專利名稱：微螺線管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微螺線管及其制造方法，可以通過控制光敏材料上的圖案的曝光，將該螺線管制作成具有接近正圓的圓形截面的橫向或縱向螺旋線圈。
圖26給出了一個投射曝光裝置的示意圖，該裝置用于燒固圖案(baking a pattern)的光刻步驟，這是半導(dǎo)體制造過程中的一個步驟。該圖所示的光敏材料10為正感光型，顯影后未受光照的那部分光敏材料10將留存下來，而受到光照的那部分光敏材料10將被刻蝕掉。來自光源的光束4將掩模M上明暗形式的圖案轉(zhuǎn)移至襯底1上的光敏材料10上。例如，當(dāng)一個由環(huán)狀遮光膜8構(gòu)成的圖案通過投影在襯底1上曝光并顯影時，光敏材料10是環(huán)形的，但從來不會形成螺旋狀。傳統(tǒng)使用的掩模M只由玻璃7制成，其未遮光的部位的透光率接近100％，而在有遮光膜8的區(qū)域的透射率為0％，即無光能透過該區(qū)域。
為了解決這種電感元件的制造難題，例如，在日本公開特許公報189,339/1998與313,093/1998號中提出了一種制造技術(shù)。關(guān)于橫向線圈的形成方法，日本公開特許公報189,339/1998號公開了這樣一種技術(shù)，其中采用一種各向同性刻蝕方法或一種結(jié)合各向異性刻蝕與各向同性刻蝕的組合方法來形成半圓形凹槽，接著通過氧化使預(yù)先埋入凹槽部分的多晶硅或非晶硅層疊與擴(kuò)展，形成一種圓柱形的線圈截面。再有，日本公開特許公報313,093/1998號公開的技術(shù)是，將平面螺旋狀的電感器經(jīng)由絕緣層在垂直方向上層疊，此時，將上層與下層的電感器經(jīng)由在絕緣層中形成的通孔有選擇地連接，形成一個雙層螺旋線圈。
附帶指出，濾波器電路固有地由電阻器、電容器與線圈的組合構(gòu)成。但是，在現(xiàn)有半導(dǎo)體集成電路上形成的濾波器電路則利用電阻器、電容器與晶體管構(gòu)成。由于沒有使用線圈，因此為了實現(xiàn)具有所要特性的濾波器電路，需要使用大量的元件、電阻器、電容器與晶體管，芯片的尺寸也因此必須增大。加之，由于晶體管易受使用環(huán)境溫度的影響，所以，使用的晶體管數(shù)量越多，電路的整體特性將變得越不穩(wěn)定。
再有，隨著集成電路規(guī)模的增大，集成電路內(nèi)電氣布線的線寬變得更細(xì)，且由于布線路徑變得更長，所以布線電阻與布線間的電容也增加。因而，導(dǎo)致產(chǎn)生電荷經(jīng)過布線的速度受到控制、電流延遲率增加等問題。
同時，在日本公開特許公報189,339/1998號所公開的技術(shù)中，作為在襯底上形成電感元件的方法，其形成橫向線圈的圓柱部分的方法包括各向同性刻蝕方法或各向異性刻蝕與各向同性刻蝕組合的方法；以及通過氧化使多晶硅或非晶硅層疊與擴(kuò)展的方法。所以，用這種方法難以使圓柱截面高度精確地形成正圓。因此，無法將磁場的變化保持均勻。
再有，日本公開特許公報313,093/1998號所公開的技術(shù)中存在這樣的問題，與螺線管相比，經(jīng)由通孔將上層與下層線圈螺旋地層疊形成的螺旋線圈的磁通將漏到線圈的外側(cè)，因此將不能使磁場的改變保持均勻。
本發(fā)明旨在提供一種微螺線管，在該螺線管中可通過控制線圈在襯底上所占面積容易地增加電感值，并由此可通過將磁通保持在線圈內(nèi)部而維持磁場的均勻變化。
進(jìn)而，本發(fā)明通過將這樣形成的螺旋狀金屬層疊來形成具有多圈的縱向螺旋結(jié)構(gòu)的線圈。
依據(jù)本發(fā)明，可通過控制線圈在襯底上所占面積容易地增加電感值，并且通過將磁通限制在該線圈內(nèi)來保持磁場變化的均勻性。
再有，可在集成電路等微電路上形成螺線管。而且，通過連接具備所要求電感性能的單個或多個螺線管，可實現(xiàn)元件數(shù)量少且具穩(wěn)定特性的集成電路?？梢云诖?，采用這種集成電路可制成高可靠性且小型化的電子產(chǎn)品。至于較大規(guī)模集成電路中預(yù)期會出現(xiàn)的延遲問題，可通過將螺線管設(shè)置在所要求的部位而被縮小。
圖2為采用本發(fā)明的方法制造的一種橫向螺旋線圈的側(cè)視圖。
圖3為通過截面圖表現(xiàn)的一種橫向螺旋線圈的制造流程圖。
圖4為表現(xiàn)采用本發(fā)明的方法形成一種橫向螺旋線圈時用掩模A將圖案曝光的簡化透視圖。
圖5為利用掩模B將圖案曝光的簡化透視圖。
圖6為表示透光率與掩模A與B的遮光膜之間關(guān)系的曲線圖。
圖7為通過截面圖表現(xiàn)的一種螺旋線圈的制造流程圖。
圖8為以本發(fā)明的方法形成橫向螺旋線圈的步驟(A)中襯底的平面圖。
圖9為以本發(fā)明的方法形成橫向螺旋線圈的步驟(B)中襯底的平面圖。


圖10為以本發(fā)明的方法形成橫向螺旋線圈的步驟(C)中襯底的平面圖。
圖11為以本發(fā)明的方法形成橫向螺旋線圈的步驟(D)中襯底的平面圖。
圖12為采用本發(fā)明的方法制造的一種縱向螺旋線圈的透視圖。
圖13為采用本發(fā)明的方法制造的一種縱向螺旋線圈的側(cè)視圖。
圖14為以本發(fā)明的方法形成一種縱向螺旋線圈時采用的一種掩模C的平面圖。
圖15為一種掩模D的平面圖。
圖16為依據(jù)本發(fā)明的方法形成縱向螺旋結(jié)構(gòu)的每一圈的流程圖。
圖17為圖16所示步驟的后續(xù)流程圖。
圖18為依據(jù)本發(fā)明的方法形成縱向螺旋線圈的每1/2圈時所用掩模E的平面圖。
圖19為掩模F的平面圖。
圖20為依據(jù)本發(fā)明的方法形成縱向螺旋線圈的每1/2圈的流程圖。
圖21為圖20所示步驟的后續(xù)流程圖。
圖22為多個同心排列的螺旋線圈的截面圖。
圖23為一種橫向螺旋線圈的截面圖。
圖24為一種在同一圓周上形成雙縱向螺旋線圈時使用的掩模的平面圖。
圖25為一種同心地形成雙螺旋線圈時使用的掩模的平面圖。
圖26為一種普通投射曝光裝置的示意圖。
橫向螺旋線圈具有這樣的結(jié)構(gòu)，其下半線圈部分2形成于設(shè)置在襯底1上的凹槽底部，并具有半個正圓的截面，而其上半線圈部分2形成于從襯底1上突出的圓柱部分3的外圓周面上，引出線4、5從該線圈部分2引出。
(1)形成用以制成螺旋線圈的下半部分的步驟A步驟A如圖8所示，在襯底1上形成截面呈半個正圓的凹槽部分6，用以構(gòu)成螺旋線圈下半部的外形部分。
在襯底1上涂敷光敏材料10(圖3A)。利用具有矩形圖案的掩模(在該矩形圖案的外側(cè)有遮光膜而在該矩形的內(nèi)側(cè)無遮光膜(圖3B))在光敏材料10上進(jìn)行曝光繪圖。使曝光后的光敏材料10顯影并進(jìn)行高溫處理，使殘留的光敏材料固化。以濕式刻蝕法對襯底表面的露出部分進(jìn)行各向同性刻蝕，這時已固化的光敏材料被用作保護(hù)膜，以形成半圓形的凹槽部分6(圖3C)。然后，去除光敏材料10(圖3D)。
(2)形成螺旋線圈下半部金屬布線的步驟B在步驟B中，如圖9所示，在襯底1的凹槽部分6上形成螺旋線圈下半部的金屬布線12。
通過濺射將鋁等金屬12均勻鍍覆在襯底1的整個表面(圖3E)，襯底1上的光敏材料10已在步驟A中去除。再在其上涂敷光敏材料10，并通過曝光繪制螺旋線圈下半部的傾斜梯形圖案，然后進(jìn)行顯影與高溫處理(圖3F)。通過刻蝕將被曝露的金屬12去除，之后再將光敏材料10去除(圖3G)。
(3)以絕緣體材料形成構(gòu)成螺旋線圈中空部分的圓柱的步驟C在步驟C中，如圖10所示，形成位于螺旋線圈內(nèi)側(cè)的、由絕緣體材料13構(gòu)成的圓柱部分3，其中已形成線圈的下半部。
為了形成構(gòu)成螺旋線圈內(nèi)部部分的區(qū)段，在步驟B中形成的包含下半螺旋線圈的襯底表面，層疊硅氧化膜等的絕緣材料13(圖3H)。將絕緣材料13這樣層疊、使得其厚度等于構(gòu)成螺旋線圈內(nèi)部部分的圓的直徑。將光敏材料10涂敷在襯底1上，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)次數(shù)，使得光敏材料10的薄膜厚度等于所述圓的半徑。為了形成所述內(nèi)部部分，利用掩模進(jìn)行曝光并顯影，該掩模具有矩形圖案，該矩形圖案的內(nèi)側(cè)設(shè)有遮光膜而外側(cè)無遮光膜，矩形短邊方向的寬度與構(gòu)成螺旋線圈內(nèi)部部分的圓柱直徑相等。之后，將襯底在設(shè)定的溫度下保持一段固定的時間，從而使光敏材料的截面形狀跟螺旋線圈之半圓形狀相似(圖3I)。一旦光敏材料10與絕緣材料13的刻蝕速度變得相等，就可利用各向異性刻蝕條件使刻蝕只在垂直方向進(jìn)行，以便直接將具有半圓截面的光敏材料10的外形轉(zhuǎn)移到作為內(nèi)襯的絕緣材料13上(圖3J)。
本例中，在附圖3I的步驟中光敏材料10形成圓形截面。但是本發(fā)明中，光敏材料10的截面不必一定為半圓形，且光敏材料10與絕緣材料13的薄膜厚度及刻蝕速度也可不同。在此步驟中，只要保證該內(nèi)部部分的絕緣材料的截面最終形成圓形即可。
(4)形成螺旋線圈上半部的金屬布線的步驟D在步驟D中，如圖11所示，對應(yīng)步驟A至步驟C所形成的螺旋線圈的下半部，形成上半部的金屬布線12(線圈部分2與引出線4、5)。
在步驟C中形成的包含螺旋線圈下半部的襯底上，均勻地層疊金屬12(圖3K)。涂敷光敏材料10，通過曝光、顯影、繪制螺旋線圈上半部的梯形圖案，并進(jìn)行高溫處理(圖3L)。此時所用的梯形圖案的傾斜方向跟附圖3F所繪制的梯級圖案的傾斜方向相反。通過刻蝕去除露出的金屬，而光敏材料10覆蓋的那部分金屬4(線圈部分2與引出線4、5)被保留(圖3M)，然后再去除光敏材料10(圖3N)。
根據(jù)本實施例，由于引出線4、5從螺旋線圈的兩端引出，因此可跟形成于同一襯底的電阻器、電容器或晶體管等的其他電路連接。
接著，說明使用具有曝光量從0至100％連續(xù)變化的遮光膜的掩模來形成橫向螺旋線圈的方法。先說明本例中使用的掩模。圖4為形成橫向螺旋線圈時用掩模A進(jìn)行曝光繪制的示意的透視圖，圖5為使用掩模B的曝光繪制方式的透視圖，而圖6為掩模A與掩模B的透光率與遮光膜的關(guān)系圖。
在掩模A中在100％透光的玻璃上形成對應(yīng)于凹槽寬度以外部分的透光率為0％的遮光膜8；以及遮光膜8a，其中，為了形成截面為半個正圓的凹槽6，在遮光膜8的內(nèi)部朝著對應(yīng)于凹槽6的最深處的中央，透光率從0％至100％連續(xù)變化。掩模B，用以形成突出的截面為正圓的圓柱部分3，其上遮光膜8b的透光率由0％至100％連續(xù)變化，跟形成圓柱部分3頂部的位置到形成圓柱部分3直徑兩端的位置相對應(yīng)。在掩模A的遮光膜8a與掩模B的遮光膜8b中，透光率具有相反的關(guān)系，從而可進(jìn)行截面為正圓的曝光繪制。
(1)用以形成成為螺旋線圈下半部的部分的步驟A在步驟A中，形成如圖8所示的成為螺旋線圈下半部外側(cè)部分的凹槽部分6，該部分在襯底5上形成，具有半個正圓的截面。
在襯底1上涂敷光敏材料10(圖7A)。為了在將在其上形成的螺旋線圈的光敏材料10上形成螺旋線圈下半部，通過利用掩模A進(jìn)行曝光來繪制矩形11(圖7B)。使曝光后的光敏材料10顯影，且進(jìn)行高溫處理使殘留的光敏材料固化。一旦光敏材料10與襯底1的刻蝕速度變得相等，就利用各向異性干式刻蝕條件使刻蝕只在垂直方向進(jìn)行，直接將具有半個正圓截面的光敏材料10的外形轉(zhuǎn)移到襯底材料上作為底襯(圖7C)。
本例中，在圖7B的步驟中光敏材料10形成圓形截面。但是本發(fā)明中，光敏材料10的截面不必一定為半圓形，且光敏材料10與襯底材料1的刻蝕速度也可不同。在此步驟中，只要滿足保證凹槽部分6的截面形狀最終為正圓的條件即可。
(2)形成螺旋線圈下半部金屬布線的步驟B在步驟B中，在襯底1的凹槽6上形成螺旋線圈下半部的金屬布線12，如圖9所示。
在步驟A中，通過濺射將諸如鋁等金屬12均勻地層疊在去除了光敏材料10的襯底1的整個表面(圖7D)。在該金屬鍍層上涂敷光敏材料10，然后曝光繪制螺旋線圈下半部的傾斜梯級圖案，再進(jìn)行顯影、高溫處理(圖7E)。通過刻蝕去除露出的金屬12，然后再去除光敏材料10(圖7F)。
(3)以絕緣體材料形成構(gòu)成螺旋線圈中空部分的圓柱的步驟C在步驟C中，形成螺旋線圈內(nèi)部的、由絕緣體材料13構(gòu)成的圓柱部分3，其中已形成線圈的下半部，如圖10所示。
為了形成構(gòu)成螺旋線圈內(nèi)部部分的區(qū)段，在步驟B中形成的包含下半螺旋線圈的襯底表面上層疊硅氧化膜等的絕緣材料13(圖7G)。將絕緣材料13一直層疊到其厚度與構(gòu)成凹槽部分6中的螺旋線圈內(nèi)部部分的正圓直徑相等。將光敏材料10涂敷在襯底1上，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)次數(shù)，使光敏材料10的薄膜厚度等于該正圓半徑(圖7H)。進(jìn)而，通過利用掩模B進(jìn)行曝光和顯影來繪制矩形圖案，以便形成所述內(nèi)部部分。這時，光敏材料10的截面形狀跟螺旋線圈的半圓形相似(圖7I)。一旦光敏材料10與絕緣材料13的刻蝕速度變得相等，就利用各向異性干刻蝕條件使刻蝕只在垂直方向進(jìn)行，直接將具有半個正圓截面的光敏材料10的外形轉(zhuǎn)移到作為內(nèi)襯的絕緣材料13上(圖7J)。
本例中，在圖7I的步驟中光敏材料10形成圓形截面。但是本發(fā)明中，光敏材料10的截面不必一定為半圓形，且光敏材料10與絕緣材料13的薄膜厚度及刻蝕速度也可不同。在此步驟中，只要滿足保證該內(nèi)部部分的絕緣材料的截面最終形成正圓的條件即可。
(4)形成螺旋線圈上半部分的金屬布線的步驟D在步驟D中，如附圖1 1所示，對應(yīng)步驟A至步驟C所形成的螺旋線圈的下半部，形成上半部的金屬布線12(線圈部分2與引出線4、5)。
在其中包含在步驟C中形成的螺旋線圈下半部的襯底上，均勻地層疊金屬12(圖7K)。涂敷光敏材料10，通過曝光、顯影、繪制螺旋線圈上半部的梯級圖案，并進(jìn)行高溫處理(圖7L)。此時使用的梯級圖案的傾斜方向跟圖7F所繪制的梯級圖案的傾斜方向相反。通過刻蝕去除露出的金屬，光敏材料10覆蓋的那部分金屬(線圈部分2與引出線4、5)被保留(圖7M)，然后再去除光敏材料10(圖7N)。
根據(jù)本實施例，由于引出線4、5從螺旋線圈的兩端引出，因此可跟形成于同一襯底的電阻器、電容器或晶體管等的其他電路連接。
接著，描述縱向螺旋線圈的制造方法。本實施例的微螺線管為一種具有圓形截面的縱向螺旋線圈(以下簡稱為“螺旋線圈”)。圖12為用本發(fā)明的方法制造的縱向螺旋線圈的透視圖，而圖13為用本發(fā)明的方法制造的縱向螺旋線圈的側(cè)視圖。
在縱向螺旋線圈中，線圈芯子與襯底表面垂直或傾斜成預(yù)定角度。本例中，螺旋線圈具有線圈芯子垂直于襯底的結(jié)構(gòu)。在襯底1上，螺旋狀地形成具有預(yù)定直徑的金屬12與絕緣材料13。
首先，說明用以形成縱向螺旋線圈的掩模。
圖14為形成縱向螺旋線圈時使用的掩模C的透視圖，圖15為掩模D的平面圖，圖16為表示透射率跟掩模C與D的遮光膜之間關(guān)系的曲線圖。
掩模C具有形成在可100％透光的玻璃上的、能夠從0％至100％連續(xù)控制透光率的環(huán)形遮光膜8。其透過遮光膜8的光量被控制成沿著圓環(huán)從0％至100％連續(xù)變化的光，連續(xù)地照射在光敏材料上。只被少量光照射到的光敏材料，就只是少量地被顯影，其殘留的光敏材料也就會較多。但是，如果施加在光敏材料的光量到達(dá)這樣的程度、使得光還沒有完全被敏化，則在顯影后會只有少量光敏材料殘留。掩模D具有透光率為0％的圓環(huán)狀遮光膜8。
(1)以每次一圈的形式形成螺旋結(jié)構(gòu)的方法在步驟A中，在襯底1上形成如圖16H所示的螺旋結(jié)構(gòu)的第一圈。
在襯底1上層疊絕緣材料13，并在其上涂敷光敏材料10(圖16A)。此時，光敏材料10的薄膜厚度與絕緣體材料13的薄膜厚度相同。接著，用掩模C對光敏材料10進(jìn)行曝光、顯影，形成螺旋狀的光敏材料10(圖16B)。之后，進(jìn)行高溫處理以固化光敏材料10。通過刻蝕使光敏材料10下面的絕緣材料13形成螺旋結(jié)構(gòu)(圖16C)，再在該襯底上層疊金屬12(圖16D)。此時，在螺旋形結(jié)構(gòu)的上部也層疊金屬。
現(xiàn)就關(guān)于作為前述過程結(jié)果、所述金屬粘附到螺旋狀絕緣材料的側(cè)壁上所采取的對策予以說明。關(guān)于所述對策，可以采用在該絕緣材料的側(cè)壁具有使金屬不附著的結(jié)構(gòu)的方法與/或?qū)⒁迅街慕饘偃コ姆椒ā?br> 作為前者，例如可使所述側(cè)壁形成倒立的錐形。在該方法中，當(dāng)用光敏材料作為掩模向深度方向刻蝕時，使橫向刻蝕速率隨深層刻蝕而增加來形成倒立的錐形結(jié)構(gòu)。這種倒錐體形狀，可通過適當(dāng)控制刻蝕氣體的種類、反應(yīng)中的壓力以及滿足這類條件的電力來形成。
后一種方法利用層疊在襯底表面的金屬層較厚，而附著在側(cè)壁的金屬厚度較薄；也就是利用金屬的橫向?qū)盈B厚度比縱向薄的差異。首先，將金屬層疊在整個襯底表面上。然后，已附著在側(cè)壁的金屬層被刻蝕。此時的刻蝕條件被這樣控制，使縱向與橫向的刻蝕速率保持相同。如此進(jìn)行刻蝕后，附著在側(cè)壁的金屬便被去除。但是在側(cè)壁以外的表面上，雖然被層疊的金屬由于受到刻蝕而變得較薄，但仍留有線圈所需的厚度。之后，進(jìn)入形成線圈部分的光刻步驟。
然后，涂敷光敏材料10(圖16E)。此時光敏材料10的薄膜厚度只要充分覆蓋襯底1即可。當(dāng)利用掩模D進(jìn)行曝光與顯影時，只有覆蓋在螺旋結(jié)構(gòu)基底的金屬上的光敏材料10殘留(圖16F)。再進(jìn)行高溫處理，將露出的金屬12刻蝕后(圖16G)，除去光敏材料10(圖16H)。
在步驟B中，如圖17Q所示，在步驟A形成的第一層線圈上形成第二層線圈。
將絕緣材料13層疊至第一層的兩倍厚度，接著涂敷光敏材料10。此時，使光敏材料10的厚度跟螺旋結(jié)構(gòu)的第一層相同(圖17I)。在用掩模C進(jìn)行曝光、顯影后，形成螺旋狀的光敏材料10(圖17J)。然后進(jìn)行高溫處理，接著再通過刻蝕形成第二層的基底。于是，第一層上的金屬12的一部分露出(圖17K)。該金屬端面用以跟第二層的金屬12電連接。
在襯底的整個表面上層疊金屬12(圖17L)。再涂敷光敏材料10(圖17M)，然后用掩模D曝光與顯影。結(jié)果，覆蓋于螺旋結(jié)構(gòu)的金屬12上的那部分光敏材料10殘留下來(圖17N)。高溫處理后，將露出的金屬12刻蝕掉(圖170)，再將螺旋結(jié)構(gòu)以外殘留的絕緣材料13刻蝕掉(圖17P)，最后將光敏材料10去除(圖17Q)。
(2)以每次1/2圈的形式形成的方法現(xiàn)說明本例中為形成縱向螺旋線圈所使用的掩模。圖18為以每1/2圈形成縱向螺旋線圈時所用掩模E的平面圖，圖19為掩模F的平面圖。掩模E上有具有固定寬度的、能夠從0％至100％連續(xù)控制透光率的遮光膜8。再有，掩模F上有透光率為0％的半圓形遮光膜8。
將絕緣材料13層疊在襯底1上，再涂敷光敏材料10(圖20A)。用掩模E來曝光與顯影，形成傾斜截面結(jié)構(gòu)的光敏材料10(圖20B)。高溫處理后，通過刻蝕形成傾斜結(jié)構(gòu)的絕緣材料13(圖20C)。在襯底1的整個表面層疊金屬12(圖20D)，再涂敷光敏材料10(圖20E)。用掩模F曝光并顯影后，只留下覆蓋傾斜面上的金屬12的那部分光敏材料10(圖20F)。高溫處理后，將露出的金屬12刻蝕(圖20G)掉，再去除光敏材料10(圖20H)。
將絕緣材料13層疊至兩倍于圖20A中薄膜厚度的薄膜厚度，即，層疊至用以蓋住金屬12的高度(圖21I)，接著涂敷光敏材料10(圖21J)。利用掩模E進(jìn)行曝光與顯影后，形成其結(jié)構(gòu)按照與圖20C中結(jié)構(gòu)的方向相反的方向傾斜的光敏材料10(圖21K)。高溫處理后，通過刻蝕形成如圖中(圖21L)所示的、其中金屬12部分地露出的形狀。層疊金屬12(圖21M)。涂敷光敏材料10(圖20E)，利用將掩模F在垂直方向上倒轉(zhuǎn)而獲得的掩模對涂敷光敏材料10進(jìn)行曝光和顯影。于是，留下覆蓋傾斜面結(jié)構(gòu)上的金屬12上的那部分光敏材料10(圖21O)。高溫處理后，將露出的金屬12刻蝕(圖21P)掉，再去除光敏材料10(圖21Q)。
重復(fù)步驟I至步驟Q，通過最后對除螺旋結(jié)構(gòu)之外的絕緣材料13進(jìn)行刻蝕，形成如圖21R所示的多個螺旋線圈。
以上，分別對兩種方法作了大略的說明。接著，說明一種部分修改的方法。
(1)以每次一圈的形式形成螺旋結(jié)構(gòu)的方法(A)在層疊金屬時也在螺旋基底的側(cè)壁附著金屬的場合，必須增加一個步驟，去除附著在一圈的最下層與最上層之間的交界處的階梯(即高度差)側(cè)壁的金屬，而不是去除附著在基底的內(nèi)周面與外周面上的金屬。
(B)除最下層的基底以外，在上層金屬布線之間，可用形成金屬氧化膜來代替層疊絕緣材料。由于層疊后的金屬表面會被氧化，因此(工序)步驟可縮短或“歸并”。但是，這種場合也與(A)中的情況相同，有必要將重疊部分的上部金屬去除，并有選擇地去除被去除部分上的金屬的表面。
(2)以每次1/2圈的形式形成的方法(A)與上述(1)(B)中一樣，也形成一層金屬氧化膜。但是，這里沒有必要部分地去除并氧化該層金屬。也不需要用以形成第二層基底的光刻步驟以及后續(xù)的各個步驟，且由于利用了金屬氧化膜，所以可形成更高密度的線圈。
順便指出，在以(2)中的方法將基底全部以絕緣材料形成的場合，各基底可分別以其所要的角度形成。
本例中，未對從線圈兩端引出的引出線進(jìn)行說明。但是，這些引出線可以以任選的方向引出。線圈也可按照多圈地形成而不是每次1圈和/或1/2圈地形成。還有，線圈的截面形狀或整體形狀，可為橢圓、菱形、桶形、線軸形等其他形狀。再有，形成線圈的繞向可為順時針或逆時針方向。此外，還可在同一圓柱上形成兩個或兩個以上的線圈。另外，也可在同心地形成兩個或兩個以上的線圈。由此，將這些線圈連接，可獲得更大的電感。再有，關(guān)于將光敏材料形成螺旋狀的方法，除改變掩模上遮光膜的厚度以外，也可在遮光膜上形成其大小跟透光率成比例的孔，或?qū)⒄诠饽ぴO(shè)置在另一玻璃表面上以跟投影曝光的焦點位置相隔一段距離并利用那時形成的陰影來調(diào)節(jié)透光率。再有，也可用電子束或激光束直接照射光敏材料來形成螺旋狀結(jié)構(gòu)。而且，也可用離子束直接照射絕緣材料來形成螺旋狀結(jié)構(gòu)。此外，除用透射型掩模之外，使用反射型掩模從0％至100％連續(xù)控制反射率，也同樣可以形成螺旋狀結(jié)構(gòu)。
另外，也可只去除基底上圓環(huán)部分的光敏材料、而在該處以外的區(qū)域不層疊金屬來形成所述結(jié)構(gòu)。而且，該方法可防止金屬附著在螺旋結(jié)構(gòu)的最下層與最上層的階梯部分的側(cè)壁上。再有，基底本身也可用金屬形成。此外，在線圈的中空部分，為了不使鐵芯等金屬材料跟線圈芯部的金屬相互接觸，可在其間設(shè)置較薄的絕緣材料。再有，可將磁性材料配置在線圈的中空部分的外側(cè)，以獲得更大的電感。
上述“基底”，只是指第一層的基底。但是，換一個角度考慮，也可將構(gòu)成線圈的金屬層部分換成絕緣材料，并將構(gòu)成基底的絕緣材料部分換成金屬來形成線圈。并且，也可用熱固性樹脂經(jīng)由曝光來形成基底。
此例中，為了形成螺旋結(jié)構(gòu)，使光敏材料與絕緣材料的薄膜厚度相同，且刻蝕的速率也相等。但是，只要最終能達(dá)到絕緣材料形成螺旋形狀的目的，上述關(guān)系可任意確定。再有，雖然與線圈無關(guān)，本發(fā)明的方法也可用于微型機(jī)械螺桿的制造。
本例中的螺旋線圈完成后，為了強(qiáng)化金屬間的連接部分，進(jìn)行加熱步驟。
本發(fā)明可采用如下所述的各種材料。
襯底材料可以包括硅、鍺、砷化鎵、磷化鎵、銻化銦、氮化鋁等半導(dǎo)體材料，或玻璃、陶瓷、礬土、鉆石、藍(lán)寶石等絕緣材料，或塑料等有機(jī)材料，或鋁、不銹鋼等金屬材料，或鐵、鐵合金等磁性材料，或鐵氧體等氧化物材料，等等。
底層材料可以包括氧化硅膜、氮化硅膜等絕緣材料，非晶硅、多晶硅等半導(dǎo)體材料，聚酰亞胺等有機(jī)材料，磁性材料，等等。
基底材料可以包括氧化膜等絕緣材料，襯底或電阻跟襯底相同的半導(dǎo)體材料，絕緣有機(jī)材料，熱固性樹脂，等等。
線圈材料可以包括鋁、鈦、鎢、銅、鉻等金屬及其合金，摻雜的低電阻半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電的有機(jī)材料，ITO(銦錫氧化物)等透明導(dǎo)電材料，氧化銅等高溫超導(dǎo)材料，等等。
圓柱部分與線圈周邊部分的材料可以包括空氣，氧化膜、有機(jī)材料等絕緣材料，錳鋅系鐵氧體、鈷系非晶體合金、鐵素體·鉬坡莫合金(ferrite.Mo bermallay)等磁性材料，襯底材料或半導(dǎo)體材料，鐵等在它們與線圈之間夾有絕緣材料的金屬，超導(dǎo)材料，等等。
以下說明本發(fā)明的其他實施例。
I.橫向螺旋線圈(1)在本實施例中，已就直接在襯底上形成線圈的方法作了說明。但也可在襯底上層疊另一薄膜，而形成該薄膜的形狀。
(2)也可將整個線圈以絕緣材料覆蓋，并在其上部形成并層疊另一線圈。
(3)線圈的形狀并不只限于圓筒形，可形成中央部分凸起的桶形或中央部分凹陷的線軸形。線圈也可采用各種不同的形狀。
(4)引出線的位置不必一定要如圖11所示位于線圈的兩端；可從任何要求的位置引出；因此，可引出多條引出線。
(5)線圈的中空部分，除了放置絕緣材料以外，也可放置絕緣薄膜，以使鐵心等金屬材料和/或鐵氧體等氧化物材料不跟線圈部分的金屬接觸。
(6)由于在線圈中空部分的圓柱上采用熱固性樹脂，線圈的上半部可以只通過曝光形成。
(7)如圖22所示，可以同時以同心園布局形成兩個、三個或更多個線圈。形成這些線圈時，下半部的半圈以從外向內(nèi)的順序形成，而上半部的半圈以從內(nèi)向外的順序形成。
(8)也可形成如圖23所示的其軸線方向與襯底表面平行的橫向螺旋線圈。所要形成的該螺旋線圈的圖案在水平方向被切為上半部與下半部，上半部與下半部分別形成。即，采用形成橫向螺旋線圈下半部的方法，將螺旋線圈的下半部從外側(cè)開始連續(xù)地形成，接著將上半部從內(nèi)側(cè)開始形成。
II.縱向螺旋線圈(1)為了以同心圓布局同時形成兩個、三個或更多的線圈，可使用圖24所示的掩模。該掩模這樣形成，使得在圓環(huán)的左半部、透光率自上而下地增加，而在圓環(huán)的右半部，透光率由下而上地增加。
(2)一個線圈可由兩個、三個或更多的線圈構(gòu)成。而且，通過將各線圈連接，可獲得更大的電感。這種線圈可利用圖25所示的掩模來制作。該掩模這樣形成，其內(nèi)側(cè)園環(huán)的透光率從右下部向左下部增加，而其外側(cè)圓環(huán)的透光率從左下部向右下部增加。
(3)一次曝光形成多圈的縱向線圈所謂多圈指一種螺旋圖案。但是，該圖案不是平面的螺旋圖案，而是一種立體的螺旋圖案，由從中央向外側(cè)升高的凹狀螺旋圖案和從外側(cè)向中央升高的凸?fàn)盥菪龍D案交替層疊形成。該種線圈可為瞬時針繞向，也可為逆時針繞向。
III.由橫向螺旋線圈與縱向螺旋線圈組合而成的線圈形成一圈或半(1/2)圈的縱向基底。然后，在基底上形成一橫向線圈的下半部。即，形成一截面呈半圓形的凹槽及梯形的金屬圖案。接著，形成圓柱部分。然后，再在圓柱上形成構(gòu)成橫向線圈上半部的金屬梯形圖案。之后，再形成縱向基底，以同樣的方式形成橫向線圈。
IV.從襯底分離線圈的方法在襯底與線圈之間，預(yù)先設(shè)置一種跟襯底與線圈的材料均不相同的材料。線圈制成后，通過刻蝕預(yù)設(shè)在襯底與線圈之間的材料，將線圈跟襯底分開。另一種方法是，通過刻蝕襯底本身，將線圈從襯底分離。
工業(yè)應(yīng)用的可能性如上所述，依據(jù)本發(fā)明的微螺線管及其制作方法，可應(yīng)用于各種微電路，例如作為半導(dǎo)體集成電路的電感或變壓器的線圈，構(gòu)成作為微型機(jī)械動力的電磁馬達(dá)或微型發(fā)動機(jī)的電磁線圈，用作發(fā)送或接收磁信號的傳感器，進(jìn)行信息的磁性處理與記錄的電路元件，等等。
權(quán)利要求
1.一種橫向微螺線管的制造方法，其中形成于襯底上的橫向螺旋線圈的截面分為兩部分上半部與下半部，這些部分通過下列步驟A至D形成，所述方法包括步驟A在所述襯底上涂敷光敏材料，使用掩模將所述光敏材料曝光并顯影，該掩模的矩形圖案的外側(cè)有遮光膜而內(nèi)側(cè)無遮光膜，以便將所述矩形圖案轉(zhuǎn)移至所述光敏材料并去除所述矩形圖案內(nèi)側(cè)的光敏材料，接著各向同性地刻蝕被除去光敏材料的矩形圖案區(qū)域的襯底表面的露出部分，以便在半圓形的下半部形成矩形的凹槽截面形狀；步驟B在所述步驟A中形成的所述凹槽部分形成所述螺旋線圈下半部的金屬布線；步驟C在所述步驟B中形成的金屬布線上層疊絕緣材料，使構(gòu)成所述螺旋線圈的所述內(nèi)部部分的截面跟所述的圓直徑相等，并涂敷光敏材料直至其厚度等于具有所述圓形截面的所述內(nèi)部部分的半徑，用掩模曝光并顯影所述光敏材料，該掩模的矩形圖案內(nèi)側(cè)有遮光膜而其外側(cè)無遮光膜，矩形圖案的短邊寬度跟構(gòu)成所述螺旋線圈的內(nèi)部部分截面的圓直徑相等，以將所述矩形圖案轉(zhuǎn)移至所述光敏材料并將矩形圖案外側(cè)的光敏材料除去，然后通過加熱熔化在所述圓形的上半部形成所述光敏材料的截面形狀，然后經(jīng)由干式刻蝕將所述底層材料與所述光敏材料一起刻蝕，使所述光敏材料的截面形狀轉(zhuǎn)移至所述底層材料，形成圓柱部分，該圓柱部分成為所述螺旋線圈的內(nèi)部部分，其上有位于形成于所述下半部的金屬布線內(nèi)側(cè)的絕緣材料；以及步驟D在步驟C中所形成的圓筒部的外周面上形成所述螺旋線圈上半部的金屬布線。
2.一種橫向微螺線管的制造方法，其中形成于襯底上的橫向螺旋線圈的截面分為兩部分上半部與下半部，這些部分通過下列步驟A至D形成，所述方法包括步驟A在所述襯底上涂敷光敏材料，使用掩模A將所述光敏材料曝光并顯影，以便在一正圓的下半部形成所述光敏材料的截面形狀，然后經(jīng)由干式刻蝕將一種底層材料與所述光敏材料一起刻蝕，使所述光敏材料的截面形狀轉(zhuǎn)移至所述底層材料，由此在所述正圓的下半部上形成所述凹槽的截面形狀；步驟B在所述步驟A中形成的所述凹槽部分上形成所述螺旋線圈下半部的金屬布線；步驟C在所述步驟B中形成的金屬布線上層疊絕緣材料，使構(gòu)成所述螺旋線圈的所述內(nèi)部部分的截面跟一正圓的直徑相等，進(jìn)而涂敷一定厚度的光敏材料使其截面等于所述正圓的所述內(nèi)部部分的半徑，再用掩模B曝光并顯影形成一圓柱部分，該圓柱部分與形成于所述螺旋線圈的下半部的金屬布線的內(nèi)側(cè)的絕緣材料一起構(gòu)成所述螺旋線圈的內(nèi)部部分，；以及步驟D在所述步驟C中所形成的圓柱部分的外周面上形成所述螺旋線圈上半部的金屬布線；所述掩模A用以在襯底上形成具有半個正圓的截面的凹槽，在100％透光的玻璃上，使凹槽寬度以外的部分形成透光率為0％的遮光膜，并以所述凹槽的最深位置作為中央，使透光率為0％的遮光膜的內(nèi)側(cè)朝向中央，形成一種透光率可從0％至100％連續(xù)控制的遮光膜；而所述掩模B上有能夠以跟所述掩模A相反的關(guān)系控制透光率的遮光膜，以便用絕緣材料在所述襯底上形成突出的截面為半個正圓的圓柱部分。
3.一種縱向微螺線管的制造方法，它包括如下步驟步驟A在襯底上層疊絕緣材料，且在其上涂敷光敏材料，使用掩模C將所述光敏材料曝光并顯影，以便形成螺旋狀光敏材料；步驟B在所述步驟A后，進(jìn)行高溫處理使所述光敏材料固化，再進(jìn)行刻蝕使所述光敏材料下的絕緣材料形成螺旋狀，并在該襯底上層疊金屬；步驟C在所述步驟B后，涂敷光敏材料，使用掩模D將所述光敏材料曝光和顯影，只留下覆蓋在所述螺旋結(jié)構(gòu)基底的金屬上的所述光敏材料；以及步驟D在所述步驟C后，進(jìn)行高溫處理，刻蝕露出的所述金屬，然后將所述光敏材料去除；所述掩模C為這樣的掩模，它在100％透光的玻璃上形成能使透光率沿著圓環(huán)從100％至0％連續(xù)控制的遮光膜；而所述掩模D為透光率為0％的圓環(huán)狀遮光膜。
4.一種縱向微螺線管的制造方法，它包括如下步驟步驟A在襯底上層疊絕緣材料，且在其上涂敷光敏材料，使用掩模E將所述光敏材料曝光并顯影，以便形成傾斜狀光敏材料；步驟B在所述步驟A后，進(jìn)行高溫處理，通過刻蝕形成傾斜結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，并在所述結(jié)構(gòu)的整個表面層疊金屬；步驟C在所述步驟B后，涂敷光敏材料，使用掩模F曝光并顯影，只留下覆蓋在所述傾斜表面上的金屬上的所述光敏材料；以及步驟D在所述步驟C后，進(jìn)行高溫處理，刻蝕露出的所述金屬，然后將所述光敏材料去除；所述掩模E具有能夠在固定的寬度上連續(xù)地控制透光率的遮光膜，而所述掩模F具有透光率為0％的半圓環(huán)形遮光膜。
5.一種橫向微螺線管的制造方法，其中形成于襯底上的橫向螺旋線圈的截面分為兩部分上半部與下半部，這些部分通過下列步驟A至E形成，所以方法包括步驟A在所述襯底上涂敷絕緣材料，再在其上涂覆光敏材料被覆其上，使用掩模A將所述光敏材料曝光與顯影，以便在一正圓的下半部形成所述光敏材料的截面形狀，然后通過干式刻蝕將底層材料與所述光敏材料一起刻蝕，使所述光敏材料的截面形狀轉(zhuǎn)移至所述底層材料，由此在所述正圓的下半部形成凹槽的截面形狀；步驟B在所述步驟A中形成的所述凹槽部分形成所述螺旋線圈下半部的金屬布線；步驟C在所述步驟B中形成的金屬布線上層疊絕緣材料，使構(gòu)成所述螺旋線圈的所述中空部分的截面跟一正圓的直徑相等，再覆蓋光敏材料使其厚度等于具有所述正圓截面的所述中空部分的半徑，用掩模B曝光并顯影以便形成圓柱部分，該圓柱部分與形成于所述螺旋線圈的下半部的金屬布線內(nèi)側(cè)的絕緣材料一起構(gòu)成所述螺旋線圈的中空部分；步驟D在所述步驟C中所形成的圓柱部分上形成所述螺旋線圈上半部的金屬布線；以及步驟E在所述步驟D后，通過各向同性刻蝕去除所述襯底上的絕緣材料，將所述螺旋線圈跟所述襯底分離；所述掩模A是這樣的掩模，它用以在襯底上形成具有半個正圓截面的凹槽，它是這樣形成的在100％透光的玻璃上，在凹槽寬度以外的部分形成透光率為0％的遮光膜，而在凹槽寬度內(nèi)部形成能夠從0至100％連續(xù)控制透光率的遮光膜從透光率為0的所述遮光膜的內(nèi)側(cè)到對應(yīng)于所述凹槽最深部分的中央，透光率從0至100％連續(xù)變化；而所述掩模B上有能夠以跟所述掩模A相反的關(guān)系控制透光率的遮光膜，以便用絕緣材料在所述襯底上形成突出的截面為半個正圓的圓柱部分。
6.一種縱向微螺線管的制造方法，它包括如下步驟步驟A在襯底上層疊第一層絕緣材料，接著再層疊第二層絕緣材料，在該絕緣材料上涂敷光敏材料，使用掩模C將所述光敏材料曝光并顯影，以便形成螺旋狀光敏材料；步驟B在所述步驟A后，進(jìn)行高溫處理使所述光敏材料固化，通過刻蝕使所述光敏材料下的所述第一層絕緣材料形成螺旋狀，并在所述第一層絕緣材料上層疊金屬；步驟C在所述步驟B后，涂敷光敏材料，使用掩模D將所述光敏材料曝光和顯影，以便只留下覆蓋在所述螺旋結(jié)構(gòu)基底上的金屬上的所述光敏材料；步驟D在所述步驟C后，進(jìn)行高溫處理，刻蝕露出的所述金屬，然后將所述光敏材料去除；以及步驟E在所述步驟D后，通過各向同性刻蝕去除襯底上的第一層絕緣材料，將所述螺旋線圈跟所述襯底分離；所述掩模C為這樣的掩模，它在100％透光的玻璃上形成使透光率沿著圓環(huán)從100％至0％連續(xù)控制的遮光膜；而所述掩模D為透光率為0％的圓環(huán)狀遮光膜。
7.一種縱向微螺線管的制造方法，它包括如下步驟步驟A在襯底上層疊第一層絕緣材料，接著再層疊第二層絕緣材料，在該絕緣材料上涂敷光敏材料，使用掩模E將所述光敏材料曝光并顯影，以便形成傾斜結(jié)構(gòu)的光敏材料；步驟B在所述步驟A后，進(jìn)行高溫處理，通過刻蝕形成具有傾斜結(jié)構(gòu)的第二層絕緣材料，并在所述襯底的整個表面層疊金屬；步驟C在所述步驟B后，涂敷光敏材料，使用掩模F對所述光敏材料進(jìn)行曝光與顯影，只留下覆蓋在所述傾斜表面上的金屬上的所述光敏材料；步驟D在所述步驟C后，進(jìn)行高溫處理，刻蝕露出的所述金屬，然后將所述光敏材料去除；以及步驟E在所述步驟D后，通過各向同性刻蝕去除襯底上的第一層絕緣材料，將所述螺旋線圈跟所述襯底分離；所述掩模E為這樣的掩模，其透光率從矩形輪廓的一邊到對邊連續(xù)地改變，而所述掩模F具有透光率為0％的半圓環(huán)狀遮光膜。
8.一種通過權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法制造的微螺線管。
全文摘要
在層疊于襯底(1)上的絕緣材料(13)上涂敷光敏材料(圖16A),接著利用具有能沿著圓環(huán)在100%至0%之間連續(xù)控制透光率的遮光膜的掩模進(jìn)行曝光與顯影,以便形成螺旋形的光敏材料(圖16B)。進(jìn)行高溫處理后,通過刻蝕使光敏材料下面的絕緣材料形成螺旋形狀(圖16C)。在該襯底上層疊金屬(12)(圖16D),并涂敷光敏材料(圖16E)。利用具有透光率0%的圓環(huán)遮光膜的掩模對該光敏材料進(jìn)行曝光與顯影,只留下覆蓋在螺旋構(gòu)造基底上的金屬上的光敏材料(圖16F)。在進(jìn)行了高溫處理并將露出的金屬刻蝕后(圖16G),除去光敏材料(圖16H)。
文檔編號H01F17/00GK1355924SQ00808829
公開日2002年6月26日 申請日期2000年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月14日
發(fā)明者西孝 申請人:西孝