一种光控集成片上电感的制作方法

本专利属于微电子器件技术领域，涉及一种光控集成片上电感。

背景技术：

片上电感是射频集成电路的基础无源器件，其形状如图1所示，实现电能到磁能的转换与存储，广泛应用于低噪声放大器、压控振荡器、混频器、滤波器等各类射频前端模块中，构成无线通信的基础。然而片上电感是一个固定的线圈，其线圈的形状、尺寸、导线的线径、匝数等都是已经确定了的，在频率一定的条件下，片上电感的感值只能是一个确定值，并不能发生改变。电感受着金属自身的欧姆损耗、半导体衬底的涡流损耗、介质耦合电容等众多寄生效应的作用，电感在高频下大量的电磁损耗，使电感的品质因素q大大降低，导致电路频率稳定性差，噪声水平高等问题，使整体电路性能大打折扣。另外，随着器件性能的多样化，由光控制电感感值的变化成为了电感发展的一种方向。

光控片上电感采用光磁材料薄膜与金属导线复合作为片上电感的导体材料，可以使片上电感的电感值在固定频率下受光控制，金属导线上的光磁材料薄膜可以感应光照强度的变化，引起自身磁导率发生改变，此时光磁材料自身磁导率与金属导线的磁导率相差明显，会明显改变线圈整体的磁导率，使电感的电感值随之产生变化。

光控片上电感的金属导线采用铜，其导电性能高，在工作时可以减小金属自身的欧姆损耗。在电感线圈与衬底之间添加绝缘层隔离电磁损耗，减小硅衬底的涡流损耗，提高片上电感的品质因素，改善电路频率的稳定性，提高了电路的整体性能。

技术实现要素：

本专利的目的在于提供一种光控集成片上电感，该电感感值受到光照的控制，由光改变电感的感值，其剖面图如图2所示，1为光磁材料，2为金属导线，3为电感底部电极，4为二氧化硅隔离层，5为硅基衬底。

为了达到目的，本专利提供的技术方案如下：

一种光控集成片上电感，采用光磁材料复合膜作为电感线圈材料：所述光磁材料复合膜由光磁材料层和金属导电层依次叠加组成，所选用的光磁材料应具有较高的导电性能，在光照时导电率稳定，磁导率随光照变化可逆等特点，光控电感依附于衬底之上，在衬底与线圈之间添加绝缘层进行隔离。

所述金属导电层采用高导电性金属材料铜。电感线圈与衬底之间需要添加绝缘介质进行隔离，绝缘介质材料采用二氧化硅。

本专利的基本思想是高导电性能金属导线与光磁材料共同组成电感线圈材料，将光磁材料薄膜附着于金属导线上，光磁材料能够感应光照，在接受光照的同时自身的磁导率发生变化，从而使线圈整体的磁导率发生变化，电感的电感值会因此发生改变。高导电性能金属导线能降低电感线圈自身的欧姆损耗，电感线圈与衬底之间添加二氧化硅绝缘层能降低衬底的涡流损耗，能够有效提高电感的品质因数。

附图说明

图1为光控集成片上电感的俯视图。

图2为光控集成片上电感的剖面图。

具体实施方式

光控集成片上电感的制作步骤如下所示。

选定一片硅片，通过热氧化过程在硅片上生成二氧化硅层。

电感线圈的底部电极使用铜材料，通过电镀形成在二氧化硅层上。

为了隔离底部和顶部电极，使用等离子体增强化学气相沉积（pecvd）方法，在底部电极上再沉积一层二氧化硅。

电感线圈的制作采用大马士革工艺，通过反应离子工艺对介质层进行刻蚀，形成金属布线凹槽。

然后通过电镀工艺电镀一层完全填充凹槽并覆盖整个硅片的金属铜，通过淀积方式在铜表面形成一层光磁材料层。

最后通过化学机械抛光（cmp）将金属布线凹槽以外的铜和光磁材料全部磨掉，并剩下目标厚度的“镶嵌”在介质层内的光磁材料复合电感线圈。

技术特征：

技术总结
本专利提出了一种光控集成片上电感，属于微电子器件技术领域。其光控电感结构包括光磁材料，金属导线，二氧化硅隔离层以及硅基衬底。光磁材料线圈层为光控片上电感的主体部分，依附于衬底上，光磁材料感应光照变化，通过自身磁导率的变化来引起线圈整体磁导率发生改变，从而改变电感值。在电感线圈与衬底之间添加了一层二氧化硅绝缘层，用来隔绝衬底的涡流损耗，另外金属导线采用高导电性能材料，减少金属本身的欧姆损耗，这对电感的品质因数的提高有着很大的帮助，同时使电路的整体性能得到了提高。

技术研发人员：唐莹;王玉龙;韦一;彭应全;柏沁园;杨媚
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2019.03.11
技术公布日：2019.05.21