专利名称：在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种在集成电路片内 制作集成矩形波导谐振腔的方法。
背景技术：
在现代半导体集成电路中，振荡器作为频率源的核心部件，是最常用的电路之一。 振荡器的最重要参数指标是振荡频率和相位噪声，其中振荡频率主要由谐振腔(通常也可 称为选频回路或谐振器)的谐振频率控制，相位噪声主要由谐振腔的品质因数决定。制作 高品质因数的谐振腔是提升振荡器性能的主要决定因素之一。通常的，在KHz GHz的频段，晶体或者介质能够提供很高的品质因数，在10GHz 以上频段，采用腔体波导作为谐振腔，可以获得很好的品质因数。但是上述谐振腔的体积都 远大于单片集成的振荡器电路的体积，因此单片集成振荡电路通常采用片内电容、电感或 者平面结构波导形成谐振腔，其品质因数远低于腔体波导谐振腔。在新兴的毫米波到THz 频段，随着波长的减小，所需要的波导谐振腔体积相应下降，使得在集成电路内进行制作成 为可能。光刻、金属图形淀积、介质旋涂或淀积，介质刻蚀或者腐蚀都是半导体工艺中的常 见步骤，均具有多种方法或设备实现，属于本行业人员所熟悉的技术。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的主要目的在于提供一种在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方 法，以使所制作的矩形波导谐振腔能够用于实现高品质单片毫米波振荡器电路。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的 方法，该方法包括步骤101 选择衬底，在选择的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔底面 的金属图形；步骤102 在形成底面金属图形的衬底上淀积金属，剥离在底面金属图形之外淀 积的金属，形成谐振腔的金属底面；步骤103 在形成谐振腔金属底面的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影曝光，形成谐 振腔侧壁的金属图形；步骤104 淀积并剥离金属，形成谐振腔的金属侧壁；步骤105 在形成谐振腔金属侧壁的衬底上淀积或旋涂一层介质材料，并加热固 化形成介质层；步骤106 对形成的介质层进行刻蚀或腐蚀，直至露出谐振腔侧壁金属的上边沿；步骤107 重复执行步骤103至步骤106，形成足够高度的谐振腔的金属侧壁；
步骤108 在形成金属侧壁的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔顶面的 金属图形；步骤109 在形成顶面金属图形的衬底上淀积金属，剥离在顶面金属图形之外淀 积的金属，形成谐振腔的金属顶面。上述方案中，步骤101中所述衬底为半导体材料衬底，或者为陶瓷基片；所述在衬 底上旋涂的光刻胶为AZ5214胶。上述方案中，步骤102中所述在形成底面金属图形的衬底上淀积的金属为金、铝 或铜，淀积方式采用金属蒸发、溅射或电镀，金属的厚度为3um。上述方案中，步骤103中所述旋涂的光刻胶为AZ6420胶，旋涂光刻胶的厚度为 lOum，在光刻显影曝光形成谐振腔侧壁的金属图形时，利用厚胶底部发生光线散射扩宽的 特性，采用增加曝光的方式使得图形开口形成倒梯形，对所淀积的金属起到切断功能，使侧 壁金属淀积之后更易于剥离。上述方案中，步骤104中所述淀积的金属为金、铝或铜，淀积方式采用金属蒸发、 溅射或电镀。上述方案中，步骤105中所述在形成谐振腔金属侧壁的衬底上淀积或旋涂的介质 材料为BCB或PI胶。上述方案中，步骤106中所述对形成的介质层进行刻蚀，采用反应离子刻蚀方法， 利用四氟化碳和氧气进行刻蚀。上述方案中，步骤108中所述在衬底上旋涂的光刻胶为AZ5214胶。上述方案中，步骤109中所述在形成顶面金属图形的衬底上淀积的金属为金、铝 或铜，淀积方式采用金属蒸发、溅射或电镀，金属的厚度为3um。(三)有益效果1、本发明提供的这种在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，在半导 体电路衬底上集成矩形波导谐振腔，所采用的工艺步骤与常规半导体工艺兼容，制作的矩 形波导谐振腔作为集成元件，可以与同时制作的常规半导体集成器件相互连接形成集成电 路，利用矩形波导谐振腔所提供的高品质因数，可以制作高质量的单片毫米波振荡器。2、本发明提供的这种在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，所制作的 矩形波导谐振腔可以通过设置侧壁金属光刻版图，制作成为终端开路、短路，以及谐振腔腔 体中间生长与侧壁平行的金属立柱的多种样式，用于不同的调谐需求。
图1是本发明提供的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法流程图；图2是依照本发明实施例在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的工艺流程 图；图3是依照本发明实施例在集成电路片内制作的集成矩形波导谐振腔的结构示 意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照
5附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1是本发明提供的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法流程图，该方法包括步骤101 选择衬底，在选择的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔底面 的金属图形；步骤102 在形成底面金属图形的衬底上淀积金属，剥离在底面金属图形之外淀 积的金属，形成谐振腔的金属底面；步骤103 在形成谐振腔金属底面的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影曝光，形成谐 振腔侧壁的金属图形；步骤104 淀积并剥离金属，形成谐振腔的金属侧壁；步骤105 在形成谐振腔金属侧壁的衬底上淀积或旋涂一层介质材料，并加热固 化形成介质层；步骤106 对形成的介质层进行刻蚀或腐蚀，直至露出谐振腔侧壁金属的上边沿；步骤107 重复执行步骤103至步骤106，形成足够高度的谐振腔的金属侧壁；步骤108 在形成金属侧壁的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔顶面的 金属图形；步骤109 在形成顶面金属图形的衬底上淀积金属，剥离在顶面金属图形之外淀 积的金属，形成谐振腔的金属顶面。如图2所示，图2是依照本发明实施例在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔 的工艺流程图，具体包括以下步骤201，选择衬底；所选择的衬底可以为半导体材料衬底，也可以为陶瓷基片，衬底表 面允许存在淀积半导体工艺中常用介质和材料层。202，在选择的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔底面金属图形；本例中 以金属剥离工艺为例制作谐振腔底面金属图形，选择AZ5214胶，AZ5214为反转胶，适用于 金属剥离工艺。常用金属图形淀积工艺及其对应的光刻胶均可选用。203，完成矩形波导谐振腔底面金属图形光刻后的状态。204，在形成谐振腔底面金属图形的衬底上淀积金属，剥离谐振腔底面金属图形之 外淀积的金属，形成谐振腔金属底面；在本例中包括金属生长和金属剥离步骤。根据谐振腔 工作频率，本例中选择金属厚度为3um。205，完成矩形波导谐振腔底面金属图形制作后的状态。206，再次在衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影曝光，形成矩形波导谐振腔侧壁金属 图形；所述光刻胶的厚度根据所需制作的谐振腔高度选择，本例中选择AZ6420胶，旋涂厚 度为lOum。AZ4620胶的特征是具有较大的旋涂厚度，且易使用丙酮溶剂去除，适于形成高 度需求较大的谐振腔结构。在曝光过程中，利用厚胶底部发生光线散射扩宽的特性，采用增 加曝光的方式使得图形开口形成倒梯形，对所淀积的金属起到切断功能，使侧壁金属淀积 之后更易于剥离。同时为保证侧壁强度，光刻胶深宽比不宜过大，本例选择在3 1左右。207，完成矩形波导谐振腔侧壁金属图形光刻后的状态。208，淀积金属并剥离，形成矩形波导谐振腔金属侧壁；本例中选择金属蒸发和剥 离工艺实现，利用步骤206中所控制的倒梯形开口，使金属剥离易于完成。
209，完成矩形波导谐振腔侧壁金属图形制作后的状态。210，在形成矩形波导谐振腔金属侧壁的衬底上淀积或旋涂一层介质材料，并加热 固化，形成可靠的介质层。介质材料可以为半导体工艺中常用介质，介质制作可采用淀积或 旋涂的方式。在本例中选择BCB为介质材料，采用旋涂方式，使材料均勻分填充到衬底表211，介质填充后，矩形波导谐振腔侧壁及底面被覆盖的状态。212，对介形成的介质层进行刻蚀或腐蚀，直至矩形波导谐振腔侧壁金属上边沿露 出。本例中针对所用的BCB材料，采用反应离子刻蚀方法，利用四氟化碳和氧气进行刻蚀， 至矩形波导谐振腔侧壁金属上边沿露出。213，介质刻蚀后，矩形波导谐振腔侧壁金属上边沿露出的状态。213-R，重复执行步骤206至步骤212，形成足够高度的矩形波导谐振腔金属侧壁；工艺循环，从206到213步骤及状态的循环，采用常规光刻和金属淀积工艺，进行 一次206到213步骤通常可以生长数微米到数十微米的侧壁，通过多次工艺循环213-R，可 以实现满足需求的更大尺度侧壁高度。214，再次旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔顶面金属图形；同步骤202，本例 中以金属剥离工艺为例制作谐振腔底面金属图形，选择AZ5214胶，AZ5214为反转胶，适用 于金属剥离工艺。常用金属图形淀积工艺及其对应的光刻胶均可选用。215，完成矩形波导谐振腔顶面金属图形光刻后的状态。216，在形成谐振腔顶面金属图形的衬底上淀积金属，剥离在谐振腔顶面金属图形 之外淀积的金属，形成谐振腔金属顶面；同步骤204，在本例中包括金属生长和金属剥离步 骤。根据谐振腔工作频率，本例中选择金属厚度为3um。217，完成矩形波导谐振腔顶面金属图形制作后的状态。矩形波导谐振腔的制作工 艺完成。图3示出了依照本发明实施例在集成电路片内制作的集成矩形波导谐振腔的结 构示意图。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在于，该方法包括步骤101选择衬底，在选择的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔底面的金属图形；步骤102在形成底面金属图形的衬底上淀积金属，剥离在底面金属图形之外淀积的金属，形成谐振腔的金属底面；步骤103在形成谐振腔金属底面的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影曝光，形成谐振腔侧壁的金属图形；步骤104淀积并剥离金属，形成谐振腔的金属侧壁；步骤105在形成谐振腔金属侧壁的衬底上淀积或旋涂一层介质材料，并加热固化形成介质层；步骤106对形成的介质层进行刻蚀或腐蚀，直至露出谐振腔侧壁金属的上边沿；步骤107重复执行步骤103至步骤106，形成足够高度的谐振腔的金属侧壁；步骤108在形成金属侧壁的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔顶面的金属图形；步骤109在形成顶面金属图形的衬底上淀积金属，剥离在顶面金属图形之外淀积的金属，形成谐振腔的金属顶面。
2.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在 于，步骤101中所述衬底为半导体材料衬底，或者为陶瓷基片；所述在衬底上旋涂的光刻胶 为 AZ5214 胶。
3.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在 于，步骤102中所述在形成底面金属图形的衬底上淀积的金属为金、铝或铜，淀积方式采用 金属蒸发、溅射或电镀，金属的厚度为3um。
4.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在 于，步骤103中所述旋涂的光刻胶为AZ6420胶，旋涂光刻胶的厚度为10um，在光刻显影曝光 形成谐振腔侧壁的金属图形时，利用厚胶底部发生光线散射扩宽的特性，采用增加曝光的 方式使得图形开口形成倒梯形，对所淀积的金属起到切断功能，使侧壁金属淀积之后更易 于剥离。
5.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在 于，步骤104中所述淀积的金属为金、铝或铜，淀积方式采用金属蒸发、溅射或电镀。
6.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征 在于，步骤105中所述在形成谐振腔金属侧壁的衬底上淀积或旋涂的介质材料为BCB或PI胶。
7.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在 于，步骤106中所述对形成的介质层进行刻蚀，采用反应离子刻蚀方法，利用四氟化碳和氧 气进行刻蚀。
8.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在 于，步骤108中所述在衬底上旋涂的光刻胶为AZ5214胶。
9.根据权利要求1所述的在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，其特征在 于，步骤109中所述在形成顶面金属图形的衬底上淀积的金属为金、铝或铜，淀积方式采用金属蒸发、溅射或电镀，金属的厚度为3um 。
全文摘要
本发明公开了一种在集成电路片内制作集成矩形波导谐振腔的方法，包括选择衬底，在选择的衬底上旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔底面的金属图形；淀积金属，剥离在底面金属图形之外淀积的金属，形成谐振腔的金属底面；旋涂光刻胶，并光刻显影曝光，形成谐振腔侧壁的金属图形；淀积并剥离金属，形成谐振腔的金属侧壁；淀积或旋涂一层介质材料，并加热固化形成介质层；对形成的介质层进行刻蚀或腐蚀，直至露出谐振腔侧壁金属的上边沿；旋涂光刻胶，并光刻显影，形成谐振腔顶面的金属图形；淀积金属，剥离在顶面金属图形之外淀积的金属，形成谐振腔的金属顶面。利用本发明所制作的谐振腔适用与毫米波及更高频率的高品质振荡器。
文档编号H01L21/02GK101847773SQ200910080918
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者吴旦昱, 王显泰, 金智 申请人:中国科学院微电子研究所