一种具有高品质因数的自卷曲电感的制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有高品质因数的自卷曲电感的制备方法，属于电子器件技术领域。制备操作步骤：（1）在衬底上沉积牺牲层，第一次光刻确定操作台面；（2）利用原子层沉积方法沉积氧化保护层；（3）沉积金属应变层，得到U型金属图案；（4）通过干法刻蚀或湿法刻蚀，刻蚀牺牲层，利用金属应变层的金属薄膜应力，触发卷曲得到金属结构的自卷曲电感；（5）对金属结构的自卷曲电感镀金或镀铜处理，得到一种具有高品质因数的自卷曲电感。本发明专利技术的自卷曲电感，其应变层由金属薄膜构成能够减小趋肤效应，提升品质因数。而且卷曲后的电感经镀金或镀铜处理后，能够增加金属薄膜的厚度，使品质因数提高到非金属应变层结构电感的2~30倍。金属应变层结构电感的2~30倍。金属应变层结构电感的2~30倍。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高品质因数的自卷曲电感的制备方法


[0001]本专利技术属于电子器件制造
，具体涉及一种用于集成电路的具有高品质因数的自卷曲电感的制备方法。

技术介绍

[0002]电感是集成电路中的基本元件之一，它被广泛应用于集成电路中的阻抗匹配、信号滤波和磁储能。由于集成度的要求以及工艺限制，集成电路中的电感通常设计为平面螺旋结构。平面螺旋电感虽具有结构简单、制作工艺方便的优点，但是其占地面积大，一个10nH的平面螺旋电感通常在芯片上占用400
×
400微米的面积，不利于实现电子元器件的微型化。而且平面螺旋电感的品质因数Q值较低，在常见的CMOS电路中其品质因数Q值一般都低于10。因为平面螺旋电感在高频工作的时候，金属线圈会产生趋肤效应，从而引起电感的欧姆损耗，使电感的品质因数Q值降低。
[0003]现有的基于氮化硅薄膜的自卷曲电感通过刻蚀牺牲层，利用低频氮化硅和高频氮化硅的薄膜应力实现卷曲，虽然能够缩小电感的占地面积，实现电子元器件的微型化，但是其还是存在品质因数Q值较低的缺陷，一个六单元两匝2nH的标准自卷曲电感品质因数低于5。这是因为基于氮化硅薄膜的自卷曲电感，当应变层应力不够的时候，卷曲后内径会很大，为了使应变层的应力足够实现良好的卷曲，所用薄膜厚度很低，伴随着其寄生效应严重，趋肤效应大，从而导致电感的品质因数Q值很低。

技术实现思路

[0004]为了减小现有电感的占地面积，品质因数Q值低的问题，本专利技术提供一种具有高品质因数的自卷曲电感的制备方法。
[0005]一种具有高品质因数的自卷曲电感的制备操作步骤如下：（1）清洗衬底片按标准化清洗工艺，清洗衬底片1，并吹干；（2）沉积锗牺牲层使用真空镀膜机，在清洗干净的衬底片1上沉积锗牺牲层2；（3）第一次光刻确定操作台面（3.1）第一次涂胶、曝光、显影在锗牺牲层2的表面旋涂六甲基硅胺烷（HMDS）进行成膜处理，在锗牺牲层2上采用旋转涂胶的方法涂上液相正性光刻胶，形成一层正性光刻胶；使用i线接触式光刻机，遮挡住需要保留的光刻胶部分，曝光、显影需要去除的光刻胶部分，在锗牺牲层2上得到正性光刻胶块12；（3.2）反应离子刻蚀（RIE）使用反应离子刻蚀（RIE）设备，刻蚀掉正性光刻胶块12外围暴露的锗牺牲层2，并向下浅刻一层衬底片1；
（3.3）去除液相正性光刻胶去除正性光刻胶块12，保留正性光刻胶块12下部的锗牺牲层2；（4）原子层沉积（ALD）方法沉积氧化保护层利用原子层沉积（ALD），在锗牺牲层2上沉积氧化保护层3；（5）第二次光刻沉积金属应变层（5.1）第二次涂胶、曝光、显影在氧化保护层3的表面旋涂六甲基硅胺烷（HMDS）进行成膜处理后，在氧化保护层3的表面旋涂液相负性光刻胶；使用i线接触式光刻机设备，用掩模版进行套刻对准、曝光、显影，得到最上层为第一液性负性光刻胶层9和暴露部分氧化保护层3的基片；所述掩模版的图案为U型；（5.2）沉积金属应变层在第一液性负性光刻胶9的表面和氧化保护层3的表面上，使用电子束蒸发设备，真空镀设金属应变层；当金属应变层为钛金属层4和铬金属层5时，在铬金属层5上镀一层金属保护层，金属保护层为金金属层6，得到具有三层金属层的金属基片；或者当金属应变层为钛金属层4和铜金属层14时，得到具有两层金属层的金属基片；（5.3）制备具有金属图案的金属基片用去胶液完全去掉金属基片上的第一液性负性光刻胶9和液性负性光刻胶9上的两层金属层或三层金属层，得到U型金属图案的金属基片或两个以上依次连接的U型金属图案的金属基片；（6）第三次光刻确定刻蚀窗口在所述金属基片上旋涂六甲基硅胺烷（HMDS）进行成膜处理，旋涂上第二液性负性光刻胶10，使用i线接触式光刻机，用掩模版曝光、显影，得到刻蚀窗口7，此时刻蚀窗口7内只去掉了第二液性负性光刻胶10；刻蚀窗口7位于U型金属图案的封闭端或两个以上依次连接的U型金属图案的封闭端；（7）除去刻蚀窗口内的氧化保护层使用刻蚀液清洗，除去刻蚀窗口7内的氧化保护层3，得到带有刻蚀窗口7和最上层为第二液性负性光刻胶10的基片；（8）制备金属结构自卷曲电感将步骤（7）得到的基片放在去胶液中，去除保留的第二液性负性光刻胶10；利用干法刻蚀或湿法刻蚀，通过刻蚀窗口7刻蚀锗牺牲层2，使两层金属层的金属图案或三层金属层的金属图案向着U型金属图案的开口方向卷曲一圈以上，相邻圈之间形成间隙11，得到微纳米管状的金属结构的自卷曲电感；（9）对金属结构的自卷曲电感镀金或镀铜处理对最上层为金金属层的金属结构的自卷曲电感进行化学镀金或电镀金处理，对最上层为铜金属层的金属结构的自卷曲电感进行化学镀铜或电镀铜处理，得到一种高品质因数的自卷曲电感；所述自卷曲电感由两个以上的偶数个串联的电感单元构成，品质因数为5~100。
[0006]进一步的技术方案如下：步骤（1）中，当衬底片1的材料为硅时，需要在硅表面生长一层二氧化硅绝缘层13，
实现层与层之间的电隔离。
[0007]步骤（2）中，所述锗牺牲层2的厚度为30~120nm。
[0008]步骤（4）中，所述氧化保护层3的厚度为1~10nm，材料为氧化铝或二氧化铪。
[0009]步骤（5.2）中，钛金属层4的厚度为50~300nm，铬金属层5的厚度为50~300nm，金金属层6的厚度为2~20nm；铜金属层14的厚度为100~450nm。
[0010]步骤（8）中，卷曲内径为1~300，卷曲圈数为一圈以上，相邻圈之间形成间隙为0~20。
[0011]步骤（8）中，所述干法刻蚀是通过将刻蚀气体进入刻蚀窗口7来刻蚀牺牲层2，进而实现两层金属层的金属图案或三层金属层的金属图案的卷曲。
[0012]步骤（8）中，所述湿法刻蚀是将基片放入过氧化氢溶液中，通过刻蚀窗口7刻蚀锗牺牲层2，实现三层金属层的金属图案的卷曲。两层金属层的金属基片最上层为铜金属层，铜会被过氧化氢溶液氧化，所以其只能采用干法刻蚀。
[0013]步骤（9）中，所述化学镀金或化学镀铜是对金属结构的自卷曲电感进行除油、化学镀镍、化学镀金或化学镀铜处理，得到一种高品质因数的自卷曲电感。
[0014]步骤（9）中，所述电镀金或电镀铜是利用电解的原理将导电层铺上一层金金属的方法，将电镀设备通电后，对金属结构的自卷曲电感进行除油、微蚀、化学镀镍、电镀金或电镀铜，得到一种高品质因数的自卷曲电感。
[0015]本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1.本专利技术提供了一种占地面积较小、性能可靠、具有高品质因数的自卷曲电感。本专利技术的创新点在于采用自卷曲技术制作，参见实施例1操作步骤（8），通过刻蚀牺牲层，利用应变层中的金属薄膜应力，触发纳米膜的自卷曲，实现常规电感二维结构到三维结构的转变。然后对卷曲后的微管结构进行镀金或镀铜处理，大幅提高电感的品质因数，参见实施例1操作步骤（9）。该结构的自卷曲电感器与平面螺旋电感、标准自卷曲电感相比，在缩小器件占地面积的同时，能够将电感的品质因数提高到30倍以内，攻克了现有自卷曲电感品质因数Q值提升的难题。而且本专利技术工艺流程相对简单，其成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高品质因数的自卷曲电感的制备方法，其特征在于操作步骤如下：（1）清洗衬底片按标准化清洗工艺，清洗衬底片（1），并吹干；（2）沉积锗牺牲层使用真空镀膜机，在清洗干净的衬底片（1）上沉积锗牺牲层（2）；（3）第一次光刻确定操作台面（3.1）第一次涂胶、曝光、显影在锗牺牲层（2）的表面旋涂六甲基硅胺烷（HMDS）进行成膜处理，在锗牺牲层（2）上采用旋转涂胶的方法涂上液相正性光刻胶，形成一层正性光刻胶；使用i线接触式光刻机，遮挡住需要保留的光刻胶部分，曝光、显影需要去除的光刻胶部分，在锗牺牲层（2）上得到正性光刻胶块（12）；（3.2）反应离子刻蚀（RIE）使用反应离子刻蚀（RIE）设备，刻蚀掉正性光刻胶块（12）外围暴露的锗牺牲层（2），并向下浅刻一层衬底片（1）；（3.3）去除液相正性光刻胶去除正性光刻胶块（12），保留正性光刻胶块（12）下部的锗牺牲层（2）；（4）原子层沉积（ALD）方法沉积氧化保护层利用原子层沉积（ALD），在锗牺牲层（2）上沉积氧化保护层（3）；（5）第二次光刻沉积金属应变层（5.1）第二次涂胶、曝光、显影在氧化保护层（3）的表面旋涂六甲基硅胺烷（HMDS）进行成膜处理后，在氧化保护层（3）的表面旋涂液相负性光刻胶；使用i线接触式光刻机设备，用掩模版进行套刻对准、曝光、显影，得到最上层为第一液性负性光刻胶层（9）和暴露部分氧化保护层（3）的基片；所述掩模版的图案为U型；（5.2）沉积金属应变层在第一液性负性光刻胶（9）的表面和氧化保护层（3）的表面上，使用电子束蒸发设备，真空镀设金属应变层；当金属应变层为钛金属层（4）和铬金属层（5）时，在铬金属层（5）上镀一层金属保护层，金属保护层为金金属层（6），得到具有三层金属层的金属基片；或者当金属应变层为钛金属层（4）和铜金属层（14）时，得到具有两层金属层的金属基片；（5.3）制备具有金属图案的金属基片用去胶液完全去掉金属基片上的第一液性负性光刻胶（9）和液性负性光刻胶（9）上的两层金属层或三层金属层，得到U型金属图案的金属基片或两个以上依次连接的U型金属图案的金属基片；（6）第三次光刻确定刻蚀窗口在所述金属基片上旋涂六甲基硅胺烷（HMDS）进行成膜处理，旋涂上第二液性负性光刻胶（10），使用i线接触式光刻机，用掩模版曝光、显影，得到刻蚀窗口（7），此时刻蚀窗口（7）内只去掉了第二液性负性光刻胶（10）；刻蚀窗口（7）位于U型金属图案的封闭端或两个以上依次连接的U型金属图案的封闭端；（7）除去刻蚀窗口内的氧化保护层
使用刻蚀液清洗，除去刻蚀窗口（7）内的氧化保护层（3），得到带有刻蚀窗口（7）和最上层为第二液性负性光刻胶（10）的基片；（8）制备金属结构自卷曲电感将步骤（7）得到的基片放在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文，汪颖，张子涵，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：