專利名稱：懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電感及其制作工藝，尤其是一種懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感及其制作工藝。屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，由于個人移動通訊、全球定位系統(tǒng)(GPS)及無線計算等無線交流技術(shù)的進步，能耗低、選擇性強、低噪音高頻電子器件(如電感、電容等)的需求量越來越大，同時高頻電子器件的性能也是制約S波段(1-10GHz)軍用雷達性能提高得關(guān)鍵。對電感而言，其關(guān)鍵是提高微電感的Q值及其自諧振頻率。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的集成化、微型化，所以研究高性能片上無源微器件勢在必行，片上無源微器件不僅可與片上電路相集成，而且其體積小，能顯著降低其在片上的所占面積，達到電路高度集成的目的，所以制作性能良好的片上無源微器件成為該領(lǐng)域中有待解決的重大技術(shù)問題之一。
專業(yè)人員通過各種方法來提高微電感的性能，如采用電阻率較小的金屬來制作微電感層，增大襯底電阻，選用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)，或通過微機械的方法來提高電感性能等方法，這些方法能在一定程度上可減小微電感的各種高頻損耗，從而提高微電感的性能，經(jīng)測量微電感的Q值一般在10左右，但這不能很好得滿足實際電路中需要，主要是由于這些方法不能從根本上減小微電感高頻損耗中占主要地位的金屬線圈與襯底間的耦合電容的緣故，金屬線圈與襯底間的耦合電容越大，微電感在高頻時的損耗就越大。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Jae Y等人在《IEEE TRANSACTIONSON MAGNETICS》(VOL.35，NO.5，SEPTEMBER 1999)上發(fā)表了“high Q spiral-typemicro-inductors on silicon substrates(美國電氣電子工程師學(xué)會)”一文，該文提及一種空氣隙懸空微電感，其線圈形狀為方形，其電感量達到10-25nH，其Q值在14-18范圍內(nèi)(其工作頻率在0.1GHz-2GHz范圍內(nèi))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感及其制作工藝。使其從根本上減小微電感金屬線圈與襯底間的電容損耗，使這種新型結(jié)構(gòu)微電感的性能大大提高。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明由襯底、金屬螺旋線圈、引線、平面波導(dǎo)線組成，平面波導(dǎo)線以及引線設(shè)置在襯底平面上，平面波導(dǎo)線設(shè)置在引線的周圍兩側(cè)，在引線上方設(shè)置金屬螺旋線圈，引線分別與金屬螺旋線圈的內(nèi)、外兩個端點相連接。
具體的，金屬螺旋線圈與襯底之間設(shè)置有支撐體，支撐體一端與金屬螺旋線圈連接，支撐體的另一端與襯底連接，在金屬螺旋線圈與引線連接處設(shè)置有連接體，連接體兩端分別與金屬螺旋線圈和引線相連接。
進一步的，支撐體空間形狀為圓柱體，圓柱體的高度為60μm。支撐體的數(shù)目至少為3個。連接體的空間形狀為圓柱體，圓柱體的高度為60μm。金屬螺旋線圈形狀為平面圓形螺旋線圈。
更具體的，金屬螺旋線圈寬度為50μm。金屬螺旋線圈的導(dǎo)體厚度為5μm。金屬螺旋線圈間距為10μm。金屬螺旋線圈匝數(shù)為2匝。
制造懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的工藝具體如下1)襯底基片的表面清洗處理；2)淀積Cr/Cu種子層；Cr/Cu種子層的厚度為80nm；3)甩膠，在Cr/Cu種子層上方甩第一層光刻膠，第一層光刻膠厚度為7μm，將襯底基片烘干；烘干工藝的溫度為95℃，烘干工藝的時間為0.5小時；4)曝光與顯影，基片烘干后經(jīng)曝光與顯影得到底層引線和連接塊以及所述支撐柱圖形；5)電鍍，電鍍第一層銅；第一層銅的厚度為5μm；6)去膠及種子層，將襯底基片上的第一層光刻膠與Cr/Cu種子層去除；7)甩膠，在基片上再甩第二層光刻膠，第二層光刻膠厚度為60μm；在烘干工藝中，烘干溫度為95℃，烘干時間為3小時；8)曝光與顯影，基片經(jīng)過曝光與顯影后得到支撐體與連接塊的圖形；
9)電鍍，電鍍第二層銅；第二層銅的厚度為55μm；10)濺射銅種子層；銅種子層厚度為80nm；11)甩膠，在Cu種子層上再甩第三層光刻膠；第三層光刻膠的厚度為7μm，第三層光刻膠烘干溫度為90℃，烘干時間為0.5小時，12)曝光與顯影，光刻出微電感線圈圖形；13)電鍍，電鍍第三層銅之后得到微電感銅線圈；14)去膠，利用丙酮將襯底基片上所有光刻膠去除，同時利用超聲波清洗干凈后得到懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明由于將微電感線圈制作在襯底的上方，使微電感金屬線圈與襯底之間的耦合電容大大減少，使微電感在高頻時由于這種耦合電容引起的損耗大大降低，從而可以很大程度上提高微電感的高頻性能。經(jīng)測量當金屬螺旋線圈寬度為50μm，金屬螺旋線圈的導(dǎo)體厚度為5μm，金屬螺旋線圈間距為10μm，金屬螺旋線圈匝數(shù)為2匝時，這種結(jié)構(gòu)的微電感在4GHz附近電感量達到3.7nH，其Q值可達到40，性能遠遠高于相同參數(shù)的平面微電感。


圖1懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感結(jié)構(gòu)示意俯視2懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感結(jié)構(gòu)示意側(cè)視3制作懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感工藝流程示意圖。
其中1為襯底；2為引線；3是金屬螺旋線圈；4是支撐體；5為連接體；6是平面波導(dǎo)線。其中7為玻璃基片；8為Cr/Cu種子層；9是第一層光刻膠；10是第一層銅；11為第二層光刻膠；12是第二層銅；13為銅種子層；14為第三層光刻膠；15是微電感線圈圖形；16是第三層銅；17微電感線圈。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明由襯底1、引線2、金屬螺旋線圈3、平面波導(dǎo)線6組成，平面波導(dǎo)線6以及引線2設(shè)置在襯底1平面上，平面波導(dǎo)線6設(shè)置在引線2的周圍兩側(cè)，在引線2上方設(shè)置金屬螺旋線圈3，引線2分別與金屬螺旋線圈3的內(nèi)、外兩個端點相連接。金屬螺旋線圈3與襯底1之間設(shè)置有支撐體4，支撐體4分布在金屬螺旋線圈3各條導(dǎo)線中端，支撐體4一端與金屬螺旋線圈3連接，支撐體4的另一端與襯底1連接，在金屬螺旋線圈3與引線2連接處設(shè)置有連接體5，連接體5兩端分別與金屬螺旋線圈3和引線1相連接。
支撐體4空間形狀為圓柱體，圓柱體的高度為60μm，支撐體4的數(shù)目至少為三個。
連接體5的空間形狀為圓柱體，圓柱體的高度為60μm。
金屬螺旋線圈3形狀為平面圓形的螺旋線圈，金屬螺旋線圈3寬度為50μm，金屬螺旋線圈3的導(dǎo)體厚度為5μm，金屬螺旋線圈3導(dǎo)線間距為10μm，金屬螺旋線圈3匝數(shù)為2匝。
如圖3所示，制造所述懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的工藝，具體的(1)襯底基片7的表面清洗處理；(2)淀積Cr/Cu種子層8，所述Cr/Cu種子層8的厚度為80nm；(3)甩膠，在所述Cr/Cu種子層8上方甩第一層光刻膠9，所述第一層光刻膠9厚度為7μm，將所述襯底基片7烘干，所述烘干工藝的溫度為95℃，所述烘干工藝的時間為0.5小時；(4)曝光與顯影，所述基片7烘干后經(jīng)曝光與顯影得到所述底層引線和所述連接塊以及所述支撐柱圖形；(5)電鍍，電鍍第一層銅10，所述第一層銅10的厚度為5μm；(6)去膠及種子層，將所述襯底基片7上的第一層光刻膠9與所述Cr/Cu種子層8去除；(7)甩膠，在所述基片7上再甩第二層光刻膠11，所述第二層光刻膠11厚度為60μm，在烘干工藝中，所述的烘干溫度為95℃，所述的烘干時間為3小時；(8)曝光與顯影，所述基片7經(jīng)過曝光與顯影后得到所述的支撐柱與所述連接塊的圖形；(9)電鍍，電鍍第二層銅12，所述的第二層銅12的厚度為55μm；(10)濺射銅種子層13，所述銅種子層13厚度為80nm(11)甩膠，在所述Cu種子層13上再甩第三層光刻膠14，所述第三層光刻膠14的厚度為7μm，所述第三層光刻膠14烘干溫度為90℃，烘干時間為0.5小時，(12)曝光與顯影，光刻出所述微電感線圈圖形15；(13)電鍍，電鍍第三層銅16之后得到所述微電感銅線圈17；(14)去膠，利用丙酮將所述襯底基片上所有光刻膠去除，同時利用超聲波清洗干凈后得到所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感。
權(quán)利要求
1.一種懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感，包括襯底(1)、引線(2)、金屬螺旋線圈(3)、平面波導(dǎo)線(6)，其特征在于，還包括支撐體(4)、連接體(5)，金屬螺旋線圈(3)與襯底(1)之間設(shè)置有支撐體(4)，支撐體(4)一端與金屬螺旋線圈(3)連接，支撐體(4)的另一端與襯底(1)連接，在金屬螺旋線圈(3)與引線(2)連接處設(shè)置有連接體(5)，連接體(5)兩端分別與金屬螺旋線圈(3)和引線(1)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感，其特征是，支撐體(4)空間形狀為圓柱體，圓柱體的高度為60μm，支撐體(4)的數(shù)目至少為三個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感，其特征是，連接體(5)的空間形狀為圓柱體，圓柱體的高度為60μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感，其特征是，金屬螺旋線圈(3)形狀為平面圓形的螺旋線圈，金屬螺旋線圈(3)寬度為50μm，金屬螺旋線圈(3)的導(dǎo)體厚度為5μm，金屬螺旋線圈(3)間距為10μm，金屬螺旋線圈(3)匝數(shù)為2匝。
5.一種懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征在于，制造懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的工藝具體如下1)襯底基片(7)的表面清洗處理；2)淀積Cr/Cu種子層(8)；3)甩膠，在Cr/Cu種子層(8)上方甩第一層光刻膠(9)，第一層光刻膠(9)厚度為7μm，將襯底基片(7)烘干；4)曝光與顯影，基片(7)烘干后經(jīng)曝光與顯影得到底層引線(2)和連接塊(5)以及支撐柱圖形；5)電鍍，電鍍第一層銅(10)；6)去膠及種子層，將襯底基片(7)上的第一層光刻膠(9)與Cr/Cu種子層(8)去除；7)甩膠，在基片(7)上再甩第二層光刻膠(11)，第二層光刻膠(11)厚度為60μm，在烘干工藝中；8)曝光與顯影，基片(7)經(jīng)過曝光與顯影后得到支撐體(4)與連接體(5)的圖形；9)電鍍，電鍍第二層銅(12)；10)濺射銅種子層(13)；11)甩膠，在銅種子層(13)上再甩第三層光刻膠(14)；12)曝光與顯影，光刻出微電感線圈圖形(15)；13)電鍍，電鍍第三層銅(16)之后得到微電感銅線圈(17)；14)去膠，利用丙酮將襯底基片(7)上所有光刻膠去除，同時利用超聲波清洗干凈后得到懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征是，步驟2)淀積Cr/Cu種子層(8)，所述的Cr/Cu種子層(8)的厚度為80nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征是，步驟3)甩膠，所述的烘干工藝的溫度為95℃，所述的烘干工藝的時間為0.5小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征是，步驟5)電鍍，所述的第一層銅(10)的厚度為5μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征是，步驟7)甩膠，所述的烘干溫度為95℃，所述的烘干時間為3小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征是，步驟9)電鍍，所述的第二層銅(12)的厚度為55μm。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征是，步驟10)濺射銅種子層(13)，所述的銅種子層(13)厚度為80nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感的制作工藝，其特征是，步驟11)甩膠，所述的第三層光刻膠(14)的厚度為7μm，第三層光刻膠(14)烘干溫度為90℃，烘干時間為0.5小時。
全文摘要
一種懸空結(jié)構(gòu)射頻微電感及其制作工藝。屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。包括襯底、金屬螺旋線圈、引線、支撐體、連接體、平面波導(dǎo)線，金屬螺旋線圈與襯底之間設(shè)置有支撐體，支撐體一端與所述的金屬螺旋線圈連接，支撐體的另一端與襯底連接，在金屬螺旋線圈與引線連接處設(shè)置有連接體，連接體兩端分別與金屬螺旋線圈和引線相連接。工藝具體如下(1)襯底基片清洗處理；(2)淀積Cr/Cu種子層；(3)甩膠；(4)曝光與顯影；(5)電鍍；(6)去膠及種子層；(7)甩膠；(8)曝光與顯影；(9)電鍍；(10)濺射銅種子層；(11)甩膠；(12)曝光與顯影；(13)電鍍；(14)去膠。本發(fā)明使微電感損耗大大降低，性能遠遠高于相同參數(shù)的平面微電感。
文檔編號H01L27/01GK1477655SQ0312927
公開日2004年2月25日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者趙小林, 周勇, 王西寧, 戴旭涵, 蔡炳初 申請人:上海交通大學(xué)