一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体及制作方法
【专利摘要】本发明提供一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体及制作方法，所述器件单元体包括衬底、绝缘氧化层、第一金属层、第一二氧化硅层、第一氮化硅层、聚酰亚胺、第二金属层、第二二氧化硅层和第二氮化硅层，其特征在于：所述第一金属层和聚酰亚胺依次被第一二氧化硅层和第一氮化硅层隔开的，第二金属层和聚酰亚胺依次被第二二氧化硅层和第二氮化硅层隔开的。本发明应用在片上螺旋变压器，铜作为电感线圈，聚酰亚胺作为线圈间介质，采用金属铜与聚酰亚胺之间的阻挡层结构，可以有效防止铜扩散到聚酰亚胺中，提高器件的耐压，改善器件的性能。
【专利说明】
一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体及制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种器件单元体及制作方法，尤其是一种金属铜、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体及制作方法，主要应用在片上螺旋变压器上。
【背景技术】
[0002]随着市场对无线通信、射频识别、移动电视及其它消费类电子设备及系统的需求越来越大，对电子设备的小型化、高性能、低成本、低功耗要求越来越高，因此片上系统(SOC, System On a Chip)激发了人们极大的兴趣。然而，对于工作在较高频率的射频和微波电路系统来讲，高性能无源器件的设计成为了瓶颈之一。
[0003]片上螺旋变压器由两个或者多个片上螺旋电感组成，其基本功能是将初级线圈中的交变电流通过电磁感应耦合到次级线圈中且不会引入太大的功率损耗。在能量传输的同时，初级线圈和次级线圈的阻抗也会发生变化，即线圈不同端口的电压和电流比值发生变化。
[0004]由于铜的高耐电迀移性和低电阻率，变压器线圈使用铜布线替代铝布线成为必然趋势，聚酰亚胺因其具有涂布平坦化、隔离效果好等特性，使其作为介质可以降低金属线圈间电容；由于变压器工作产生高热量，导致铜在接触聚酰亚胺时很容易发生扩散，铜元素的扩散将会降低聚酰亚胺的隔离效果，使上下线圈在高压信号时产生电流，最终容易导致器件烧毁，这样会导致器件击穿电压下降，影响器件性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体及制作方法，此种结构新颖、制作方法简单，可有效防止铜在聚酰亚胺中扩散，提高器件击穿电压，保证器件性能。
[0006]为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是:一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体，所述器件单元体包括衬底、绝缘氧化层、第一金属层、第一二氧化硅层、第一氮化硅层、聚酰亚胺、第二金属层、第二二氧化硅层和第二氮化硅层，其特征在于:所述绝缘氧化层位于衬底上且邻接，所述第一金属层有两个，分别位于器件单元体两端且覆盖在绝缘氧化层上，所述第一二氧化硅层和第一二氧化硅层依次覆盖在绝缘氧化层和部分第一金属层表面，所述聚酰亚胺覆盖在氮化硅表面且分立于器件单元体两侧，所述第二二氧化硅层和第二氮化硅层依次覆盖在聚酰亚胺表面，所述第二金属层有两个，分别位于器件单元体两端，所述左端的第二金属层覆盖在第二氮化硅层上，所述右端的第一金属层上设有金属接触孔，所述右端的第二金属层填充在金属接触孔内。
[0007]作为改进，所述绝缘氧化层的厚度在10nm?100nm之间。
[0008]作为改进，所述第一金属层和第二金属层均为铜，且厚度均为2?4μπι。
[0009]作为改进，所述第一二氧化娃层和第二二氧化娃层的厚度均为40nm 土 4nm。[00?0]作为改进，所述第一氮化娃层和第二氮化娃层的厚度均为150 nm 土 4nm
一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体的制作方法，其特征是，所述器件单元体制作方法包括如下步骤:
步骤一.提供一硅衬底，在所述衬底上生长氧化层，得到绝缘氧化层；
步骤二.在所述绝缘氧化层的表面生长铜膜，通过光刻版遮挡，在铜膜上进行刻蚀得到第一金属层；
步骤三.在所述第一金属层的表面依次淀积第一二氧化硅层和第一氮化硅层；
步骤四.在所述第一氮化硅层上旋涂聚酰亚胺液，经过固化和光刻，显影图形得到聚酰亚胺；
步骤五.在所述聚酰亚胺的表面依次淀积第二二氧化硅层和第二氮化硅层；
步骤六.通过光刻版遮挡，在右端的第一金属层上面进行刻蚀形成金属接触孔；步骤七.在所述金属接触孔内和第二氮化硅层表面生长铜膜，通过光刻版遮挡，在铜膜上进行刻蚀得到第二金属层。
[0011]进一步地，所述铜膜的形成过程是先溅射形成铜子晶，然后沿着子晶的方向通过电镀生长铜膜，最终形成铜膜。
[0012]进一步地，所述聚酰亚胺固化过程中的固化温度为400土 40度。
[0013]从以上描述可以看出，本发明的有益效果在于:针对现有技术存在的缺陷，本发明采用金属铜与聚酰亚胺之间的阻挡层结构，防止铜扩散到聚酰亚胺中，经过反复多次实验，发现增加阻挡层结构可以明显改善高电压下器件被击穿的问题，提高了器件的耐压，改善了器件性能。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的剖面结构示意图。
[0015]图2为本发明制作方法中形成第一金属层的结构示意图。
[0016]图3为本发明制作方法中形成第一层阻挡层的结构示意图。
[0017]图4为本发明制作方法中形成聚酰亚胺的结构示意图。
[0018]图5为本发明制作方法中形成第二层阻挡层的结构示意图。
[0019]图6为本发明制作方法中形成金属接触孔的结构示意图。
[0020]【附图说明】:1_衬底、2-绝缘氧化层、3-第一金属层、4-第一二氧化硅层、5-第一氮化娃层区、6-聚酰亚胺、7-第二金属层、8-第二二氧化娃层、9-第二氮化娃层。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0022]根据附图1所示，本发明所提出的一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体，所述器件单元体包括衬底1、绝缘氧化层2、第一金属层3、第一二氧化硅层4、第一氮化娃层5、聚酰亚胺6、第二金属层7、第二二氧化娃层8和第二氮化娃层9，其特征在于:所述绝缘氧化层2位于衬底I上且邻接，所述第一金属层3有两个，分别位于器件单元体两端且覆盖在绝缘氧化层2上，所述第一二氧化硅层4和第一二氧化硅层5依次覆盖在绝缘氧化层2和部分第一金属层3表面，所述聚酰亚胺6覆盖在氮化硅5表面且分立于器件单元体两侧，所述第二二氧化硅层8和第二氮化硅层9依次覆盖在聚酰亚胺6表面，所述第二金属层7有两个，分别位于器件单元体两端，所述左端的第二金属层7覆盖在第二氮化硅层9上，所述右端的第一金属层3上设有金属接触孔，所述右端的第二金属层7填充在金属接触孔内，所述右端的第一金属层3和右端的第二金属层7是相互连接的。
[0023]所述绝缘氧化层2的厚度在10nm?100nm之间。所述第一金属层3和第二金属层7均为铜，且厚度均为2?4μπι。所述第一二氧化硅层4和第二二氧化硅层8的厚度均为40nm土 4nm。所述第一氮化娃层5和第二氮化娃层9的厚度均为150 nm 土 4nm。
[0024]—种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体的制作方法，所述器件单元体制作方法包括如下步骤:
步骤一.如附图2所示，提供一硅衬底I，在所述衬底I上生长氧化层，得到绝缘氧化层
2；
步骤二.如附图2所示，在所述绝缘氧化层2的表面生长铜膜，通过光刻版遮挡，在铜膜上进行刻蚀得到第一金属层3;
步骤三.如附图3所示，在所述第一金属层3的表面依次淀积第一二氧化硅层4和第一氮化娃层5 ；
步骤四.如附图4所示，在所述第一氮化硅层5上旋涂聚酰亚胺液，经过固化和光刻，显影图形得到聚酰亚胺6;
步骤五.如附图5所示，在所述聚酰亚胺6的表面依次淀积第二二氧化硅层8和第二氮化娃层9 ；
步骤六.如附图6所示，通过光刻版遮挡，在右端的第一金属层3上面进行刻蚀形成金属接触孔；
步骤七.在所述金属接触孔内和第二氮化硅层9表面生长铜膜，通过光刻版遮挡，在铜膜上进行刻蚀得到第二金属层7，最终得到如图1所示结构。
[0025]所述铜膜的形成过程是先溅射形成铜子晶，然后沿着子晶的方向通过电镀生长铜膜，最终形成铜膜。
[0026]所述聚酰亚胺6固化过程中的固化温度为400 土 40度。
[0027]根据附图1所示，第一金属层3和聚酰亚胺6之间依次被第一二氧化硅层4和第一氮化硅层5隔开的，第二金属层7和聚酰亚胺6之间依次被第二二氧化硅层8和第二氮化硅层9隔开的，而器件单元体右端的第一金属层3和右端的第二金属层7是相互连接的，这样当器件工作时，即使产生高热量，该阻挡层结构也能有效阻挡金属铜扩散到聚酰亚胺中，能充分发挥聚酰亚胺的隔离作用，防止高电压下器件被烧毁，进而提高器件耐压，改善器件性能。
[0028]以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体，所述器件单元体包括衬底(I)、绝缘氧化层(2)、第一金属层(3)、第一二氧化娃层(4)、第一氮化娃层(5)、聚酰亚胺(6)、第二金属层(7)、第二二氧化硅层(8)和第二氮化硅层(9)，其特征在于:所述绝缘氧化层(2)位于衬底(I)上且邻接，所述第一金属层(3)有两个，分别位于器件单元体两端且覆盖在绝缘氧化层(2)上，所述第一二氧化硅层(4)和第一二氧化硅层(5)依次覆盖在绝缘氧化层(2)和部分第一金属层(3)表面，所述聚酰亚胺(6)覆盖在氮化硅(5)表面且分立于器件单元体两侧，所述第二二氧化硅层(8)和第二氮化硅层(9)依次覆盖在聚酰亚胺(6)表面，所述第二金属层(7)有两个，分别位于器件单元体两端，所述左端的第二金属层(7)覆盖在第二氮化硅层(9)上，所述右端的第一金属层(3)上设有金属接触孔，所述右端的第二金属层(7)填充在金属接触孔内。2.根据权利要求1所述包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体，其特征在于:所述绝缘氧化层(2)的厚度在10nm ~ 100nm之间。3.根据权利要求1所述包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体，其特征在于:所述第一金属层(3)和第二金属层(7)均为铜，且厚度均为2?4μπι。4.根据权利要求1所述包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体，其特征在于:所述第一二氧化娃层(4)和第二二氧化娃层(8)的厚度均为40nm 土 4nm。5.根据权利要求1所述包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体，其特征在于:所述第一氮化娃层(5)和第二氮化娃层(9)的厚度均为150 nm 土 4nm。6.一种包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体的制作方法，其特征是，所述器件单元体的制作方法包括如下步骤: 步骤一.提供一硅衬底(1)，在所述衬底(I)上生长氧化层，得到绝缘氧化层(2); 步骤二.在所述绝缘氧化层(2)的表面生长铜膜，通过光刻版遮挡，在铜膜上进行刻蚀得到第一金属层(3)； 步骤三.在所述第一金属层(3)的表面依次淀积第一二氧化硅层(4)和第一氮化硅层(5)； 步骤四.在所述第一氮化硅层(5)上旋涂聚酰亚胺液，经过固化，显影图形得到聚酰亚胺(6); 步骤五.在所述聚酰亚胺(6)的表面依次淀积第二二氧化硅层(8)和第二氮化硅层(9)； 步骤六.通过光刻版遮挡，在右端的第一金属层(3)上面进行刻蚀形成接触孔； 步骤七.在所述接触孔内和第二氮化硅层(9)表面生长铜膜，通过光刻版遮挡，在铜膜上进行刻蚀得到第二金属层(7)。7.根据权利要求6所述包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体的制作方法，其特征是，所述铜膜的形成过程是先溅射形成铜子晶，然后沿着子晶的方向通过电镀生长铜膜，最终形成铜膜。8.根据权利要求6所述包含有金属、聚酰亚胺及阻挡层结构的器件单元体的制作方法，其特征是，所述聚酰亚胺(6)固化过程中的固化温度为400 土 40度。
【文档编号】H01L23/64GK105869827SQ201610236012
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】高向东, 李俊, 王涛, 陈正才, 陈慧蓉, 马慧红
【申请人】无锡中微晶园电子有限公司