一種集成螺線管型微電感繞組線圈的通孔刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路工藝領(lǐng)域，具體涉及一種集成螺線管型微電感繞組線圈的通孔刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備提出了更高的要求，如小型化、低功耗、重量輕、高可靠性、低成本等。電感作為磁能儲(chǔ)能元件，與電能儲(chǔ)能元件配合可實(shí)現(xiàn)很多功能，如在射頻集成電路(RFIC)中螺旋電感廣泛用于實(shí)現(xiàn)濾波、阻抗變換以及變壓器的能量傳遞等功能，在射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)中作為天線實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接收等，因此，研究螺旋電感對(duì)射頻電路的設(shè)計(jì)具有重要的意義。但是，目前電感的集成度成為了限制其應(yīng)用的重要瓶頸，尤其是對(duì)于螺線管型微電感結(jié)構(gòu)，其工藝相對(duì)平面螺旋型電感結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，包括上下兩層線圈及連接他們的通孔，通孔的形成需要對(duì)絕緣介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，然后電鍍銅得到，以實(shí)現(xiàn)上下線圈的連接。
[0003]目前，集成螺線管型電感的通孔及上層線圈的刻蝕工藝主要有以下兩種:一種是采用兩步電鍍方法，即首先在絕緣層刻蝕通孔，在通孔中電鍍銅，然后再電鍍上層銅線圈；另一種是在絕緣層刻蝕好通孔后，通孔部分和上層銅線圈同時(shí)電鍍得到。第二種方法雖然工藝簡(jiǎn)單，成本低；但是由于濺射生長(zhǎng)種子層時(shí)，種子層在絕緣層通孔處的覆蓋能力較差，在電鍍時(shí)通孔處的銅生長(zhǎng)會(huì)受到影響，導(dǎo)致接觸區(qū)的截面積降低，如圖1所示，使得整個(gè)銅線圈的直流電阻增大，對(duì)提高微電感的品質(zhì)因數(shù)不利。為了解決該問題，目前通常采用加厚工藝，即使上層線圈的厚度大于下層線圈，但是這樣會(huì)帶來(lái)較大的高頻渦流損耗，增加成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種集成螺線管型微電感繞組線圈的通孔刻蝕方法。本發(fā)明采用厚度大于絕緣介質(zhì)層的厚光刻膠作為刻蝕掩膜，充分利用氧氣等離子體對(duì)光刻膠的去除作用，在刻蝕過程中使光刻膠在厚度方向逐步形成傾斜側(cè)面，并在刻蝕過程中將該傾斜側(cè)面形狀傳遞給絕緣介質(zhì)層，形成側(cè)面傾斜的通孔，最后再進(jìn)行通孔內(nèi)的銅和上層線圈的電鍍。本發(fā)明簡(jiǎn)化了工藝步驟，解決了通孔與上線圈接觸區(qū)截面積小的問題，得到的通孔和上層線圈有良好的接觸，不用增加上層線圈的厚度就能制備得到性能優(yōu)良的微電感。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種集成螺線管型微電感繞組線圈的通孔刻蝕方法，其特征在于，包括:
[0007]在襯底基片上制備下層線圈和絕緣介質(zhì)層，然后在絕緣介質(zhì)層上涂覆7?10 μm厚的光刻膠，曝光顯影得到通孔的開口圖形；然后，采用反應(yīng)離子刻蝕對(duì)絕緣介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中，氧氣和氬氣的流量比為(3?5):1，刻蝕過程中，每刻蝕5min后停止3?5min，對(duì)基片進(jìn)行散熱，重復(fù)進(jìn)行“刻蝕5min停止3?5min”的過程數(shù)次，直到在絕緣介質(zhì)層上刻蝕得到通孔。
[0008]一種集成螺線管型微電感繞組線圈的制備方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:在襯底基片上制備下層線圈和絕緣介質(zhì)層，然后在所述絕緣介質(zhì)層上涂覆厚度為7?10 μ m的光刻膠，曝光，顯影，得到通孔的開口圖形，如圖2所示；
[0010]步驟2:采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)對(duì)絕緣介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中，氧氣和氬氣的流量比為(3?5):1 ;刻蝕過程中，每刻蝕5min后停止3?5min，對(duì)基片進(jìn)行散熱，刻蝕速率為280nm/min，重復(fù)進(jìn)行“刻蝕5min后停止3?5min”的過程數(shù)次，直至在絕緣介質(zhì)層上刻蝕得到通孔；由于在刻蝕過程中，氧氣等離子體對(duì)光刻膠有去除作用，會(huì)將表面的光刻膠去除一部分，尤其是處于臺(tái)階拐角處的部分光刻膠會(huì)被逐漸去除，形成傾斜側(cè)面；隨著光刻膠傾斜側(cè)面的不斷形成，光刻膠的通孔圖形會(huì)緩慢變大，暴露在氧氣等離子體中的絕緣介質(zhì)層的表面積也會(huì)逐漸增大，且最先暴露的區(qū)域被刻蝕的時(shí)間更長(zhǎng)，被刻蝕的寬度也越大，從而使得最終形成的絕緣介質(zhì)層通孔側(cè)面也是傾斜的，即光刻膠的傾斜側(cè)面被轉(zhuǎn)移給絕緣介質(zhì)層通孔的側(cè)面，如圖3所示；
[0011]步驟3:去除剩余的光刻膠，在步驟2刻蝕通孔后得到的基片表面濺射緩沖層和種子層，如圖4所示；然后涂覆厚度為5?10 μ m的光刻膠，曝光，顯影，得到通孔和上層線圈圖形，最后采用電鍍工藝，得到通孔中的銅和上層銅線圈；去除光刻膠、種子層和緩沖層，得到繞組線圈，如圖5所示。
[0012]進(jìn)一步地，步驟3所述光刻膠的去除采用丙酮，種子層的去除采用體積比為濃H2SO4:H202:H2O = 1:1:5的混合液，緩沖層的去除采用體積比為HF = H2O = 1:7的混合液。
[0013]進(jìn)一步地，所述絕緣介質(zhì)層為聚酰亞胺介質(zhì)層。
[0014]進(jìn)一步地，步驟2所述刻蝕氣體為45sccm的O2和1sccm的Ar的混合氣體。
[0015]進(jìn)一步地，步驟3所述緩沖層為Ti附著層，所述種子層為Cu。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:相比傳統(tǒng)采用厚度為10nm左右的S12做掩膜，本發(fā)明采用厚光刻膠作為絕緣介質(zhì)層的掩膜，刻蝕得到傾斜側(cè)面的通孔，在絕緣層傾斜側(cè)面形成緩沖層和種子層，可增大通孔與上線圈的接觸區(qū)的截面積；本發(fā)明工藝步驟簡(jiǎn)單，且在無(wú)需加厚上層線圈的情況下，保證了通孔與上線圈的完美接觸。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為【背景技術(shù)】所述一步同時(shí)電鍍通孔銅和上層銅線圈得到的繞組線圈的剖面示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明厚光刻膠形成通孔圖形的示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明光刻膠通孔圖形傾斜側(cè)面的形成以及向絕緣介質(zhì)層通孔傳遞后得到結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0020]圖4為在通孔和絕緣介質(zhì)層上濺射緩沖層和種子層后的結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明方法得到的通孔和上下層線圈連接的示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1得到的螺線管型空心微電感的示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2得到的螺線管型磁芯微電感的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0025]實(shí)施例1
[0026]以制備工作頻率在IGHz以內(nèi)的螺線管型空心微電感的制備方法為例，具體包括以下步驟:
[0027]步驟1:在Si02(500nm)/Si基片上依次濺射得到Ti附著層和Cu種子層，形成Cu (200nm) /Ti (50nm) /S12 (500nm) /Si ；
[0028]步驟2:采用旋涂法在步驟I得到的基片表面旋涂7 μ m厚的AZ4620光刻膠，曝光顯影得到下層線圈圖形，電鍍4 μ m厚的Cu ;然后采用丙酮去除剩余的光刻膠，并分別用體積比為濃H2SO4 = H2O2 = H2O = 1:1:5的混合液去除種子層的Cu膜，采用體積比為HF = H2O = 1:7的混合液去除緩沖層的Ti膜，得到下層線圈；
[0029]步驟3:在步驟2得到的結(jié)構(gòu)表面旋涂聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層，并亞胺化、采用CMP拋光，形成平坦的聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層，聚酰亞胺介質(zhì)層上表面到銅下線圈上表面的厚度為 4 μ m ;
[0030]步驟4:在步驟3得到的聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層上旋涂7 μ m厚的AZ4620光刻膠，曝光顯影形成通孔的開口圖形；
[0031]步驟5:采用剩余的光刻膠作為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)對(duì)暴露的聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，氧氣和氬氣的流量比為4.5:1，刻蝕氣壓為15Pa，刻蝕功率為80W ;刻蝕過程中，先刻蝕5min，然后關(guān)閉功率源停止3m