CN1179374C - 微螺线管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在层叠于衬底(1)上的绝缘材料(13)上涂敷光敏材料(图16A)，接着利用具有能沿着圆环在100%至0%之间连续控制透光率的遮光膜的掩模进行曝光与显影，以便形成螺旋形的光敏材料(图16B)。进行高温处理后，通过刻蚀使光敏材料下面的绝缘材料形成螺旋形状(图16C)。在该衬底上层叠金属(12)(图16D)，并涂敷光敏材料(图16E)。利用具有透光率0%的圆环遮光膜的掩模对该光敏材料进行曝光与显影，只留下覆盖在螺旋构造基底上的金属上的光敏材料(图16F)。在进行了高温处理并将露出的金属刻蚀后(图16G)，除去光敏材料(图16H)。

Description

微螺线管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种微螺线管及其制造方法，可以通过控制光敏材料上的图案的曝光，将该螺线管制作成具有接近正圆的圆形截面的横向或纵向螺旋线圈。

发明背景

迄今，在除半导体集成电路等微电路以外的普通电路中经常使用螺线管等作为电感元件。而在半导体集成电路等微电路中，使用晶体管、电阻器、电容器。但是，螺线管这样的电感元件，由于存在许多技术难题，跟其他元件相比制造起来更为复杂和困难。

图26给出了一个投射曝光装置的示意图，该装置用于烧固图案(baking a pattern)的光刻步骤，这是半导体制造过程中的一个步骤。该图所示的光敏材料10为正感光型，显影后未受光照的那部分光敏材料10将留存下来，而受到光照的那部分光敏材料10将被刻蚀掉。来自光源的光束4将掩模M上明暗形式的图案转移至衬底1上的光敏材料10上。例如，当一个由环状遮光膜8构成的图案通过投影在衬底1上曝光并显影时，光敏材料10是环形的，但从来不会形成螺旋状。传统使用的掩模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的区域的透射率为0％，即无光能透过该区域。

为了解决这种电感元件的制造难题，例如，在日本公开特许公报189,339/1998与313,093/1998号中提出了一种制造技术。关于横向线圈的形成方法，日本公开特许公报189,339/1998号公开了这样一种技术，其中采用一种各向同性刻蚀方法或一种结合各向异性刻蚀与各向同性刻蚀的组合方法来形成半圆形凹槽，接着通过氧化使预先埋入凹槽部分的多晶硅或非晶硅层叠与扩展，形成一种圆柱形的线圈截面。再有，日本公开特许公报313,093/1998号公开的技术是，将平面螺旋状的电感器经由绝缘层在垂直方向上层叠，此时，将上层与下层的电感器经由在绝缘层中形成的通孔有选择地连接，形成一个双层螺旋线圈。

附带指出，滤波器电路固有地由电阻器、电容器与线圈的组合构成。但是，在现有半导体集成电路上形成的滤波器电路则利用电阻器、电容器与晶体管构成。由于没有使用线圈，因此为了实现具有所要特性的滤波器电路，需要使用大量的元件、电阻器、电容器与晶体管，芯片的尺寸也因此必须增大。加之，由于晶体管易受使用环境温度的影响，所以，使用的晶体管数量越多，电路的整体特性将变得越不稳定。

再有，随着集成电路规模的增大，集成电路内电气布线的线宽变得更细，且由于布线路径变得更长，所以布线电阻与布线间的电容也增加。因而，导致产生电荷经过布线的速度受到控制、电流延迟率增加等问题。

同时，在日本公开特许公报189,339/1998号所公开的技术中，作为在衬底上形成电感元件的方法，其形成横向线圈的圆柱部分的方法包括：各向同性刻蚀方法或各向异性刻蚀与各向同性刻蚀组合的方法；以及通过氧化使多晶硅或非晶硅层叠与扩展的方法。所以，用这种方法难以使圆柱截面高度精确地形成正圆。因此，无法将磁场的变化保持均匀。

再有，日本公开特许公报313,093/1998号所公开的技术中存在这样的问题，与螺线管相比，经由通孔将上层与下层线圈螺旋地层叠形成的螺旋线圈的磁通将漏到线圈的外侧，因此将不能使磁场的改变保持均匀。

本发明旨在提供一种微螺线管，在该螺线管中可通过控制线圈在衬底上所占面积容易地增加电感值，并由此可通过将磁通保持在线圈内部而维持磁场的均匀变化。

发明内容

本发明通过将最初形成的下半部的金属布线与最后形成的上半部金属布线连接形成横向螺旋线圈。

进而，本发明通过将这样形成的螺旋状金属层叠来形成具有多圈的纵向螺旋结构的线圈。

依据本发明，可通过控制线圈在衬底上所占面积容易地增加电感值，并且通过将磁通限制在该线圈内来保持磁场变化的均匀性。

再有，可在集成电路等微电路上形成螺线管。而且，通过连接具备所要求电感性能的单个或多个螺线管，可实现元件数量少且具稳定特性的集成电路。可以期待，采用这种集成电路可制成高可靠性且小型化的电子产品。至于较大规模集成电路中预期会出现的延迟问题，可通过将螺线管设置在所要求的部位而被缩小。

附图的简单说明

图1为采用本发明的方法制造的一种横向螺旋线圈的透视图。

图2为采用本发明的方法制造的一种横向螺旋线圈的侧视图。

图3为通过截面图表现的一种横向螺旋线圈的制造流程图。

图4为表现采用本发明的方法形成一种横向螺旋线圈时用掩模A将图案曝光的简化透视图。

图5为利用掩模B将图案曝光的简化透视图。

图6为表示透光率与掩模A与B的遮光膜之间关系的曲线图。

图7为通过截面图表现的一种螺旋线圈的制造流程图。

图8为以本发明的方法形成横向螺旋线圈的步骤(A)中衬底的平面图。

图9为以本发明的方法形成横向螺旋线圈的步骤(B)中衬底的平面图。

图10为以本发明的方法形成横向螺旋线圈的步骤(C)中衬底的平面图。

图11为以本发明的方法形成横向螺旋线圈的步骤(D)中衬底的平面图。

图12为采用本发明的方法制造的一种纵向螺旋线圈的透视图。

图13为采用本发明的方法制造的一种纵向螺旋线圈的侧视图。

图14为以本发明的方法形成一种纵向螺旋线圈时采用的一种掩模C的平面图。

图15为一种掩模D的平面图。

图16为依据本发明的方法形成纵向螺旋结构的每一圈的流程图。

图17为图16所示步骤的后续流程图。

图18为依据本发明的方法形成纵向螺旋线圈的每1/2圈时所用掩模E的平面图。

图19为掩模F的平面图。

图20为依据本发明的方法形成纵向螺旋线圈的每1/2圈的流程图。

图21为图20所示步骤的后续流程图。

图22为多个同心排列的螺旋线圈的截面图。

图23为一种横向螺旋线圈的截面图。

图24为一种在同一圆周上形成双纵向螺旋线圈时使用的掩模的平面图。

图25为一种同心地形成双螺旋线圈时使用的掩模的平面图。

图26为一种普通投射曝光装置的示意图。

本发明的最佳实施例

现参照附图对本发明的实施例，予以详细说明。先根据附图描述采用普通的半导体精密加工技术制造微螺线管的方法。本实施例的微螺线管为一种其截面为正圆的横向螺旋线圈(以下简称“螺旋线圈”)。图1为采用本发明的方法制造的一种横向螺旋线圈的透视图，而图2为采用本发明的方法制造的一种横向螺旋线圈的侧视图。

横向螺旋线圈具有这样的结构，其下半线圈部分2形成于设置在衬底1上的凹槽底部，并具有半个正圆的截面，而其上半线圈部分2形成于从衬底1上突出的圆柱部分3的外圆周面上，引出线4、5从该线圈部分2引出。

(1)形成用以制成螺旋线圈的下半部分的步骤A

步骤A如图8所示，在衬底1上形成截面呈半个正圆的凹槽部分6，用以构成螺旋线圈下半部的外形部分。

在衬底1上涂敷光敏材料10(图3A)。利用具有矩形图案的掩模(在该矩形图案的外侧有遮光膜而在该矩形的内侧无遮光膜(图3B))在光敏材料10上进行曝光绘图。使曝光后的光敏材料10显影并进行高温处理，使残留的光敏材料固化。以湿式刻蚀法对衬底表面的露出部分进行各向同性刻蚀，这时已固化的光敏材料被用作保护膜，以形成半圆形的凹槽部分6(图3C)。然后，去除光敏材料10(图3D)。

(2)形成螺旋线圈下半部金属布线的步骤B

在步骤B中，如图9所示，在衬底1的凹槽部分6上形成螺旋线圈下半部的金属布线12。

通过溅射将铝等金属12均匀镀覆在衬底1的整个表面(图3E)，衬底1上的光敏材料10已在步骤A中去除。再在其上涂敷光敏材料10，并通过曝光绘制螺旋线圈下半部的倾斜梯形图案，然后进行显影与高温处理(图3F)。通过刻蚀将被曝露的金属12去除，之后再将光敏材料10去除(图3G)。

(3)以绝缘体材料形成构成螺旋线圈中空部分的圆柱的步骤C

在步骤C中，如图10所示，形成位于螺旋线圈内侧的、由绝缘体材料13构成的圆柱部分3，其中已形成线圈的下半部。

为了形成构成螺旋线圈内部部分的区段，在步骤B中形成的包含下半螺旋线圈的衬底表面，层叠硅氧化膜等的绝缘材料13(图3H)。将绝缘材料13这样层叠、使得其厚度等于构成螺旋线圈内部部分的圆的直径。将光敏材料10涂敷在衬底1上，通过调节旋转次数，使得光敏材料10的薄膜厚度等于所述圆的半径。为了形成所述内部部分，利用掩模进行曝光并显影，该掩模具有矩形图案，该矩形图案的内侧设有遮光膜而外侧无遮光膜，矩形短边方向的宽度与构成螺旋线圈内部部分的圆柱直径相等。之后，将衬底在设定的温度下保持一段固定的时间，从而使光敏材料的截面形状跟螺旋线圈之半圆形状相似(图3I)。一旦光敏材料10与绝缘材料13的刻蚀速度变得相等，就可利用各向异性刻蚀条件使刻蚀只在垂直方向进行，以便直接将具有半圆截面的光敏材料10的外形转移到作为内衬的绝缘材料13上(图3J)。

本例中，在附图3I的步骤中光敏材料10形成圆形截面。但是本发明中，光敏材料10的截面不必一定为半圆形，且光敏材料10与绝缘材料13的薄膜厚度及刻蚀速度也可不同。在此步骤中，只要保证该内部部分的绝缘材料的截面最终形成圆形即可。

(4)形成螺旋线圈上半部的金属布线的步骤D

在步骤D中，如图11所示，对应步骤A至步骤C所形成的螺旋线圈的下半部，形成上半部的金属布线12(线圈部分2与引出线4、5)。

在步骤C中形成的包含螺旋线圈下半部的衬底上，均匀地层叠金属12(图3K)。涂敷光敏材料10，通过曝光、显影、绘制螺旋线圈上半部的梯形图案，并进行高温处理(图3L)。此时所用的梯形图案的倾斜方向跟附图3F所绘制的梯级图案的倾斜方向相反。通过刻蚀去除露出的金属，而光敏材料10覆盖的那部分金属4(线圈部分2与引出线4、5)被保留(图3M)，然后再去除光敏材料10(图3N)。

根据本实施例，由于引出线4、5从螺旋线圈的两端引出，因此可跟形成于同一衬底的电阻器、电容器或晶体管等的其他电路连接。

接着，说明使用具有曝光量从0至100％连续变化的遮光膜的掩模来形成横向螺旋线圈的方法。先说明本例中使用的掩模。图4为形成横向螺旋线圈时用掩模A进行曝光绘制的示意的透视图，图5为使用掩模B的曝光绘制方式的透视图，而图6为掩模A与掩模B的透光率与遮光膜的关系图。

在掩模A中在100％透光的玻璃上形成：对应于凹槽宽度以外部分的透光率为0％的遮光膜8；以及遮光膜8a，其中，为了形成截面为半个正圆的凹槽6，在遮光膜8的内部朝着对应于凹槽6的最深处的中央，透光率从0％至100％连续变化。掩模B，用以形成突出的截面为正圆的圆柱部分3，其上遮光膜8b的透光率由0％至100％连续变化，跟形成圆柱部分3顶部的位置到形成圆柱部分3直径两端的位置相对应。在掩模A的遮光膜8a与掩模B的遮光膜8b中，透光率具有相反的关系，从而可进行截面为正圆的曝光绘制。

(1)用以形成成为螺旋线圈下半部的部分的步骤A

在步骤A中，形成如图8所示的成为螺旋线圈下半部外侧部分的凹槽部分6，该部分在衬底5上形成，具有半个正圆的截面。

在衬底1上涂敷光敏材料10(图7A)。为了在将在其上形成的螺旋线圈的光敏材料10上形成螺旋线圈下半部，通过利用掩模A进行曝光来绘制矩形11(图7B)。使曝光后的光敏材料10显影，且进行高温处理使残留的光敏材料固化。一旦光敏材料10与衬底1的刻蚀速度变得相等，就利用各向异性干式刻蚀条件使刻蚀只在垂直方向进行，直接将具有半个正圆截面的光敏材料10的外形转移到衬底材料上作为底衬(图7C)。

本例中，在图7B的步骤中光敏材料10形成圆形截面。但是本发明中，光敏材料10的截面不必一定为半圆形，且光敏材料10与衬底材料1的刻蚀速度也可不同。在此步骤中，只要满足保证凹槽部分6的截面形状最终为正圆的条件即可。

(2)形成螺旋线圈下半部金属布线的步骤B

在步骤B中，在衬底1的凹槽6上形成螺旋线圈下半部的金属布线12，如图9所示。

在步骤A中，通过溅射将诸如铝等金属12均匀地层叠在去除了光敏材料10的衬底1的整个表面(图7D)。在该金属镀层上涂敷光敏材料10，然后曝光绘制螺旋线圈下半部的倾斜梯级图案，再进行显影、高温处理(图7E)。通过刻蚀去除露出的金属12，然后再去除光敏材料10(图7F)。

(3)以绝缘体材料形成构成螺旋线圈中空部分的圆柱的步骤C

在步骤C中，形成螺旋线圈内部的、白绝缘体材料13构成的圆柱部分3，其中已形成线圈的下半部，如图10所示。

为了形成构成螺旋线圈内部部分的区段，在步骤B中形成的包含下半螺旋线圈的衬底表面上层叠硅氧化膜等的绝缘材料13(图7G)。将绝缘材料13一直层叠到其厚度与构成凹槽部分6中的螺旋线圈内部部分的正圆直径相等。将光敏材料10涂敷在衬底1上，通过调节旋转次数，使光敏材料10的薄膜厚度等于该正圆半径(图7H)。进而，通过利用掩模B进行曝光和显影来绘制矩形图案，以便形成所述内部部分。这时，光敏材料10的截面形状跟螺旋线圈的半圆形相似(图7I)。一旦光敏材料10与绝缘材料13的刻蚀速度变得相等，就利用各向异性干刻蚀条件使刻蚀只在垂直方向进行，直接将具有半个正圆截面的光敏材料10的外形转移到作为内衬的绝缘材料13上(图7J)。

本例中，在图7I的步骤中光敏材料10形成圆形截面。但是本发明中，光敏材料10的截面不必一定为半圆形，且光敏材料10与绝缘材料13的薄膜厚度及刻蚀速度也可不同。在此步骤中，只要满足保证该内部部分的绝缘材料的截面最终形成正圆的条件即可。

(4)形成螺旋线圈上半部分的金属布线的步骤D

在步骤D中，如附图11所示，对应步骤A至步骤C所形成的螺旋线圈的下半部，形成上半部的金属布线12(线圈部分2与引出线4、5)。

在其中包含在步骤C中形成的螺旋线圈下半部的衬底上，均匀地层叠金属12(图7K)。涂敷光敏材料10，通过曝光、显影、绘制螺旋线圈上半部的梯级图案，并进行高温处理(图7L)。此时使用的梯级图案的倾斜方向跟图7F所绘制的梯级图案的倾斜方向相反。通过刻蚀去除露出的金属，光敏材料10覆盖的那部分金属(线圈部分2与引出线4、5)被保留(图7M)，然后再去除光敏材料10(图7N)。

根据本实施例，由于引出线4、5从螺旋线圈的两端引出，因此可跟形成于同一衬底的电阻器、电容器或晶体管等的其他电路连接。

接着，描述纵向螺旋线圈的制造方法。本实施例的微螺线管为一种具有圆形截面的纵向螺旋线圈(以下简称为“螺旋线圈”)。图12为用本发明的方法制造的纵向螺旋线圈的透视图，而图13为用本发明的方法制造的纵向螺旋线圈的侧视图。

在纵向螺旋线圈中，线圈芯子与衬底表面垂直或倾斜成预定角度。本例中，螺旋线圈具有线圈芯子垂直于衬底的结构。在衬底1上，螺旋状地形成具有预定直径的金属12与绝缘材料13。

首先，说明用以形成纵向螺旋线圈的掩模。

图14为形成纵向螺旋线圈时使用的掩模C的透视图，图15为掩模D的平面图，图16为表示透射率跟掩模C与D的遮光膜之间关系的曲线图。

掩模C具有形成在可100％透光的玻璃上的、能够从0％至100％连续控制透光率的环形遮光膜8。其透过遮光膜8的光量被控制成沿着圆环从0％至100％连续变化的光，连续地照射在光敏材料上。只被少量光照射到的光敏材料，就只是少量地被显影，其残留的光敏材料也就会较多。但是，如果施加在光敏材料的光量到达这样的程度、使得光还没有完全被敏化，则在显影后会只有少量光敏材料残留。掩模D具有透光率为0％的圆环状遮光膜8。

(1)以每次一圈的形式形成螺旋结构的方法

在步骤A中，在衬底1上形成如图16H所示的螺旋结构的第一圈。

在衬底1上层叠绝缘材料13，并在其上涂敷光敏材料10(图16A)。此时，光敏材料10的薄膜厚度与绝缘体材料13的薄膜厚度相同。接着，用掩模C对光敏材料10进行曝光、显影，形成螺旋状的光敏材料10(图16B)。之后，进行高温处理以固化光敏材料10。通过刻蚀使光敏材料10下面的绝缘材料13形成螺旋结构(图16C)，再在该衬底上层叠金属12(图16D)。此时，在螺旋形结构的上部也层叠金属。

现就关于作为前述过程结果、所述金属粘附到螺旋状绝缘材料的侧壁上所采取的对策予以说明。关于所述对策，可以采用在该绝缘材料的侧壁具有使金属不附着的结构的方法与/或将已附着的金属去除的方法。

作为前者，例如可使所述侧壁形成倒立的锥形。在该方法中，当用光敏材料作为掩模向深度方向刻蚀时，使横向刻蚀速率随深层刻蚀而增加来形成倒立的锥形结构。这种倒锥体形状，可通过适当控制刻蚀气体的种类、反应中的压力以及满足这类条件的电力来形成。

后一种方法利用层叠在衬底表面的金属层较厚，而附着在侧壁的金属厚度较薄；也就是利用金属的横向层叠厚度比纵向薄的差异。首先，将金属层叠在整个衬底表面上。然后，已附着在侧壁的金属层被刻蚀。此时的刻蚀条件被这样控制，使纵向与横向的刻蚀速率保持相同。如此进行刻蚀后，附着在侧壁的金属便被去除。但是在侧壁以外的表面上，虽然被层叠的金属由于受到刻蚀而变得较薄，但仍留有线圈所需的厚度。之后，进入形成线圈部分的光刻步骤。

然后，涂敷光敏材料10(图16E)。此时光敏材料10的薄膜厚度只要充分覆盖衬底1即可。当利用掩模D进行曝光与显影时，只有覆盖在螺旋结构基底的金属上的光敏材料10残留(图16F)。再进行高温处理，将露出的金属12刻蚀后(图16G)，除去光敏材料10(图16H)。

在步骤B中，如图17Q所示，在步骤A形成的第一层线圈上形成第二层线圈。

将绝缘材料13层叠至第一层的两倍厚度，接着涂敷光敏材料10。此时，使光敏材料10的厚度跟螺旋结构的第一层相同(图17I)。在用掩模C进行曝光、显影后，形成螺旋状的光敏材料10(图17J)。然后进行高温处理，接着再通过刻蚀形成第二层的基底。于是，第一层上的金属12的一部分露出(图17K)。该金属端面用以跟第二层的金属12电连接。

在衬底的整个表面上层叠金属12(图17L)。再涂敷光敏材料10(图17M)，然后用掩模D曝光与显影。结果，覆盖于螺旋结构的金属12上的那部分光敏材料10残留下来(图17N)。高温处理后，将露出的金属12刻蚀掉(图17O)，再将螺旋结构以外残留的绝缘材料13刻蚀掉(图17P)，最后将光敏材料10去除(图17Q)。

(2)以每次1/2圈的形式形成的方法

现说明本例中为形成纵向螺旋线圈所使用的掩模。图18为以每1/2圈形成纵向螺旋线圈时所用掩模E的平面图，图19为掩模F的平面图。掩模E上有具有固定宽度的、能够从0％至100％连续控制透光率的遮光膜8。再有，掩模F上有透光率为0％的半圆形遮光膜8。

将绝缘材料13层叠在衬底1上，再涂敷光敏材料10(图20A)。用掩模E来曝光与显影，形成倾斜截面结构的光敏材料10(图20B)。高温处理后，通过刻蚀形成倾斜结构的绝缘材料13(图20C)。在衬底1的整个表面层叠金属12(图20D)，再涂敷光敏材料10(图20E)。用掩模F曝光并显影后，只留下覆盖倾斜面上的金属12的那部分光敏材料10(图20F)。高温处理后，将露出的金属12刻蚀(图20G)掉，再去除光敏材料10(图20H)。

将绝缘材料13层叠至两倍于图20A中薄膜厚度的薄膜厚度，即，层叠至用以盖住金属12的高度(图21I)，接着涂敷光敏材料10(图21J)。利用掩模E进行曝光与显影后，形成其结构按照与图20C中结构的方向相反的方向倾斜的光敏材料10(图21K)。高温处理后，通过刻蚀形成如图中(图21L)所示的、其中金属12部分地露出的形状。层叠金属12(图21M)。涂敷光敏材料10(图20E)，利用将掩模F在垂直方向上倒转而获得的掩模对涂敷光敏材料10进行曝光和显影。于是，留下覆盖倾斜面结构上的金属12上的那部分光敏材料10(图21O)。高温处理后，将露出的金属12刻蚀(图21P)掉，再去除光敏材料10(图21Q)。

重复步骤I至步骤Q，通过最后对除螺旋结构之外的绝缘材料13进行刻蚀，形成如图21R所示的多个螺旋线圈。

以上，分别对两种方法作了大略的说明。接着，说明一种部分修改的方法。

(1)以每次一圈的形式形成螺旋结构的方法

(A)在层叠金属时也在螺旋基底的侧壁附着金属的场合，必须增加一个步骤，去除附着在一圈的最下层与最上层之间的交界处的阶梯(即高度差)侧壁的金属，而不是去除附着在基底的内周面与外周面上的金属。

(B)除最下层的基底以外，在上层金属布线之间，可用形成金属氧化膜来代替层叠绝缘材料。由于层叠后的金属表面会被氧化，因此(工序)步骤可缩短或“归并”。但是，这种场合也与(A)中的情况相同，有必要将重叠部分的上部金属去除，并有选择地去除被去除部分上的金属的表面。

(2)以每次1/2圈的形式形成的方法

(A)与上述(1)(B)中一样，也形成一层金属氧化膜。但是，这里没有必要部分地去除并氧化该层金属。也不需要用以形成第二层基底的光刻步骤以及后续的各个步骤，且由于利用了金属氧化膜，所以可形成更高密度的线圈。

顺便指出，在以(2)中的方法将基底全部以绝缘材料形成的场合，各基底可分别以其所要的角度形成。

本例中，未对从线圈两端引出的引出线进行说明。但是，这些引出线可以以任选的方向引出。线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。还有，线圈的截面形状或整体形状，可为椭圆、菱形、桶形、线轴形等其他形状。再有，形成线圈的绕向可为顺时针或逆时针方向。此外，还可在同一圆柱上形成两个或两个以上的线圈。另外，也可在同心地形成两个或两个以上的线圈。由此，将这些线圈连接，可获得更大的电感。再有，关于将光敏材料形成螺旋状的方法，除改变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，或将遮光膜设置在另一玻璃表面上以跟投影曝光的焦点位置相隔一段距离并利用那时形成的阴影来调节透光率。再有，也可用电子束或激光束直接照射光敏材料来形成螺旋状结构。而且，也可用离子束直接照射绝缘材料来形成螺旋状结构。此外，除用透射型掩模之外，使用反射型掩模从0％至100％连续控制反射率，也同样可以形成螺旋状结构。

另外，也可只去除基底上圆环部分的光敏材料、而在该处以外的区域不层叠金属来形成所述结构。而且，该方法可防止金属附着在螺旋结构的最下层与最上层的阶梯部分的侧壁上。再有，基底本身也可用金属形成。此外，在线圈的中空部分，为了不使铁芯等金属材料跟线圈芯部的金属相互接触，可在其间设置较薄的绝缘材料。再有，可将磁性材料配置在线圈的中空部分的外侧，以获得更大的电感。

上述“基底”，只是指第一层的基底。但是，换一个角度考虑，也可将构成线圈的金属层部分换成绝缘材料，并将构成基底的绝缘材料部分换成金属来形成线圈。并且，也可用热固性树脂经由曝光来形成基底。

此例中，为了形成螺旋结构，使光敏材料与绝缘材料的薄膜厚度相同，且刻蚀的速率也相等。但是，只要最终能达到绝缘材料形成螺旋形状的目的，上述关系可任意确定。再有，虽然与线圈无关，本发明的方法也可用于微型机械螺杆的制造。

本例中的螺旋线圈完成后，为了强化金属间的连接部分，进行加热步骤。

本发明可采用如下所述的各种材料。

衬底材料可以包括：硅、锗、砷化镓、磷化镓、锑化铟、氮化铝等半导体材料，或玻璃、陶瓷、矾土、钻石、蓝宝石等绝缘材料，或塑料等有机材料，或铝、不锈钢等金属材料，或铁、铁合金等磁性材料，或铁氧体等氧化物材料，等等。

底层材料可以包括：氧化硅膜、氮化硅膜等绝缘材料，非晶硅、多晶硅等半导体材料，聚酰亚胺等有机材料，磁性材料，等等。

基底材料可以包括：氧化膜等绝缘材料，衬底或电阻跟衬底相同的半导体材料，绝缘有机材料，热固性树脂，等等。

线圈材料可以包括：铝、钛、钨、铜、铬等金属及其合金，掺杂的低电阻半导体材料，导电的有机材料，ITO(铟锡氧化物)等透明导电材料，氧化铜等高温超导材料，等等。

圆柱部分与线圈周边部分的材料可以包括：空气，氧化膜、有机材料等绝缘材料，锰锌系铁氧体、钴系非晶体合金、铁素体·钼坡莫合金(ferrite·Mo bermallay)等磁性材料，衬底材料或半导体材料，铁等在它们与线圈之间夹有绝缘材料的金属，超导材料，等等。

以下说明本发明的其他实施例。

I.横向螺旋线圈

(1)在本实施例中，已就直接在衬底上形成线圈的方法作了说明。但也可在衬底上层叠另一薄膜，而形成该薄膜的形状。

(2)也可将整个线圈以绝缘材料覆盖，并在其上部形成并层叠另一线圈。

(3)线圈的形状并不只限于圆筒形，可形成中央部分凸起的桶形或中央部分凹陷的线轴形。线圈也可采用各种不同的形状。

(4)引出线的位置不必一定要如图11所示位于线圈的两端；可从任何要求的位置引出；因此，可引出多条引出线。

(5)线圈的中空部分，除了放置绝缘材料以外，也可放置绝缘薄膜，以使铁心等金属材料和/或铁氧体等氧化物材料不跟线圈部分的金属接触。

(6)由于在线圈中空部分的圆柱上采用热固性树脂，线圈的上半部可以只通过曝光形成。

(7)如图22所示，可以同时以同心园布局形成两个、三个或更多个线圈。形成这些线圈时，下半部的半圈以从外向内的顺序形成，而上半部的半圈以从内向外的顺序形成。

(8)也可形成如图23所示的其轴线方向与衬底表面平行的横向螺旋线圈。所要形成的该螺旋线圈的图案在水平方向被切为上半部与下半部，上半部与下半部分别形成。即，采用形成横向螺旋线圈下半部的方法，将螺旋线圈的下半部从外侧开始连续地形成，接着将上半部从内侧开始形成。

II.纵向螺旋线圈

(1)为了以同心圆布局同时形成两个、三个或更多的线圈，可使用图24所示的掩模。该掩模这样形成，使得在圆环的左半部、透光率自上而下地增加，而在圆环的右半部，透光率由下而上地增加。

(2)一个线圈可由两个、三个或更多的线圈构成。而且，通过将各线圈连接，可获得更大的电感。这种线圈可利用图25所示的掩模来制作。该掩模这样形成，其内侧园环的透光率从右下部向左下部增加，而其外侧圆环的透光率从左下部向右下部增加。

(3)一次曝光形成多圈的纵向线圈

所谓多圈指一种螺旋图案。但是，该图案不是平面的螺旋图案，而是一种立体的螺旋图案，由从中央向外侧升高的凹状螺旋图案和从外侧向中央升高的凸状螺旋图案交替层叠形成。该种线圈可为瞬时针绕向，也可为逆时针绕向。

III.由横向螺旋线圈与纵向螺旋线圈组合而成的线圈

形成一圈或半(1/2)圈的纵向基底。然后，在基底上形成一横向线圈的下半部。即，形成一截面呈半圆形的凹槽及梯形的金属图案。接着，形成圆柱部分。然后，再在圆柱上形成构成横向线圈上半部的金属梯形图案。之后，再形成纵向基底，以同样的方式形成横向线圈。

IV.从衬底分离线圈的方法

在衬底与线圈之间，预先设置一种跟衬底与线圈的材料均不相同的材料。线圈制成后，通过刻蚀预设在衬底与线圈之间的材料，将线圈跟衬底分开。另一种方法是，通过刻蚀衬底本身，将线圈从衬底分离。

工业应用的可能性

如上所述，依据本发明的微螺线管及其制作方法，可应用于各种微电路，例如：作为半导体集成电路的电感或变压器的线圈，构成作为微型机械动力的电磁马达或微型发动机的电磁线圈，用作发送或接收磁信号的传感器，进行信息的磁性处理与记录的电路元件，等等。

Claims (8)

1.一种横向微螺线管的制造方法，其中形成于衬底上的横向螺旋线圈的截面分为两部分：上半部与下半部，这些部分通过下列步骤A至D形成，所述方法包括：

步骤A：在所述衬底上涂敷光敏材料，使用掩模将所述光敏材料曝光并显影，该掩模的矩形图案的外侧有遮光膜而内侧无遮光膜，以便将所述矩形图案转移至所述光敏材料并去除所述矩形图案内侧的光敏材料，接着各向同性地刻蚀被除去光敏材料的矩形图案区域的衬底表面的露出部分，以便在形状为圆的一半的下半部形成矩形凹槽的截面形状；

步骤B：在所述步骤A中形成的所述凹槽部分形成所述螺旋线圈下半部的金属布线；

步骤C：在所述步骤B中形成的金属布线上层叠绝缘材料，使构成所述螺旋线圈的内部部分的截面跟所述圆的直径相等，并涂敷光敏材料直至其厚度等于具有所述圆形截面的所述内部部分的半径，用掩模曝光并显影所述光敏材料，该掩模的矩形图案内侧有遮光膜而其外侧无遮光膜，矩形图案的短边宽度跟构成所述螺旋线圈的内部部分截面的圆直径相等，以将所述矩形图案转移至所述光敏材料并将矩形图案外侧的光敏材料除去，然后通过加热熔化在所述圆形的上半部形成所述光敏材料的截面形状，然后经由干式刻蚀将底层材料与所述光敏材料一起刻蚀，使所述光敏材料的截面形状转移至所述底层材料，形成圆柱部分，该圆柱部分成为所述螺旋线圈的内部部分，其上有位于形成于所述下半部的金属布线内侧的绝缘材料；以及

步骤D：在步骤C中所形成的圆筒部的外周面上形成所述螺旋线圈上半部的金属布线。

2.一种横向微螺线管的制造方法，其中形成于衬底上的横向螺旋线圈的截面分为两部分：上半部与下半部，这些部分通过下列步骤A至D形成，所述方法包括：

步骤A：在所述衬底上涂敷光敏材料，使用掩模A将所述光敏材料曝光并显影，以便在一整圆的下半部形成所述光敏材料的截面形状，然后经由干式刻蚀将底层材料与所述光敏材料一起刻蚀，使所述光敏材料的截面形状转移至所述底层材料，由此在所述整圆的下半部上形成所述凹槽的截面形状；

步骤B：在所述步骤A中形成的所述凹槽部分上形成所述螺旋线圈下半部的金属布线；

步骤C：在所述步骤B中形成的金属布线上层叠绝缘材料，使构成所述螺旋线圈的内部部分的截面跟一整圆的直径相等，进而涂敷一定厚度的光敏材料，该厚度使所述截面等于所述整圆的所述内部部分的半径，再用掩模B曝光并显影形成一圆柱部分，该圆柱部分与形成于所述螺旋线圈的下半部的金属布线的内侧的绝缘材料一起构成所述螺旋线圈的内部部分；以及

步骤D：在所述步骤C中所形成的圆柱部分的外周面上形成所述螺旋线圈上半部的金属布线；

所述掩模A用以在衬底上形成具有半个整圆的截面的凹槽，在100％透光的玻璃上，使凹槽宽度以外的部分形成透光率为0％的遮光膜，并以所述凹槽的最深位置作为中央，使透光率为0％的遮光膜的内侧朝向中央，形成一种透光率可从0％至100％连续控制的遮光膜；而所述掩模B上有能够以跟所述掩模A相反的关系控制透光率的遮光膜，以便用绝缘材料在所述衬底上形成突出的截面为半个整圆的圆柱部分。

3.一种纵向微螺线管的制造方法，它包括如下步骤：

步骤A：在衬底上层叠绝缘材料，且在其上涂敷光敏材料，使用掩模C将所述光敏材料曝光并显影，以便形成螺旋状光敏材料；

步骤B：在所述步骤A后，进行高温处理使所述光敏材料固化，再进行刻蚀使所述光敏材料下的绝缘材料形成螺旋状，并在该衬底上层叠金属；

步骤C：在所述步骤B后，涂敷光敏材料，使用掩模D将所述光敏材料曝光和显影，只留下覆盖在所述螺旋结构基底的金属上的所述光敏材料；以及

步骤D：在所述步骤C后，进行高温处理，刻蚀露出的所述金属，然后将所述光敏材料去除；

所述掩模C为这样的掩模，它在100％透光的玻璃上形成能使透光率沿着圆环从100％至0％连续控制的遮光膜；而所述掩模D为透光率为0％的圆环状遮光膜。

4.一种纵向微螺线管的制造方法，它包括如下步骤：

步骤A：在衬底上层叠绝缘材料，且在其上涂敷光敏材料，使用掩模E将所述光敏材料曝光并显影，以便形成倾斜状光敏材料；

步骤B：在所述步骤A后，进行高温处理，通过刻蚀形成倾斜结构的半导体材料，并在所述结构的整个表面层叠金属；

步骤C：在所述步骤B后，涂敷光敏材料，使用掩模F曝光并显影，只留下覆盖在所述倾斜表面上的金属上的所述光敏材料；以及

步骤D：在所述步骤C后，进行高温处理，刻蚀露出的所述金属，然后将所述光敏材料去除；

所述掩模E具有能够在固定的宽度上连续地控制透光率的遮光膜，而所述掩模F具有透光率为0％的半圆环形遮光膜。

5.一种横向微螺线管的制造方法，其中形成于衬底上的横向螺旋线圈的截面分为两部分：上半部与下半部，这些部分通过下列步骤A至E形成，所以方法包括：

步骤A：在所述衬底上涂敷绝缘材料，再在其上涂覆光敏材料被覆其上，使用掩模A将所述光敏材料曝光与显影，以便在一整圆的下半部形成所述光敏材料的截面形状，然后通过干式刻蚀将底层材料与所述光敏材料一起刻蚀，使所述光敏材料的截面形状转移至所述底层材料，由此在所述整圆的下半部形成凹槽的截面形状；

步骤B：在所述步骤A中形成的所述凹槽部分形成所述螺旋线圈下半部的金属布线；

步骤C：在所述步骤B中形成的金属布线上层叠绝缘材料，使构成所述螺旋线圈的中空部分的截面跟一整圆的直径相等，再覆盖光敏材料使其厚度等于具有所述整圆截面的所述中空部分的半径，用掩模B曝光并显影以便形成圆柱部分，该圆柱部分与形成于所述螺旋线圈的下半部的金属布线内侧的绝缘材料一起构成所述螺旋线圈的中空部分；

步骤D：在所述步骤C中所形成的圆柱部分上形成所述螺旋线圈上半部的金属布线；以及

步骤E：在所述步骤D后，通过各向同性刻蚀去除所述衬底上的绝缘材料，将所述螺旋线圈跟所述衬底分离；

所述掩模A是这样的掩模，它用以在衬底上形成具有半个整圆截面的凹槽，它是这样形成的：在100％透光的玻璃上，在凹槽宽度以外的部分形成透光率为0％的遮光膜，而在凹槽宽度内部形成能够从0至100％连续控制透光率的遮光膜：从透光率为0的所述遮光膜的内侧到对应于所述凹槽最深部分的中央，透光率从0至100％连续变化；而所述掩模B上有能够以跟所述掩模A相反的关系控制透光率的遮光膜，以便用绝缘材料在所述衬底上形成突出的截面为半个整圆的圆柱部分。

6.一种纵向微螺线管的制造方法，它包括如下步骤：

步骤A：在衬底上层叠第一层绝缘材料，接着再层叠第二层绝缘材料，在该绝缘材料上涂敷光敏材料，使用掩模C将所述光敏材料曝光并显影，以便形成螺旋状光敏材料；

步骤B：在所述步骤A后，进行高温处理使所述光敏材料固化，通过刻蚀使所述光敏材料下的所述第一层绝缘材料形成螺旋状，并在所述第一层绝缘材料上层叠金属；

步骤C：在所述步骤B后，涂敷光敏材料，使用掩模D将所述光敏材料曝光和显影，以便只留下覆盖在所述螺旋结构基底上的金属上的所述光敏材料；

步骤D：在所述步骤C后，进行高温处理，刻蚀露出的所述金属，然后将所述光敏材料去除；以及

步骤E：在所述步骤D后，通过各向同性刻蚀去除衬底上的第一层绝缘材料，将所述螺旋线圈跟所述衬底分离；

所述掩模C为这样的掩模，它在100％透光的玻璃上形成使透光率沿着圆环从100％至0％连续控制的遮光膜；而所述掩模D为透光率为0％的圆环状遮光膜。

7.一种纵向微螺线管的制造方法，它包括如下步骤：

步骤A：在衬底上层叠第一层绝缘材料，接着再层叠第二层绝缘材料，在该绝缘材料上涂敷光敏材料，使用掩模E将所述光敏材料曝光并显影，以便形成倾斜结构的光敏材料；

步骤B：在所述步骤A后，进行高温处理，通过刻蚀形成具有倾斜结构的第二层绝缘材料，并在所述衬底的整个表面层叠金属；

步骤C：在所述步骤B后，涂敷光敏材料，使用掩模F对所述光敏材料进行曝光与显影，只留下覆盖在所述倾斜表面上的金属上的所述光敏材料；

步骤D：在所述步骤C后，进行高温处理，刻蚀露出的所述金属，然后将所述光敏材料去除；以及

步骤E：在所述步骤D后，通过各向同性刻蚀去除衬底上的第一层绝缘材料，将所述螺旋线圈跟所述衬底分离；

所述掩模E为这样的掩模，其透光率从矩形轮廓的一边到对边连续地改变，而所述掩模F具有透光率为0％的半圆环状遮光膜。

8.一种通过权利要求1至7中任一项所述的方法制造的微螺线管。

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