[发明专利]悬空结构射频微电感及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微电子技术领域的器件及其制作方法，尤其是一种悬空结构射频微电感及其制作方法。

技术背景

RF-MEMS(射频-微机电系统)器件是近年来微机电系统(MEMS)技术出现的新的研究领域，即RF-MEMS就是利用MEMS技术制作各种用于无线通信的射频器件或系统，这些RF-MEMS器件和系统可广泛用于星际无线通讯、先进的移动通信如手机、全球定位系统GPS、微波雷达天线等。由于RF-MEMS器件具有诸多优越性，并最终可实现无源器件和IC的高度集成，使集信息的采集、处理、传播等于一体的系统集成芯片(SOC)的研制成为可能。当前随着无线通信技术的快速发展及其有限的资源，迫切需要射频下具有高Q值、高自共振频率和低插入损耗的控制部件如电感、电容，这是实现高性能微波/毫米波电路、RF滤波器、RF振荡器、RF共振器等的关键元件之一。为提高射频下微电感的Q值和电感量，三维空芯结构的微电感是发展的趋势。但是采用普通的IC技术，很难在平面型衬底上研制三维结构的微电感。采用MEMS技术研制三维结构微电感应运而生，MEMS技术为实现小尺寸、重量轻、大电感量、高Q值的微电感提供了一条崭新的途径。

专业人员通过各种方法来提高微电感的性能，如采用电阻率较小的金属来制作微电感层，增大衬底电阻，选用介电常数较小的电介质，或通过微机械的方法来提高电感性能等方法，这些方法能在一定程度上可减小微电感的各种高频损耗，从而提高微电感的性能，经测量微电感的Q值一般在10左右，但这不能很好地满足实际电路中需要，主要是由于这些方法不能从根本上减小微电感高频损耗中占主要地位的金属线圈与衬底间的耦合电容的缘故，金属线圈与衬底间的耦合电容越大，微电感在高频时的损耗就越大。

经对现有技术的文献检索发现，Jae Y等人在《IEEE TRANSACTIONS ONMAGNETICS》(美国电气电子工程学会杂志)(VOL.35，NO.5，SEPTEMBER，1999)上发表了“highQ spiral-type micro-inductors on silicon substrates(硅衬底上高Q值螺旋型微电感)”一文，该文提及一种空气隙悬空微电感，其线圈形状为方形。该技术由于采用氧等离子体刻蚀聚酰亚胺形成电镀模具，不能形成高深宽比的微电镀模具，因此，线圈位于衬底上方的高度只有60μm，不能有效的降低线圈与衬底之间的耦合电容，在频率0.1 GHz-2GHz范围内Q值在14-18，工作频率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种悬空结构射频微电感及其制作方法。使其从根本上减小微电感金属线圈与衬底间的电容损耗，使这种结构微电感的性能大大提高，Q值大于45。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及的悬空结构射频微电感包括双面氧化的硅衬底、金属螺旋型线圈、引线、平面波导线，平面波导线以及引线设置在硅衬底平面上，平面波导线设置在引线的周围两侧，在引线上方设置金属螺旋型线圈，引线分别与金属螺旋型线圈的内、外两个端点相连接。

所述的金属螺旋型线圈与双面氧化的硅衬底之间设置有支撑体，支撑体一端与金属螺旋型线圈连接，支撑体的另一端与双面氧化的硅衬底连接，在金属螺旋型线圈与引线连接处设置有连接体，连接体两端分别与金属螺旋型线圈和引线相连接。

所述的支撑体空间形状为长方体，长方体的高度为150μm，截面积为70μm*70μm。支撑体的数目至少为4个。连接体的空间形状为长方体，长方体的高度为150μm。金属螺旋型线圈形状为平面方形螺旋型线圈。

所述的金属螺旋型线圈的导体宽度为70μm。金属螺旋型线圈的导体厚度为8μm。金属螺旋型线圈的导体间距为10μm。金属螺旋型线圈匝数为2匝。

本发明涉及的悬空结构射频微电感，其制作方法具体如下：

(1)在清洗处理过的双面氧化的硅片衬底(厚度700μm)双面甩正胶AZ4000系列，光刻胶厚度为8μm，光刻胶烘干温度为95℃，时间为30分钟；将硅片单面(A面)曝光、显影后，在BHF腐蚀液里刻蚀二氧化硅，最后用丙酮去除所有的光刻胶，在A面得到双面套刻对准符号；

(2)在双面氧化的硅片的另一面(B面)淀积Ti(30nm)/Cu(100nm)/Ti(100nm)底层，下面工艺均在此面上进行；

(3)在50℃下，在30％的NaOH水溶液中加入双氧水对Ti表面进行部分氧化，形成一薄层氧化钛，以提高基片对SU-8胶的结合力；