[發明專利]抑制襯底渦流效應的微電子機械電感及其制備方法

無效

• 申請號: 200710022360.1
• 申請日: 2007-05-15
• 公開（公告）號: CN101060027A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 廖小平;武銳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01F17/00
• 分類號: H01F17/00;H01F41/00;H01P3/00;H01L27/00;H01L21/70
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明提出了一種基于共面波導傳輸線的能夠抑制襯底渦流效應的微電子機械電感及其制備方法，屬于微電子機械系統的技術領域。

背景技術

在微波通訊領域中，共面波導傳輸線可以方便的連接外部元器件，如電阻、電容和電感等組成微波電路。此類傳輸線不必像微帶線那樣要在基片上通孔，因而越來越廣泛的應用在微波集成電路中。同時，微波集成電路中高品質因數的電感是非常重要的，它能大大減小振蕩器和放大器的相位噪聲或功率損耗，使匹配網絡和濾波器具有較低損耗。電感的品質因數定義為電感存儲的磁能與電感一周期內消耗的能量的比值，平面螺旋電感的損耗主要來自兩個方面：螺旋電感金屬導體的歐姆損耗和襯底損耗，其中襯底損耗主要是因為電感器線圈產生的磁場進入非絕緣性襯底引起襯底渦流，即電感和襯底間的容性耦合所導致的傳導和位移電流造成的。由于受到金屬歐姆損耗和襯底損耗的雙重影響，平面螺旋電感的品質因數一直比較低，尤其在射頻應用中，此時襯底損耗是影響電感性能的主要因素。但是，利用標準的薄膜、平面微電子工藝很難實現射頻工作下的高品質因數(Q＞10)的片上電感，使電感成為射頻集成電路的主要瓶頸之一。微電子機械系統(MEMS)技術超強的微精細加工能力和易與傳統集成電路工藝兼容的特點使之成為實現具有高品質因數、高諧振頻率和小型化片上電感器的有效途徑。

通過對現有技術文獻的檢索發現，目前具有抑制襯底渦流效應的電感的實現類似于文獻Olive?H.Murphy，Kevin?G.McCarthy，Design?ofMultiple-Metal?Stacked?Inductors?Incorporating?an?Extended?PhysicalModel，IEEE?Trans.Microw.Theory?Tech.，vol.53，no.6，pp.2063-2072，Jun.2005.(多層金屬互聯電感的設計和物理模型)中采用的金屬線互連工藝將電感結構下的屏障接地，這增加了成本和設計難度而且電感的品質因數很難超過15。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種抑制襯底渦流效應的微電子機械電感及其制備方法，在減少襯底的渦流損耗的同時減少射頻下電感的其他各種損耗，提高電感的品質因數，該電感的制作工藝與傳統平面集成電路工藝相兼容，增加了本發明的實用性。

技術方案：本發明針對基于共面波導傳輸線和標準砷化鎵(GaAs)工藝的片上電感，通過部分延伸共面波導的地線至電感結構下方，形成有效的接地屏障，它相當于將襯底用小電阻短路來減小流向襯底的電流，從而抑制襯底渦流效應，將接地屏障設計成插指形狀可以防止產生鏡像電流；同時通過犧牲層形成和釋放、背面刻蝕襯底等工藝進一步減少損耗，實現該微機械電感的工藝與傳統IC工藝兼容。

本發明提出的抑制渦流效應的微電子機械電感包括：標準砷化鎵GaAs襯底，鋁鎵砷AlGaAs薄膜，氮化硅SiN介質層，電感下層引線，電感器上層線圈，共面波導地線，共面波導信號線和接地屏障。

該電感以GaAs襯底為襯底，在GaAs襯底的上表面有一層AlGaAs薄膜，在AlGaAs薄膜的上表面有一層SiN介質層，電感的上層線圈(懸空在SiN介質層的上方，電感的上層線圈的中心與通過AlGaAs薄膜上的電感下層引線與第二共面波導信號線連接，電感的上層線圈的外邊緣連接第一共面波導信號線；接地屏障為插指形狀連接在共面波導地線的內側并位于電感上層線圈與AlGaAs薄膜之間；第一共面波導信號線、第二共面波導信號線和第一共面波導地線第二共面波導地線共同構成共面波導傳輸線。

其中的接地屏障與共面波導地線連接，從共面波導線的地線部分延伸出來，外形為插指形狀并位于電感上層線圈的下方；

其中的電感上層線圈通過犧牲層的釋放得以懸空；

其中的標準砷化鎵GaAs襯底為減薄襯底(厚度為100微米)；

本發明的抑制渦流效應的微電子機械電感的制備方法具體包括以下步驟：

第一步.準備襯底，選用未摻雜的半絕緣砷化鎵作為GaAs襯底；

第二步.外延生長鋁鎵砷AlGaAs薄膜：鋁鎵砷作為腐蝕自停止層，并將鋁鎵砷(AlGaAs)自停止層進行半絕緣化處理；

第三步.涂光刻膠并光刻刻蝕出共面波導傳輸線、電感下層引線和與地線連接的接地屏障的形狀；

第四步.第一次濺射Ti/Au/Ti層，形成用于電鍍的底金種子層；

第五步.第一次光刻Ti/Au/Ti層，保留不需要電鍍的地方的光刻膠；

第六步.第一次電鍍Au層；