一种三维螺旋电感结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种三维螺旋电感结构及其制造方法，其中方法包括如下步骤：首先在半导体衬底上沉积底层金属线圈，沉积顶层金属线圈制得三维螺旋电感结构。三维螺旋电感结构将减小传统电感结构对半导体衬底上横向空间的浪费。其使用聚合物牺牲层在电感与衬底之间来产生气隙，以空气为介质的设计，将大幅提高Q值，同时还提高了自我共振频率，从而提升电感值，减小功率损耗，使电感的性能更好。同时基于这种三维的螺旋电感结构，其将大大减小半导体衬底上的寄生电容，除此之外还减少了衬底损耗。

A three-dimensional spiral inductor structure and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种三维螺旋电感结构及其制造方法
本专利技术涉及芯片领域，尤其涉及一种三维螺旋电感结构及其制造方法。
技术介绍
电感在半导体电路制造中有着重要的地位，而现如今随着社会的进步众多领域都离不开半导体电路。例如当下的5G无线通信、GPS这些对高性能射频电路、无源器件的要求也越来越高，其中电感的Q(品质因数)值对高性能射频电路的性能有着重要影响，Q(品质因数)值越大电感值越高，这也就意味着性能越好。目前半导体电路电感最接近的现有技术主要是平面螺旋型结构，在早期因为电源器件所需的电感值比较小，所以具有可观的可选择性和性能。但是随着硅科技的飞速发展，现代技术提供的都是高性能且具有高工作频率的有源器件，这些有源器件需要的是大电感值。由于现有的电感均属于平面结构，其必然导致了在芯片制造及其使用过程中存在占用较大的面积，成本高，电感值小，功率损失，电源集成等问题。由于是平面结构，螺旋电感对衬底产生较大的寄生电容。同时螺旋电感的磁通量沿线圈中心方向垂直进入衬底，导致的电涡流引起衬底损耗。所以业界都在探寻一种更为高效的电感结构及其制作方法。
技术实现思路
为此，需要提供一种三维螺旋电感结构及其制造方法，以解决以解决平面电感结构在芯片制造及其使用过程中存在占用面积大，成本高，电感值小，功率损失，电源集成等问题。为实现上述目的，专利技术人提供了一种三维螺旋电感结构的制作方法，包括如下步骤：在半导体衬底上涂覆第一光刻胶，于待做电感结构处显影；沉积金属，形成包含多个底层金属段的底层金属线圈，并去除第一光刻胶及其表面金属；覆盖第二光刻胶，通过曝光、显影保留底层金属线圈上的第二光刻胶，露出多个底层金属段的两端；烘烤第二光刻胶，经烘烤后的所述第二光刻胶形成表面平滑的弧形结构，底层金属段的两端分别在弧形结构的两侧；覆盖第三光刻胶，并于所述底层金属线圈正上方处显影；沉积金属，形成包含多个顶层金属段的顶层金属线圈，顶层金属段与底层金属段分别连接，并去除所述第二、第三光刻胶，得到三维螺旋电感结构。进一步地，所述第一光刻胶为负性光刻胶或者第三光刻胶为负性光刻胶。进一步地，在覆盖所述第一光刻胶或者第三光刻胶之前，还包括步骤：涂覆六甲基二硅胺。本专利技术提供一种三维螺旋电感结构，其特征在于，所述三维螺旋电感结构由本专利技术实施例任意一项所述的三维螺旋电感结构的制作方法制得。本专利技术还提供一种三维螺旋电感结构，其特征在于，包括半导体衬底、单方向绕行的金属线圈；所述金属线圈包括底层金属线圈、顶层金属线圈，底层金属线圈包含多个底层金属段，顶层金属线圈包含多个顶层金属段，顶层金属段为弧形金属段；所述底层金属段与顶层金属段依次首尾连接，形成中空单方向多圈绕行的螺旋金属线圈；所述底层金属线圈位于半导体衬底上。进一步地，所述顶层金属线圈为若干个平行走向的金属段；所述底层金属线圈为若干个平行走向的金属段；所述底层金属线圈与顶层金属线圈交叉设置。区别于现有技术，上述技术方案，上述技术方案在实施过程中，所述三维螺旋电感结构其将原本平面的电感结构，通过刻沉积底层金属线圈和顶层金属线圈，形成一个位于上螺旋结构的电感。其将减小传统电感结构对半导体衬底上横向空间的浪费，同时通过纵向的拓展不但提高了单位面积内半导体衬底上的使用率，还通过改变电感结构提升电感结构的整体性能。其使用聚合物牺牲层在电感与衬底之间来产生气隙，以空气为介质的设计，将大幅提高Q(品质因数)值，同时还提高了自我共振频率，从而提升电感值，减小功率损耗，使电感的性能更好。同时基于这种三维的螺旋电感结构，其将大大减小半导体衬底上的寄生电容。除此之外还减少了衬底损耗等问题。附图说明图1为具体实施方式所述制作第一光刻胶的结构图；图2为具体实施方式所述制作底层金属线圈的结构图；图3为具体实施方式所述去除第一光刻胶的结构图；图4为具体实施方式所述制作第二光刻胶的结构图；图5为具体实施方式所述烘烤第二光刻胶的结构图；图6为具体实施方式所述制作第三光刻胶的结构图；图7为具体实施方式所述制作顶层金属线圈的结构图；图8为具体实施方式所述去除第二光刻胶、第三光刻胶的结构图；图9为具体实施方式所述三维螺旋电感结构的结构图。附图标记说明：1、半导体衬底；2、第一光刻胶；3、底层金属线圈；4、第二光刻胶；5、第三光刻胶；6、顶层金属线圈。具体实施方式为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。请参阅图1至图9，本实施例提供一种三维螺旋电感结构的制作方法，本制作方法可以在半导体衬底1上制作。包括如下步骤：在半导体衬底1上涂覆负性第一光刻胶2，于待做电感结构处进行曝光、显影，制得一个位于待做电感结构处的开口。随后通过电镀、蒸镀的方式沉积金属，进行金属镀膜，制得包含多个底层金属段的底层金属线圈3，并去除半导体衬底1上多余的第一光刻胶2以及举离附着在第一光刻胶2上多余的金属。涂覆第二光刻胶4，通过曝光、显影保留底层金属线圈3上的第二光刻胶4，所述的第二光刻胶的露出多个底层金属段的两端，便于顶层金属线圈6的多个金属段与底层金属线圈3的多个金属段依次首位相连。烘烤第二光刻胶，经烘烤后的所述第二光刻胶形成表面平滑的弧形结构，底层金属段的两端分别在弧形结构的两侧。所述第二光刻胶4采用可变形且易去除的光刻胶。涂覆负性第三光刻胶5，并于所述底层金属线圈3正上方处曝光、显影，形成表面带有多个凹槽的弧形结构。然后通过电镀、蒸镀的方式沉积金属，进行金属镀膜，形成包含多个顶层金属段的顶层金属线圈6，并去除所述第二、第三光刻胶，同时举离附着于第三光刻胶5上多余的金属，制得三维螺旋电感结构。所述三维螺旋电感结构其将原本平面的电感结构，通过沉积底层金属线圈3和顶层金属线圈6，形成一个位于上螺旋结构的电感。其将减小传统电感结构对半导体衬底1上横向空间的浪费，同时通过纵向的拓展不但提高了单位面积内半导体衬底1上的使用率，还通过改变电感结构提升电感结构的整体性能。其使用聚合物牺牲层在电感与衬底之间来产生气隙，以空气为介质的设计，将大幅提高Q(品质因数)值，同时还提高了自我共振频率，从而提升电感值，减小功率损耗，使电感的性能更好。同时基于这种三维的螺旋电感结构，其将大大减小半导体衬底1上的寄生电容。除此之外还减少了衬底损耗等问题。在某些实施例中，所述第一光刻胶2或者第三光刻胶5中还添加有HMDS(六甲基二硅胺)。所述的六甲基二硅胺通过提高上述光刻胶的粘性，提高光刻胶的粘附能力，将所述光刻胶牢固地粘附于半导体衬底1上。本专利技术提供了一种三维螺旋电感结构，所述三维螺旋电感结构由本专利技术实施例中任意一项所述三维螺旋电感结构的制作方法制得。本专利技术还提供了一种三维螺旋电感结构,请参阅图9，在本实施例中，所述一种三维螺旋电感结构包括半导体衬底1、单方向绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维螺旋电感结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：/n在半导体衬底上涂覆第一光刻胶，于待做电感结构处显影；/n沉积金属，形成包含多个底层金属段的底层金属线圈，并去除第一光刻胶及其表面金属；/n覆盖第二光刻胶，通过曝光、显影保留底层金属线圈上的第二光刻胶，露出多个底层金属段的两端；/n烘烤第二光刻胶，经烘烤后的所述第二光刻胶形成表面平滑的弧形结构，底层金属段的两端分别在弧形结构的两侧；/n覆盖第三光刻胶，并于所述底层金属线圈正上方处显影；/n沉积金属，形成包含多个顶层金属段的顶层金属线圈，顶层金属段与底层金属段分别连接，并去除所述第二、第三光刻胶，得到三维螺旋电感结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维螺旋电感结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
在半导体衬底上涂覆第一光刻胶，于待做电感结构处显影；
沉积金属，形成包含多个底层金属段的底层金属线圈，并去除第一光刻胶及其表面金属；
覆盖第二光刻胶，通过曝光、显影保留底层金属线圈上的第二光刻胶，露出多个底层金属段的两端；
烘烤第二光刻胶，经烘烤后的所述第二光刻胶形成表面平滑的弧形结构，底层金属段的两端分别在弧形结构的两侧；
覆盖第三光刻胶，并于所述底层金属线圈正上方处显影；
沉积金属，形成包含多个顶层金属段的顶层金属线圈，顶层金属段与底层金属段分别连接，并去除所述第二、第三光刻胶，得到三维螺旋电感结构。


2.根据权利要求1所述的一种三维螺旋电感结构的制作方法，其特征在于：
所述第一光刻胶为负性光刻胶或者第三光刻胶为负性光刻胶。


3.根据权利要求1所述的一种三维螺旋电感结...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐智文，温春兰，
申请(专利权)人：福建省福联集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35