專利名稱：電子器件及測試和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造包括基片的電子器件的方法，所述基片帶有在其表面上的電容器和電感元件，所述電容器包括第一電極和第二電極以及中間電介質(zhì)，以及所述電感元件包括第一繞組。
本發(fā)明還涉及一種包括電容器和電感元件的電子器件，所述電容器包括第一電極和第二電極以及中間電介質(zhì)并且所述電感元件包括第一繞組，所述器件包括一基片，在所述基片的表面上存在第一金屬膜，所述電感元件的第一繞組和所述電容器的第一電極被限定其中；包括所述電容器第二電極的第二金屬膜；電介質(zhì)材料的電介質(zhì)膜，其部分是電介質(zhì)。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種帶有內(nèi)部導(dǎo)體的多層基片，提供有用于測量電介質(zhì)介電常數(shù)的測量結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還進(jìn)一步涉及一種測試包括帶有內(nèi)部導(dǎo)體的絕緣體和電介質(zhì)材料層的電子器件的方法，所述器件被設(shè)計(jì)成操作在大于100MHz的頻率下，所述方法包括利用測量結(jié)構(gòu)對(duì)電介質(zhì)材料層的介電性能的確定。
這樣的器件從WO-A-97/16836中是公知的。所公知的器件是已經(jīng)借助于薄膜技術(shù)被制造的變壓器。被直接淀積在基片平坦化表面上的第二金屬膜包括金并且具有小于100nm的厚度。被限定在第二金屬膜內(nèi)的是電容器的第一電極、粘結(jié)墊和互連，所述互連橫貫被耦合的電感器。所述公知器件的第一金屬膜包括銅并且具有2-5微米的厚度。這致使所述器件適合于在微波和rf(無線電頻率)范圍內(nèi)的高頻率下使用。此外所述器件還包括第三金屬膜，其同樣包括銅并且具有2-5微米的厚度。所述第三金屬膜靠一分離層與所述第一金屬膜分開。所述分離層包括具有低介電常數(shù)的有機(jī)材料且具有2-30微米的厚度。因?yàn)樗龇蛛x層低的介電常數(shù)和大的厚度，所以在所述公知器件中被耦合電感器的第一和第二元件之間的電容耦合甚至在高頻率下仍是小的。這致使所述公知器件適合于在RF應(yīng)用下使用，尤其作為被公知為balun(平衡-不平衡)變壓器的平衡至非平衡的變壓器。
所述公知器件的缺點(diǎn)是基片必須具有平坦化的表面。如果不是這樣的話，則在電場施加之時(shí)薄膜電容器將出現(xiàn)過早破壞。
因此本發(fā)明的第一目的是提供一種制造引言中所提及類型的電子器件的方法，所述器件適合于在RF應(yīng)用中使用，并且其中基片的平坦化并不是必須的。
本發(fā)明的第二目的是提供一種引言中所提及類型的器件，其適合于在RF應(yīng)用中使用并且其基片可以被自由地選擇，因?yàn)闆]有基片的平坦化要求。
由于所述方法包括下述步驟，所以所述第一目的得到實(shí)現(xiàn)在基片表面上提供第一金屬膜，電容器的第一電極和電感元件的第一繞組被限定在所述第一金屬膜內(nèi)；在所述第一金屬膜上提供電介質(zhì)材料的電介質(zhì)膜；在所述電介質(zhì)膜上以所希望的圖案提供電介質(zhì)材料的分離層，以便于所述分離層覆蓋第一繞組并且分離層在第一金屬膜上的垂直投影部分地落入第一電極內(nèi)；以及在所述電介質(zhì)膜和分離層上提供第二金屬膜，電容器的第二電極被限定在所述第二金屬膜內(nèi)。
因?yàn)榈谝浑姌O和第一繞組兩者均被限定在基片表面上的第一金屬膜內(nèi)，所以第一金屬膜將具有相當(dāng)大的厚度，因此發(fā)現(xiàn)基片的平坦化是沒有必要的。然而，所述厚度可導(dǎo)致電容器的非均勻性，尤其由于互連第二電極的互連軌跡將緊鄰第一電容器電極而存在。這將導(dǎo)致所謂的“臺(tái)階覆蓋”。在提供分離層時(shí)這種非均勻性被防止。
在一適合的實(shí)施例中，通過施加種子層并且利用電鍍法使膜生長到所希望的厚度，提供第一和第二金屬膜。電鍍法的使用具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即它是可以很好地與IC處理，如波形花紋或雙波形花紋相結(jié)合的技術(shù)。此外，大于1微米，優(yōu)選地3至8微米的厚度是好實(shí)現(xiàn)的。除此以外，即使種子層并不完全地包上下面的表面，但結(jié)果的電鍍步驟也將導(dǎo)致所希望的金屬層。
在另一實(shí)施例中，一拋光劑被添加到用于電鍍的電化學(xué)批料中。已經(jīng)證明作為結(jié)果的金屬膜當(dāng)它包括上述拋光劑時(shí)其也能夠使展示高度粗糙度的基片平滑。高度粗糙度的特征在于，例如在垂直于層的堆疊方向-z-方向上3微米或以上的表面變化。使用拋光劑的附加優(yōu)點(diǎn)在于批料可以操作在較高的電流值，其加速了金屬，尤其是銅的淀積。
展示高度粗糙度的基片的有利實(shí)例是經(jīng)燒結(jié)的陶瓷基片，如二氧化鋁，AIN和低溫共燃陶瓷-或LTCC-基片。這樣的基片比例如硅或玻璃的基片具有顯著的優(yōu)點(diǎn)在高頻下出現(xiàn)的電損耗低于硅基片的電損耗；熱傳導(dǎo)好于玻璃基片，且此外所述基片更便宜。
將理解到另外的實(shí)施例是可能的。尤其對(duì)于作為金屬膜材料的銅，適宜提供阻擋層。同樣，在第一金屬膜之前要被施加的附加分離層可存在于第一金屬膜中的圖案之間，且導(dǎo)致這個(gè)層和第一金屬層的平坦化表面。同樣，金屬膜、電介質(zhì)膜和分離層可是可以靠自己被用作基片的多層堆疊的一部分。此外，附加的元件可被提供到第一和第二金屬膜內(nèi)，以便于改善質(zhì)量且進(jìn)行互連。
提供一種引言中所提及類型的器件的第二目的得以實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)榈谝唤饘倌ご嬖谟陔娊橘|(zhì)膜與基片的表面之間且具有在最小工作頻率下大于透入深度的厚度；電介質(zhì)材料的圖案化分離層存在于第一和第二金屬層之間，所述分離層具有比電介質(zhì)膜小的電容密度，以及分離層在第一金屬膜上的垂直投影部分地落入電容器的第一電極。
由于厚層-優(yōu)選地為銅-的緣故，所以沒有必要在平坦化基片上分開施加的薄層內(nèi)提供至少一個(gè)電容器電極。相反，與其它元件如電感元件的繞組，互連軌跡，垂直互連區(qū)域，傳輸線等一樣，電容器電極被施加在同一金屬膜中。金屬膜的最佳厚度是大約為透入深度兩倍的厚度。在這樣的厚度下穿透直至透入深度的電流被最少干擾，同時(shí)在相同膜內(nèi)部的軌跡之間的耦合是最小的。并且電流越高，電感器的Q因子越高且電容器的等效串聯(lián)電阻，簡稱ESR越低。在1GHz的工作頻率下，取決于金屬膜中所使用的金屬，所述透入深度為2-3微米。在10GHz下，所述透入深度小于1微米。
此外，由于分離層和電介質(zhì)膜圖案化的緣故，第一和第二金屬膜之間的耦合可以被調(diào)諧成希望-或者直接接觸-既不是分離層，也不是電介質(zhì)層-或者電容耦合-僅是電介質(zhì)膜-或僅是電感耦合-具有或不具有電介質(zhì)膜的分離層。
由于附加的薄層對(duì)于電容器電極是沒有必要的，所以本發(fā)明器件可正好是具有銅層的多層結(jié)構(gòu)，如集成電路的多層互連結(jié)構(gòu)及陶瓷或樹脂材料多層基片的多層結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地是分離層的電容密度低于電介質(zhì)膜的電容密度至少十倍。其術(shù)語還被公知為電介質(zhì)厚度的所述電容密度等于電介質(zhì)材料層的介電常數(shù)與厚度之間的比率。優(yōu)選地，分離層具有小于30pF/mm2，更優(yōu)選地小于10pF/mm2以及更進(jìn)一步優(yōu)選地小于3pF/mm2的電容密度。通過在8微米或以上的厚度上淀積低K材料可以實(shí)現(xiàn)3pF/mm2的電容密度。低K材料的實(shí)例是，例如苯并環(huán)丁烯(benzocyc lobutene)、聚酰亞胺、多孔硅石及硅倍半氧烷(silsesquioxane)。優(yōu)選地，電介質(zhì)膜具有大于80pF/mm2，更優(yōu)選地大于150pF/mm2的電容密度。通過使用厚度大約為0.4微米的SiNx作為電介質(zhì)材料可以格外實(shí)現(xiàn)150pF/mm2的電容密度。
在第一實(shí)施例中，電感元件包括第二繞組，所述第二繞組存在于第二金屬膜中且通過分離層與第一繞組分開。通過使用具有多于一個(gè)繞組的電感元件，電感元件的表面面積可以被大量減少。此外，第一和第二繞組不需要被互連，但是形成了變壓器的第一和第二線圈。分離層確定第一和第二繞組之間的距離，借此不希望的電容耦合被最小化且電感耦合被最大化。
這個(gè)第一實(shí)施例的電感元件是例如一被耦合的電感器，其優(yōu)選地形成平衡-不平衡變換器的一部分。這樣的變壓器可具有約為2-2.4GHz的諧振頻率，其致使它們適合于根據(jù)各種電信協(xié)議，如Bluetooth、W-LAN、W-CDMA等而使用。
電感元件也可以是線圈。在那種情況下第一和第二繞組被互連。優(yōu)選地，第三和第四繞組分別存在于第一和第二金屬膜中。利用這種電感元件，25-35nH的電感值可以在1mm2的表面面積上被實(shí)現(xiàn)，并且Q因子是30或以上。除了具有大電感的線圈以外，電感元件作為選擇地還可是具有相對(duì)小表面面積的線圈。同在僅一個(gè)金屬上包括一個(gè)或更多個(gè)繞組的線圈相比，在兩個(gè)金屬膜上包括兩個(gè)繞組的線圈的表面面積已經(jīng)被降低了50％。
在另一實(shí)施例中，分離層的電介質(zhì)材料是空氣。以這種方式，包括氣隙的電感器被獲得?？諝饩哂袚碛蟹浅５偷臑?的介電常數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在那種情況下電感元件的第一和第二繞組之間的電容是非常小的。通過將可溶解材料如光致抗蝕劑淀積至所希望的厚度作為分離層，這個(gè)實(shí)施例可以被實(shí)現(xiàn)。在施加且圖案化所述第二金屬膜之后，所述材料可以被溶解在并不影響電介質(zhì)膜的電介質(zhì)材料的一溶劑中。第三材料例如二氧化硅的間隔物，可以被提供以盡可能遠(yuǎn)地支撐第二金屬膜。
在尤其優(yōu)選地與具有包括第一和第二繞組的電感元件的實(shí)施例相組合的另一實(shí)施例中，基片包括半導(dǎo)體材料層，多個(gè)半導(dǎo)體元件被限定其中，所述多個(gè)半導(dǎo)體元件被互連以便于形成集成電路。這意味著電感元件和電容器是集成電路互連結(jié)構(gòu)的一部分。本發(fā)明的器件非常適合于此。首先，其制造是兼容的，因?yàn)榇嬖诘膬H有金屬層是標(biāo)準(zhǔn)的可得到材料，如銅的金屬層，并且電介質(zhì)層同樣是在半導(dǎo)體處理中公知的材料。其次，它僅使用有限數(shù)量的層，所述層也可以用于互連目的。通常包括4-6個(gè)金屬層的互連結(jié)構(gòu)并不需要被延伸到較大數(shù)量層。第三，所述結(jié)構(gòu)的側(cè)向尺寸相對(duì)有限，這樣它適配進(jìn)集成電路的表面面積且為互連留有空間。
在另一實(shí)施例中，存在微機(jī)電部件-還被公知為MEMS部件。為此，所述器件包括第一MEMS電極和第二MEMS電極，所述第一和第二MEMS電極分別存在于第一和第二金屬膜中。第一和第二MEMS電極通過分離層和空氣層被彼此分開。作為選擇地，所述分離層可是空氣。微機(jī)電部件可被用在手機(jī)，特別作為開關(guān)，諧振器，濾波器及可調(diào)節(jié)電容器的前端等各種地方。更加特別地是MEMS部件可被用于調(diào)節(jié)阻抗匹配電路的輸出阻抗以及用于調(diào)節(jié)壓控振蕩器(VCO)儲(chǔ)能電路的諧振頻率。
在又另一個(gè)但是非常適合的實(shí)施例中，電容器和電感元件是測量結(jié)構(gòu)的一部分，其中電感元件的第一繞組互連電容器的第一和第二電極，并且所述測量結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括第一和第二傳輸線，所述線被限定在所述第二金屬膜內(nèi)，其彼此基本上處于平行并且所述線在所述第一金屬膜上的垂直投影與第一繞組重疊。
在電感器和電容器的諧振結(jié)構(gòu)中，通過來自傳輸線之一的電感和電容耦合提供一小信號(hào)。其中的耦合量如此小，以致于LC結(jié)構(gòu)幾乎不被影響。這個(gè)信號(hào)到第二傳輸線的傳輸作為頻率的函數(shù)被加以測量。在諧振頻率處發(fā)生強(qiáng)的傳輸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個(gè)諧振的位置受電容器的影響。這在低頻率下可能是所期望的，但是對(duì)于RF應(yīng)用卻是不被期望的。通過與參考值相比較，電容器的質(zhì)量可得到控制。這對(duì)多層基片尤其重要。
本發(fā)明器件中的測量結(jié)構(gòu)比用于介電常數(shù)測量的公知測量結(jié)構(gòu)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，結(jié)構(gòu)的大小得到顯著降低。與環(huán)形諧振器相比較，必要的表面面積在1.8GHz被降低50倍，在2.4GHz被降低20倍且在4.5GHz被降低約6倍。其次，無需電容器周圍層上的任何信息可以獲得介電常數(shù)。
本發(fā)明還涉及一種多層基片，所述多層基片具有內(nèi)部導(dǎo)體，提供有用于測量電介質(zhì)介電常數(shù)的測量結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種測試電子器件的方法，所述電子器件包括絕緣體，具有內(nèi)部導(dǎo)體，和電介質(zhì)材料層，所述器件被設(shè)計(jì)成操作在大于100GHz的頻率下，所述方法包括確定具有測量結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)材料層的介電常數(shù)。
這樣的方法和這樣的多層基片例如從D.I.Amey&S.J.Horowitz，“Test Characterise High Frequency Material Properties”，Microwave& RF，August 97以及”Microwave MaterialCharacterisation”，Proc.Int.Symposium on Microelectronics(ISHM)1996，494-499中公知。
在所述公知的方法中使用帶狀線，T形及環(huán)形諧振器作為測量結(jié)構(gòu)，尤其用于高于1GHz的頻率。這樣的諧振器在要被測量的電介質(zhì)層上被提供有特殊的金屬化。其結(jié)果是從測量結(jié)構(gòu)入口到出口被傳遞信號(hào)的量值。
所述公知結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是電場被擴(kuò)展到多層基片的全部層。諧振頻率的位置和諧振曲線的寬度取決于多層堆疊中全部層的層厚度和類型。當(dāng)測量時(shí)，因此必要地是首先計(jì)算環(huán)境貢獻(xiàn)，也被稱為有效介電常數(shù)。僅在此之后，可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)有效介電常數(shù)與真正結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，其相當(dāng)復(fù)雜。
因此本發(fā)明的第三目的是提供引言中所提及類型的具有改善測量結(jié)構(gòu)的多層基片。
本發(fā)明的第四目的是提供一種較不復(fù)雜且提供直接結(jié)果的測量方法。
所述第三目的得到實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗ň哂械谝缓偷诙姌O及中間電介質(zhì)的電容器；具有第一繞組的電感元件，其中所述第一繞組互連所述電容器的所述第一和第二電極；第一和第二傳輸線，所述線彼此基本上處于平行且從電容上及電感上被耦合到所述電感元件的第一繞組上。
在電感器和電容器的諧振結(jié)構(gòu)中，由來自傳輸線之一的電感和電容耦合提供一個(gè)小信號(hào)。其中的耦合量如此小，以致于LC結(jié)構(gòu)幾乎不被影響。這個(gè)信號(hào)到第二傳輸線的傳輸作為頻率的函數(shù)被加以測量。在諧振頻率處發(fā)生強(qiáng)的傳輸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個(gè)諧振的位置受電容器的影響。這在低頻率下可被預(yù)料到，但是對(duì)于RF應(yīng)用卻是未預(yù)料到的。通過與參考值相比較，電容器的質(zhì)量可得到控制。這對(duì)多層基片尤其重要。
本發(fā)明器件中的測量結(jié)構(gòu)比用于介電常數(shù)或其它是介質(zhì)特性測量的公知測量結(jié)構(gòu)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，結(jié)構(gòu)的大小得到顯著降低。與環(huán)形諧振器相比較，必要的表面面積在1.8GHz被降低50倍，在2.4GHz被降低20倍且在4.5GHz被降低約6倍。鑒于環(huán)形諧振器具有厘米數(shù)量級(jí)的直徑，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以被提供在約0.3*0.3cm的表面面積上，或多或少頻率無關(guān)。其次，無需電容器周圍層上的任何信息可以獲得介電常數(shù)。在這種情況下電場僅存在于電容器的電極之間。
優(yōu)選地基片被提供有第一和第二金屬膜，所述第一金屬膜包括電容器的第一電極和電感元件的第一繞組，所述第二金屬膜包括電容器的第二電極和傳輸線，所述第一和第二金屬膜通過構(gòu)成電容器電介質(zhì)的電介質(zhì)材料的電介質(zhì)膜被相互分開，以及電介質(zhì)材料的分離層至少存在于電感元件的第一繞組和傳輸線之間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)非常適用于這個(gè)目的。在另一個(gè)實(shí)施例中，分離層在第一金屬層上的垂直投影部分地落入電容器的第一電極。
第四目的得到實(shí)現(xiàn)，這是由于根據(jù)本發(fā)明的所述器件或多層基片被加以測試，且其測量結(jié)構(gòu)被用來測量諧振頻率，所述諧振頻率被與參考值比較且被轉(zhuǎn)化成希望的數(shù)量，如介電常數(shù)或介電損耗。在電容器和電感的表面面積在參考和測量時(shí)相同的條件下，利用(ε/d)device＝(ε/d)reference(fres，reference/fres，device)2，諧振頻率fres到介電常數(shù)ε或電介質(zhì)厚度ε/d的轉(zhuǎn)化得到實(shí)現(xiàn)。在此，下標(biāo)參考指示參考值且下標(biāo)器件指示實(shí)際上被測量的樣品值。有關(guān)介電損耗(正常地被表達(dá)為tanδ)的數(shù)據(jù)可以從諧振頻率和諧振寬度Δf3dB獲得tanδ＝(Δf3dB/fres)device-(1/Q)metal，reference，其中Q是參考金屬膜的Q因子。其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和實(shí)施例對(duì)技術(shù)人員將是清楚的。
現(xiàn)在將借助于實(shí)施例和附圖更詳細(xì)地解釋電子器件及制造方法的這些和其它方面。附圖是示意性表示，并沒有按照比例畫出，其中相似的數(shù)字指示相似的部件。在所述附圖中

圖1是所述器件的示意性斷面圖；圖2示出非平坦化基片的粗糙度輪廓；圖3示出涂有第一金屬膜的基片的粗糙度輪廓；圖4a和4b是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電極層的示意性頂俯視圖；圖5示出等效于圖4實(shí)施例的電力圖；圖6是第二實(shí)施例的示意性斷面圖；以及圖7示出第二實(shí)施例的電路圖。
圖1中所示的電子器件10包括具有表面2的基片1。基片1包括氧化鋁。存在于表面2上的是第一金屬膜3，其包括銅且其具有5微米的厚度。圖2示出非平坦化基片1的粗糙度輪廓。兩個(gè)斷面圖均借助于原子力顯微術(shù)(Atomic Force Microscopy)已經(jīng)被獲得。斷面的長度被繪畫在x軸上。表面的高度被繪畫在y軸上。所述圖給出基片粗糙度的印象；應(yīng)該注意到x軸的比例小于y軸的比例。非平坦化基片1的表面2展示出范圍在500和1900nm之間的高度變化。使表面成峰狀，峰值具有1-4微米數(shù)量級(jí)的寬度。峰值的梯度處于每微米長度400-800nm的數(shù)量級(jí)。第一電極層3的表面展示出范圍在700和1650nm之間的高度變化。表面逐漸傾斜，具有每微米70nm數(shù)量級(jí)的梯度。極端相隔開約10微米。在比較兩個(gè)表面時(shí)，出現(xiàn)第一金屬膜3平坦化(planarize)基片1的表面2。
正如圖1所示，第一金屬膜3被涂有電介質(zhì)膜4，在這種情況下所述電介質(zhì)膜4包括具有6.5相對(duì)介電常數(shù)的SiNx且其具有400nm的厚度。存在于電介質(zhì)膜4上的是分離層5，在這種情況下所述分離層5包括具有2.7相對(duì)介電常數(shù)的苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)且其具有10微米的厚度。存在于分離層5上的是第二金屬層6，所述第二金屬層6包括銅且其具有約5微米的厚度。金屬膜3，6，電介質(zhì)膜4及分離層5全部根據(jù)所希望的圖案被圖案化，使電感元件11，電容器12和通路13被限定。
電感元件11包括在第一金屬膜3內(nèi)的第一部分21和在第二金屬膜6內(nèi)的第二部分22。由于第二部分22基本上與第一部分21在第一金屬膜3上的垂直投影相重疊，在這種情況下基本上重合，所以所述第一和第二部分21，22被電感性地耦合。由于在所述部分之間的分離層5的存在，所以在電感元件11的第一和第二部分21，22之間沒有或至少?zèng)]有顯著的電容耦合。電介質(zhì)膜4也存在，但是其對(duì)所述兩個(gè)部分21，22之間電容的影響僅是小的。
電容器12包括分別存在于第一和第二金屬膜3，6中的第一和第二電容器電極31，32。由電介質(zhì)膜4組成的電介質(zhì)33存在于電容器12的下部和上部電極31，32之間。上部電極32下表面82的一部分與電介質(zhì)膜4相接觸，且另一部分與分離層5相接觸。下表面82被完全放置在下部電極31的上表面81上。
通路13被形成在其中分離層5和電介質(zhì)膜4均已經(jīng)通過圖案化被去除的地方。
實(shí)施例1圖1中被示出的器件以下述方法被形成。基片1的表面2借助于濺射技術(shù)被涂有厚度為200nm的銅種子層。然后光致抗蝕劑被淀積，經(jīng)由第一掩模被曝光且被顯影。緊接這之后，借助于電鍍過程銅被生長在其上。所述器件-目前它已經(jīng)被形成-為此被浸入在包含Cu2+離子、相反離子和拋光劑的水池內(nèi)。借助于電化(galvanic)銅被分離。作為添加拋光劑的結(jié)果，銅的粒度大小維持有限的。結(jié)果是，具有光滑上表面的銅膜被獲得。
在完成電鍍過程之后及第一金屬膜3已經(jīng)以所希望的圖案被形成之后，光致抗蝕劑和存在于所述光致抗蝕劑下面的種子層被去除。金屬膜3的表面被清潔。借助于光致抗蝕劑，曝光等，SiNx的電介質(zhì)膜4被淀積且被圖案化。然后分離層5被旋轉(zhuǎn)涂層于其上。分離層5是包括光敏部件的苯并環(huán)丁烯層。分離層5被干燥且在曝光之后以通常用于苯并環(huán)丁烯的方式被顯影。由于苯并環(huán)丁烯具有平坦化效果，所以拋光沒有必要。隨后，第二金屬膜6以同第一金屬膜3相同的方法被淀積。
所述器件10現(xiàn)在是完整的。如果粘接墊并不需要，則Au膜可被涂到第二金屬膜6上。并不要求在第二金屬膜6與Au膜之間存在阻擋層。
實(shí)施例2以在實(shí)施例1中所說明的方法，基片1的表面2被涂有第一金屬膜3。然后所述器件被放置在等離子加強(qiáng)的化學(xué)蒸氣淀積(PECVD)反應(yīng)器中。在所述反應(yīng)器中，SiO2膜首先經(jīng)由掩模被淀積到200nm的厚度。這是通過淀積處于1∶20或者1∶30比例的三甲基硅烷而完成的。淀積率的范圍對(duì)于硅烷處在10和60sscm之間且對(duì)于N2O處于200和1800sscm之間。溫度的范圍處在150和400℃之間，處于2和10托之間的壓力及處在50和250瓦特(Watt)的RF功率被使用。隨后，所述掩模由第二掩模取代，且兩個(gè)氣體流之間的比率被變化成1∶3至1∶7范圍之間的比率。這導(dǎo)致?lián)诫s甲基的SiO的中間層。淀積速率的范圍對(duì)于硅烷處在10和60sscm之間且對(duì)于N2O處于30和360sscm之間。緊接這以后，旋壓電介質(zhì)，如甲基硅倍半氧烷(silsesquioxane)(MSQ)或氫硅倍半氧烷(silsesquioxane)(HSQ)被淀積。MSQ具有2.9的相對(duì)介電常數(shù)，且其實(shí)驗(yàn)公式是CH3SiO1.5。由于MSQ和PECVD-SiO2沒有被非常好被粘接在一起，所以并未存在于中間層上的MSQ可以被去除。隨后，以在實(shí)施例1中所說明的方法第二金屬層被淀積。
實(shí)施例3以在實(shí)施例1中所說明的方法，基片1的表面2被涂有第一金屬膜3和電介質(zhì)膜4。然后絕緣材料層被淀積在其上且被圖案化，這樣僅有少許支撐結(jié)構(gòu)留下。隨后，光致抗蝕劑，如HPR506，被旋轉(zhuǎn)涂鍍2微米厚度至其上。在所述淀積期間，要確保支撐結(jié)構(gòu)的上側(cè)面與光致抗蝕劑齊平。緊接那后面，第二金屬膜6被淀積且被圖案化。然后通過將所述器件放置在丙酮池光致抗蝕劑被去除。
實(shí)施例4圖4示出根據(jù)本發(fā)明的電子器件10的實(shí)施例。圖5示出圖4的電路等效。圖4a示出第一電極膜3。圖4b示出第二電極膜6。所示的實(shí)施例是平衡-不平衡變換器。所述平衡-不平衡變換器包括電感元件11和電容器12。此外，存在接地的圖案15，以及門41，42，43，44。電感元件11的第二繞組22經(jīng)由門44被連接到接地的圖案15。接地的圖案15被大部分地包含在第二金屬膜6內(nèi)。然而，在門41，42，43，圖案15被包含在第一金屬膜3內(nèi)。通路13提供圖案15的部件之間的互連。電感元件11的第一繞組21在第一端23被連接到電容器12的上部電極32。電感元件11的第一繞組21在第二端24被連接到電容器12的下部電極31。借助于通路46門42被連接到電容器12的下部電極31。與第一繞組21的基本重疊發(fā)生在電感元件11的第二繞組22在第一金屬膜3上的垂直投影時(shí)。已經(jīng)被獲得的測量結(jié)果被示于表1。
編號(hào) 面積線寬度 Fres(GHz)IL@Fres在Fres的(mm2) (μm) (dB) 相位差單個(gè)/背靠背 (Deg)1 0.5×0.5252.2 1.1-1.3/1.21832 502.2 0.7/0.71833 100 2.3 0.5-0.6/0.61834 0.75×0.75 252.3 1.0-1.3/1.11735 502.1 0.7-0.8/0.61836 100 2.2 0.5/0.41827 1.0×1.0252.3 1.3-1.8/1.51858 502.1 0.6-0.8/0.61849 100 2.2 0.5-0.6/0.318310 100(*) 2.3 0.2/0.3179表1測量的諧振頻率Fres，插入損耗IL(在單個(gè)及背靠背平衡-不平衡變換器上所測量的)，對(duì)于各種電感器面積和線寬度在平衡-不平衡變換器的諧振頻率處的相位差。所指示的測量(*)包括50Ω SMD接觸而不是50ΩSMD探頭。
實(shí)施例5圖6示出根據(jù)本發(fā)明的器件10的第二實(shí)施例。在這種情況下，電介質(zhì)材料優(yōu)選地為二氧化硅SiOx，借助于等離子加強(qiáng)化學(xué)蒸氣淀積其已經(jīng)被淀積到1.0微米的厚度。在分離層5的淀積之前，支撐結(jié)構(gòu)25由光致抗蝕劑材料，如HPR506而形成。然后Al的第二電極膜6被淀積。所述膜被涂有光致抗蝕劑，其根據(jù)所希望的圖案被顯影。除了電容器12的上部電極32和電感元件11的第二繞組22以外，通道孔26也以這種方法被加以限定。所述Al通過在氯氣等離子中的干燥侵蝕被去除。然后，光致抗蝕劑被去除。緊接此后，借助于包括NH4F，醋酸，乙二醇和水的刻蝕劑，二氧化硅被去除。這隨后接著是用水清洗并且用異丙醇干燥。
結(jié)果是包括電感元件11，薄膜電容器12，通路13和微機(jī)電(MEMS)元件18的器件。所述MEMS元件18包括在第一金屬膜3內(nèi)的MEMS電極38和在第二金屬膜6內(nèi)的第二MEMS電極39。存在于MEMS電極38，39之間的是電介質(zhì)膜4和空氣層。MEMS元件18通過通路13被穩(wěn)定。
圖7示出結(jié)合有MEMS元件18的根據(jù)本發(fā)明器件的電力圖。在這種情況下，所述器件50是RF前端，其包括功率放大器55，薄膜電容器12，電感元件11和天線56。MEMS元件形成阻抗匹配電路57的部分。MEMS元件18使能在這個(gè)應(yīng)用中的輸出阻抗的調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種制造包括基片(1)的電子器件(10，50)的方法，所述基片帶有在其表面(2)上的電容器(12)和電感元件(11)，所述電容器(12)包括第一電極(31)和第二電極(32)以及中間電介質(zhì)(33)，以及所述電感元件(11)包括第一繞組(21)，所述方法包括下述步驟在基片(1)的表面(2)上提供第一金屬膜(3)，其中所述第一金屬膜(3)被限定電容器(12)的第一電極(31)及電感元件(11)的第一繞組(21)；在所述第一金屬膜(3)上提供電介質(zhì)材料的電介質(zhì)膜(4)；在所述電介質(zhì)膜(4)上以所希望的圖案提供電介質(zhì)材料的分離層(5)，以便于所述分離層(5)覆蓋第一繞組(21)并且分離層(5)在第一金屬膜(3)上的垂直投影部分地落入第一電極(31)內(nèi)；以及在所述電介質(zhì)膜(4)和分離層(5)上提供第二金屬膜(6)，其中所述第二金屬膜(6)被限定電容器(12)的第二電極(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過施加種子層并且利用電鍍將所述膜(3，6)生長到所希望的厚度來提供所述第一和第二金屬膜(3，6)。
3.一種電子器件(10，50)包括電容器(12)和電感元件(11)，所述電容器(12)包括第一電極(31)和第二電極(32)及中間電介質(zhì)(33)，并且所述電感元件(11)包括第一繞組(21)，所述器件(10，50)包括一基片(1)，在所述基片的(1)的表面(2)上存在第一金屬膜(3)，其中所述電感元件(11)的第一繞組(21)及所述電容器(12)的第一電極(31)被限定；第二金屬膜(6)包括所述電容器(12)的第二電極(32)；電介質(zhì)材料的電介質(zhì)膜(4)，其部分是電介質(zhì)(33)，其特征在于第一金屬膜(3)存在于基片表面(2)與電介質(zhì)膜(4)之間并且具有在最小工作頻率下大于透入深度的厚度；電介質(zhì)材料的圖案化分離層(5)存在于所述第一和第二金屬膜(3，6)之間，所述分離層(5)具有比電介質(zhì)膜(4)小的電容密度，以及分離層(5)在所述第一金屬膜(3)上的垂直投影部分地落入電容器(12)的第一電極(31)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電子器件(10，50)，其特征在于電介質(zhì)膜(4)的電容密度至少高于分離層(5)的電容密度十倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的電子器件(10，50)，其特征在于所述電感元件(11)包括第二繞組(22)，其存在于第二金屬膜(6)內(nèi)且通過分離層(5)與第一繞組(21)分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電子器件(10，50)，其特征在于所述第一和第二金屬膜(3，6)每個(gè)均具有大于1微米的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或5的電子器件(10，50)，其特征在于所述基片(1)包括一半導(dǎo)體材料層，其中多個(gè)半導(dǎo)體元件被限定，所述多個(gè)半導(dǎo)體元件被互連以便于形成集成電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的電子器件(50)，其特征在于存在包括第一MEMS電極(38)和第二MEMS電極(39)的微機(jī)電部件(18)，所述第一和第二MEMS電極(38，39)分別存在于所述第一和第二金屬膜(3，6)內(nèi)，并且電介質(zhì)層(4)和空氣層存在于所述第一和第二MEMS電極(38，39)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的電子器件(10)，其特征在于所述電容器(12)和電感元件(11)是測量結(jié)構(gòu)的一部分，其中所述電感元件(11)的第一繞組(21)互連所述電容器(12)的第一和第二電極(31，32)，以及所述測量結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括第一和第二傳輸線，所述線被限定在所述第二金屬膜(6)內(nèi)，其基本上彼此處于平行且所述線在第一金屬膜(3)上的垂直投影與第一繞組(21)重疊。
10.一種具有被提供有用于測量電介質(zhì)介電常數(shù)的測量結(jié)構(gòu)的內(nèi)部導(dǎo)體的多層基片包括具有第一和第二電極(31，32)及中間電介質(zhì)的電容器(12)，具有第一繞組(21)的電感元件(11)，其中所述第一繞組(21)互連所述電容器(12)的第一和第二電極(31，32)；第一和第二傳輸線，所述線彼此處于平行且從電容及電感上被耦合到所述電感元件(11)的第一繞組(21)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的多層基片，其特征在于所述基片被提供有第一和第二金屬膜(3，6)，所述第一金屬膜(3)包括電容器(12)的第一電極(31)及電感元件(11)的第一繞組(21)，所述第二金屬膜包括電容器(12)的第二電極(32)及傳輸線，所述第一和第二金屬膜(3，6)通過構(gòu)成電容器電介質(zhì)(33)的電介質(zhì)材料的電介質(zhì)膜(4)被相互分開，并且電介質(zhì)材料的分離層(5)至少存在于電感元件(11)的第一繞組(21)與傳輸線之間。
12.一種測試包括帶有內(nèi)部導(dǎo)體和電介質(zhì)材料層的絕緣體的電子器件的方法，所述器件被設(shè)計(jì)成操作在大于100MHz的頻率下，所述方法包括利用測量結(jié)構(gòu)對(duì)電介質(zhì)材料層的介電性能的確定，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求9的所述器件(10)或根據(jù)權(quán)利要求10的所述多層基片被測試且其測量結(jié)構(gòu)被用來測量諧振頻率，所述諧振頻率通過與參考值相比較被轉(zhuǎn)換成介電性能如電介質(zhì)膜(4)的介電常數(shù)和介電損耗。
全文摘要
電子器件(10)包括電容器(12)和電感器(11)且存在于具有非平坦化表面(2)的基片(1)上。這是在電感器(11)的繞組(21)具有至少1微米的厚度并且具有平坦化上表面(81)時(shí)而被實(shí)現(xiàn)的。電容器(12)的上部電極(32)存在于第二電極層(6)內(nèi)且具有下表面(82)，所述下表面(82)較下部電極(31)的上表面(81)與基片(1)相隔較大的距離。第二電極層(6)優(yōu)選地包括電感器(11)的第二繞組(22)。所述電子器件(10)適合于在高頻率下使用。
文檔編號(hào)H01F27/00GK1541444SQ02815877
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2002年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月14日
發(fā)明者J·T·M·范比克, T·G·S·M·里克斯, M·K·馬特斯卡梅爾, H·A·范埃斯奇, J T M 范比克, S M 里克斯, 范埃斯奇, 馬特斯卡梅爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司