電容電感復合結構及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電容電感復合結構的制造方法，至少包括以下步驟：S1：提供一基板，采用濺射法或蒸發(fā)法在所述基板上形成一金屬層；S2：以所述金屬層的一部分作為電容下極板制作電容，以所述金屬層的另一部分作為電感的電鍍種子層制作電感。本發(fā)明的電容電感復合結構中，電容下極板與電感的電鍍種子層采用同一層金屬，具有結構簡單、可靠性高并有利于小型化的優(yōu)點。本發(fā)明利用電鍍金屬的種子層作為電容下極板制作電容，同時形成電感，無需制造額外的金屬層作為電容下極板，工藝步驟簡單，采用了更少的光刻次數(shù)，有效降低了制造成本，在集成無源器件領域有很大潛力。
【專利說明】電容電感復合結構及其制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路領域，涉及一種電容電感復合結構及其制造方法。

【背景技術】
[0002]隨著無線通信的發(fā)展，射頻微波電路在無線個人通訊，無線局域網(wǎng)(WLAN)，衛(wèi)星通信，汽車電子中得到了廣泛應用。越來越多的功能正持續(xù)不斷的被集成到各種手持設備中，同時設備的尺寸也在不停的縮小。小型化，低成本，低耗能，高性能的需求正在持續(xù)增加。
[0003]無源器件是微波射頻器件中重要的一類，在微波技術中占有非常重要的地位。無源元件主要是電阻類、電感類和電容類器件，它的共同特點是在電路中無需加電源即可在有信號時工作。電容器是電子線路中最常見的元器件之一，它是一種存儲電能的元器件。電容器由兩塊同大同質(zhì)的導體中間夾一層絕緣介質(zhì)構成。當在其兩端加上電壓時，電容器上就會存儲電荷。一旦沒有電壓，只要有閉合回路，它又會放出電能。電容器在電路中阻止直流通過，而允許交流通過，交流的頻率越高，通過的能力越強。因此，電容在電路中常用耦合，旁路濾波、反饋、定時及振蕩等作用。電感與電容一樣，也是一種儲能元器件。電感器一般由線圈做成，當線圈兩端加上交流電壓時，在線圈中產(chǎn)生感應電動勢，阻礙通過線圈的電流發(fā)生變化。這種阻礙稱作感抗。感抗與電感量和信號的頻率成正比。它對直流電不起阻礙作用(不計線圈的直流電阻)。所以電感在電子線路中的作用是:阻流、變壓、耦合及與電容配合用作調(diào)諧、濾波、選頻、分頻等。
[0004]傳統(tǒng)無源器件從面積到成本均已制約著集成電路的發(fā)展。集成無源器件以其小型化、薄膜型、寄生參數(shù)少及可靠性高的優(yōu)點滿足了當今電子產(chǎn)品低成本、重量輕、集成度高，超薄的需求，對改善芯片性能效果顯著。
[0005]要制作濾波器、分頻器、巴倫等無源器件，需要同時集成電容及電感。為了減小損耗，提高電感Q值，集成電感通常使用電鍍工藝以得到較厚的金屬層作為電感線圈。但是由于電鍍后的金屬層表面粗糙度無法達到電容下電極極板的要求，必須額外的制造金屬層作為電容的下電極極板，使得芯片制造成本升高。
[0006]因此，提供一種工藝更為簡化的電容電感復合結構及其制造方法以降低芯片制造成本實屬必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種電容電感復合結構及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術中必須額外制造金屬層作為電容的下電極基板的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種電容電感復合結構的制造方法，至少包括以下步驟:
[0009]S1:提供一基板，采用濺射法或蒸發(fā)法在所述基板上形成一金屬層；
[0010]S2:以所述金屬層的一部分作為電容下極板制作電容，以所述金屬層的另一部分作為電感的電鍍種子層制作電感。
[0011]可選地，所述金屬層的厚度范圍是0.1微米?2微米。
[0012]可選地，所述金屬層包括粘附層金屬及形成于所述粘附層金屬上的種子層金屬。
[0013]可選地，所述粘附層金屬包括TiW、Ti及Cr中的至少一種，所述種子層金屬包括Cu及Au中的至少一種。
[0014]可選地，所述電容的制作方法如下:在所述金屬層上依次形成電容介質(zhì)層及電容上極板。
[0015]可選地，在形成所述電容上極板時同時形成與所述電容上極板連接的上電極。
[0016]可選地，在形成所述電容介質(zhì)層后，接著形成與所述電容下極板及電容介質(zhì)層連接的下電極，然后再在所述電容介質(zhì)層上形成所述電容上極板。
[0017]可選地，所述電感的制作方法如下:以所述金屬層為電鍍種子層，電鍍并圖形化形成第一金屬層；然后形成一覆蓋所述第一金屬層的絕緣層，并形成若干連接通孔；再在所述絕緣層上形成第二金屬層。
[0018]可選地，所述第一金屬層為橋線；所述第二金屬層為螺旋線圈。
[0019]可選地，所述絕緣層的材料為光敏苯并環(huán)丁烯或光敏聚酰亞胺。
[0020]可選地，所述電容與電感同步形成；在形成所述電容中的下電極時同時形成所述電感中的第一金屬層；在形成所述電容中的電容上極板時同時形成所述電感中的第二金屬層。
[0021]可選地，所述第一金屬層的厚度范圍是0.5微米?20微米，所述第二金屬層的厚度范圍是0.5微米?20微米。
[0022]本發(fā)明還提供一種電容電感復合結構，包括基板及分立形成于所述基板上的電容及電感，所述電容的電容下極板與所述電感的電鍍種子層為采用濺射法或蒸發(fā)法制備的同一層金屬層。
[0023]可選地，所述金屬層的厚度范圍是0.1微米?2微米。
[0024]如上所述，本發(fā)明的電容電感復合結構及其制造方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法采用濺射法或蒸發(fā)法在基板上沉積一層金屬層作為電容下極板和電感的電鍍種子層，即利用電鍍金屬的種子層作為電容下極板制作電容，可直接在該種子層上制作電容介質(zhì)層，無需制造額外的金屬層作為電容下極板，工藝步驟簡單，采用了更少的光刻次數(shù)，有效降低了制造成本，在集成無源器件領域有很大潛力。本發(fā)明的電容電感復合結構中，電容下極板與電感的電鍍種子層采用同一層金屬，具有結構簡單、可靠性高并有利于小型化的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中在基板上形成金屬層的示意圖。
[0026]圖2顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中形成電容介質(zhì)層的示意圖。
[0027]圖3顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中形成下電極及電感的第一金屬層的不意圖。
[0028]圖4顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中去除部分金屬層的示意圖。
[0029]圖5顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中形成絕緣層的示意圖。
[0030]圖6顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中形成電容上極板、上電極及電感的第二金屬層的示意圖。
[0031]圖7顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中形成另一種絕緣層圖形的示意圖。
[0032]圖8顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法中形成另一種上電極的示意圖。
[0033]圖9顯示為本發(fā)明的電容電感復合結構的俯視示意圖。
[0034]元件標號說明
[0035]I 基板
[0036]2 金屬層
[0037]3 電容介質(zhì)層
[0038]4 下電極
[0039]5 第一金屬層
[0040]6 電容下極板
[0041]7 電鍍種子層
[0042]8 絕緣層
[0043]9 通孔
[0044]10 上電極
[0045]11 第二金屬層
[0046]12 電容
[0047]13 電感

【具體實施方式】
[0048]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0049]請參閱圖1至圖9。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0050]本發(fā)明提供一種電容電感復合結構的制造方法，至少包括以下步驟:
[0051]S1:提供一基板，采用濺射法或蒸發(fā)法在所述基板上形成一金屬層；
[0052]S2:以所述金屬層的一部分作為電容下極板制作電容，以所述金屬層的另一部分作為電感的電鍍種子層制作電感。
[0053]首先請參閱圖1，執(zhí)行步驟S1:提供一基板1，采用濺射法或蒸發(fā)法在所述基板I上形成一金屬層2。
[0054]具體，所述基板I可以是單晶、多晶、或非晶結構的硅或硅鍺，也可以是其它材料，例如砷化鎵等II1-V族化合物等，其中還可以包含預先制備好的半導體器件。所述金屬層2的厚度范圍是0.1微米?2微米，由粘附層金屬及形成于所述粘附層金屬上的種子層金屬組成。其中，所述粘附層金屬包括TiW、Ti及Cr中的至少一種，所述種子層金屬包括Cu及Au中的至少一種，本實施例中，所述粘附層金屬以TiW為例，所述種子層金屬以Cu為例。
[0055]具體的，所述金屬層2采用濺射法或蒸發(fā)法形成，得到的金屬層表面比較平整，可以同時作為后續(xù)電容下極板及電感的電鍍種子層。本實施例中，優(yōu)選采用濺射法形成所述金屬層2。
[0056]再執(zhí)行步驟S2:以所述金屬層2的一部分作為電容下極板制作電容，以所述金屬層2的另一部分作為電感的電鍍種子層制作電感。
[0057]具體的，所述電容自下而上依次包括電容下極板、電容介質(zhì)層及電容上極板，其制作方法如下:在所述金屬層上依次形成電容介質(zhì)層及電容上極板。其中，在形成所述電容介質(zhì)層后，可以接著形成與所述電容下極板及電容介質(zhì)層連接的下電極，然后再在所述電容介質(zhì)層上形成所述電容上極板。在形成所述電容上極板時同時形成與所述電容上極板連接的上電極。
[0058]所述電感包括至少兩層金屬，以兩層金屬為例，電感的上層金屬可為金屬線圈，下層金屬可為連接所述金屬線圈內(nèi)外圈的橋線。當然對于更多層金屬的情況，也可以包含兩層或兩層以上金屬線圈。所述金屬線圈可以為螺旋線圈、差分線圈或多指線圈，其中螺旋線圈可以為圓螺旋形、多邊螺旋形或折線型，優(yōu)選為阿基米德螺旋，其過渡光滑高頻損耗小。本實施例中，所述電感以包括兩層金屬為例進行說明，其制作方法如下:以所述金屬層2為電鍍種子層，電鍍并圖形化形成第一金屬層，即橋線；然后形成一覆蓋所述第一金屬層的絕緣層，并形成若干連接通孔；再在所述絕緣層上形成第二金屬層，即螺旋線圈。在形成所述第二金屬層時，所述通孔亦被金屬材料填充，將所述橋線與所述螺旋線圈連接起來。
[0059]具體的，所述第一金屬層的厚度范圍是0.5微米?20微米，所述第二金屬層的厚度范圍是0.5微米?20微米。所述絕緣層的材料優(yōu)選為光敏苯并環(huán)丁烯或光敏聚酰亞胺，其優(yōu)點是可以直接圖形化，無需涂覆光刻膠等過程，當然所述絕緣層也可采用其它常規(guī)材料如氮化硅、二氧化硅等，只是圖形化過程步驟更為繁雜。
[0060]本發(fā)明中，優(yōu)選為將所述電容與電感同步形成，下面結合說明書附圖1至圖9具體闡述本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法，此處為一個具體實施例，不應過分限制本發(fā)明的保護范圍。步驟如下:
[0061]I)在所述基板上濺射0.05微米的TiW和0.2微米的Cu作為粘附層和種子層，即圖1中的金屬層2。
[0062]2)如圖2所示，采用等離子增強化學氣相沉積法在所述金屬層2上沉積0.2微米厚的氮化硅，并通過反應離子刻蝕，在所述金屬層2上形成電容介質(zhì)層3。
[0063]3 )如圖3所示，接著在所述金屬層2上電鍍形成一層金屬并圖形化，從而同時形成電容的下電極4及電感的第一層金屬5,所述下電極4與所述電容介質(zhì)層3 —側連接,本實施例中，所述第一層金屬5作為橋線。
[0064]4)如圖4所示，采用濕法腐蝕去除所述電容介質(zhì)層3、下電極4及第一金屬層5周圍的金屬層2，所述電容介質(zhì)層3及所述下電極4下方保留下來的金屬層作為電容下極板6，所述下電極4分別與所述電容下極板6及所述電容介質(zhì)層3連接；所述第一金屬層5下方保留下來的金屬作為電感的電鍍種子層7，其在步驟3)步中發(fā)揮了電鍍種子層的作用。需要指出的是，在腐蝕完畢后，所述電容下極板6相對于所述電容介質(zhì)層會出現(xiàn)過刻蝕的情況，其出現(xiàn)在與所述下電極4所在一端相對的另一端。
[0065]5)如圖5所示，在圖4所示結構上旋涂絕緣層8，所述絕緣層覆蓋所述第一金屬層5，所述絕緣層8的材料為光敏聚酰亞胺，然后直接光刻顯影形成若干通孔9，再將光敏聚酰亞胺進行高溫固化。所述通孔9分別位于所述第一金屬層5兩端上方，即所述橋線兩端上方；所述絕緣層8作為電感的第一金屬層5與其上金屬層之間的隔離層，所述通孔9用于后續(xù)在其中沉積金屬材料將電感的上下層金屬連接起來。
[0066]需要指出的是，在形成覆蓋所述第一金屬層5的絕緣層8時，可同時將絕緣材料填充于電容與電感之間的空閑區(qū)域及電容兩側區(qū)域，作為該區(qū)域的絕緣層，如圖5所示。
[0067]6)如圖6所示，形成電容上電極板9、與所述電容上電極板9連接的上電極10及電感的第二金屬層11。
[0068]具體的，首先濺射形成TiW/Cu種子層并進行光刻顯影，得到電容上電極板圖形、上電極圖形及第二金屬層圖形，此處所述第二金屬層圖形以螺旋線圈圖形為例，然后電鍍厚度約為7微米的金屬Cu，最后去光刻膠并用干法刻蝕去掉多余的種子層，從而得到上述電容上電極板9、上電極10、及第二金屬層11。其中，在形成第二金屬層11的過程中，所述通孔9亦被金屬材料填充從而起到連接作用。在電鍍金屬Cu之后，還可以進一步在其上方電鍍一層薄Au作為鈍化層，防止Cu層氧化。
[0069]本實施例中，所述上電極10形成于所述絕緣層8上,在另一實施例中，所述上電極10的結構亦可發(fā)生改變，如7及圖8所示，在電容周圍形成絕緣層8時，與所述下電極4相對的另一側并不填充滿，而是留有一定空間，然后再次濺射得到種子層以電鍍形成電容上電極板9、上電極10及電感的第二層金屬11，所述上電極下端與所述基板I接觸。由于濺射具有方向性，電容下極板6的過刻蝕區(qū)域形成空間不會被填充，因此上電極10不會與電容下極板6接觸導致短路。
[0070]至此，采用本發(fā)明的方法形成了電容電感復合結構，請參閱圖9，顯示為該結構的俯視示意圖，其中圖中左側為電容，右側為電感。
[0071]本發(fā)明的電容電感復合結構的制造方法采用濺射法或蒸發(fā)法在基板上沉積一層金屬層作為電容下極板和電感的電鍍種子層，即利用電鍍金屬的種子層作為電容下極板制作電容，可直接在該種子層上制作電容介質(zhì)層，無需制造額外的金屬層作為電容下極板，工藝步驟簡單，采用了更少的光刻次數(shù)，有效降低了制造成本，在集成無源器件領域有很大潛力。
[0072]本發(fā)明還提供一種電容電感復合結構，請參閱圖6及圖9，所述電容電感復合結構包括基板I及分立形成于所述基板I上的電容12及電感13，所述電容的電容下極板6與所述電感的電鍍種子層7為采用濺射法或蒸發(fā)法制備的同一層金屬層。具體的，所述金屬層的厚度范圍是0.1微米?2微米。
[0073]本發(fā)明的電容電感復合結構中，電容下極板與電感的電鍍種子層采用同一層金屬，具有結構簡單、利于制造、可靠性高并有利于小型化的優(yōu)點。
[0074]綜上所述，本發(fā)明的電容電感復合結構及其制造方法中，采用濺射法或蒸發(fā)法在基板上沉積一層金屬層作為電容下極板和電感的電鍍種子層，即利用電鍍金屬的種子層作為電容下極板制作電容，可直接在該種子層上制作電容介質(zhì)層，無需制造額外的金屬層作為電容下極板，工藝步驟簡單，采用了更少的光刻次數(shù)，有效降低了制造成本，在集成無源器件領域有很大潛力。本發(fā)明的電容電感復合結構中，電容下極板與電感的電鍍種子層采用同一層金屬，具有結構簡單、可靠性高并有利于小型化的優(yōu)點。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0075]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種電容電感復合結構的制造方法，其特征在于，至少包括以下步驟: S1:提供一基板，采用濺射法或蒸發(fā)法在所述基板上形成一金屬層； S2:以所述金屬層的一部分作為電容下極板制作電容，以所述金屬層的另一部分作為電感的電鍍種子層制作電感。
2.根據(jù)權利要求1所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述金屬層的厚度范圍是0.1微米?2微米。
3.根據(jù)權利要求1所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述金屬層包括粘附層金屬及形成于所述粘附層金屬上的種子層金屬。
4.根據(jù)權利要求3所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述粘附層金屬包括TiW、Ti及Cr中的至少一種,所述種子層金屬包括Cu及Au中的至少一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述電容的制作方法如下:在所述金屬層上依次形成電容介質(zhì)層及電容上極板。
6.根據(jù)權利要求5所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:在形成所述電容上極板時同時形成與所述電容上極板連接的上電極。
7.根據(jù)權利要求5所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:在形成所述電容介質(zhì)層后，接著形成與所述電容下極板及電容介質(zhì)層連接的下電極，然后再在所述電容介質(zhì)層上形成所述電容上極板。
8.根據(jù)權利要求7所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述電感的制作方法如下:以所述金屬層為電鍍種子層，電鍍并圖形化形成第一金屬層；然后形成一覆蓋所述第一金屬層的絕緣層，并形成若干連接通孔；再在所述絕緣層上形成第二金屬層。
9.根據(jù)權利要求8所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述第一金屬層為橋線；所述第二金屬層為螺旋線圈。
10.根據(jù)權利要求8所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述絕緣層的材料為光敏苯并環(huán)丁烯或光敏聚酰亞胺。
11.根據(jù)權利要求8所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述電容與電感同步形成；在形成所述電容中的下電極時同時形成所述電感中的第一金屬層；在形成所述電容中的電容上極板時同時形成所述電感中的第二金屬層。
12.根據(jù)權利要求8所述的電容電感復合結構的制造方法，其特征在于:所述第一金屬層的厚度范圍是0.5微米?20微米，所述第二金屬層的厚度范圍是0.5微米?20微米。
13.—種電容電感復合結構，包括基板及分立形成于所述基板上的電容及電感，其特征在于:所述電容的電容下極板與所述電感的電鍍種子層為采用濺射法或蒸發(fā)法制備的同一層金屬層。
14.根據(jù)權利要求13所述的電容電感復合結構，其特征在于:所述金屬層的厚度范圍是0.1微米?2微米。
【文檔編號】H05K3/46GK104519661SQ201310465129
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權日:2013年10月8日
【發(fā)明者】韓梅, 羅樂, 徐高衛(wèi), 王雙福 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所