TWI223907B - Microwave electric elements using porous silicon dioxide layer and forming method of same - Google Patents
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1223907 A7 B7 五、發明説明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關使用多孔氧化矽形成如感應器、電容器 及電阻器等被動元件。更明確地說，本發明係有關一種用 於單片微波積體電路(MMIC)的微波被動元件。 MMIC是一種用來處理微波訊號的類比電路。由於在 5 無線通信中MMIC需要更先進的科技，且無線連通之距離 範圍、電池壽命、以及通信品質都會依MMIC之操作而定。 通常都用矽基片製做MMIC，因為矽基片較鋁基片價 廉，且導熱性更高，如電晶體和積體電路（1C)之類的主動 元件可直接在矽基片上形成，同時使用矽基片的半導體科 10 技已充份完成開發。然而，由於在矽基片上不易構成較厚 的絕緣層來降低訊號衰減，故在微波範圍中使用矽基片有 其因難。在幾十種GHz中操作的主動元件已隨著處理技 術的演進開發出來，但因主動元件中有過多的訊號損耗， 所以很難在預設頻率上使用矽基片。為了解決這個難題， 15 要在部份地方用到厚的聚醯亞胺層或玻璃材質，但這些材 質也並不能完全解決問題。 本發明之目的是為了提供一種可避免在微波頻率範圍 内因矽基片造成訊號損耗而於數十種GHz頻率下操作的 微波元件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 從某方面來看本發明，是一種包含有一片矽基片，在 基片上形成一支多孔二氧化矽支柱，並以該支柱支撐元件 模態的微波元件。 此元件並包含有在支柱上方與元件模態下方所形成的 第一介質層，元件模態為一種導線。 __-3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1223907 A7 B7 五、發明説明（） 本文所附之圖面為說明書之一部份，旨在揭露本發明 之較佳實施例，俾配合文字來解說本發明之原理： 第一圖所示為根據本發明第一較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的感應器的透視圖。 5 第二圖所示為根據本發明第二較佳實施例，使用一種 多孔二氧化碎層形成的感應器的平面圖。 第三圖所示為根據本發明第三較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的感應器的透視圖。 第四圖所示為根據本發明第四較佳實施例，使用一種 10 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 第五圖所示為根據本發明第五較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 第六圖所示為根據本發明第六較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 15 第七圖所示為根據本發明第七較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電阻器的透視圖。 第八圖所示為根據本發明第八較佳實施例，使用一種 多孔二氧化石夕層形成的空橋的透視圖。 第九圖所示為根據本發明第九較佳實施例，使用一種 20 多孔二氧化矽層形成的共平面帶狀線插入天線的透視圖。 第十圖所示為根據本發明第十較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的共平面帶狀線插入天線的透視圖。 第十一圖所示為根據本發明第十一較佳實施例，使用 被動元件形成的MMIC的透視圖。 __-4-_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — ^--.---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1223907 A7 B7 五、發明説明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以下詳細說明，僅只揭露本發明之較佳實施例’應可 理解，本發明可在不超出發明之範圍内作各種修飾變化， 因此，圖面和說明應視為說明本發明，而非限制。 第一圖所示為根據本發明第一較佳實施例，使用一種 5 多孔二氧化矽層形成的感應器的透視圖。 多孔二氧化矽支柱20和21在一矽基片10上形成， 而在支柱20和21上則有一層材質可為氮化矽、二氧化矽、 SOG或聚亞醯胺之薄介質膜。此時，由於介質層30位於 支柱20和21上方，使得介質層30與矽基片10分開，懸 10 浮於空中，且介質層30有大量洞孔31。感應線41呈螺 旋狀，而一空橋61則於感應線交會處形成，以防止感應 線41發生短路。 因為感應線41與矽基片10被多孔二氧化矽支柱20 和21分隔開，所以大部份的電磁場都會圍繞著感應線41 15 形成。是故因矽基片10所引起的訊號損耗便會極少。 形成具有以上所述結構的微波感應器之方法敘述如 下。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在矽層10上覆蓋了層不感光層然後經過沖洗，只讓 所形成的多孔二氧化矽部份20和21外曝，且在其餘部份 20 仍覆蓋了 一層不感光膜。藉著電化學雙極化法在外曝的矽 基片上形成多孔矽層，而多孔矽層再度以熱氧化形成多孔 二氧化矽支柱20與21。 再度於支柱20和21和剩餘的矽部份上覆蓋一層不感 光膜。外曝的矽基片即藉兩極化電化學方法轉變成多孔矽 __-5-_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 1223907 A7 B7 五、發明説明（ 層。 5 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 感應線41在介質層3〇上利用此處未敘述的鍍層處理 方式形成。首先在介質層30上以薄的鋁、鈦或金覆蓋一 層膜以形成基層，再在其上形成一層將部份曝置於外的不 感光膜，以產生感應線之覆膜。完成電鍍處理並將不感光 覆層去除後，即進行腐蝕將基層蝕去，因此在剩餘的基層 上，只有感應線41維持原本的完整厚度。空橋61形成一 不感光覆層，覆蓋在感應線41的交疊區域，然後在不感 光覆層上再度進行電鍍。 以照相平版印刷工法在介質層3〇上穿一個洞，再於 洞中注入如氫氧化鈉之類的腐蚀劑對多孔碎層進行腐蚀， 使其只剩下多孔二氧化矽支柱2〇和21。 第二圖所示為根據本發明第二較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的感應器的平面圖。 與第一圖本發明之第一較佳實施例相同地，根據本發 明第二較佳實施例之感應器含有一矽基片1〇，在矽基片 上形成的多孔二氧化矽支柱2〇和21，在支柱2()和21 形成的第一介質層30並有一洞31，以及在第一介質層 上形成的第一感應線41。此感應器還包含有在第一感應 線41上形成的第二介質層5〇，以及在第二介質層5〇上 形成的第二感應線42，並形成用來連接第一和第二感應 線41與42的洞孔51和52。也就是說，第二較佳實施例 中形成了兩層的感應層41和42，並加長感應線的長度以 增大感應值。 10 上 30 I----：--·--ip衣|丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-口 #1. 石氏張尺度適用中國格（210x297公釐） 1223907 A7 B7 五、發明説明（） 形成感應器的方法幾乎與第一較佳實施例相同，只是 再加上形成第二介質層50和第二感應線42的處理程序， 此處理程序與形成第一介質層30和第一感應線41相同。 此時，最好要製造出一個洞31，連同連接孔51和52將 5 諸如氫氧化鈉這種的腐蝕劑注入，以簡化處理程序。也就 是說，在形成第二介質層50之前、形成第二金屬線之後， 於第二介質層50上形成連接孔51和52時形成了孔31， 可減少使用數倍的照相平版印刷工法。 第三圖所示為根據本發明第三較佳實施例，使用一種 10 多孔二氧化矽層形成的感應器的透視圖。 在第三較佳實施例中，已將位於第一實較佳實施例之 感應線41下方的介質層除法，並以銲接線頭65而非形成 空橋之防止感應線41短路。 形成上述結構感應之方法現敘述如下。 15 矽基片10以照相平版印刷工法加以覆膜以形成矽支 柱。 矽支柱經由電化學雙極化法形成多孔矽支柱，然後受 熱氧化形成多孔二氧化矽支柱20和21。此時，或者可以 不必對二氧化矽支柱進行任何處理程序，或者也可以在形 20 成不感光覆層之後採用電化學工法、熱氧化法、以及腐蝕 法使其選擇性地成形。 圍繞支柱20和21的空白區域經填入介質性物質或低 電容性物質使其表面變成平滑，於是在支柱上成為一層基 層，形成的不感光層覆膜產生一層塗敷層，然後以金屬覆 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ： .--•衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1223907 A7 B7 五、發明説明（） 蓋支柱。接下來，使是將線頭銲鎖。將不感光層覆膜，也 就是塗層除去，而金屬則完全被腐蝕，因此可將基層金屬 除去，如此便形成了感應線41 ’而填充於支柱20和21 的介質性物質都可除去，或者在感應線41上再塗敷一層 5 低電容率的物質。 因此，來自第一較佳實施例橋接處之訊號干擾得以減 低，並可獲得一較高之Q因數，同時串連電容也會降低。 第四圖所示為根據本發明第四較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 10 第四較佳實施例中的矽基片10,多孔二氧化矽支柱20 和21，以及介質層30都與第一較佳實施例相同，不同的 是在介質層30用於形成電容器的第一與第二電極43和 44，而不是感應線，且第二介質層形成於第一和第二電極 43和44之間。 15 因此，可以形成一個具有數個pFS電容量值的電容器。 此時，電容值而根據在第一與第二電極43和44上的方形 區域，介質層之厚度以及介電係數來計算得知。 形成有上述結構之電容器的方法中，形成多孔二氧化 矽支柱20和21與第一較佳實施例相同。另外，第一電極 20 43係電鍍處理過程產生而非感應線形成之處理方式，而 第二介質層50係由在第一電43上加上介質層及照相版印 刷所致，並再度經過電鍍處理形成第二電極44。 第五圖所示為根據本發明第五較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 ______-8-_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） I : .--•衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1223907 A7 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第五較佳實施例中的矽基片10,多孔二氧化矽支柱20 和21，以及介質層30都與第一較佳實施例相同，不同 的是形成電容的第一與第二電極43和44係分別在介質層 30上形成。此時，電極各有一組交互形成的多分路電極， 5 以增加電極43和44之間重疊的方形區域並增加電容量。 上述結構之電容器主要是用於電要小於數個PFS電容量之 元件。 由於這種電容器可藉由形成第一較佳實施例之感應器 之方式形成，第五較佳實施例的電容器之形成處理方式比 10 第四較佳實施例中者相形之下較為簡單。 第六圖所示為根據本發明第六較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器透視圖。 在第六較佳實施例電容器中，並未使用第五較佳實施 例的介質層30。因為在兩個電極43和44所形成的電磁 15 場大部份都在空氣中，所以塑膠元件可以減至最少。 上述結構的電容器之形成與第三較佳實施例的感應器 之形成方式相同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第七圖所示為根據本發明第七較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電阻器透視圖。 20 第七較佳實施例中的矽基片10,多孔二氧化矽支柱20 和21，以及介質層3 0都與第一較佳實施例相同，不同的 是在介質層30上形成了一層具有高電阻值如鎳鉻合金為 材質的電阻覆層60。此時金屬線45係以鋁、鈦或金製成。 上述處理過程，除了介質層30上的鎳鉻合金係以高 __-9-__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1223907 A7 B7 五、發明説明（） 真空定位工法形成以製造電阻覆層60,然後以電鍍處理 形成金屬線45之外，其餘均與第一較佳實施例相同。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第八圖所示為根據本發明第八較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的空橋的透視圖。 5 在矽基片10上形成一層多孔二氧化矽層22，且在多 孔二氧化矽層22上有金屬線45及46交疊。此時，在多 孔二氧化矽層22上有一個凹陷部份23，而金屬線45與46 在此凹陷部份23處交錯。由於第一金屬線45係沿著凹陷 部份23的底部表面形成，且第二金屬線46係置於跨越凹 10 陷部份23上方，故兩條金屬線45和46是分開的。 以下敘述成空橋的方法。 將矽基片10選擇性地予以腐蝕形成凹陷部份23,再 經由雙極氧化與熱氧化處理使矽基片1〇轉變成多孔二氧 化矽層22。 15 第一金屬線45依經由電鍍處理方式形成，且在凹陷 部份内填入介質材料將其補平，然後再度進行電鍍處理以 形成第二條線路46，再度將介質材料塗敷在第二線路46 上以除去或保護填入凹陷部份中的介質材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第九圖所示為根據本發明第九較佳實施例，使用一種 20 多孔二氧化矽層形成的共平面帶狀線插入天線的透視圖。 矽基片10，多孔二氧化矽支柱20以及介質層30與第 一較佳實施例相同。在介質層3 0上方形成一金屬天線覆 蓋層48和一金屬接地線47。 形成上述共平面帶狀線插入天線之方法與第一較佳實 __-10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1223907 A7 B7 五、發明説明（） 施例相同。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第十圖所示為根據本發明第十較佳實施例，使用一種 多孔二氧化珍層形成的共平面帶狀線插入天線的透視圖。 共平面帶狀線插入天線的形成方法與第三較佳實施例 5 相同。 第十一圖所示為根據本發明第十一較佳實施例，使用 被動元件形成的MMIC的透視圖。 多孔二氧化矽支柱20和21在矽基片10上形成。此 時，支柱當中有些部份的材質是多孔二氧化矽，有些部份 10 又是矽。上有洞孔31的介質層30是在多孔二氧化矽支柱 20和21上形成。在介質層上所形成之如感應器100、電 容器200和電阻300等的被動元件，都經由金屬線路互相 連接，而主動元件400則在矽支柱上形成。主動元件400 係經由銲接線頭或倒裝片銲接頭與被動元件相連接。 15 如上所述，由於被動元件和會產生重大損耗的矽基片 互相分離，再在基片之外形成，故即使被動元件受到微波 驅動時，也可以避免發生嚴重的訊號損耗。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第十一圖為用以說明本發明之簡化示意圖，實際的 MMIC相當複雜。 20 根據本發明，可使用具有極佳導熱性及平坦性，且較 鋁基片更為價廉的矽基片製造出可在超過1GHz頻率範圍 之微波中使用且僅有極小訊號損耗的元件。 雖然本發明的較佳實施例已如上詳細說明，但應明確 瞭解上述較佳實施例僅在於說明本發明，而非用以限制。 __-Π-_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1223907 A7 B7 五、發明説明（） 相反地，在未脫離本發明申請專利範圍精神内之各種修飾 變化，均應視為本發明。 I----：--.--^衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 1223907 A7 B7 五、發明説明（） 圖式之簡單說明： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一圖所示為根據本發明第一較佳實施例’使用一種 多孔二氧化矽層形成的感應器的透視圖。 第二圖所示為根據本發明第二較佳實施例，使用一種 5 多孔二氧化矽層形成的感應器的平面圖。 第三圖所示為根據本發明第三較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的感應器的透視圖。 第四圖所示為根據本發明第四較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 10 第五圖所示為根據本發明第五較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 第六圖所示為根據本發明第六較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的電容器的透視圖。 第七圖所示為根據本發明第七較佳實施例，使用一種 15 多孔二氧化碎層形成的電阻器的透視圖。 第八圖所示為根據本發明第八較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的空橋的透視圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第九圖所示為根據本發明第九較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的共平面帶狀線插入天線的透視圖。 20 第十圖所示為根據本發明第十較佳實施例，使用一種 多孔二氧化矽層形成的共平面帶狀線插入天線的透視圖。 第十一圖所示為根據本發明第十一較佳實施例，使用 被動元件形成的MMIC的透視圖。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 1223907 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 圖號說明： 矽基片10 感應器100 支柱20、21 二氧化矽層22 凹陷部份23 電容器200 5 第一介質層30 洞孔31 電阻300 第一感應線41 第二感應線42 第一與第二電極43、 金屬線45、46 金屬接地線47 主動元件400 第二介質層50 10 洞孔51、52 電阻覆層60 空橋61 -14- ----「—,—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
Claims (1)
- fH 修 正. AK BS CS Dg 號 申專利範圍第89123048 申請專利範圍修正本90.11 10 15 及 撐 1 · 一種微波元件，其中包含有： 一矽基件； 預定數目之多孔二氧化矽支柱形成於該矽基片上；以 元件模態由該預定數目之多孔二氧化石夕支柱所支 經濟郐智ftsi產局員工消費合作社印製 20 2.如申請專利範圍第1項所述之微波元件，更包含有 一在支柱上及元件模態下所形成的第一介質層。 3_如申請專利範圍第1項所述之微波元件，其中該元 件模態為一感應線。 4_如申4專利範圍第1項所述之微波元件，其中該元 件才旲態尚包含有第_與第二電極，其各自分離並互相呈面 =面排列，且第一與第二電極各有一組多分枝電極，而且 第一與第二電極之分枝電極均呈交錯排列。 5·如申請專利範圍第1項所述之微波元件，其中該元 件模態為一電阻態樣。 6·如申請專利範圍第1項所述之微波元件，其中該元 件模怨尚包含有一天線態樣和一條圍繞著天線態樣的接地 線。 * 7·如申請專利範圍第1項所述之微波元件，其中該元 件^怨尚包含有―第—電極，-在第-電極上形成並與第 7電二相對的第二電極，以及在第-和第二電極之間配置 並將第和第二電極互相絕緣的第二介質層。 ★申Μ專利範圍第1項所述之微波元件，其中該元 衣纸張财關雜 1223907 . Ag . BS C8 _ DZ 六、申請專利範圍 件模態尚包含有-第一感應線路，一在第一感應線路上形 成的第二介質層並經由連接孔連接至第一感應線路。 9. 一種微波元件，其中包含： 一矽基片； 5 一多孔二氧化矽支柱形成於該矽基片上； 一矽支柱由該矽基片所支撐，且其高度與該多孔二氧 化矽支柱相同； 一主動元件形成於該矽支柱上；以及 -被動it件形成於該多孔二氧切支柱上，且該被動 10 元件連接至該主動元件。 10. 如申請專利範圍帛9項所述之微波元件，更包含有 一在支柱上和元件塗層下所形成的第一介質層。 11 · 一種微波元件，其中包含： 一矽基片； 15 一矽支柱形成於該矽基片上； 一主動元件形成於該秒支柱上； 一介質層由該矽支柱的支撐；以及 經濟部智慧si產局員工消費合作社印^ 一被動元件形成於該介質層，且連接至該主動元件。 12·—種微波元件，其中包含： 20 一矽基片； 一多孔二氧化矽層形成於該矽基片上，且有一凹陷部 份； 一第一線路沿著該凹陷部份底部表面形成；以及 一弟一線路跨越過該凹陷部份。 本紙張尺農適用t國國家糅率（CNS ) 1223907 . AS BS CS ---—~- _ — DS 六、申請專利範園 13.如申請專㈣圍第12項中所述之微波元件，其表 面加上了—層低導電率的材質以保護微波元件。 14·種形成微波兀件的方法，包含以下步驟： 形成-多孔二氧切層並在⑦基片上形成—多孔碎 5 層； 在多孔二氧化矽層和多孔二氧化矽層上形成一介質 層； 在介質層上形成一元件模態；以及 在J ^層上形成一孔洞，並經由孔洞中注入腐姓劑且 10 部份地腐蝕該多孔二氧化矽層。 15·—種形成微波元件的方法，包含以下步驟： 形成一多孔二氧化矽層並在矽基片上形成一多孔矽 層； 在多孔二氧化矽層上形成一元件模態；以及 I5 於元件模怨之間注入腐蚀劑並邵份腐敍多孔二氧化 矽層。 16·—種形成微波元件的方法，包含以下步驟： 塗敷一矽基片並形成一支柱； 經濟部智慧St產局員工消費合作社印製 至少將支柱的部份轉變成一多孔二氧化矽； 20 在支柱表面上加入預先備好之材質並將其表面舖平； 以及形成一元件模態。 17·如申請專利範圍第16項所述之方法，其中預先備 妥之材質為一種介質材料。 18 · —種形成微波元件的方法，包含以下步驟： 氏張適用中國國家標率（CNS ) A4規格{ 210X297公P) 1223907 A8 . BS CS m 六、申請專利範園 在一矽基片上形成一個凹陷部份； 將矽基片上半包含凹陷部份轉變成一多孔二氧化矽 層； 經由多孔二氧化矽層上的凹陷部份形成一條第一線 5 路； 在凹陷部份填入備妥之材質；以及 在備妥之材質上形成一第二線路。 經濟部智s5i產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家禚準（CNS ) A4規格（210X297公^
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