CN100446174C - 制造包括被磁材料环绕的电导体的元件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造电子电感电路元件的方法，该元件包括伸长的电导体(1)，其为沿着至少部分所述导体延伸的磁材料(2)所环绕。在该导体之上和之下，跨过所述导体(1)分别形成第一牺牲层(10)和第二牺牲层(7)，去除至少部分的所述牺牲层(7、10)，以留下环绕所述导体的空间(12)，将包括散布在液体分散剂中的磁纳米微粒的流体(16)引入所述空间(12)，并且去除所述分散剂，留下所述磁纳米微粒紧密聚集在所述空间(12)中作为至少部分的所述磁材料(2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造电子电路元件的方法，并且更具体的，涉及一种包括延长的电导体的元件，该电导体由沿着至少部分的该导体延伸的磁材料所环绕。
背景技术
以磁材料环绕电感元件的导体能够显著地增加其电感，或降低其尺寸同时保持电感不变。电感器尺寸的降低对于利用半导体类型的制造技术比如掩模控制淀积以及衬底上材料的刻蚀而制成的微观电感器特别有价值，因为这使得占用的芯片面积降低，使得对于给定的制造操作工序和给定的总的衬底(“晶片”)大小，能够生产更多的器件。
然而，由于铁磁共振(ferromagnetic resonance，FMR)损耗，使用均匀高电阻率的铁磁材料使得这些器件的可应用性限制在远低于1GHz。由电绝缘的铁磁纳米微粒制成的复合物，其以沿着线路轴设置易磁化轴的方式覆盖金属线(特别是直线或弯曲)，将有助于增加FMR频率，并使得能够全面利用使磁场与易轴正交，因而具有来自该复合物的最大RF磁响应。
磁屏蔽是另一特性，为此希望以沿至少部分导体延伸的磁材料环绕电导体。由沿导体流过的电流所产生的导体周围的磁通量在很大程度上被环绕的磁材料约束，而不是辐射出去并引起电磁干扰。这在将电感器设置在邻近那些对寄生电磁场敏感的其他部件处的应用中，可能是特别有用的。
需要用于制造这种嵌入式导体结构的工艺解决方案。美国专利说明书6254662公开了形成用于高密度数据存储的磁合金纳米微粒的薄膜。但是，没有公开制造包括由沿至少部分导体延伸的磁材料所环绕的伸长的导体的电感性元件的方法。
发明内容
本发明提供一种如所附权利要求所述的制造电子电路元件的方法。
附图说明
图1是以示例给出的通过根据本发明一个实施例的方法制造的电感性电路元件的示意截面图，
图2是图1的电感性电路元件中磁材料的示意的片段透视图，
图3是作为磁材料中不同形状微粒的纵横比的函数的典型铁磁共振频率的曲线图，
图4示出以示例方式给出的，通过根据本发明一个实施例的方法在电感性电路元件制造中的连续步骤期间，通过部分该电感性电路元件的截面图，
图5示出以示例方式给出的，通过根据本发明另一实施例的方法在电感性电路元件制造中的连续步骤期间，通过部分该电感性电路元件的截面图，
图6示出图4或图5的制造步骤之后，通过部分的该电感性电路元件的平面图和截面图，
图7是在图4或图5的步骤后的制造方法中进一步骤之后，通过部分该电感性电路元件的截面图，以及
图8是在图4或图5的步骤后的制造方法中进一步骤之后，通过部分该电感性电路元件的截面图。
具体实施方式
附图中示出的制造工艺是制造这样的电子电路元件的方法的一个实施例，所述电子电路元件包括延长的电导体1，该电导体1由高磁导率的磁材料2覆盖层所环绕，该磁材料2的覆盖层沿至少该导体1的主要部分延伸。以磁复合物覆盖的金属线的制造方法，可以应用于能够在GHz频率范围工作良好，甚至有高达10GHz的潜力的电感器。
在该工艺的一个实施例中，磁材料2与电感器1紧密接触。在该工艺的另一实施例中，该导体嵌入在磁材料2中，而没有与其全面地紧密接触。利用薄层的高磁导率的磁材料以这样的方式覆盖电感器的电导体1，充分增加了该电路元件的电感。如图2中所示，其中以三维示出了弯曲器件的三个相邻的平行导体的磁覆盖层，忽略了导体1其本身，以便对于指向进入附图平面的电流以点表示其电流方向，而对于从附图平面出来的电流，以X表示其电流方向，在每一情况中，电流所产生的磁通量绕导体的长度圆形地定向，并因而其被约束在环绕该导体的磁覆盖层2中，假设该覆盖层2不太薄的话。
嵌入在环绕其的磁材料中的导体的这一结构，特别适合于这样的电感器，即，其中导体1是直的或者包括一系列直的平行元件，相邻元件的交替端连接，以便形成如图1中所示的弯曲。然而，在大多数的应用中不能由导体的螺旋结构获得益处，因为每一导体1周围磁场的约束防止了螺旋电感器通常遇到的螺旋匝之间的互感使得整个螺旋的自电导增加的效应。此外，难以确保各向异性的磁材料的易轴总是沿螺旋导体1的长度方向定向，而这恰恰是为确保器件的最高可能电感和磁场约束所必须的。而且，从实践的角度，螺旋结构表现出难以生成到螺旋内部端的外部连接的拓扑困难。
磁材料2包括纳米尺度的铁磁材料微粒。合适的铁磁材料包括铁、以及具有钴、镍以及其他金属元素的铁基合金。
磁材料2的铁磁共振频率取决于单个微粒的厚度对横向尺寸的纵横比和层2中金属磁材料体积份额以及导体和层的线路纵横比。图3示出作为包括扁椭球3、长椭球4和杆状5的不同形状微粒的函数的铁磁共振频率的典型值。
图4示出制造该电子电感器件的方法的第一实施例中的相继步骤。在衬底6上，例如通过旋涂，淀积聚合物光刻胶材料层。使光刻胶曝光来形成用于磁材料2的下部的所期望的图形。然后刻蚀光刻胶，以去除光刻胶层所不需要的部分，并保留对所期望的磁材料2的下部对应的图形7。
在第二步骤中，在衬底6上淀积二氧化硅(SiO2)层8，并使之平坦化，以从光刻胶图形7上去除二氧化硅，并形成用于后续步骤的合适的平坦表面。
在第三步骤中，利用低温处理，如电镀，在二氧化硅上和光刻胶7上方淀积金属，以便保护光刻胶7。对淀积的金属进行掩模和刻蚀，例如通过等离子刻蚀，以形成导体1的所期望的形状。然后在导体1之上并跨过导体1和下层的光刻胶7，淀积又一层光刻胶聚合物，并将其刻蚀，以产生用于磁材料2的上层的所期望的图形。在本发明的该实施例的优选示例中，在二氧化硅和光刻胶7上淀积金属之前，淀积氮化硅或籽晶(seed)层，以在随后去除光刻胶下层7时形成导体1的支撑薄膜。
将会理解，图4的视图是沿导体1长度的截面，并且上和下光刻胶层9和7在导体1的每一侧彼此连接。还会理解，为了清楚起见，图4的图和随后图中示出的这些器件的垂直尺度相对于导体1的长度进行了放大。
在第四步骤中，在下层的二氧化硅8上和导体1的端部上淀积又一二氧化硅层11，并使之平坦化，以将其从光刻胶10上去除。
在第五步骤中，通过适当的溶剂，去除聚合物光刻胶牺牲层10和7，留下悬置的跨过二氧化硅层8和11中的腔12当中的导体1，如果需要的话，其可由薄膜9来支撑。
图5示出制造电子电感器的方法的另一实施例，其类似于图4的方法，但具有以下区别。
在第一步骤中，在衬底6上淀积二氧化硅层8。然后刻蚀二氧化硅层8，以产生用于磁材料2的下层的所期望图形。
在第二步骤中，淀积聚合物光刻胶材料以填充第一步骤的刻蚀处理所留下的空腔，并使聚合物层平坦化。所选择的聚合物材料对掩模溶剂不敏感。
在第三步骤中，在层8上形成导体1，如果需要的话，在较下的二氧化硅层8和导体1以及聚合物7上形成薄膜支撑9和二氧化硅层10。
在第四步骤中，在部分的导体1上和牺牲聚合物层7上去除部分的二氧化硅层10，以留下与所期望的磁材料2的上部对应的腔13，比如使用保留导体1的金属和薄膜9的刻蚀工艺。
在第五步骤中，通过合适的溶剂去除导体1下的牺牲聚合物层7。
图6中较上的视图是从图4或图5的工艺过程得到的元件的平面图，其示出导体1从一端到另一端延伸跨过腔12，并进入二氧化硅层8和10。作为示例，导体1的宽度可以是在10微米的量级，二氧化硅层8和10的厚度也可以是在10微米的量级，并且腔12内导体1的长度大于50微米。在本发明的工艺的该实施例的一个示例中，在二氧化硅层10上形成又一层树脂或光刻胶材料，其具有扩及腔12的孔15，层14形成用于随后将液体引入腔12的漏斗(funnel)。
如图7中所示，然后将液体的微滴16从移液管(pipette)17滴入漏斗孔15和腔12。微滴16包括散布在液体分散剂中的用于磁层2的磁材料的纳米微粒。通过改变移液管17中悬浮液上方例如氩的惰性气体的对比压力(reduced pressure)，将悬浮液保留在移液管内或使之释放来淀积微滴16。
如图8中所示，允许悬浮液的纳米微粒沉淀在腔12中导体1的周围，并然后蒸发液体分散剂。在本发明实施例的该示例中，在纳米微粒沉淀和分散剂蒸发时，将磁场18加到腔12，使得沿导体1的长度方向易于实现磁层2的磁化。在该工艺的特定实施例中，还使用通过磁体18施加的磁场，来增加磁层2纳米微粒的有序性。
随后，在磁层2上淀积例如二氧化硅或氮化硅的保护层19，并最后利用适当的溶剂去除形成漏斗的树脂层14。
在本发明的又一实施例中，代替在导体1下形成材料层7并随后将其去除以形成用于同时在导体1的上方和下方容纳磁材料的腔12，如同图5的工艺过程，在导体1的淀积之前，在二氧化硅层8中的腔中淀积磁材料悬浮液滴，并且纳米微粒沉淀而分散剂蒸发，以形成磁材料2的下一半。然后由适当的层例如薄膜层9保护该磁材料，并在下层的磁材料上淀积导体1。然后如同图5和图6的工艺过程，工艺过程继续进行形成该腔的上部13以及淀积磁材料2的上部。
Claims (16)
1.一种制造电子电路元件的方法，该元件包括伸长的电导体(1)，其被沿着至少部分所述导体延伸的磁材料(2)所环绕，该方法特征在于：
在所述导体(1)上并跨过所述导体(1)形成至少第一牺牲层(10)，将所述第一牺牲层(10)的至少部分去除，以留下在所述导体上并跨过所述导体的空间(12、13)，将包括散布在液体分散剂中的磁纳米微粒的流体(16)引入所述空间(12、13)，并且去除所述分散剂，留下所述磁纳米微粒紧密聚集在所述空间(12、13)中作为所述磁材料(2)的至少部分。
2.如权利要求1所述的制造电子电路元件的方法，其包括：形成带有腔(12)的支撑层(8)，在所述腔(12)中形成所述磁材料(2)层，在所述磁材料的所述层上形成所述电导体(1)，以及形成与所述电导体和所述磁材料的所述层交叠的所述第一牺牲层(10)。
3.一种制造电子电路元件的方法，该元件包括伸长的电导体(1)，其被沿着至少部分所述导体延伸的磁材料(2)所环绕，该方法特征在于：
在该导体之上和之下，跨过所述导体(1)分别形成第一(10)和第二牺牲层(7)，去除所述第一和第二牺牲层(7、10)的每一个的至少部分，以留下环绕所述导体的空间(12)，将包括散布在液体分散剂中的磁纳米微粒的流体(16)引入所述空间(12)，并且去除所述分散剂，留下所述磁纳米微粒紧密聚集在所述空间(12)中作为所述磁材料(2)的至少部分。
4.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，其包括：形成带有腔(12)的支撑层(8)，在所述腔中形成第二牺牲层(7)，在所述第二牺牲层(7)之上形成所述电导体(1)，以及形成与所述电导体和所述第二牺牲层交叠的所述第一牺牲层(10)。
5.如权利要求3或4所述的制造电子电路元件的方法，其中所述支撑层(8)包括电绝缘材料，并且所述导体(1)淀积在所述第二牺牲层(7)和所述绝缘材料层(8)的至少部分之上。
6.如权利要求5所述的制造电子电路元件的方法，其中所述第一牺牲层(10)被形成在第一所述绝缘材料层(8)之上的又一绝缘材料层(11)所围绕。
7.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，其中所述第一和第二牺牲层(7、10)的每一个包括有机材料。
8.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，其中所述第一和第二牺牲层(7、10)的每一个包括光刻胶材料，并且制造所述第一和第二牺牲层包括形成一层或多层所述光刻胶材料，以限定所述牺牲层几何形状的图形使所述光刻胶材料曝光，以及去除光刻胶材料的所选部分，并且去除所述牺牲层的所述部分包括使它们在溶剂中溶解。
9.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，其中在所述导体上形成又一牺牲材料层(14)，其具有至少一个孔(15)，该孔对应于所述空间(12)，以在去除所述分散剂之前容纳所述流体(16)。
10.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，还包括在所述磁材料(2)上形成保护层(19)。
11.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，其中所述磁纳米微粒是铁磁性的。
12.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，其中所述磁材料(2)表现出沿所述导体(1)延伸的易磁化轴。
13.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，其中去除所述分散剂包括使之蒸发。
14.如权利要求3所述的制造电子电路元件的方法，还包括在去除所述分散剂的同时，将磁场作用到所述磁材料。
15.一种通过如权利要求3所述的方法制造的电子电路元件。
16.一种弯曲型电感性元件，包括：
多个并置的基本平行的如权利要求15所述的电子电路元件，以及一些所述并置的电子电路元件各自的电导体(1)的相邻端之间的至少一个电互连。
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