CN1326242A

CN1326242A - 一种薄膜集成天线及其制作方法

Info

Publication number: CN1326242A
Application number: CN 00109333
Authority: CN
Inventors: 邱宏; 张翼; 任玉荣
Original assignee: Tianyu Microelectric Materials Technology Development Co Ltd Beijing Science An
Current assignee: Tianyu Microelectric Materials Technology Development Co Ltd Beijing Science An
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2001-12-12
Anticipated expiration: 2020-05-29
Also published as: CN1142615C

Abstract

本发明提供了一种薄膜集成天线及其采用了镀膜技术和半导体集成电路技术制作该薄膜集成天线的方法。薄膜集成天线由基板及在在基板上生成由金属薄膜和铁电体薄膜相互交替而构成的3－50层复合薄膜组成,制作方法由选择基板、在基板上镀金属薄膜、在基板上生成金属薄膜/铁电体薄膜双层膜及多层膜,成型工艺组成。本发明的优点在于金属薄膜集成天线可取代块状金属天线,减少了天线制作工艺过程中的材料耗损,提高了材料的使用效率。

Description

一种薄膜集成天线及其制作方法

本发明属于通信用天线制造技术。特别是提供了一种薄膜集成天线及其采用了镀膜技术和半导体集成电路技术制作该薄膜集成天线的方法。

现有的通信技术中普遍使用的天线还是由块状金属物体制成的。例如：通信用手机上使用的圆柱形金属铜制天线。这类天线都具有一定的体积和较大重量。现在，随着微电子科学及半导体集成电路技术的发展，通信设备的整机在不断向小型化和轻型化发展，因此，对天线体积的进一步小型化及天线的重量更加轻型化就提出了必然的要求。此外，天线接收和发送无线电信号时，由于趋肤效应，只是使用块状金属天线的表面1μm—10μm厚的表面层部分，而在这表面层以下深层部分并未使用，在金属材料的使用效率上是一种浪费。再有，在块状金属天线的制作加工成型工艺过程中，由于切削工具的使用，浪费了大量的金属材料。最后，由于金属材料本身的价格较高以及块状金属天线的制作加工成型工艺过程中的较大材料耗损，块状金属天线的成本很高。

本发明的目的在于提供一种薄膜集成天线以及其制作方法。与块状金属天线相比，具有体积小，重量轻，减少了天线的制作工艺过程中的金属材料耗损，降低了天线的成本。

本发明的构成是：薄膜集成天线由基板及在基板上生成由单层金属薄膜，或金属薄膜和铁电体薄膜构成的双层膜，或金属薄膜和铁电体薄膜相互交替而构成的3—50层复合膜组成，每层金属薄膜的厚度为0.1μm—20μm，铁电体薄膜的厚度为0.1μm—20μm，金属薄膜具有垂直于基板表面的柱状结晶晶粒。结晶晶粒的大小，即结晶晶粒在平行于基板表面方向上的宽度是10nm—10000nm。铁电体薄膜具有垂直于基板表面的柱状结晶晶粒。结晶晶粒的大小，即结晶晶粒在平行于基板表面方向上的宽度，是50nm—10000nm。制作该薄膜集成天线的方法如下：

1、基板的选择

基板可以是高分子材料，如：塑料，聚四合物等。基板也可以是非晶态材料，如：玻璃，二氧化硅(SiO₂)等。基板也可以是金属氧化物陶瓷材料，如：氧化锌(ZnO)，钛酸钡(BaTiO₃)，钛酸铅(PbTiO₃)，锆酸铅(PbZrO₃)，钛酸锆酸铅(PZT)，钛酸锆酸镧酸铅

(PLZT)等。基板也可以是半导体材料，如硅(Si)，砷化镓(GaAs)等。

2、在基板上镀金属薄膜

在基板上用物理沉积或化学沉积的方法镀上0.1μm—20μm厚的金属薄膜。物理沉积方法可采取直流等离子体磁控溅射法，电子束真空沉积法，激光溅射法，离子束溅射法，分子束外延生长法等。化学沉积方法可采取金属有机溶液化学沉积法(MOCVD)，溶胶-凝胶法(Sol-Gel)，金属有机物分解法(MOD)等。所沉积的金属薄膜可以是单质金属薄膜，如：Cu，Al，Pt，Ir，Au，Ag，Ni，Co，Fe等，也可以是金属合金薄膜，如：NiCu，NiCo，NiFe，PtCu，CuAg等，也可以是氧化物金属薄膜，如：二氧化铱(IrO₂)，二氧化钌(RuO₂)等。

3、在基板上生成双层膜(金属薄膜/铁电体薄膜)

在上述陈述的基板上用物理沉积或化学沉积的方法首先镀上0.1μmmm—20μm厚的铁电体薄膜。前述物理沉积方法，如：射频等离子体溅射法，电子束真空沉积法，激光溅射法，离子束溅射法等。前述化学沉积方法，如：金属有机溶液化学沉积法(MOCVD)，溶胶-凝胶法(Sol-Gel)，金属有机物分解法(MOD)等。前述铁电体薄膜，如：氧化锌(ZnO)薄膜，钛酸钡(BaTiO₃)薄膜，钛酸铅(PbTiO₃)薄膜，锆酸铅(PbZrO₃)薄膜，钛酸锆酸铅(PZT)薄膜，钛酸锆酸镧酸铅(PLZT)薄膜等。这些铁电体薄膜都具有较高的诱电常数。进一步在前述铁电体薄膜上同上述2中陈述的内容一样生长金属薄膜。

4、在基板上生成多层膜

把上述3中陈述的制作方法进行多次重复后，就可以在基板上生成由铁电体薄膜和金属薄膜相互交替而构成的多层膜。

5、金属薄膜的结构

上述2，3或4中陈述的金属薄膜具有垂直于基板表面的柱状结晶晶粒。结晶晶粒的大小，即结晶晶粒在平行于基板表面方向上的宽度，是10nm—10000nm。

6、铁电体薄膜的结构

上述3或4中陈述的铁电体薄膜具有垂直于基板表面的柱状结晶晶粒。结晶晶粒的大小，即结晶晶粒在平行于基板表面方向上的宽度，是50nm—10000nm。

7、成型工艺

根据上述2，3或4中陈述的制作方法制成各种薄膜试样后，用半导体集成电路技术的工艺方法把前述各种薄膜试样刻制成各种所需的形状，从而获得所需的薄膜集成天线。半导体集成电路技术的工艺方法主要指刻蚀成形方法，如：离子刻蚀法，光刻法，激光刻蚀法，模具成型法等。

本发明的优点在于：

1、金属薄膜集成天线取代块状金属天线，一方面减少了天线制作工艺过程中的材料耗损，另一方面在天线的使用过程中，提高了材料的使用效率。从而大量节省了金属材料。

2、减轻了天线的重量，减少了天线的体积。

3、由于使用了镀膜技术和半导体集成电路技术的工艺，从而使天线的生产可以容纳到通信用微电子集成电路生产工艺中，提高通信用设备的整机生产能力。

4、使天线的成型工艺变为简单。

5、降低了天线及通信设备的成本，具有广泛的市场前景。

6、由于使用了铁电体薄膜和金属薄膜的双层膜或多层膜结构，从而可以使天线的性能提高，如：频带范围的增宽。

下面结合附图对本发明进一步说明说明书附图。

图1是本发明制作天线用的金属Cu薄膜的断面层状结构示意图。(1)为半导体硅(Si)基板，(2)为二氧化硅膜，(3)为金属Cu薄膜，(4)为金属Cu薄膜的柱状结晶晶粒。

图2是制作天线用的铁电体BaTiO₃薄膜和金属Cu薄膜构成的双层膜的断面层状结构示意图。(4)为金属Cu薄膜柱状结晶晶粒，(5)为铁电体BaTiO₃薄膜，(6)为铁电体BaTiO₃薄膜的柱状结晶晶粒。

图3是薄膜集成天线的形状。(7)为基板，(8)为基板表面，(9)为金属薄膜，(10)天线形状。

图4是薄膜集成天线的形状。(11)为基板，(12)为基板表面，(13)为金属薄膜，(14)为天线形状。

实施例

1、在半导体硅(Si)基板上制作Cu的薄膜集成天线

对直径50mm的Si基板用5％硫酸清洗后，再用丙酮、乙醇和去离子水分别进行超声波清洗，清洗后的基板用高纯氮气吹干。

用湿式热氧化法(含水氧气，1000度，4小时)在Si基板表面生成1μm厚的二氧化硅(SiO₂)膜。

把天线成型模具固定在生长有SiO₂膜的基板上，并把它放到镀膜室内，把镀膜室抽到2×10^-7Torr的真空度。

用直流等离子体磁控溅射法沉积2μm厚的Cu薄膜。沉积条件是：氩气压力5×10^-3Torr，溅射电压400V，溅射电流0.8A，基板温度200度，基板到Cu靶的距离是80mm。薄膜厚度可以用调整沉积时间来控制。

薄膜沉积完成后，从基板上取下天线成型模具，在Si基板上就直接形成了Cu的薄膜集成天线。

2、在半导体硅(Si)基板上制作由铁电体BaTiO₃薄膜和金属Cu的薄膜构成的双层膜集成天线。

对直径50mm的Si基板用5％硫酸清洗后，再用丙酮和乙醇、去离子水分别进行超声波清洗，清洗后的基板用高纯氮气吹干。

用射频等离子体溅射法沉积1μm厚的BaTiO₃非晶态薄膜。沉积条件是：氩气和氧气的混合气体压力1×10^-2Torr，氩气和氧气的比率为4比1，溅射功率100W，基板温度为室温，基板到BaTiO₃靶的距离是80mm。薄膜的厚度可以用调整沉积时间来控制。

热处理使BaTiO₃非晶态薄膜结晶。处理气体：氧气，处理温度：600度，处理时间：30分钟。

在BaTiO₃结晶薄膜上用上述实施例1中陈述的方法沉积2μm厚的Cu薄膜。最终制成由铁电体BaTiO₃薄膜和金属Cu薄膜构成的双层膜集成天线。

Claims

1、一种薄膜集成天线其特征在于：由基板及在基板上生成的单层金属薄膜或金属薄膜和铁电体薄膜构成的双层膜，或金属薄膜和铁电体薄膜相互交替而构成的3—50层复合膜组成，每层金属薄膜的厚度为0.1μm—20μm，铁电体薄膜的厚度为0.1μm—20μm，金属薄膜具有垂直于基板表面的柱状结晶晶粒，结晶晶粒在平行于基板表面方向上的宽度为10nm—10000nm，铁电体薄膜具有垂直于基板表面的柱状结晶晶粒，结晶晶粒在平行于基板表面方向上的宽度，是50nm—10000nm。

2、按照权利要求所述的薄膜集成天线其特征在于：基板可以是塑料，聚四合物等高分子材料；也可以是玻璃，二氧化硅等非晶态材料，还可以是氧化锌，钛酸钡，钛酸铅，锆酸铅，钛酸锆酸铅，钛酸锆酸镧酸铅等金属氧化物陶瓷材料；也可以是硅，砷化镓等半导体材料；所沉积的金属薄膜可以是Cu，Al，Pt，Ir，Au，Ag，Ni，Co，Fe等单质金属薄膜，也可以是NiCu，NiCo，NiFe，PtCu，CuAg等金属合金薄膜，或二氧化铱，二氧化钌等氧化物金属薄膜；所沉积的铁电体薄膜可以是氧化锌薄膜或钛酸钡薄膜、钛酸铅薄膜、锆酸铅薄膜、钛酸锆酸铅薄膜、钛酸锆酸镧酸铅薄膜等。

3、一种薄膜集成天线的制作方法，其特征在于：该方法由选择基板、在基板上镀金属薄膜、在基板上生成金属薄膜/铁电体薄膜双层膜、在基板上生成金属薄膜/铁电体薄膜的多层膜，成型工艺组成如下：

a选择基板，基板可以采用高分子材料或非晶态材料，还可以采用金属氧化物陶瓷材料或半导体材料；

b在基板上镀金属薄膜，采用直流等离子体磁控溅射法，电子束真空沉积法，激光溅射法，离子束溅射法，分子束外延生长法等物理沉积法或金属有机溶液化学沉积法，溶胶-凝胶法，金属有机物分解法等化学沉积的方法，镀上0.1μm—20μm厚的金属薄膜；所沉积的金属薄膜可以是Cu，Al，Pt，Ir，Au，Ag，Ni，Co，Fe等单质金属薄膜，也可以是NiCu，NiCo，NiFe，PtCu，CuAg等金属合金薄膜，或二氧化铱(IrO₂)，二氧化钌(RuO₂)等氧化物金属薄膜；

c在基板上生成金属薄膜/铁电体薄膜双层膜，在已沉积金属薄膜的基板上采用物理沉积或化学沉积的方法镀上0.1μm—20μm厚的铁电体薄膜，再在铁电体薄膜上生长金属薄膜，这种制作方法进行多次重复，就可以在基板上生成由铁电体薄膜和金属薄膜相互交替而构成的多层膜，所沉积的铁电体薄膜可以是氧化锌薄膜或钛酸钡薄膜、钛酸铅薄膜、锆酸铅薄膜、钛酸锆酸铅薄膜、钛酸锆酸镧酸铅薄膜等；

d成型工艺，采用上述方法制成各种薄膜试样后，用半导体集成电路技术的工艺方法把各种薄膜试样刻制成所需的形状，从而获得所需的薄膜集成天线，半导体集成电路技术的工艺方法主要指离子刻蚀法、光刻法、激光刻蚀法、模具成型法等刻蚀成形方法。