[发明专利]一种集成螺线管型微电感绕组线圈的通孔刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路工艺领域，具体涉及一种集成螺线管型微电感绕组线圈的通孔刻蚀方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展和广泛应用，对移动通信设备提出了更高的要求，如小型化、低功耗、重量轻、高可靠性、低成本等。电感作为磁能储能元件，与电能储能元件配合可实现很多功能，如在射频集成电路(RFIC)中螺旋电感广泛用于实现滤波、阻抗变换以及变压器的能量传递等功能，在射频识别(RFID)系统中作为天线实现信息的发送和接收等，因此，研究螺旋电感对射频电路的设计具有重要的意义。但是，目前电感的集成度成为了限制其应用的重要瓶颈，尤其是对于螺线管型微电感结构，其工艺相对平面螺旋型电感结构复杂得多，包括上下两层线圈及连接他们的通孔，通孔的形成需要对绝缘介质层进行刻蚀，然后电镀铜得到，以实现上下线圈的连接。

目前，集成螺线管型电感的通孔及上层线圈的刻蚀工艺主要有以下两种：一种是采用两步电镀方法，即首先在绝缘层刻蚀通孔，在通孔中电镀铜，然后再电镀上层铜线圈；另一种是在绝缘层刻蚀好通孔后，通孔部分和上层铜线圈同时电镀得到。第二种方法虽然工艺简单，成本低；但是由于溅射生长种子层时，种子层在绝缘层通孔处的覆盖能力较差，在电镀时通孔处的铜生长会受到影响，导致接触区的截面积降低，如图1所示，使得整个铜线圈的直流电阻增大，对提高微电感的品质因数不利。为了解决该问题，目前通常采用加厚工艺，即使上层线圈的厚度大于下层线圈，但是这样会带来较大的高频涡流损耗，增加成本。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种集成螺线管型微电感绕组线圈的通孔刻蚀方法。本发明采用厚度大于绝缘介质层的厚光刻胶作为刻蚀掩膜，充分利用氧气等离子体对光刻胶的去除作用，在刻蚀过程中使光刻胶在厚度方向逐步形成倾斜侧面，并在刻蚀过程中将该倾斜侧面形状传递给绝缘介质层，形成侧面倾斜的通孔，最后再进行通孔内的铜和上层线圈的电镀。本发明简化了工艺步骤，解决了通孔与上线圈接触区截面积小的问题，得到的通孔和上层线圈有良好的接触，不用增加上层线圈的厚度就能制备得到性能优良的微电感。

本发明的技术方案如下：

一种集成螺线管型微电感绕组线圈的通孔刻蚀方法，其特征在于，包括：

在衬底基片上制备下层线圈和绝缘介质层，然后在绝缘介质层上涂覆7～10μm厚的光刻胶，曝光显影得到通孔的开口图形；然后，采用反应离子刻蚀对绝缘介质层进行刻蚀，刻蚀气体为氧气和氩气的混合气体，其中，氧气和氩气的流量比为(3～5)：1，刻蚀过程中，每刻蚀5min后停止3～5min，对基片进行散热，重复进行“刻蚀5min停止3～5min”的过程数次，直到在绝缘介质层上刻蚀得到通孔。

一种集成螺线管型微电感绕组线圈的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在衬底基片上制备下层线圈和绝缘介质层，然后在所述绝缘介质层上涂覆厚度为7～10μm的光刻胶，曝光，显影，得到通孔的开口图形，如图2所示；

步骤2：采用反应离子刻蚀(RIE)对绝缘介质层进行刻蚀，刻蚀气体为氧气和氩气的混合气体，其中，氧气和氩气的流量比为(3～5)：1；刻蚀过程中，每刻蚀5min后停止3～5min，对基片进行散热，刻蚀速率为280nm/min，重复进行“刻蚀5min后停止3～5min”的过程数次，直至在绝缘介质层上刻蚀得到通孔；由于在刻蚀过程中，氧气等离子体对光刻胶有去除作用，会将表面的光刻胶去除一部分，尤其是处于台阶拐角处的部分光刻胶会被逐渐去除，形成倾斜侧面；随着光刻胶倾斜侧面的不断形成，光刻胶的通孔图形会缓慢变大，暴露在氧气等离子体中的绝缘介质层的表面积也会逐渐增大，且最先暴露的区域被刻蚀的时间更长，被刻蚀的宽度也越大，从而使得最终形成的绝缘介质层通孔侧面也是倾斜的，即光刻胶的倾斜侧面被转移给绝缘介质层通孔的侧面，如图3所示；

步骤3：去除剩余的光刻胶，在步骤2刻蚀通孔后得到的基片表面溅射缓冲层和种子层，如图4所示；然后涂覆厚度为5～10μm的光刻胶，曝光，显影，得到通孔和上层线圈图形，最后采用电镀工艺，得到通孔中的铜和上层铜线圈；去除光刻胶、种子层和缓冲层，得到绕组线圈，如图5所示。

进一步地，步骤3所述光刻胶的去除采用丙酮，种子层的去除采用体积比为浓H₂SO₄:H₂O₂:H₂O＝1:1:5的混合液，缓冲层的去除采用体积比为HF:H₂O＝1:7的混合液。

进一步地，所述绝缘介质层为聚酰亚胺介质层。