JP2003218213A - 三次元ソレノイドの製造方法および同方法によるデバイス - Google Patents
三次元ソレノイドの製造方法および同方法によるデバイスInfo
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- JP2003218213A JP2003218213A JP2002007816A JP2002007816A JP2003218213A JP 2003218213 A JP2003218213 A JP 2003218213A JP 2002007816 A JP2002007816 A JP 2002007816A JP 2002007816 A JP2002007816 A JP 2002007816A JP 2003218213 A JP2003218213 A JP 2003218213A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＭＯＳ製造技術を利用し、フォトマスキン
グを使用しないバック・エンド処理を利用する三次元ソ
レノイドの製造方法を開示する。 【解決手段】 この方法では、異なる残留応力ないし熱
膨張係数を有する金属からなる二重層金属構造で各々形
成された二つのサスペンド・アームが、二つのアームの
中間にＡｌＣｕに形成された誘導コイルに結合されるよ
うに利用される。二酸化シリコンの絶縁層がサスペンド
・アームから除去されると、アームの自由端が上方に湾
曲し、誘導コイルが半導体基板の表面から三次元構造に
立ち上がる。
グを使用しないバック・エンド処理を利用する三次元ソ
レノイドの製造方法を開示する。 【解決手段】 この方法では、異なる残留応力ないし熱
膨張係数を有する金属からなる二重層金属構造で各々形
成された二つのサスペンド・アームが、二つのアームの
中間にＡｌＣｕに形成された誘導コイルに結合されるよ
うに利用される。二酸化シリコンの絶縁層がサスペンド
・アームから除去されると、アームの自由端が上方に湾
曲し、誘導コイルが半導体基板の表面から三次元構造に
立ち上がる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は概して誘導コイルと
併用する三次元ソレノイドを製造する方法およびその方
法によって製造されたデバイスに関し、より詳しくはＣ
ＭＯＳ技法によって製造される三次元誘導コイルがマイ
クロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）による３−Ｄソレノ
イドを製造するための方法およびこの方法によって製造
されたデバイスに関する。
併用する三次元ソレノイドを製造する方法およびその方
法によって製造されたデバイスに関し、より詳しくはＣ
ＭＯＳ技法によって製造される三次元誘導コイルがマイ
クロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）による３−Ｄソレノ
イドを製造するための方法およびこの方法によって製造
されたデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】モータ、アクチュエータおよび同様の機
械パーツの小型化は、これらの小さいサイズのために、
これらのデバイスの新規な使用を可能にするための増大
する注目を受けている。付加的に、これらのデバイスは
低廉なパーツ価格で大量に製造することができる。小型
化機械パーツの現在の設計はサイズとスケールに基づい
て分類することができる。巨視的機械パーツが約１から
１０インチの範囲の長さを有しており、一方時おりＭＥ
ＭＳ（マイクロ電子機械システム）と呼ばれる、微視的
機械パーツは、０．０１から１インチの範囲の長さを有
している。
械パーツの小型化は、これらの小さいサイズのために、
これらのデバイスの新規な使用を可能にするための増大
する注目を受けている。付加的に、これらのデバイスは
低廉なパーツ価格で大量に製造することができる。小型
化機械パーツの現在の設計はサイズとスケールに基づい
て分類することができる。巨視的機械パーツが約１から
１０インチの範囲の長さを有しており、一方時おりＭＥ
ＭＳ（マイクロ電子機械システム）と呼ばれる、微視的
機械パーツは、０．０１から１インチの範囲の長さを有
している。
【０００３】いずれにしても、巨視的および微視的サイ
ズ両方の既存の小型化アクチュエータおよびモータは、
本質的に大型のモータ、従って、巻線、固定子、歯車、
送信回線などのような要素パーツを含むレプリカであ
る。これらの小型化パーツは、例えば他のパーツと機械
的に係合して動作を誘起するような電気的な作動要素の
運動のような所望の機能を提供する可動デバイスを生成
するために高精度で組み立てなければならない。係合形
態に依存して、この運動は数本の軸のいずれかが直線、
回転、円形等になる。多数の複雑なパーツを高い制度で
組み立てなければならないので、目標とする仕様と性能
に一致したパーツを生産するのに、現在の製造工程を使
用することは比較的低い。これらの低い生産が次にパー
ツのコストを上げることになる。従って、上述の問題を
なくす微視的または巨視的スケールの物体の動作を誘起
する新しい形態のアクチュエータと関連する方法を提供
することが望まれている。
ズ両方の既存の小型化アクチュエータおよびモータは、
本質的に大型のモータ、従って、巻線、固定子、歯車、
送信回線などのような要素パーツを含むレプリカであ
る。これらの小型化パーツは、例えば他のパーツと機械
的に係合して動作を誘起するような電気的な作動要素の
運動のような所望の機能を提供する可動デバイスを生成
するために高精度で組み立てなければならない。係合形
態に依存して、この運動は数本の軸のいずれかが直線、
回転、円形等になる。多数の複雑なパーツを高い制度で
組み立てなければならないので、目標とする仕様と性能
に一致したパーツを生産するのに、現在の製造工程を使
用することは比較的低い。これらの低い生産が次にパー
ツのコストを上げることになる。従って、上述の問題を
なくす微視的または巨視的スケールの物体の動作を誘起
する新しい形態のアクチュエータと関連する方法を提供
することが望まれている。
【０００４】ＭＥＭＳ技術は最近半導体製造工業にまで
拡大されている。当該技術の現在の状況において、半導
体デバイスは通常平板構造に形成され、またこれがため
に半導体デバイスを製造するための処理は、概して平面
処理である。例えば、異なる物質の層、すなわち、絶縁
物質および金属導電性物質のような層は、一つの層の頂
部に他の層が蒸着され、デバイスの外形が種々の層を介
してエッチングされる。ほとんどの半導体素子およびデ
バイスの製造に適している平面製造処理は、三次元のあ
る一定するデバイスの製造にはまったく適していない。
例えば、３−Ｄソレノイド、すなわち、あるいは３−Ｄ
誘導コイルは、多数の層を底部から頂部へ積層すること
によって製造しなければならず、タスクを完了するのに
多数のフォトマスクを必要とする。例えば、ＣＭＯＳ技
術がこの種の３−Ｄソレノイドを形成するのに使用され
ると、製造処理を完了させるために、フォトマスクを利
用する少なくとも四つの他の工程を組み入れなければな
らない。さらに、層と層間のインターフェースに発生す
る種々の処理の問題を回避するために、層間の正確なア
ライメントが必要である。
拡大されている。当該技術の現在の状況において、半導
体デバイスは通常平板構造に形成され、またこれがため
に半導体デバイスを製造するための処理は、概して平面
処理である。例えば、異なる物質の層、すなわち、絶縁
物質および金属導電性物質のような層は、一つの層の頂
部に他の層が蒸着され、デバイスの外形が種々の層を介
してエッチングされる。ほとんどの半導体素子およびデ
バイスの製造に適している平面製造処理は、三次元のあ
る一定するデバイスの製造にはまったく適していない。
例えば、３−Ｄソレノイド、すなわち、あるいは３−Ｄ
誘導コイルは、多数の層を底部から頂部へ積層すること
によって製造しなければならず、タスクを完了するのに
多数のフォトマスクを必要とする。例えば、ＣＭＯＳ技
術がこの種の３−Ｄソレノイドを形成するのに使用され
ると、製造処理を完了させるために、フォトマスクを利
用する少なくとも四つの他の工程を組み入れなければな
らない。さらに、層と層間のインターフェースに発生す
る種々の処理の問題を回避するために、層間の正確なア
ライメントが必要である。
【０００５】平面処理技術によってもたらされる別の制
限は、正方形または長方形の３−Ｄソレノイドのみを製
造することが可能なことである。円形の３−Ｄソレノイ
ドはこの種の技術によっては製造することができない。
半導体基板から３−Ｄソレノイドを成形するためには、
非常に厚いフォトレジスト層と大きいアスペクト比の構
造を満たすための電気メッキ技術も使用しなければなら
ず、これがまた製造処理の複雑さをさらに増すことにな
る。
限は、正方形または長方形の３−Ｄソレノイドのみを製
造することが可能なことである。円形の３−Ｄソレノイ
ドはこの種の技術によっては製造することができない。
半導体基板から３−Ｄソレノイドを成形するためには、
非常に厚いフォトレジスト層と大きいアスペクト比の構
造を満たすための電気メッキ技術も使用しなければなら
ず、これがまた製造処理の複雑さをさらに増すことにな
る。
【０００６】３−Ｄソレノイドないし誘導コイルは無線
周波数（ＲＦ）通信技術において広範囲に使用されてい
る。特に、高い性質係数のインダクタに必要とされるＲ
Ｆ受動電気通信デバイスにとって重大である。例えば、
この種の高い性質係数のインダクタには、ＲＦフィルタ
またはＲＦ発信機内に利用されるものが含まれる。現
在、ＲＦ電気通信デバイスは、デバイス基板と直交する
磁界を生成する平板誘導コイルである誘導コイルが利用
されている。結果として、誘導電流がシリコン基板内に
生成され、次に相当なエネルギー損失を生じることにな
り、結局、低い性質係数となる。このことが高い無線周
波数においてさえもこの種のデバイスの使用を妨げてい
る。例えば、誘導コイル、コンデンサおよび抵抗器のよ
うな受動素子のような電気通信機器のために現在製造さ
れている要素は、能動素子を伴う同じシリコン基板上に
製造することができない。その代わりに、この種の受動
素子は能動素子と一緒に、回路板上に組み入れられ、受
動素子を収容するのに非常に大きいエリアの回路板を生
成する。受動素子が同じ半導体基板上に能動素子と一緒
に組み入れられる場合は、通信モジュールのサイズは相
当縮小できる。
周波数（ＲＦ）通信技術において広範囲に使用されてい
る。特に、高い性質係数のインダクタに必要とされるＲ
Ｆ受動電気通信デバイスにとって重大である。例えば、
この種の高い性質係数のインダクタには、ＲＦフィルタ
またはＲＦ発信機内に利用されるものが含まれる。現
在、ＲＦ電気通信デバイスは、デバイス基板と直交する
磁界を生成する平板誘導コイルである誘導コイルが利用
されている。結果として、誘導電流がシリコン基板内に
生成され、次に相当なエネルギー損失を生じることにな
り、結局、低い性質係数となる。このことが高い無線周
波数においてさえもこの種のデバイスの使用を妨げてい
る。例えば、誘導コイル、コンデンサおよび抵抗器のよ
うな受動素子のような電気通信機器のために現在製造さ
れている要素は、能動素子を伴う同じシリコン基板上に
製造することができない。その代わりに、この種の受動
素子は能動素子と一緒に、回路板上に組み入れられ、受
動素子を収容するのに非常に大きいエリアの回路板を生
成する。受動素子が同じ半導体基板上に能動素子と一緒
に組み入れられる場合は、通信モジュールのサイズは相
当縮小できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来の製造方法の欠点ないし欠陥のない３−Ｄソレ
ノイドを製造する方法を提供することである。
は、従来の製造方法の欠点ないし欠陥のない３−Ｄソレ
ノイドを製造する方法を提供することである。
【０００８】本発明の別の目的は、ＭＥＭＳ技術によっ
て製造できる３−Ｄソレノイドを提供することである。
て製造できる３−Ｄソレノイドを提供することである。
【０００９】本発明のさらに別の目的は、ＣＭＯＳ技術
によって半導体基板上に製造できる３−Ｄソレノイドを
提供することである。
によって半導体基板上に製造できる３−Ｄソレノイドを
提供することである。
【００１０】本発明のさらに別の目的は、ソレノイドが
付加的な操作ないしモニターの必要性なしに自己組み入
れできるようなＭＥＭＳ技術によって製造される３−Ｄ
ソレノイドを提供することである。
付加的な操作ないしモニターの必要性なしに自己組み入
れできるようなＭＥＭＳ技術によって製造される３−Ｄ
ソレノイドを提供することである。
【００１１】本発明のさらに別の目的は、シリコン基板
上にＣＭＯＳ技術によって３−Ｄソレノイドを製造し、
次に基板からインダクタの平板スパイラルを取り出すと
ともに３−Ｄコイルに分ける方法を提供することであ
る。
上にＣＭＯＳ技術によって３−Ｄソレノイドを製造し、
次に基板からインダクタの平板スパイラルを取り出すと
ともに３−Ｄコイルに分ける方法を提供することであ
る。
【００１２】本発明のさらに別の目的は、チップ上にモ
ノリッシク的に３−Ｄソレノイドを製造し、次に、製造
された平板スパイラルを自動的に取り出す方法を提供す
ることである。
ノリッシク的に３−Ｄソレノイドを製造し、次に、製造
された平板スパイラルを自動的に取り出す方法を提供す
ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、三次元
ソレノイドを製造する方法およびこの方法で製造された
ソレノイド・デバイスを開示する。
ソレノイドを製造する方法およびこの方法で製造された
ソレノイド・デバイスを開示する。
【００１４】好ましい実施例において、三次元ソレノイ
ドを製造する方法は、事前処理半導体基板を用意する工
程と、前記第１二酸化シリコン層上に第１金属層を蒸着
する工程と、前記第１金属層を誘導コイルにパターン化
し、前記誘導コイルの中央近くに第１端を、またその外
周縁に第２端を有するようにする工程と、前記誘導コイ
ルと第１二酸化シリコン層の頂部上に第２二酸化シリコ
ン層を蒸着する工程と、前記誘導コイルの前記第１およ
び第２端を露呈する前記第２二酸化シリコン層内にヴァ
イア開口部をパターン化する工程と、誘導コイルのそれ
ぞれ前記第１および第２端上を二つのヴァイアを形成す
る第２金属で前記ヴァイア開口部を充填する工程と、前
記二つのヴァイアと前記第２二酸化シリコン層上に第３
二酸化シリコン層を蒸着する工程と、前記第３二酸化シ
リコン層内でサスペンド・アームのための第１トレンチ
開口部をパターン化し、前記第１トレンチ開口部の内端
を前記二つのヴァイアに露呈する工程と、前記第１金属
層を、二つのサスペンド・アームを形成する前記トレン
チ内に蒸着する工程と、前記二つのサスペンド・アーム
と前記第３二酸化シリコン層上に第４二酸化シリコン層
を蒸着する工程と、前記二つのサスペンド・アーム上に
第２トレンチ開口部をパターン化するとともに露呈する
工程と、前記第２トレンチ開口部内に、２重層サスペン
ド・アームを形成する前記第１金属の熱膨張係数よりも
小さい熱膨張係数を有する第３金属を蒸着する工程と、
前記第１、第２、第３および第４二酸化シリコン層を前
記基板の頂面から除去し、前記誘導コイル、前記ヴァイ
アおよび前記２重層サスペンド・アームを露呈する処理
工程によって実行することができる。
ドを製造する方法は、事前処理半導体基板を用意する工
程と、前記第１二酸化シリコン層上に第１金属層を蒸着
する工程と、前記第１金属層を誘導コイルにパターン化
し、前記誘導コイルの中央近くに第１端を、またその外
周縁に第２端を有するようにする工程と、前記誘導コイ
ルと第１二酸化シリコン層の頂部上に第２二酸化シリコ
ン層を蒸着する工程と、前記誘導コイルの前記第１およ
び第２端を露呈する前記第２二酸化シリコン層内にヴァ
イア開口部をパターン化する工程と、誘導コイルのそれ
ぞれ前記第１および第２端上を二つのヴァイアを形成す
る第２金属で前記ヴァイア開口部を充填する工程と、前
記二つのヴァイアと前記第２二酸化シリコン層上に第３
二酸化シリコン層を蒸着する工程と、前記第３二酸化シ
リコン層内でサスペンド・アームのための第１トレンチ
開口部をパターン化し、前記第１トレンチ開口部の内端
を前記二つのヴァイアに露呈する工程と、前記第１金属
層を、二つのサスペンド・アームを形成する前記トレン
チ内に蒸着する工程と、前記二つのサスペンド・アーム
と前記第３二酸化シリコン層上に第４二酸化シリコン層
を蒸着する工程と、前記二つのサスペンド・アーム上に
第２トレンチ開口部をパターン化するとともに露呈する
工程と、前記第２トレンチ開口部内に、２重層サスペン
ド・アームを形成する前記第１金属の熱膨張係数よりも
小さい熱膨張係数を有する第３金属を蒸着する工程と、
前記第１、第２、第３および第４二酸化シリコン層を前
記基板の頂面から除去し、前記誘導コイル、前記ヴァイ
アおよび前記２重層サスペンド・アームを露呈する処理
工程によって実行することができる。
【００１５】三次元ソレノイドを製造する方法は、ヴァ
イア開口部をＷで充填する工程、またはヴァイア開口部
をＷ ＣＶＤ処理によって充填する工程をさらに含んで
いる。この方法は二重層サスペンド・アームを形成する
第１金属ＡｌＣｕと第３金属Ｎｉを蒸着する工程をさら
に含んでいる。この方法は二重層サスペンド・アームを
形成する第１金属ＡｌＣｕと第３金属Ｃｒを蒸着する工
程をさらに含んでいる。誘導コイルを形成する第１金属
がＡｌＣｕである。この方法はさらに第１、第２、第３
および第４二酸化シリコン層を湿式エッチング法によっ
て、または反応イオン・エッチング法によって除去する
工程をさらに含んでいる。この方法はさらに、化学メッ
キ法によって第３金属Ｎｉを蒸着する工程、または、ス
パッタリング法によって第３金属Ｃｒを蒸着する工程を
さらに含んでいる。
イア開口部をＷで充填する工程、またはヴァイア開口部
をＷ ＣＶＤ処理によって充填する工程をさらに含んで
いる。この方法は二重層サスペンド・アームを形成する
第１金属ＡｌＣｕと第３金属Ｎｉを蒸着する工程をさら
に含んでいる。この方法は二重層サスペンド・アームを
形成する第１金属ＡｌＣｕと第３金属Ｃｒを蒸着する工
程をさらに含んでいる。誘導コイルを形成する第１金属
がＡｌＣｕである。この方法はさらに第１、第２、第３
および第４二酸化シリコン層を湿式エッチング法によっ
て、または反応イオン・エッチング法によって除去する
工程をさらに含んでいる。この方法はさらに、化学メッ
キ法によって第３金属Ｎｉを蒸着する工程、または、ス
パッタリング法によって第３金属Ｃｒを蒸着する工程を
さらに含んでいる。
【００１６】本発明はさらに事前処理された半導体基板
と、基板の頂面から隔置された自由端と基板の頂面に固
定された固定端を各々有する二つのサスペンド・アーム
であって、各々二重層金属積層体で形成され、その金属
底層が第１金属からなり、また金属頂層が第１金属の熱
膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第２金属から
なり、該サスペンド・アームの両端が上方向に湾曲する
二つのサスペンド・アームと、サスペンド・アームのそ
れぞれ自由端の一つに各々結合された二つの端を有し、
前記サスペンド・アームの二つの固定端間に電気的な連
絡を提供する導電性金属からなる誘導コイルとを具備す
る三次元ソレノイドに向けられている。
と、基板の頂面から隔置された自由端と基板の頂面に固
定された固定端を各々有する二つのサスペンド・アーム
であって、各々二重層金属積層体で形成され、その金属
底層が第１金属からなり、また金属頂層が第１金属の熱
膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第２金属から
なり、該サスペンド・アームの両端が上方向に湾曲する
二つのサスペンド・アームと、サスペンド・アームのそ
れぞれ自由端の一つに各々結合された二つの端を有し、
前記サスペンド・アームの二つの固定端間に電気的な連
絡を提供する導電性金属からなる誘導コイルとを具備す
る三次元ソレノイドに向けられている。
【００１７】三次元ソレノイドにおいて、基板がＳｉ基
板であり、金属底層を形成する湾曲第１金属アームがＡ
ｌＣｕであり、金属頂層を形成する第２金属がＮｉまた
はＣｒであり、また誘導コイルがＡｌＣｕから形成され
る。三次元ソレノイドが、サスペンド・アームの自由端
と誘導コイルの二つの端をそれぞれ中間的に連結するヴ
ァイア手段をさらに含んでいる。このソレノイドが、Ｒ
Ｆ通信のための接地−信号−接地形態に形成されてい
る。この誘導コイルが円形状または長方形状に形成され
ている。ヴァイア手段が金属で形成されている。
板であり、金属底層を形成する湾曲第１金属アームがＡ
ｌＣｕであり、金属頂層を形成する第２金属がＮｉまた
はＣｒであり、また誘導コイルがＡｌＣｕから形成され
る。三次元ソレノイドが、サスペンド・アームの自由端
と誘導コイルの二つの端をそれぞれ中間的に連結するヴ
ァイア手段をさらに含んでいる。このソレノイドが、Ｒ
Ｆ通信のための接地−信号−接地形態に形成されてい
る。この誘導コイルが円形状または長方形状に形成され
ている。ヴァイア手段が金属で形成されている。
【００１８】本発明のこれらの目的および他の目的、特
徴と利点は次の詳細な説明と添付図面から明白となろ
う。
徴と利点は次の詳細な説明と添付図面から明白となろ
う。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明はＭＥＭＳ方法によって半
導体基板上に誘導コイルによって形成された３−Ｄソレ
ノイドおよびこの方法で形成された３−Ｄソレノイドを
開示する。
導体基板上に誘導コイルによって形成された３−Ｄソレ
ノイドおよびこの方法で形成された３−Ｄソレノイドを
開示する。
【００２０】この方法では、シリコン基板が頂部に蒸着
された二酸化シリコン層をまず提供する。次に、誘導コ
イルが、ＡｌＣｕのような金属から写真製版によって二
酸化シリコン層上に形成される。次に、誘導コイルの二
つの端部において、タングステン化学蒸着技術によって
金属ヴァイアが形成される。互いにその内端で金属ヴァ
イアに連結された二つのサスペンド・アームが、二酸化
シリコン層上に形成され、この二酸化シリコン層によっ
て絶縁される。サスペンド・アームを形成する第１金属
物質よりも小さい熱膨張係数、またはこれよりも大きい
残留応力を有する第２金属物質が、アームの頂部に蒸着
される。適切な第２金属物質はＮｉまたはＣｒ、あるい
は他の適切な金属である。絶縁物質の種々の層、すなわ
ち、二酸化シリコン層が湿式エッチング技術によって、
または反応イオン・エッチングの乾式エッチング技術に
よって除去され、形成された三次元ソレノイドが露呈さ
れる。金属ヴァイアに結合された自由端が基板の表面か
ら湾曲するように、二重層サスペンド・アームが湾曲
し、誘導コイルが基板上方のスペース内に立ち上がり、
すなわち、三次元ソレノイドが形成される。
された二酸化シリコン層をまず提供する。次に、誘導コ
イルが、ＡｌＣｕのような金属から写真製版によって二
酸化シリコン層上に形成される。次に、誘導コイルの二
つの端部において、タングステン化学蒸着技術によって
金属ヴァイアが形成される。互いにその内端で金属ヴァ
イアに連結された二つのサスペンド・アームが、二酸化
シリコン層上に形成され、この二酸化シリコン層によっ
て絶縁される。サスペンド・アームを形成する第１金属
物質よりも小さい熱膨張係数、またはこれよりも大きい
残留応力を有する第２金属物質が、アームの頂部に蒸着
される。適切な第２金属物質はＮｉまたはＣｒ、あるい
は他の適切な金属である。絶縁物質の種々の層、すなわ
ち、二酸化シリコン層が湿式エッチング技術によって、
または反応イオン・エッチングの乾式エッチング技術に
よって除去され、形成された三次元ソレノイドが露呈さ
れる。金属ヴァイアに結合された自由端が基板の表面か
ら湾曲するように、二重層サスペンド・アームが湾曲
し、誘導コイルが基板上方のスペース内に立ち上がり、
すなわち、三次元ソレノイドが形成される。
【００２１】本発明の新規な方法を使用することによ
り、多角形または円形の３−Ｄソレノイドを製造するこ
とができる。製造処理の初期において、ＣＭＯＳ技術が
利用される。処理の後期はフォトマスキング工程の必要
性なしに実行することができる。従って、本発明の新規
な方法は、従来の製造処理の複雑さをなくすとともに、
本発明の新規な方法によって製造された３−Ｄソレノイ
ドは、次の利点を有する。すなわち、 １． ３−Ｄソレノイドが半導体基板から二つのサスペ
ンド・アームによって立ち上げられ、これによってソレ
ノイドと基板間の距離が長くなり、ソレノイドと基板間
の寄生容量が小さくなる。 ２． 円形ソレノイドが本発明の新規な方法によって製
造されると、長方形ソレノイド内に存在する９０°回転
でのエネルギー損失が低減され、ソレノイドの品質を改
善することができる。 ３． 本発明の３−Ｄソレノイドにおいて、発生された
磁界の方向が基板の表面と平行であり、これによって基
板上の不要な誘導電流の生成の確率と、生じるエネルギ
ー損失を低減することができる。
り、多角形または円形の３−Ｄソレノイドを製造するこ
とができる。製造処理の初期において、ＣＭＯＳ技術が
利用される。処理の後期はフォトマスキング工程の必要
性なしに実行することができる。従って、本発明の新規
な方法は、従来の製造処理の複雑さをなくすとともに、
本発明の新規な方法によって製造された３−Ｄソレノイ
ドは、次の利点を有する。すなわち、 １． ３−Ｄソレノイドが半導体基板から二つのサスペ
ンド・アームによって立ち上げられ、これによってソレ
ノイドと基板間の距離が長くなり、ソレノイドと基板間
の寄生容量が小さくなる。 ２． 円形ソレノイドが本発明の新規な方法によって製
造されると、長方形ソレノイド内に存在する９０°回転
でのエネルギー損失が低減され、ソレノイドの品質を改
善することができる。 ３． 本発明の３−Ｄソレノイドにおいて、発生された
磁界の方向が基板の表面と平行であり、これによって基
板上の不要な誘導電流の生成の確率と、生じるエネルギ
ー損失を低減することができる。
【００２２】本発明の新規な方法は、その組込み中、自
動化でき、従って、付加的な操作またはモニター操作を
必要としない。例えば、図１は機構の解放前に、基板１
２上に製造された本発明の３−Ｄソレノイド１０の平面
図を示す。このソレノイド１０は、インダクタの適用例
のためのＡｌＣｕ、または他の適切な金属のような金属
物質から形成される。誘導コイル１０のそれぞれ中央近
傍と外周にある二つの端１４、１６が、それぞれ二つの
サスペンド・アーム１８、２０に連結されている。自由
端１４、１６の他端は、半導体基板１２に固定された固
定端２２と２４である。本発明の誘導コイル１０は、サ
スペンド・アーム１８、２０を形成するのに使用される
ものと同じ金属物質で形成された二つの金属バー２６、
２８で囲まれている。金属バー２６、２８は各々固定端
３０、３２、３４および３６に連結されている。
動化でき、従って、付加的な操作またはモニター操作を
必要としない。例えば、図１は機構の解放前に、基板１
２上に製造された本発明の３−Ｄソレノイド１０の平面
図を示す。このソレノイド１０は、インダクタの適用例
のためのＡｌＣｕ、または他の適切な金属のような金属
物質から形成される。誘導コイル１０のそれぞれ中央近
傍と外周にある二つの端１４、１６が、それぞれ二つの
サスペンド・アーム１８、２０に連結されている。自由
端１４、１６の他端は、半導体基板１２に固定された固
定端２２と２４である。本発明の誘導コイル１０は、サ
スペンド・アーム１８、２０を形成するのに使用される
ものと同じ金属物質で形成された二つの金属バー２６、
２８で囲まれている。金属バー２６、２８は各々固定端
３０、３２、３４および３６に連結されている。
【００２３】本発明の誘導コイル１０の製造工程を図２
（Ａ）−図２（Ｇ）に示す。本発明の新規な方法は、図
２（Ａ）に示したように、その上に蒸着された二酸化シ
リコン層４２を伴うシリコン基板４０から開始すること
ができる。図２（Ｂ）に示したように処理の次の工程に
おいて、金属層（図示省略）がまず蒸着され、次に誘導
コイル１０にパターン化され、また次に第２の二酸化シ
リコン層４４によって覆われる。ヴァイア開口部（図示
省略）が第２二酸化シリコン層４４に形成された後、金
属ヴァイア４６、４８が、第２金属をヴァイア開口部に
蒸着されて形成され、こうしてヴァイアが形成される。
ヴァイア４６、４８を形成するための最適な処理はタン
グステンＣＶＤ方法、または他の適切な金属の蒸着であ
る。次に、タングステン・ヴァイア４６、４８の頂部
に、図２（Ｄ）に示したようにサスペンド・アーム５
２、５４を形成するために第３二酸化シリコン層５０が
蒸着される。次に、第４二酸化シリコン層５６が、第２
金属層の頂部上に蒸着され、またサスペンド・アーム５
２、５４が形成される。
（Ａ）−図２（Ｇ）に示す。本発明の新規な方法は、図
２（Ａ）に示したように、その上に蒸着された二酸化シ
リコン層４２を伴うシリコン基板４０から開始すること
ができる。図２（Ｂ）に示したように処理の次の工程に
おいて、金属層（図示省略）がまず蒸着され、次に誘導
コイル１０にパターン化され、また次に第２の二酸化シ
リコン層４４によって覆われる。ヴァイア開口部（図示
省略）が第２二酸化シリコン層４４に形成された後、金
属ヴァイア４６、４８が、第２金属をヴァイア開口部に
蒸着されて形成され、こうしてヴァイアが形成される。
ヴァイア４６、４８を形成するための最適な処理はタン
グステンＣＶＤ方法、または他の適切な金属の蒸着であ
る。次に、タングステン・ヴァイア４６、４８の頂部
に、図２（Ｄ）に示したようにサスペンド・アーム５
２、５４を形成するために第３二酸化シリコン層５０が
蒸着される。次に、第４二酸化シリコン層５６が、第２
金属層の頂部上に蒸着され、またサスペンド・アーム５
２、５４が形成される。
【００２４】処理の次の工程において、図２（Ｅ）−図
２（Ｆ）に示したように、トレンチ開口部５８、６０
が、第４二酸化シリコン層５６に写真製版的に形成され
る。次に第３金属物質が蒸着され、サスペンド・アーム
５２、５４に積層される金属層６２、６４が形成され
る。金属層６２、６４を形成する第３金属物質は、サス
ペンド・アーム５２、５４を形成するのに使用される第
２金属物質のＣＴＥまたは熱応力とは異なるＣＴＥ、ま
たは熱応力を有している。例えば、ＡｌＣｕはサスペン
ド・アーム５２、５４を形成するのに使用され、また第
３金属物質はＡｌＣｕと比較してより低いＣＴＥまたは
より高い残留応力を有するＮｉまたはＣｒでなければな
らない。一度二酸化シリコン層４２、４４および５６が
湿式エッチング処理によって、または反応イオン・エッ
チング処理によって除去されると、サスペンド・アーム
５２、５４のより大きいＣＴＥまたはより低い残留応
力、すなわち、第３金属物質によって形成された金属層
６２、６４とサスペンド・アーム５２、５４間の差ＣＴ
Ｅまたは残留応力が、アームをして基板の頂面から上方
へ湾曲せしめる。これを図２（Ｇ）と図３に示す。
２（Ｆ）に示したように、トレンチ開口部５８、６０
が、第４二酸化シリコン層５６に写真製版的に形成され
る。次に第３金属物質が蒸着され、サスペンド・アーム
５２、５４に積層される金属層６２、６４が形成され
る。金属層６２、６４を形成する第３金属物質は、サス
ペンド・アーム５２、５４を形成するのに使用される第
２金属物質のＣＴＥまたは熱応力とは異なるＣＴＥ、ま
たは熱応力を有している。例えば、ＡｌＣｕはサスペン
ド・アーム５２、５４を形成するのに使用され、また第
３金属物質はＡｌＣｕと比較してより低いＣＴＥまたは
より高い残留応力を有するＮｉまたはＣｒでなければな
らない。一度二酸化シリコン層４２、４４および５６が
湿式エッチング処理によって、または反応イオン・エッ
チング処理によって除去されると、サスペンド・アーム
５２、５４のより大きいＣＴＥまたはより低い残留応
力、すなわち、第３金属物質によって形成された金属層
６２、６４とサスペンド・アーム５２、５４間の差ＣＴ
Ｅまたは残留応力が、アームをして基板の頂面から上方
へ湾曲せしめる。これを図２（Ｇ）と図３に示す。
【００２５】図３において、簡略化する理由で、サスペ
ンド・アーム１８と２０の二重層構造は示していない
が、ＮｉまたはＣｒの金属層はＡｌＣｕのベース金属層
上に蒸着され、アームの湾曲作用を許容することに注意
しなければならない。一度、サスペンド・アーム１８、
２０がその自由端１４、１６で上方に湾曲すると、誘導
コイル１０がシリコン基板４０の頂面１２から引き上げ
られ、次に、コイル１０が二つのサスペンド・アーム１
８と２０によって引き分けられると、３−Ｄ形態にな
る。
ンド・アーム１８と２０の二重層構造は示していない
が、ＮｉまたはＣｒの金属層はＡｌＣｕのベース金属層
上に蒸着され、アームの湾曲作用を許容することに注意
しなければならない。一度、サスペンド・アーム１８、
２０がその自由端１４、１６で上方に湾曲すると、誘導
コイル１０がシリコン基板４０の頂面１２から引き上げ
られ、次に、コイル１０が二つのサスペンド・アーム１
８と２０によって引き分けられると、３−Ｄ形態にな
る。
【００２６】サスペンド・アームの有効な曲率半径は、
Ｃｒ／Ａｌ厚比に基づくＡｌの頂部上に積層されたＣｒ
層によって形成される。所与の例において、蒸着された
ベース金属層Ａｌの厚みは約０．８μｍ厚である。Ｃｒ
の頂層の厚みは、Ａｌの厚みの０．０５と０．４の間で
ある。
Ｃｒ／Ａｌ厚比に基づくＡｌの頂部上に積層されたＣｒ
層によって形成される。所与の例において、蒸着された
ベース金属層Ａｌの厚みは約０．８μｍ厚である。Ｃｒ
の頂層の厚みは、Ａｌの厚みの０．０５と０．４の間で
ある。
【００２７】３−Ｄソレノイドを半導体基板上に製造す
る本発明の新規な方法および製造されたソレノイドにつ
き上記説明と添付図面１から４で説明した。
る本発明の新規な方法および製造されたソレノイドにつ
き上記説明と添付図面１から４で説明した。
【００２８】本発明は実例として説明したものであり、
使用した用語はこれに限定するものではなく、表現上の
語句そのものの意味を意図している。
使用した用語はこれに限定するものではなく、表現上の
語句そのものの意味を意図している。
【００２９】さらに、本発明は好ましい実施例につき説
明したが、当該技術に習熟した人にとっては、これらの
技術を本発明の他の可能な変形例に容易に適用できるこ
とは理解できる。
明したが、当該技術に習熟した人にとっては、これらの
技術を本発明の他の可能な変形例に容易に適用できるこ
とは理解できる。
【図１】構造を解放する前の本発明の３−Ｄ誘導コイル
の平面図。
の平面図。
【図２】（Ａ）基板とその上に蒸着された二酸化シリコ
ンの第１層を伴う本発明の基板の拡大断面図。（Ｂ）二
酸化シリコン層に蒸着され、形成された誘導コイルを伴
う図２（Ａ）に示す本発明の半導体基板の拡大断面図。
（Ｃ）誘導コイルの二つの端部上に形成された金属ヴァ
イアを伴う図２（Ｂ）に示す本発明の半導体基板の拡大
断面図。（Ｄ）二つのヴァイアにそれぞれ結合されるよ
うに形成された二つのサスペンド・アームを伴う図２
（Ｃ）に示す本発明の半導体基板の拡大断面図。（Ｅ）
パターン化されたＳｉＯ２層を伴う図２（Ｄ）に示す本
発明の半導体基板の拡大断面図。（Ｆ）二重層構造を形
成するサスペンド・アームの頂部上に蒸着された異なる
金属を伴う図２（Ｅ）に示す本発明の半導体基板の拡大
断面図。（Ｇ）二酸化シリコン層を全てエッチング処理
によって除去した図２（Ｆ）に示す本発明の半導体基板
の拡大断面図。
ンの第１層を伴う本発明の基板の拡大断面図。（Ｂ）二
酸化シリコン層に蒸着され、形成された誘導コイルを伴
う図２（Ａ）に示す本発明の半導体基板の拡大断面図。
（Ｃ）誘導コイルの二つの端部上に形成された金属ヴァ
イアを伴う図２（Ｂ）に示す本発明の半導体基板の拡大
断面図。（Ｄ）二つのヴァイアにそれぞれ結合されるよ
うに形成された二つのサスペンド・アームを伴う図２
（Ｃ）に示す本発明の半導体基板の拡大断面図。（Ｅ）
パターン化されたＳｉＯ２層を伴う図２（Ｄ）に示す本
発明の半導体基板の拡大断面図。（Ｆ）二重層構造を形
成するサスペンド・アームの頂部上に蒸着された異なる
金属を伴う図２（Ｅ）に示す本発明の半導体基板の拡大
断面図。（Ｇ）二酸化シリコン層を全てエッチング処理
によって除去した図２（Ｆ）に示す本発明の半導体基板
の拡大断面図。
【図３】サスペンド・アームが、金属層のＣＴＥ内の差
またはサスペンド・アームを形成する残留応力のため
に、自由端で立ち上げられた後の本発明の３―Ｄソレノ
イドを示す斜視図。
またはサスペンド・アームを形成する残留応力のため
に、自由端で立ち上げられた後の本発明の３―Ｄソレノ
イドを示す斜視図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 27/04
(72)発明者 鄭舒尹
台湾新竹縣竹東鎭自強路29號10樓
Ｆターム(参考） 5E062 DD01 FF01
5E070 AA01 BA01 CB12
5F033 HH07 HH09 HH17 JJ19 KK09
MM05 PP06 PP19 QQ08 QQ13
QQ19 QQ37 RR04 VV08
5F038 AZ05 EZ20
Claims (20)
- 【請求項１】事前処理された半導体基板を用意する工程
と、 前記基板の頂面上に第１二酸化シリコン層を蒸着する工
程と、 前記第１二酸化シリコン層上に第１金属層を蒸着する工
程と、 前記第１金属層を誘導コイルにパターン化し、前記誘導
コイルの中央近くに第１端を、またその外周縁に第２端
を有するようにする工程と、 前記誘導コイルと第１二酸化シリコン層の頂部上に第２
二酸化シリコン層を蒸着する工程と、 前記誘導コイルの前記第１および第２端を露呈する前記
第２二酸化シリコン層内にヴァイア開口部をパターン化
する工程と、 誘導コイルのそれぞれ前記第１および第２端上を二つの
ヴァイアを形成する第２金属で前記ヴァイア開口部を充
填する工程と、 前記二つのヴァイアと前記第２二酸化シリコン層上に第
３二酸化シリコン層を蒸着する工程と、 前記第３二酸化シリコン層内でサスペンド・アームのた
めの第１トレンチ開口部をパターン化し、前記第１トレ
ンチ開口部の内端を前記二つのヴァイアに露呈する工程
と、 前記第１金属層を、二つのサスペンド・アームを形成す
る前記トレンチ内に蒸着する工程と、 前記二つのサスペンド・アームと前記第３二酸化シリコ
ン層上に第４二酸化シリコン層を蒸着する工程と、 前記二つのサスペンド・アーム上に第２トレンチ開口部
をパターン化するとともに露呈する工程と、 前記第２トレンチ開口部内に、２重層サスペンド・アー
ムを形成する前記第１金属の熱膨張係数よりも小さい熱
膨張係数を有する第３金属を蒸着する工程と、 前記第１、第２、第３および第４二酸化シリコン層を前
記基板の頂面から除去し、前記誘導コイル、前記ヴァイ
アおよび前記２重層サスペンド・アームを露呈する工程
と、を含む三次元ソレノイドを製造する方法。 - 【請求項２】前記ヴァイア開口部をＷで充填する工程を
さらに含む請求項１に記載の三次元ソレノイドの製造方
法。 - 【請求項３】前記ヴァイア開口部をＷ ＣＶＤ処理で充
填する工程をさらに含む請求項１に記載の三次元ソレノ
イドの製造方法。 - 【請求項４】前記二重層サスペンド・アームを形成する
前記第１金属ＡｌＣｕと前記第３金属Ｎｉを蒸着する工
程をさらに含む請求項１に記載の三次元ソレノイドの製
造方法。 - 【請求項５】前記二重層サスペンド・アームを形成する
前記第１金属ＡｌＣｕと前記第３金属Ｃｒを蒸着する工
程をさらに含む請求項１に記載の三次元ソレノイドの製
造方法。 - 【請求項６】前記誘導コイルを形成する前記第１金属が
ＡｌＣｕである請求項１に記載の三次元ソレノイドの製
造方法。 - 【請求項７】前記第１、第２、第３および第４二酸化シ
リコン層を湿式エッチング法によって除去する工程をさ
らに含む請求項１に記載の三次元ソレノイドを製造する
方法。 - 【請求項８】前記第１、第２、第３および第４二酸化シ
リコン層を反応イオン・エッチング法によって除去する
工程をさらに含む請求項１に記載の三次元ソレノイドを
製造する方法。 - 【請求項９】化学メッキ法によって前記第３金属Ｎｉを
蒸着する工程をさらに含む請求項１に記載の三次元ソレ
ノイドの製造方法。 - 【請求項１０】スパッタリング法によって前記第３金属
Ｃｒを蒸着する工程をさらに含む請求項１に記載の三次
元ソレノイドの製造方法。 - 【請求項１１】事前処理された半導体基板と、 前記基板の頂面から隔置された自由端と基板の頂面に固
定された固定端を各々有する二つのサスペンド・アーム
であって、各々二重層金属積層体で形成され、その金属
底層が第１金属からなり、また金属頂層が第１金属の熱
膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する第２金属から
なり、該サスペンド・アームの両端が上方向に湾曲する
二つのサスペンド・アームと、 サスペンド・アームのそれぞれ前記自由端の一つに各々
結合された二つの端を有し、前記サスペンド・アームの
前記二つの固定端間に電気的な連絡を提供する導電性金
属からなる誘導コイルと、を具備する三次元ソレノイ
ド。 - 【請求項１２】前記基板がＳｉ基板である請求項１１に
記載の三次元ソレノイド。 - 【請求項１３】前記金属底層を形成する前記第１金属が
ＡｌＣｕである請求項１１に記載の三次元ソレノイド。 - 【請求項１４】前記頂層を形成する前記第２金属がＮｉ
またはＣｒである三次元ソレノイド。 - 【請求項１５】前記誘導コイルがＡｌＣｕから形成され
る請求項１１に記載の三次元ソレノイド。 - 【請求項１６】前記サスペンド・アームの前記自由端と
前記誘導コイルの二つの端をそれぞれ中間的に連結する
ヴァイア手段をさらに含む請求項１１に記載の三次元ソ
レノイド。 - 【請求項１７】前記ソレノイドが、ＲＦ通信のための接
地−信号−接地形態に形成された請求項１１に記載の三
次元ソレノイド。 - 【請求項１８】前記誘導コイルが円形状に形成された請
求項１１に記載の三次元ソレノイド。 - 【請求項１９】前記誘導コイルが矩形状に形成された請
求項１１に記載の三次元ソレノイド。 - 【請求項２０】前記ヴァイア手段が金属で形成された請
求項１１に記載の三次元ソレノイド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002007816A JP4036651B2 (ja) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | 三次元ソレノイドの製造方法および同方法によるデバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002007816A JP4036651B2 (ja) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | 三次元ソレノイドの製造方法および同方法によるデバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003218213A true JP2003218213A (ja) | 2003-07-31 |
| JP4036651B2 JP4036651B2 (ja) | 2008-01-23 |
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ID=27646232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002007816A Expired - Fee Related JP4036651B2 (ja) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | 三次元ソレノイドの製造方法および同方法によるデバイス |
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|---|---|
| JP (1) | JP4036651B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007324494A (ja) * | 2006-06-03 | 2007-12-13 | Nikon Corp | 高周波回路コンポーネント |
-
2002
- 2002-01-16 JP JP2002007816A patent/JP4036651B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007324494A (ja) * | 2006-06-03 | 2007-12-13 | Nikon Corp | 高周波回路コンポーネント |
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