CN104519661B - 电容电感复合结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容电感复合结构的制造方法，至少包括以下步骤：S1：提供一基板，采用溅射法或蒸发法在所述基板上形成一金属层；S2：以所述金属层的一部分作为电容下极板制作电容，以所述金属层的另一部分作为电感的电镀种子层制作电感。本发明的电容电感复合结构中，电容下极板与电感的电镀种子层采用同一层金属，具有结构简单、可靠性高并有利于小型化的优点。本发明利用电镀金属的种子层作为电容下极板制作电容，同时形成电感，无需制造额外的金属层作为电容下极板，工艺步骤简单，采用了更少的光刻次数，有效降低了制造成本，在集成无源器件领域有很大潜力。

Description

电容电感复合结构及其制造方法

技术领域

本发明属于集成电路领域，涉及一种电容电感复合结构及其制造方法。

背景技术

随着无线通信的发展，射频微波电路在无线个人通讯，无线局域网(WLAN)，卫星通信，汽车电子中得到了广泛应用。越来越多的功能正持续不断的被集成到各种手持设备中，同时设备的尺寸也在不停的缩小。小型化，低成本，低耗能，高性能的需求正在持续增加。

无源器件是微波射频器件中重要的一类，在微波技术中占有非常重要的地位。无源元件主要是电阻类、电感类和电容类器件，它的共同特点是在电路中无需加电源即可在有信号时工作。电容器是电子线路中最常见的元器件之一，它是一种存储电能的元器件。电容器由两块同大同质的导体中间夹一层绝缘介质构成。当在其两端加上电压时，电容器上就会存储电荷。一旦没有电压，只要有闭合回路，它又会放出电能。电容器在电路中阻止直流通过，而允许交流通过，交流的频率越高，通过的能力越强。因此，电容在电路中常用耦合，旁路滤波、反馈、定时及振荡等作用。电感与电容一样，也是一种储能元器件。电感器一般由线圈做成，当线圈两端加上交流电压时，在线圈中产生感应电动势，阻碍通过线圈的电流发生变化。这种阻碍称作感抗。感抗与电感量和信号的频率成正比。它对直流电不起阻碍作用(不计线圈的直流电阻)。所以电感在电子线路中的作用是：阻流、变压、耦合及与电容配合用作调谐、滤波、选频、分频等。

传统无源器件从面积到成本均已制约着集成电路的发展。集成无源器件以其小型化、薄膜型、寄生参数少及可靠性高的优点满足了当今电子产品低成本、重量轻、集成度高，超薄的需求，对改善芯片性能效果显著。

要制作滤波器、分频器、巴伦等无源器件，需要同时集成电容及电感。为了减小损耗，提高电感Q值，集成电感通常使用电镀工艺以得到较厚的金属层作为电感线圈。但是由于电镀后的金属层表面粗糙度无法达到电容下电极极板的要求，必须额外的制造金属层作为电容的下电极极板，使得芯片制造成本升高。

因此，提供一种工艺更为简化的电容电感复合结构及其制造方法以降低芯片制造成本实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电容电感复合结构及其制造方法，用于解决现有技术中必须额外制造金属层作为电容的下电极极板的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电容电感复合结构的制造方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一基板，采用溅射法或蒸发法在所述基板上形成一金属层；

S2：以所述金属层的一部分作为电容下极板制作电容，以所述金属层的另一部分作为电感的电镀种子层制作电感。

可选地，所述金属层的厚度范围是0.1微米～2微米。

可选地，所述金属层包括粘附层金属及形成于所述粘附层金属上的种子层金属。

可选地，所述粘附层金属包括TiW、Ti及Cr中的至少一种，所述种子层金属包括Cu及Au中的至少一种。

可选地，所述电容的制作方法如下：在所述金属层上依次形成电容介质层及电容上极板。

可选地，在形成所述电容上极板时同时形成与所述电容上极板连接的上电极。

可选地，在形成所述电容介质层后，接着形成与所述电容下极板及电容介质层连接的下电极，然后再在所述电容介质层上形成所述电容上极板。

可选地，所述电感的制作方法如下：以所述金属层为电镀种子层，电镀并图形化形成第一金属层；然后形成一覆盖所述第一金属层的绝缘层，并形成若干连接通孔；再在所述绝缘层上形成第二金属层。

可选地，所述第一金属层为桥线；所述第二金属层为螺旋线圈。

可选地，所述绝缘层的材料为光敏苯并环丁烯或光敏聚酰亚胺。

可选地，所述电容与电感同步形成；在形成所述电容中的下电极时同时形成所述电感中的第一金属层；在形成所述电容中的电容上极板时同时形成所述电感中的第二金属层。

可选地，所述第一金属层的厚度范围是0.5微米～20微米，所述第二金属层的厚度范围是0.5微米～20微米。

本发明还提供一种电容电感复合结构，包括基板及分立形成于所述基板上的电容及电感，所述电容的电容下极板与所述电感的电镀种子层为采用溅射法或蒸发法制备的同一层金属层。

可选地，所述金属层的厚度范围是0.1微米～2微米。

如上所述，本发明的电容电感复合结构及其制造方法，具有以下有益效果：本发明的电容电感复合结构的制造方法采用溅射法或蒸发法在基板上沉积一层金属层作为电容下极板和电感的电镀种子层，即利用电镀金属的种子层作为电容下极板制作电容，可直接在该种子层上制作电容介质层，无需制造额外的金属层作为电容下极板，工艺步骤简单，采用了更少的光刻次数，有效降低了制造成本，在集成无源器件领域有很大潜力。本发明的电容电感复合结构中，电容下极板与电感的电镀种子层采用同一层金属，具有结构简单、可靠性高并有利于小型化的优点。

附图说明

图1显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中在基板上形成金属层的示意图。

图2显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中形成电容介质层的示意图。

图3显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中形成下电极及电感的第一金属层的示意图。

图4显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中去除部分金属层的示意图。

图5显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中形成绝缘层的示意图。

图6显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中形成电容上极板、上电极及电感的第二金属层的示意图。

图7显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中形成另一种绝缘层图形的示意图。

图8显示为本发明的电容电感复合结构的制造方法中形成另一种上电极的示意图。

图9显示为本发明的电容电感复合结构的俯视示意图。

元件标号说明

1 基板

2 金属层

3 电容介质层

4 下电极

5 第一金属层

6 电容下极板

7 电镀种子层

8 绝缘层

9 通孔

9’ 电容上极板

10 上电极

11 第二金属层

12 电容

13 电感

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种电容电感复合结构的制造方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一基板，采用溅射法或蒸发法在所述基板上形成一金属层；

S2：以所述金属层的一部分作为电容下极板制作电容，以所述金属层的另一部分作为电感的电镀种子层制作电感。

首先请参阅图1，执行步骤S1：提供一基板1，采用溅射法或蒸发法在所述基板1上形成一金属层2。

具体，所述基板1可以是单晶、多晶、或非晶结构的硅或硅锗，也可以是其它材料，例如砷化镓等III-V族化合物等，其中还可以包含预先制备好的半导体器件。所述金属层2的厚度范围是0.1微米～2微米，由粘附层金属及形成于所述粘附层金属上的种子层金属组成。其中，所述粘附层金属包括TiW、Ti及Cr中的至少一种，所述种子层金属包括Cu及Au中的至少一种，本实施例中，所述粘附层金属以TiW为例，所述种子层金属以Cu为例。

具体的，所述金属层2采用溅射法或蒸发法形成，得到的金属层表面比较平整，可以同时作为后续电容下极板及电感的电镀种子层。本实施例中，优选采用溅射法形成所述金属层2。

再执行步骤S2：以所述金属层2的一部分作为电容下极板制作电容，以所述金属层2的另一部分作为电感的电镀种子层制作电感。

具体的，所述电容自下而上依次包括电容下极板、电容介质层及电容上极板，其制作方法如下：在所述金属层上依次形成电容介质层及电容上极板。其中，在形成所述电容介质层后，可以接着形成与所述电容下极板及电容介质层连接的下电极，然后再在所述电容介质层上形成所述电容上极板。在形成所述电容上极板时同时形成与所述电容上极板连接的上电极。

所述电感包括至少两层金属，以两层金属为例，电感的上层金属可为金属线圈，下层金属可为连接所述金属线圈内外圈的桥线。当然对于更多层金属的情况，也可以包含两层或两层以上金属线圈。所述金属线圈可以为螺旋线圈、差分线圈或多指线圈，其中螺旋线圈可以为圆螺旋形、多边螺旋形或折线型，优选为阿基米德螺旋，其过渡光滑高频损耗小。本实施例中，所述电感以包括两层金属为例进行说明，其制作方法如下：以所述金属层2为电镀种子层，电镀并图形化形成第一金属层，即桥线；然后形成一覆盖所述第一金属层的绝缘层，并形成若干连接通孔；再在所述绝缘层上形成第二金属层，即螺旋线圈。在形成所述第二金属层时，所述通孔亦被金属材料填充，将所述桥线与所述螺旋线圈连接起来。

具体的，所述第一金属层的厚度范围是0.5微米～20微米，所述第二金属层的厚度范围是0.5微米～20微米。所述绝缘层的材料优选为光敏苯并环丁烯或光敏聚酰亚胺，其优点是可以直接图形化，无需涂覆光刻胶等过程，当然所述绝缘层也可采用其它常规材料如氮化硅、二氧化硅等，只是图形化过程步骤更为繁杂。

本发明中，优选为将所述电容与电感同步形成，下面结合说明书附图1至图9具体阐述本发明的电容电感复合结构的制造方法，此处为一个具体实施例，不应过分限制本发明的保护范围。步骤如下：

1)在所述基板上溅射0.05微米的TiW和0.2微米的Cu作为粘附层和种子层，即图1中的金属层2。

2)如图2所示，采用等离子增强化学气相沉积法在所述金属层2上沉积0.2微米厚的氮化硅，并通过反应离子刻蚀，在所述金属层2上形成电容介质层3。

3)如图3所示，接着在所述金属层2上电镀形成一层金属并图形化，从而同时形成电容的下电极4及电感的第一层金属5，所述下电极4与所述电容介质层3一侧连接，本实施例中，所述第一层金属5作为桥线。

4)如图4所示，采用湿法腐蚀去除所述电容介质层3、下电极4及第一金属层5周围的金属层2，所述电容介质层3及所述下电极4下方保留下来的金属层作为电容下极板6，所述下电极4分别与所述电容下极板6及所述电容介质层3连接；所述第一金属层5下方保留下来的金属作为电感的电镀种子层7，其在步骤3)步中发挥了电镀种子层的作用。需要指出的是，在腐蚀完毕后，所述电容下极板6相对于所述电容介质层会出现过刻蚀的情况，其出现在与所述下电极4所在一端相对的另一端。

5)如图5所示，在图4所示结构上旋涂绝缘层8，所述绝缘层覆盖所述第一金属层5，所述绝缘层8的材料为光敏聚酰亚胺，然后直接光刻显影形成若干通孔9，再将光敏聚酰亚胺进行高温固化。所述通孔9分别位于所述第一金属层5两端上方，即所述桥线两端上方；所述绝缘层8作为电感的第一金属层5与其上金属层之间的隔离层，所述通孔9用于后续在其中沉积金属材料将电感的上下层金属连接起来。

需要指出的是，在形成覆盖所述第一金属层5的绝缘层8时，可同时将绝缘材料填充于电容与电感之间的空闲区域及电容两侧区域，作为该区域的绝缘层，如图5所示。

6)如图6所示，形成电容上电极板9’、与所述电容上电极板9’连接的上电极10及电感的第二金属层11。

具体的，首先溅射形成TiW/Cu种子层并进行光刻显影，得到电容上电极板图形、上电极图形及第二金属层图形，此处所述第二金属层图形以螺旋线圈图形为例，然后电镀厚度约为7微米的金属Cu，最后去光刻胶并用干法刻蚀去掉多余的种子层，从而得到上述电容上电极板9’、上电极10、及第二金属层11。其中，在形成第二金属层11的过程中，所述通孔9亦被金属材料填充从而起到连接作用。在电镀金属Cu之后，还可以进一步在其上方电镀一层薄Au作为钝化层，防止Cu层氧化。

本实施例中，所述上电极10形成于所述绝缘层8上，在另一实施例中，所述上电极10的结构亦可发生改变，如图7及图8所示，在电容周围形成绝缘层8时，与所述下电极4相对的另一侧并不填充满，而是留有一定空间，然后再次溅射得到种子层以电镀形成电容上电极板9’、上电极10及电感的第二层金属11，所述上电极下端与所述基板1接触。由于溅射具有方向性，电容下极板6的过刻蚀区域形成空间不会被填充，因此上电极10不会与电容下极板6接触导致短路。

至此，采用本发明的方法形成了电容电感复合结构，请参阅图9，显示为该结构的俯视示意图，其中图中左侧为电容，右侧为电感。

本发明的电容电感复合结构的制造方法采用溅射法或蒸发法在基板上沉积一层金属层作为电容下极板和电感的电镀种子层，即利用电镀金属的种子层作为电容下极板制作电容，可直接在该种子层上制作电容介质层，无需制造额外的金属层作为电容下极板，工艺步骤简单，采用了更少的光刻次数，有效降低了制造成本，在集成无源器件领域有很大潜力。

本发明还提供一种电容电感复合结构，请参阅图6及图9，所述电容电感复合结构包括基板1及分立形成于所述基板1上的电容12及电感13，所述电容的电容下极板6与所述电感的电镀种子层7为采用溅射法或蒸发法制备的同一层金属层。具体的，所述金属层的厚度范围是0.1微米～2微米。

本发明的电容电感复合结构中，电容下极板与电感的电镀种子层采用同一层金属，具有结构简单、利于制造、可靠性高并有利于小型化的优点。

综上所述，本发明的电容电感复合结构及其制造方法中，采用溅射法或蒸发法在基板上沉积一层金属层作为电容下极板和电感的电镀种子层，即利用电镀金属的种子层作为电容下极板制作电容，可直接在该种子层上制作电容介质层，无需制造额外的金属层作为电容下极板，工艺步骤简单，采用了更少的光刻次数，有效降低了制造成本，在集成无源器件领域有很大潜力。本发明的电容电感复合结构中，电容下极板与电感的电镀种子层采用同一层金属，具有结构简单、可靠性高并有利于小型化的优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种电容电感复合结构的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1：提供一基板，采用溅射法或蒸发法在所述基板上形成一金属层；

S2：以所述金属层的一部分作为电容下极板制作电容，以所述金属层的另一部分作为电感的电镀种子层制作电感；所述电容的制作方法如下：在所述金属层上依次形成电容介质层及电容上极板；在形成所述电容介质层后，接着形成与所述电容下极板及电容介质层连接的下电极，然后再在所述电容介质层上形成所述电容上极板。

2.根据权利要求1所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述金属层的厚度范围是0.1微米～2微米。

3.根据权利要求1所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述金属层包括粘附层金属及形成于所述粘附层金属上的种子层金属。

4.根据权利要求3所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述粘附层金属包括TiW、Ti及Cr中的至少一种，所述种子层金属包括Cu及Au中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：在形成所述电容上极板时同时形成与所述电容上极板连接的上电极。

6.根据权利要求1所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述电感的制作方法如下：以所述金属层为电镀种子层，电镀并图形化形成第一金属层；然后形成一覆盖所述第一金属层的绝缘层，并形成若干连接通孔；再在所述绝缘层上形成第二金属层。

7.根据权利要求6所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述第一金属层为桥线；所述第二金属层为螺旋线圈。

8.根据权利要求6所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述绝缘层的材料为光敏苯并环丁烯或光敏聚酰亚胺。

9.根据权利要求6所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述电容与电感同步形成；在形成所述电容中的下电极时同时形成所述电感中的第一金属层；在形成所述电容中的电容上极板时同时形成所述电感中的第二金属层。

10.根据权利要求6所述的电容电感复合结构的制造方法，其特征在于：所述第一金属层的厚度范围是0.5微米～20微米，所述第二金属层的厚度范围是0.5微米～20微米。

11.一种电容电感复合结构，包括基板及分立形成于所述基板上的电容及电感，其特征在于：所述电容的电容下极板与所述电感的电镀种子层为采用溅射法或蒸发法制备的同一层金属层；所述电容的制作方法如下：在所述金属层上依次形成电容介质层及电容上极板；在形成所述电容介质层后，接着形成与所述电容下极板及电容介质层连接的下电极，然后再在所述电容介质层上形成所述电容上极板。

12.根据权利要求11所述的电容电感复合结构，其特征在于：所述金属层的厚度范围是0.1微米～2微米。