專利名稱：在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在集成電路片內(nèi) 制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代半導(dǎo)體集成電路中，振蕩器作為頻率源的核心部件，是最常用的電路之一。 振蕩器的最重要參數(shù)指標(biāo)是振蕩頻率和相位噪聲，其中振蕩頻率主要由諧振腔(通常也可 稱為選頻回路或諧振器)的諧振頻率控制，相位噪聲主要由諧振腔的品質(zhì)因數(shù)決定。制作 高品質(zhì)因數(shù)的諧振腔是提升振蕩器性能的主要決定因素之一。通常的，在KHz GHz的頻段，晶體或者介質(zhì)能夠提供很高的品質(zhì)因數(shù)，在10GHz 以上頻段，采用腔體波導(dǎo)作為諧振腔，可以獲得很好的品質(zhì)因數(shù)。但是上述諧振腔的體積都 遠(yuǎn)大于單片集成的振蕩器電路的體積，因此單片集成振蕩電路通常采用片內(nèi)電容、電感或 者平面結(jié)構(gòu)波導(dǎo)形成諧振腔，其品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)低于腔體波導(dǎo)諧振腔。在新興的毫米波到THz 頻段，隨著波長(zhǎng)的減小，所需要的波導(dǎo)諧振腔體積相應(yīng)下降，使得在集成電路內(nèi)進(jìn)行制作成 為可能。光刻、金屬圖形淀積、介質(zhì)旋涂或淀積，介質(zhì)刻蝕或者腐蝕都是半導(dǎo)體工藝中的常 見(jiàn)步驟，均具有多種方法或設(shè)備實(shí)現(xiàn)，屬于本行業(yè)人員所熟悉的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的主要目的在于提供一種在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方 法，以使所制作的矩形波導(dǎo)諧振腔能夠用于實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)單片毫米波振蕩器電路。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的 方法，該方法包括步驟101 選擇襯底，在選擇的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔底面 的金屬圖形；步驟102 在形成底面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離在底面金屬圖形之外淀 積的金屬，形成諧振腔的金屬底面；步驟103 在形成諧振腔金屬底面的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影曝光，形成諧 振腔側(cè)壁的金屬圖形；步驟104 淀積并剝離金屬，形成諧振腔的金屬側(cè)壁；步驟105 在形成諧振腔金屬側(cè)壁的襯底上淀積或旋涂一層介質(zhì)材料，并加熱固 化形成介質(zhì)層；步驟106 對(duì)形成的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或腐蝕，直至露出諧振腔側(cè)壁金屬的上邊沿；步驟107 重復(fù)執(zhí)行步驟103至步驟106，形成足夠高度的諧振腔的金屬側(cè)壁；
步驟108 在形成金屬側(cè)壁的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔頂面的 金屬圖形；步驟109 在形成頂面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離在頂面金屬圖形之外淀 積的金屬，形成諧振腔的金屬頂面。上述方案中，步驟101中所述襯底為半導(dǎo)體材料襯底，或者為陶瓷基片；所述在襯 底上旋涂的光刻膠為AZ5214膠。上述方案中，步驟102中所述在形成底面金屬圖形的襯底上淀積的金屬為金、鋁 或銅，淀積方式采用金屬蒸發(fā)、濺射或電鍍，金屬的厚度為3um。上述方案中，步驟103中所述旋涂的光刻膠為AZ6420膠，旋涂光刻膠的厚度為 lOum，在光刻顯影曝光形成諧振腔側(cè)壁的金屬圖形時(shí)，利用厚膠底部發(fā)生光線散射擴(kuò)寬的 特性，采用增加曝光的方式使得圖形開口形成倒梯形，對(duì)所淀積的金屬起到切斷功能，使側(cè) 壁金屬淀積之后更易于剝離。上述方案中，步驟104中所述淀積的金屬為金、鋁或銅，淀積方式采用金屬蒸發(fā)、 濺射或電鍍。上述方案中，步驟105中所述在形成諧振腔金屬側(cè)壁的襯底上淀積或旋涂的介質(zhì) 材料為BCB或PI膠。上述方案中，步驟106中所述對(duì)形成的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，采用反應(yīng)離子刻蝕方法， 利用四氟化碳和氧氣進(jìn)行刻蝕。上述方案中，步驟108中所述在襯底上旋涂的光刻膠為AZ5214膠。上述方案中，步驟109中所述在形成頂面金屬圖形的襯底上淀積的金屬為金、鋁 或銅，淀積方式采用金屬蒸發(fā)、濺射或電鍍，金屬的厚度為3um。(三)有益效果1、本發(fā)明提供的這種在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，在半導(dǎo) 體電路襯底上集成矩形波導(dǎo)諧振腔，所采用的工藝步驟與常規(guī)半導(dǎo)體工藝兼容，制作的矩 形波導(dǎo)諧振腔作為集成元件，可以與同時(shí)制作的常規(guī)半導(dǎo)體集成器件相互連接形成集成電 路，利用矩形波導(dǎo)諧振腔所提供的高品質(zhì)因數(shù)，可以制作高質(zhì)量的單片毫米波振蕩器。2、本發(fā)明提供的這種在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，所制作的 矩形波導(dǎo)諧振腔可以通過(guò)設(shè)置側(cè)壁金屬光刻版圖，制作成為終端開路、短路，以及諧振腔腔 體中間生長(zhǎng)與側(cè)壁平行的金屬立柱的多種樣式，用于不同的調(diào)諧需求。


圖1是本發(fā)明提供的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法流程圖；圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的工藝流程 圖；圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例在集成電路片內(nèi)制作的集成矩形波導(dǎo)諧振腔的結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照
5附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法流程圖，該方法包括步驟101 選擇襯底，在選擇的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔底面 的金屬圖形；步驟102 在形成底面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離在底面金屬圖形之外淀 積的金屬，形成諧振腔的金屬底面；步驟103 在形成諧振腔金屬底面的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影曝光，形成諧 振腔側(cè)壁的金屬圖形；步驟104 淀積并剝離金屬，形成諧振腔的金屬側(cè)壁；步驟105 在形成諧振腔金屬側(cè)壁的襯底上淀積或旋涂一層介質(zhì)材料，并加熱固 化形成介質(zhì)層；步驟106 對(duì)形成的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或腐蝕，直至露出諧振腔側(cè)壁金屬的上邊沿；步驟107 重復(fù)執(zhí)行步驟103至步驟106，形成足夠高度的諧振腔的金屬側(cè)壁；步驟108 在形成金屬側(cè)壁的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔頂面的 金屬圖形；步驟109 在形成頂面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離在頂面金屬圖形之外淀 積的金屬，形成諧振腔的金屬頂面。如圖2所示，圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔 的工藝流程圖，具體包括以下步驟201，選擇襯底；所選擇的襯底可以為半導(dǎo)體材料襯底，也可以為陶瓷基片，襯底表 面允許存在淀積半導(dǎo)體工藝中常用介質(zhì)和材料層。202，在選擇的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔底面金屬圖形；本例中 以金屬剝離工藝為例制作諧振腔底面金屬圖形，選擇AZ5214膠，AZ5214為反轉(zhuǎn)膠，適用于 金屬剝離工藝。常用金屬圖形淀積工藝及其對(duì)應(yīng)的光刻膠均可選用。203，完成矩形波導(dǎo)諧振腔底面金屬圖形光刻后的狀態(tài)。204，在形成諧振腔底面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離諧振腔底面金屬圖形之 外淀積的金屬，形成諧振腔金屬底面；在本例中包括金屬生長(zhǎng)和金屬剝離步驟。根據(jù)諧振腔 工作頻率，本例中選擇金屬厚度為3um。205，完成矩形波導(dǎo)諧振腔底面金屬圖形制作后的狀態(tài)。206，再次在襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影曝光，形成矩形波導(dǎo)諧振腔側(cè)壁金屬 圖形；所述光刻膠的厚度根據(jù)所需制作的諧振腔高度選擇，本例中選擇AZ6420膠，旋涂厚 度為lOum。AZ4620膠的特征是具有較大的旋涂厚度，且易使用丙酮溶劑去除，適于形成高 度需求較大的諧振腔結(jié)構(gòu)。在曝光過(guò)程中，利用厚膠底部發(fā)生光線散射擴(kuò)寬的特性，采用增 加曝光的方式使得圖形開口形成倒梯形，對(duì)所淀積的金屬起到切斷功能，使側(cè)壁金屬淀積 之后更易于剝離。同時(shí)為保證側(cè)壁強(qiáng)度，光刻膠深寬比不宜過(guò)大，本例選擇在3 1左右。207，完成矩形波導(dǎo)諧振腔側(cè)壁金屬圖形光刻后的狀態(tài)。208，淀積金屬并剝離，形成矩形波導(dǎo)諧振腔金屬側(cè)壁；本例中選擇金屬蒸發(fā)和剝 離工藝實(shí)現(xiàn)，利用步驟206中所控制的倒梯形開口，使金屬剝離易于完成。
209，完成矩形波導(dǎo)諧振腔側(cè)壁金屬圖形制作后的狀態(tài)。210，在形成矩形波導(dǎo)諧振腔金屬側(cè)壁的襯底上淀積或旋涂一層介質(zhì)材料，并加熱 固化，形成可靠的介質(zhì)層。介質(zhì)材料可以為半導(dǎo)體工藝中常用介質(zhì)，介質(zhì)制作可采用淀積或 旋涂的方式。在本例中選擇BCB為介質(zhì)材料，采用旋涂方式，使材料均勻分填充到襯底表211，介質(zhì)填充后，矩形波導(dǎo)諧振腔側(cè)壁及底面被覆蓋的狀態(tài)。212，對(duì)介形成的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或腐蝕，直至矩形波導(dǎo)諧振腔側(cè)壁金屬上邊沿露 出。本例中針對(duì)所用的BCB材料，采用反應(yīng)離子刻蝕方法，利用四氟化碳和氧氣進(jìn)行刻蝕， 至矩形波導(dǎo)諧振腔側(cè)壁金屬上邊沿露出。213，介質(zhì)刻蝕后，矩形波導(dǎo)諧振腔側(cè)壁金屬上邊沿露出的狀態(tài)。213-R，重復(fù)執(zhí)行步驟206至步驟212，形成足夠高度的矩形波導(dǎo)諧振腔金屬側(cè)壁；工藝循環(huán)，從206到213步驟及狀態(tài)的循環(huán)，采用常規(guī)光刻和金屬淀積工藝，進(jìn)行 一次206到213步驟通?？梢陨L(zhǎng)數(shù)微米到數(shù)十微米的側(cè)壁，通過(guò)多次工藝循環(huán)213-R，可 以實(shí)現(xiàn)滿足需求的更大尺度側(cè)壁高度。214，再次旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔頂面金屬圖形；同步驟202，本例 中以金屬剝離工藝為例制作諧振腔底面金屬圖形，選擇AZ5214膠，AZ5214為反轉(zhuǎn)膠，適用 于金屬剝離工藝。常用金屬圖形淀積工藝及其對(duì)應(yīng)的光刻膠均可選用。215，完成矩形波導(dǎo)諧振腔頂面金屬圖形光刻后的狀態(tài)。216，在形成諧振腔頂面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離在諧振腔頂面金屬圖形 之外淀積的金屬，形成諧振腔金屬頂面；同步驟204，在本例中包括金屬生長(zhǎng)和金屬剝離步 驟。根據(jù)諧振腔工作頻率，本例中選擇金屬厚度為3um。217，完成矩形波導(dǎo)諧振腔頂面金屬圖形制作后的狀態(tài)。矩形波導(dǎo)諧振腔的制作工 藝完成。圖3示出了依照本發(fā)明實(shí)施例在集成電路片內(nèi)制作的集成矩形波導(dǎo)諧振腔的結(jié) 構(gòu)示意圖。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在于，該方法包括步驟101選擇襯底，在選擇的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔底面的金屬圖形；步驟102在形成底面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離在底面金屬圖形之外淀積的金屬，形成諧振腔的金屬底面；步驟103在形成諧振腔金屬底面的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影曝光，形成諧振腔側(cè)壁的金屬圖形；步驟104淀積并剝離金屬，形成諧振腔的金屬側(cè)壁；步驟105在形成諧振腔金屬側(cè)壁的襯底上淀積或旋涂一層介質(zhì)材料，并加熱固化形成介質(zhì)層；步驟106對(duì)形成的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或腐蝕，直至露出諧振腔側(cè)壁金屬的上邊沿；步驟107重復(fù)執(zhí)行步驟103至步驟106，形成足夠高度的諧振腔的金屬側(cè)壁；步驟108在形成金屬側(cè)壁的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔頂面的金屬圖形；步驟109在形成頂面金屬圖形的襯底上淀積金屬，剝離在頂面金屬圖形之外淀積的金屬，形成諧振腔的金屬頂面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在 于，步驟101中所述襯底為半導(dǎo)體材料襯底，或者為陶瓷基片；所述在襯底上旋涂的光刻膠 為 AZ5214 膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在 于，步驟102中所述在形成底面金屬圖形的襯底上淀積的金屬為金、鋁或銅，淀積方式采用 金屬蒸發(fā)、濺射或電鍍，金屬的厚度為3um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在 于，步驟103中所述旋涂的光刻膠為AZ6420膠，旋涂光刻膠的厚度為10um，在光刻顯影曝光 形成諧振腔側(cè)壁的金屬圖形時(shí)，利用厚膠底部發(fā)生光線散射擴(kuò)寬的特性，采用增加曝光的 方式使得圖形開口形成倒梯形，對(duì)所淀積的金屬起到切斷功能，使側(cè)壁金屬淀積之后更易 于剝離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在 于，步驟104中所述淀積的金屬為金、鋁或銅，淀積方式采用金屬蒸發(fā)、濺射或電鍍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征 在于，步驟105中所述在形成諧振腔金屬側(cè)壁的襯底上淀積或旋涂的介質(zhì)材料為BCB或PI膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在 于，步驟106中所述對(duì)形成的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，采用反應(yīng)離子刻蝕方法，利用四氟化碳和氧 氣進(jìn)行刻蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在 于，步驟108中所述在襯底上旋涂的光刻膠為AZ5214膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，其特征在 于，步驟109中所述在形成頂面金屬圖形的襯底上淀積的金屬為金、鋁或銅，淀積方式采用金屬蒸發(fā)、濺射或電鍍，金屬的厚度為3um 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在集成電路片內(nèi)制作集成矩形波導(dǎo)諧振腔的方法，包括選擇襯底，在選擇的襯底上旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔底面的金屬圖形；淀積金屬，剝離在底面金屬圖形之外淀積的金屬，形成諧振腔的金屬底面；旋涂光刻膠，并光刻顯影曝光，形成諧振腔側(cè)壁的金屬圖形；淀積并剝離金屬，形成諧振腔的金屬側(cè)壁；淀積或旋涂一層介質(zhì)材料，并加熱固化形成介質(zhì)層；對(duì)形成的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或腐蝕，直至露出諧振腔側(cè)壁金屬的上邊沿；旋涂光刻膠，并光刻顯影，形成諧振腔頂面的金屬圖形；淀積金屬，剝離在頂面金屬圖形之外淀積的金屬，形成諧振腔的金屬頂面。利用本發(fā)明所制作的諧振腔適用與毫米波及更高頻率的高品質(zhì)振蕩器。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101847773SQ200910080918
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者吳旦昱, 王顯泰, 金智 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所