基于MEMS工艺的高Q值三维螺旋结构电感及其制作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109599489A(43)申请公布日2019.04.09(21)申请号201811186644.9(22)申请日2018.10.12(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人徐玲周盛锐卢基存杨颖琳史传进(74)专利代理机构上海正旦专利代理有限公司31200代理人陆飞陆尤(51)Int.Cl.H01L49/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称基于MEMS工艺的高Q值三维螺旋结构电感及其制作方法(57)摘要本发明属于微电子技术领域，具体为基于MEMS工艺的高Q值三维螺旋结构集成电感及其制作方法。本发明的三维螺旋结构集成电感包括硅基体、基层绝缘层、螺旋线圈、螺旋线圈间支撑物；所述基层绝缘层用于隔离电感螺旋线圈与硅基体，螺旋线圈通过线圈间绝缘层中的柱状金属形成电气连接。本发明采用改良的三维垂直集成方案，通过基层绝缘层隔离电感和硅衬底，降低衬底损耗，并通过绝缘材料支撑垂直螺旋结构，在较小的面积内向上垂直集成多层线圈，最终形成损耗低、杂散寄生电容小、具有高Q值、同时与封装工艺兼容、机械稳定的微型集成电感。CN109599489ACN109599489A权利要求书1/1页1.一种基于MEMS工艺的高Q值三维螺旋结构集成电感，其特征在于，包括：硅基体（1）、基层绝缘层（2）、螺旋线圈（3）、螺旋线圈间支撑物（4）；所述基层绝缘层（2）用于隔离电感螺旋线圈（3）与硅基体（1），所述螺旋线圈（3）通过线圈间绝缘层中的柱状金属（5）形成电气连接；其中：螺旋线圈（3）中单层螺旋线圈为带有缺角的八角形、“8”字形、圆角矩形或其他类似形状，线宽10～15um；每一层的螺旋线圈结构相同，仅缺角位置不同。2.根据权利要求1所述的高Q值三维螺旋结构集成电感，其特征在于，螺旋线圈的金属层采用电镀工艺形成，镀层金属为铜，厚度为3～5um。3.根据权利要求1所述的高Q值三维螺旋结构集成电感，其特征在于，所述螺旋线圈间支撑物（4）为多个，支撑物材料为光敏绝缘材料；支撑层厚度为3～5um。4.根据权利要求1所述的高Q值三维螺旋结构集成电感，其特征在于，所述螺旋线圈（3）的层数为一层到八层。5.根据权利要求1所述的高Q值三维螺旋结构集成电感，其特征在于所述基层绝缘层（2）的厚度为6～10um。6.一种高Q值三维螺旋结构集成电感的制作方法，是基于MEMS工艺的，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：通过等离子增强化学气相淀积方法在硅片上生长一层厚度为6～10um的SiO2介质层，作为基层绝缘层，用于隔离电感线圈与硅基；步骤2：对基层绝缘层进行光刻，形成带缺口的螺旋线圈图案，并经刻蚀、溅射粘附层和种子层、铜电镀工艺形成线圈；其中：所述刻蚀工艺，采用BOE溶液对线圈图案进行湿法刻蚀，其刻蚀速率约为300-400nm/min，通过控制时间对SiO2实现不同厚度的刻蚀，形成第一层线圈凹槽；所述溅射工艺，采用磁控溅射的方法溅射TiW和Cu分别形成粘附层和电镀种子层；所述电镀工艺，采用硫酸铜溶液作为电解液，电镀形成3-5um厚的带缺口的螺旋线圈；步骤3：在已成型的螺旋线圈上涂覆所需厚度的光敏绝缘材料，作为线圈间支撑物，并进行光刻、显影清洗，形成通孔，经溅射粘附层、种子层及电镀铜工艺后，通孔中填满铜，形成铜微柱用以连接下一层线圈；步骤4：在形成铜通孔的线圈间支撑物上进行下一层线圈的光刻、显影、清洗，形成带缺口的螺旋线圈图案，并经溅射粘附层和种子层、铜电镀工艺形成线圈；重复步骤3和步骤4，形成多层线圈结构，最终形成多层三维垂直螺旋结构集成电感。7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，步骤3和步骤4中所述显影、清洗，是将曝光完成的硅片浸入显影液中进行显影；显影完成后，在去离子水中浸泡定影；再用去离子水冲洗硅片并吹干；所述溅射及电镀工艺同步骤2。2CN109599489A说明书1/4页基于MEMS工艺的高Q值三维螺旋结构电感及其制作方法技术领域[0001]本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种高Q值三维螺旋结构电感及其制作方法。背景技术[0002]近30年来，随着电子通信技术的发展、智能消费电子等手持设备的功能不断增加，电感作为关键元件之一，被大量使用在集成电路中，起到匹配网络、滤波、储存能量、扼流等作用。传统分立式电感由于其封装成本、尺寸及性能条件的制约，已经不再满足日益增长的需求，具有低能耗、小尺寸、低噪声、高频段的电感需求量持续增加。[0003]集成电感器通常采用金属螺旋形式实现，通过选择其特征尺寸、形状结构及实现方式，可以实现对集成电感器的不同设计与改善提高。此外由于标准的CMOS射频电路通常是在低电阻率的衬底上形成的，平面螺旋电感通常