二通孔周圍。
[0046]在本發(fā)明的實施例中，優(yōu)選的該環(huán)狀凹槽的數(shù)量至少為2個，例如3個。
[0047]為了提高立體集成電感電容的性能，本發(fā)明實施例中需要提供磁芯，來增強(qiáng)磁能的存儲效果，因此在完成環(huán)狀凹槽與第二通孔工藝之后于環(huán)狀凹槽和第二通孔中填充第二金屬(如鈷，鎳等)形成每個第一金屬孔連線上方的一個第二金屬孔連線18以及若干磁芯17，如圖5a和5b所示。
[0048]其中，上述若干磁芯17構(gòu)成上述金屬框架1 (或者第一電容和第二電容)。
[0049]在本發(fā)明的實施例中，為了優(yōu)化立體集成電感的制備工藝，需要在淀積第三絕緣層16和于第二通孔、環(huán)狀凹槽中填充第二金屬后均需要進(jìn)行CMP工藝。
[0050]步驟S4、繼續(xù)采用等離子體化學(xué)氣相沉積法在第三絕緣層16、第二金屬孔連線18以及磁芯17的上表面淀積第四絕緣層19，然后采用ICP或者RIE刻蝕工藝刻蝕第四絕緣層19，形成每一個第二金屬孔連線18上方的一個第三通孔并予以暴露第二金屬孔連線18，以及位于每個磁芯17上方的一個第四通孔。
[0051]繼續(xù)在第三通孔和第四通孔中填充第三金屬，以于第三通孔中形成第三金屬孔連線20，并以于第四通孔中形成第四金屬孔連線201。
[0052]在本發(fā)明的實施例中，優(yōu)選的，第三金屬與第一金屬的材質(zhì)相同，為鶴或錫材料，如圖6a和6b所示。
[0053]同樣，淀積第四絕緣層19以及填充金屬材料之后需要進(jìn)行CMP工藝，優(yōu)化立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備工藝。
[0054]優(yōu)選的，第一絕緣層12、第二絕緣層14、第三絕緣層16和第四絕緣層19的材質(zhì)均相同，更優(yōu)選的其材質(zhì)均為二氧化硅。
[0055]步驟S5、在第三金屬孔連線20、第四金屬孔連線201以及第四絕緣層19的上表面繼續(xù)淀積一頂層金屬薄膜，刻蝕該頂層金屬薄膜形成若干平行排列的頂部金屬導(dǎo)線21以及每個第四金屬孔連線201上方的每個引線211，如圖7a和7b所示。
[0056]在本發(fā)明的實施例中，與底部金屬導(dǎo)線13在垂直投影方向上構(gòu)成一定夾角刻蝕該頂層金屬薄膜以形成上述頂部金屬導(dǎo)線21，也就是說，底部金屬導(dǎo)線13與頂部金屬導(dǎo)線21在垂直投影方向上構(gòu)成一定夾角，便于后續(xù)形成螺旋狀電感線圈，該頂部金屬導(dǎo)線21作為上述電感線圈的第一金屬線2。
[0057]其中，各引線211均通過第四金屬孔連線201將所述磁芯17連接，形成上述電容極板；各第一金屬孔連線15、第二金屬孔連線18以及第三金屬孔連線20構(gòu)成上述第三金屬線4，且各頂部金屬導(dǎo)線21通過第三金屬孔連線20、第二金屬孔連線18和第一金屬孔連線15將底部金屬導(dǎo)線13首尾依次連接，最終形成上述螺旋狀的電感線圈。
[0058]綜上所述，本發(fā)明公開了一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，可以實現(xiàn)三維立體結(jié)構(gòu)的電感電容，通過制備頂部金屬導(dǎo)線與底部金屬導(dǎo)線互聯(lián)形成以磁芯為中心單方向繞行的立體螺旋狀的電感線圈，可以在相對較小的空間中同時獲取電容電感，降低了電容電感的制作成本，同時也極大的提高了電感磁通量以增加電感值并降低渦旋電流，并提高品質(zhì)因數(shù)Q值以及電感線圈的性能。
[0059]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實施例可以實現(xiàn)所述變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0060]以上對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟S1、提供一半導(dǎo)體襯底，并于所述半導(dǎo)體襯底之上依次制備第一絕緣層和底層金屬薄膜，并去除部分所述底層金屬薄膜，以于所述第一絕緣層之上形成若干平行排列的底部金屬導(dǎo)線； 步驟S2、制備第二絕緣層覆蓋所述底部金屬導(dǎo)線及所述第一絕緣層暴露的表面，并刻蝕所述第二絕緣層，以于各所述底部金屬導(dǎo)線的長度延伸方向的兩端部區(qū)域之上均形成一第一通孔； 于所述第一通孔中填充第一金屬，以于所述底部金屬導(dǎo)線之上形成兩列第一金屬孔連線.步驟S3、制備第三絕緣層覆蓋所述第一金屬孔連線和所述第二絕緣層的上表面，并刻蝕第三絕緣層，以于各所述第一金屬孔連線之上形成一第二通孔及若干環(huán)狀凹槽，且各第二通孔均環(huán)繞設(shè)置有至少兩個所述環(huán)狀凹槽； 于所述第二通孔和所述環(huán)狀凹槽中填充第二金屬，以于各所述第一金屬孔連線之上均形成第二金屬孔連線和若干環(huán)狀的磁芯； 步驟S4、制備第四絕緣層覆蓋所述第二金屬孔連線、所述磁芯和所述第三絕緣層的上表面，并刻蝕第四絕緣層，以于各所述第二金屬孔連線之上均形成一第三通孔和位于各磁芯之上的一第四通孔； 于所述第三通孔和所述第四通孔中填充第三金屬，以于所述第三通孔中形成第三金屬孔連線，于所述第四通孔中形成第四金屬孔連線； 步驟S5、制備頂層金屬薄膜覆蓋所述第三金屬孔連線、所述第四金屬孔連線和所述第四絕緣層的上表面；刻蝕所述頂層金屬薄膜，以形成若干引線和若干平行排列的頂部金屬導(dǎo)線； 其中，各所述引線均通過所述第四金屬孔連線將所述磁芯連接，所述頂部金屬導(dǎo)線依次通過所述第三金屬孔連線、所述第二金屬孔連線和所述第一金屬孔連線將所述底部金屬導(dǎo)線首尾依次連接。
2.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟S5中，與所述底部金屬導(dǎo)線在垂直投影方向上構(gòu)成一定夾角刻蝕所述頂層金屬薄膜以形成所述頂部金屬導(dǎo)線。
3.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第一金屬與所述第三金屬的材質(zhì)相同。
4.如權(quán)利要求3所述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第一金屬與所述第三金屬的材質(zhì)為鎢或錫。
5.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第二金屬的材質(zhì)為鈷或鎳。
6.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述底層金屬薄膜與所述頂層金屬薄膜的材質(zhì)相同。
7.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第一絕緣層、所述第二絕緣層、所述第三絕緣層和所述第四絕緣層的材質(zhì)均相同。
8.如權(quán)利要求1所述的立體集成電感電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟S2?S5中，任一填充金屬或者制備絕緣層工藝之后均需要進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
【文檔編號】H01L21/71GK104269375SQ201410469021
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】梅紹寧, 鞠韶復(fù), 朱繼鋒 申請人:武漢新芯集成電路制造有限公司