专利名称：空芯结构射频螺线管微电感的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种微电子技术领域的方法，具体是基于微机电系统的空芯结构射频螺线管微电感的制作方法。
背景技术：
RF-MEMS(射频-微机电系统)器件是近年来微机电系统(MEMS)技术出现的新的研究领域，即RF-MEMS就是利用MEMS技术制作各种用于无线通信的射频器件或系统，这些RF-MEMS器件和系统可广泛用于星际无线通讯、先进的移动通信如手机、全球定位系统GPS、微波雷达天线等。由于RF-MEMS器件具有诸多优越性，并最终可实现无源器件和IC的高度集成，使集信息的采集、处理、传播等于一体的系统集成芯片(SOC)的研制成为可能。当前随着无线通信技术的快速发展及其有限的资源，迫切需要射频下具有高品质因子、高自共振频率和低插入损耗的控制部件如电感、电容，这是实现高性能微波/毫米波电路、RF滤波器、RF振荡器、RF共振器等的关键元件之一。为提高射频下微电感的品质因子和电感量，三维空芯结构的微电感是发展的趋势。但是采用普通的IC技术，很难在平面型衬底上研制三维结构的微电感。采用MEMS技术研制三维结构微电感应运而生，MEMS技术为实现小尺寸、重量轻、大电感量、高品质因子的微电感提供了一条崭新的途径。
经对现有技术的文献检索发现，Kim等人在《IEEE TRANSACTION ONCOMPONENTS，PACKAGING，AND MANUFACTURING TECHNOLOGY》(美国电气电子工程学会杂志)(VOL.21，NO.1，pp.26-33，JANUARY，1998)上发表了“Surface micromachined solenoid inductors for high frequencyapplications”(高频应用的表面微机械螺线管微电感)一文，该文提及了表面微机械的高频螺线管微电感，该微电感由氧化铝衬底、悬空的支柱和空芯的螺线管组成，空芯的螺线管由底层线圈、顶层线圈和连接导体组成，空芯的螺线管通过在氧化铝衬底上的支柱位于氧化铝衬底上方几十微米，是一种悬空式的高频螺线管微电感，作者采用常规的光刻技术、化学湿法刻蚀金属Al、Cr、Cu薄膜和反应离子刻蚀(RIE)技术刻蚀聚酰亚胺绝缘材料，成功研制了悬空式的空芯结构螺线管微电感。由于在制作过程中使用化学湿法刻蚀掩模Al材料和底层Cr/Cu/Cr，不可避免给线圈带来钻蚀现象。而且在制造过程中，多次使用RIE刻蚀绝缘材料，氧气容易造成金属的氧化，影响器件的性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足及市场需求，提供一种空芯结构射频螺线管微电感的制作方法，使得到的微电感器件具有集成化、低成本、低电阻、高电感量、高品质因子以及高效率、低损耗、批量化等特点，可广泛用于星际无线通讯、先进的移动通信如手机、全球定位系统GPS、微波雷达天线等。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的空芯结构射频螺线管微电感的制作方法采用微机电系统(MEMS)技术，对双面氧化的硅片进行处理，得到双面套刻对准符号，以便曝光时提高对准精度；采用准-LIGA技术和厚光刻胶工艺制备线圈和连接导体的光刻胶模具；采用电镀工艺和抛光技术解决线圈绕线和连接导体；采用物理刻蚀技术去除电镀用的导体，避免湿法刻蚀工艺带来的钻蚀现象。
以下对本发明作进一步的描述，具体步骤如下(1)在清洗处理过的双面氧化的硅片衬底双面甩正胶AZ4000系列，光刻胶厚度为5～8μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；将硅片单面曝光、显影后，在BHF腐蚀液里刻蚀二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻胶，得到双面套刻对准符号；(2)在硅片的另一面淀积Cr/Cu底层，厚度为100nm。下面工艺均在此面上进行；(3)甩正胶，光刻胶厚度为5～10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；曝光、显影，得到底层线圈图形；然后电镀铜底层线圈，厚度为5～10μm；
(4)甩正胶，光刻胶的厚度为10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为60分钟；曝光、显影，得到电镀引脚和平面波导线的图形；电镀引脚和平面波导线，厚度为10μm，电镀材料为铜；然后用丙酮去除所有的光刻胶；(5)甩正胶，光刻胶的厚度为60μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为120分钟；曝光、显影，得到连接导体的图形；电镀连接导体，厚度为40～50μm，电镀材料为铜；(6)用丙酮去除所有的光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层；(7)甩正胶，厚度为60μm，光刻胶烘干温度为115℃，时间为120分钟；然后抛光正胶，直到连接导体暴露为止；(8)溅射Cr/Cu底层，厚度为100nm；(9)甩正胶，光刻胶厚度为5～10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；曝光与显影后，得到顶层线圈的图形；电镀顶层线圈，厚度为5～10μm，电镀材料为铜；(10)将整个基片进行全曝光，用显影液去除顶层光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层，然后用丙酮去除未固化的其余光刻胶，最终得到空芯结构射频螺线管微电感。
上述步骤中，Cr/Cu底层的制备工艺为基底的真空为4×10-4Pa，溅射条件选择为溅射Ar气压和溅射功率分别为0.67Pa和800W，氩气流量为20SCCM。
本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果(1)采用薄膜技术和MEMS技术研制空芯结构射频螺线管微电感，薄膜技术和MEMS技术可以与大规模集成电路完全兼容，易于大批量生产，重复性好；(2)改变了采用湿法刻蚀底层，而采用物理方法刻蚀底层，避免了湿法刻蚀出现钻蚀现象，线圈尺寸能够得到很好的控制；(3)采用双面套刻技术，大大提高了光刻的精度，尤其是线圈导体和间距较小时非常重要；(4)采用准-LIGA光刻技术和深层微电铸技术，有效解决了现有技术中三维微结构光刻胶模具和电镀连接导体出现的高深宽比的问题；(5)采用精密抛光技术，提高了器件加工工艺过程中基片的平整度，有效地解决了连接导体和线圈之间连接出现断路的问题，同时又解决了器件的均匀性和成品率；(6)制得的微电感，具有工作频率高、尺寸小、低的电阻、高的电感量、高品质因子、高效率、低损耗、低成本和批量化生产等优点。
具体实施例方式
以下结合发明内容的技术方案提供以下实施例。
实施例1(1)在清洗处理过的双面氧化的硅片衬底双面甩正胶AZ4000系列，光刻胶厚度为5μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；将硅片单面曝光、显影后，在BHF腐蚀液里刻蚀二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻胶，得到双面套刻对准符号；(2)在硅片的另一面淀积Cr/Cu底层，厚度为100nm。下面工艺均在此面上进行。
(3)甩正胶，光刻胶厚度为10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；曝光、显影，得到底层线圈图形；然后电镀铜底层线圈，厚度为10μm；(4)甩正胶，光刻胶的厚度为10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为60分钟；曝光、显影，得到电镀引脚和平面波导线的图形；电镀引脚和平面波导线，厚度为10μm，电镀材料为铜；然后用丙酮去除所有的光刻胶；(5)甩正胶，光刻胶的厚度为60μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为120分钟；曝光、显影，得到连接导体的图形；电镀连接导体，厚度为40μm，电镀材料为铜；(6)用丙酮去除所有的光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层；(7)甩正胶，厚度为60μm，光刻胶烘干温度为115℃，时间为120分钟；然后抛光正胶，直到连接导体暴露为止；(8)溅射Cr/Cu底层，厚度为100nm；(9)甩正胶，光刻胶厚度为10μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为30分钟；曝光与显影后，得到顶层线圈的图形；电镀顶层线圈，厚度为10μm，电镀材料为铜；
(10)将整个基片进行全曝光，用显影液去除顶层光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层，然后用丙酮去除未固化的其余光刻胶，最终得到空芯结构射频螺线管微电感。
上述步骤中，Cr/Cu底层的制备工艺为基底的真空为4×10-4Pa，溅射条件选择为溅射Ar气压和溅射功率分别为0.67Pa和800W，氩气流量为20SCCM。
本发明的螺线管微电感工作频率在2-5GHz，电感量大于1nH，品质因子大于10，尺寸小于2mm。
实施例2(1)在清洗处理过的双面氧化的硅片衬底双面甩正胶AZ4000系列，光刻胶厚度为6μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；将硅片单面曝光、显影后，在BHF腐蚀液里刻蚀二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻胶，得到双面套刻对准符号；(2)在硅片的另一面淀积Cr/Cu底层，厚度为100nm。下面工艺均在此面上进行。
(3)甩正胶，光刻胶厚度为5μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；曝光、显影，得到底层线圈图形；然后电镀铜底层线圈，厚度为5μm；(4)甩正胶，光刻胶的厚度为10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为60分钟；曝光、显影，得到电镀引脚和平面波导线的图形；电镀引脚和平面波导线，厚度为10μm，电镀材料为铜；然后用丙酮去除所有的光刻胶；(5)甩正胶，光刻胶的厚度为60μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为120分钟；曝光、显影，得到连接导体的图形；电镀连接导体，厚度为50μm，电镀材料为铜；(6)用丙酮去除所有的光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层；(7)甩正胶，厚度为60μm，光刻胶烘干温度为115℃，时间为120分钟；然后抛光正胶，直到连接导体暴露为止；(8)溅射Cr/Cu底层，厚度为100nm；
(9)甩正胶，光刻胶厚度为5μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为30分钟；曝光与显影后，得到顶层线圈的图形；电镀顶层线圈，厚度为5μm，电镀材料为铜；(10)将整个基片进行全曝光，用显影液去除顶层光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层，然后用丙酮去除未固化的其余光刻胶，最终得到空芯结构射频螺线管微电感。
上述步骤中，Cr/Cu底层的制备工艺为基底的真空为4×10-4Pa，溅射条件选择为溅射Ar气压和溅射功率分别为0.67Pa和800W，氩气流量为20SCCM。
本发明的螺线管微电感工作频率在2-5GHz，电感量大于1nH，品质因子大于10，尺寸小于2mm。
实施例3(1)在清洗处理过的双面氧化的硅片衬底双面甩正胶AZ4000系列，光刻胶厚度为8μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；将硅片单面曝光、显影后，在BHF腐蚀液里刻蚀二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻胶，得到双面套刻对准符号；(2)在硅片的另一面淀积Cr/Cu底层，厚度为100nm。下面工艺均在此面上进行。
(3)甩正胶，光刻胶厚度为8μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；曝光、显影，得到底层线圈图形；然后电镀铜底层线圈，厚度为8μm；(4)甩正胶，光刻胶的厚度为10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为60分钟；曝光、显影，得到电镀引脚和平面波导线的图形；电镀引脚和平面波导线，厚度为10μm，电镀材料为铜；然后用丙酮去除所有的光刻胶；(5)甩正胶，光刻胶的厚度为60μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为120分钟；曝光、显影，得到连接导体的图形；电镀连接导体，厚度为45μm，电镀材料为铜；(6)用丙酮去除所有的光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层；
(7)甩正胶，厚度为60μm，光刻胶烘干温度为115℃，时间为120分钟；然后抛光正胶，直到连接导体暴露为止；(8)溅射Cr/Cu底层，厚度为100nm；(9)甩正胶，光刻胶厚度为8μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为30分钟；曝光与显影后，得到顶层线圈的图形；电镀顶层线圈，厚度为8μm，电镀材料为铜；(10)将整个基片进行全曝光，用显影液去除顶层光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层，然后用丙酮去除未固化的其余光刻胶，最终得到空芯结构射频螺线管微电感。
上述步骤中，Cr/Cu底层的制备工艺为基底的真空为4×10-4Pa，溅射条件选择为溅射Ar气压和溅射功率分别为0.67Pa和800W，氩气流量为20SCCM。
本发明的螺线管微电感工作频率在2-5GHz，电感量大于1nH，品质因子大于10，尺寸小于2mm。
权利要求
1.一种空芯结构射频螺线管微电感的制作方法，其特征在于，具体步骤如下(1)在清洗处理过的双面氧化的硅片衬底双面甩正胶，将硅片单面曝光、显影后，在BHF腐蚀液里刻蚀二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻胶，得到双面套刻对准符号；(2)在硅片的另一面淀积Cr/Cu底层，下面工艺均在此面上进行；(3)甩正胶，曝光、显影，得到底层线圈图形，然后电镀铜底层线圈；(4)甩正胶，曝光、显影，得到引脚和平面波导线的图形，电镀引脚和平面波导线，电镀材料为铜，然后用丙酮去除所有的光刻胶；(5)甩正胶，曝光、显影，得到连接导体的图形，电镀连接导体，电镀材料为铜；(6)用丙酮去除所有的光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层；(7)甩正胶，然后抛光正胶，直到连接导体暴露为止；(8)溅射Cr/Cu底层；(9)甩正胶，曝光与显影后，得到顶层线圈的图形，电镀顶层线圈，电镀材料为铜；(10)将整个基片进行全曝光，用显影液去除顶层光刻胶后，用物理方法刻蚀Cr/Cu底层，然后用丙酮去除未固化的其余光刻胶，最终得到空芯结构射频螺线管微电感。
2.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，所述Cr/Cu底层的制备工艺为基底的真空为4×10-4Pa，溅射条件选择为溅射Ar气压和溅射功率分别为0.67Pa和800W，氩气流量为20SCCM。
3.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(1)中，在清洗处理过的双面氧化的硅片衬底双面甩正胶AZ4000系列，光刻胶厚度为5～8μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟。
4.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(2)中，在硅片的另一面淀积Cr/Cu底层，厚度为100nm。
5.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(3)中，甩正胶，光刻胶厚度为5～10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；电镀铜底层线圈，厚度为5～10μm。
6.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(4)中，甩正胶，光刻胶的厚度为10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为60分钟；电镀引脚和平面波导线，厚度为10μm。
7.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(5)中，甩正胶，光刻胶的厚度为60μm，光刻胶烘干温度为90℃，时间为120分钟；电镀连接导体，厚度为40～50μm。
8.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(7)中，甩正胶，厚度为60μm，光刻胶烘干温度为115℃，时间为120分钟。
9.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(8)中，溅射Cr/Cu底层，厚度为100nm。
10.如权利要求1所述的空芯结构射频螺线管微电感，其特征是，步骤(9)中，甩正胶，光刻胶厚度为5～10μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；电镀顶层线圈，厚度为5～10μm。
全文摘要
一种微电子技术领域的空芯结构射频螺线管微电感的制作方法，采用微机电系统技术，对双面氧化的硅片进行处理，得到双面套刻对准符号，以便曝光时提高对准精度；采用准－LIGA技术和厚光刻胶工艺制备线圈和连接导体的光刻胶模具；采用电镀工艺和抛光技术解决线圈绕线和连接导体；采用物理刻蚀技术去除电镀用的导体，避免湿法刻蚀工艺带来的钻蚀现象。本发明解决了螺线管线圈的立体绕线及高深宽比的电镀问题，使得微电感的射频性能大大提高，具有广泛的用途。
文档编号H01L21/00GK1767097SQ20051002931
公开日2006年5月3日 申请日期2005年9月1日 优先权日2005年9月1日
发明者周勇, 王西宁, 赵小林, 曹莹, 高孝裕 申请人:上海交通大学