[實用新型]一種底層埋入式微米級三維薄膜電感器

有效

• 申請號: 201521020237.2
• 申請日: 2015-12-09
• 公開（公告）號: CN205140709U
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 何興偉;方允樟;李文忠;馬云;金林楓
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28;H01F27/30;H01F27/24
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本實用新型涉及一種微電子技術領域的器件領域，具體涉及一種底層埋 入式微米級三維薄膜電感器。

背景技術

隨著集成電路的普及，電子元器件的微型化成為一種趨勢。而目前電感 是制約微型化進程的一個重要環節。國內外有很多關于微型電感的報道，多 數是二維平面型的薄膜電感，這些微型電感的電感值仍較低，不能滿足多數 場合的要求。因而我們仍經常看到一塊集成電路板上放置著漆包線繞指在磁 環外的大電感。這種場景體現了應用上對大電感值的微型電感的迫切需求。

三維薄膜電感，通電后產生的磁通量會大于二維平面行的薄膜電感。尤 其是薄膜導線纏繞磁性膜性層(類似于漆包線外繞磁體)的三維薄膜電感， 內置的高磁導率磁芯能放大磁通量，更容易獲得大的電感值。

根據文獻調研，薄膜導線纏繞磁性膜性層(類似于漆包線外繞磁體)的 三維薄膜電感主要有以下兩種制備方法：(1)采用光刻鍍膜的方法。根據光 刻套刻技術，在襯底上制備多層膜(底條紋導線層、磁芯層、頂條紋導線層)， 使他們在垂直于襯底平面的方向上有疊層式的分布，兩條紋導線層通過觸點 在磁芯層的兩側相互連接，纏繞式包裹著磁性層，形成三維薄膜電感。這種 方法比較簡單，是制備微電路較常用而成熟的方法。但存在一個明顯的缺陷， 由于底導線層的條形欄柵型起伏形狀，導致其上的膜層也是蜿蜒起伏的。膜 層在垂直方向的不能完全分離開(見圖1)。約1/3的磁性層區與底導線層為 同一平面，約1/3的磁性層區與頂導線層為同一平面，部分底導線層與頂導 線層在同一平面。這極大的減小了薄膜線圈所夾的截面面積和磁芯層的占空 比。同時蜿蜒起伏的結構使得磁性層中存在應力，會很大程度影響其軟磁性 能。(2)光刻鍍膜結合微加工的方法。該方法在生長出底條紋導線層后，甩 一種絕緣有機膠體，固化后用微加工的方法拋光平表面，使得后面的磁性層 生在在平整的表面。然后在甩該絕緣有機膠體，固化后用微加工的方法拋光 平表面在生長頂條紋導線層，兩導線層通過電鍍出電極柱的方式連接。該方 法得到的膜層在垂直方向上是完全分離且均是平整的，達到了類似于漆包線 外繞磁體的效果(見圖2)。然而，該方法也同樣存在缺陷。結合微加工的方 法會是工藝變得更加復雜，多了拋光、電鍍等步驟，不是目前微電路的主流 加工工藝。更致命的是，微加工的拋光法在水平上對其他器件會有毀滅性的 破壞，也不適合大規模集成電路的使用。

實用新型內容

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：

一種底層埋入式微米級三維薄膜電感器，包括襯底、導線底層、導線頂 層和包裹有絕緣層的磁性層，所述導線頂層位于所述導線底層上，所述磁性 層位于所述導線頂層和所述所述導線底層之間，所述導線底層和導線頂層均 為Cr膜、Cu膜和Cr膜疊加組成的，所述磁性層為Cr膜、Cu膜、FeCuNbSiB 膜、Cu膜和Cr膜疊加組成的，所述導線底層埋入襯底內，所述導線底層的 上表面與襯底平面持平。

本實用新型的有益效果為：本實用新型為底層埋入式的電感器，即在制 造時，在底導線層光刻實現后不直接鍍膜，而是采用刻蝕的方法使襯底下凹， 再鍍膜，將底導線層斜紋埋入凹槽，并通過控制厚度，讓底導線層斜紋的頂 部與襯底基本持平。然后在該平面上依次鍍絕緣層、磁芯層、絕緣層、頂條 紋導線層。通過純光刻法，實現結構優良的三維薄膜電感器。并將尺寸減小 到微米級,成功避免了磁性層的彎曲及各層在垂直平面方向部分交疊的情 形。

進一步的，所述磁性層由絕緣底層和絕緣頂層包裹，所述絕緣底層和絕 緣頂層被導線底層和導線頂層通過觸點對接纏繞包裹。

進一步的，所述導線底層和導線頂層為薄膜斜紋層。

進一步的，所述磁性層是環型跑道形狀。

采用上述進一步方案的有益效果為：采用閉環會達到更高的磁導率。

進一步的，所述磁性層的厚度為2到10μm。

附圖說明

圖1是普通光刻鍍膜法制造的薄膜電感器沿薄膜螺線管軸向且垂直膜面 的截面示意圖；

圖2是光刻鍍膜結合微加工的方法制造的薄膜電感器沿薄膜螺線管軸向 且垂直膜面的截面示意圖；

圖3是本實用新型的薄膜電感器沿薄膜器螺線管軸向且垂直膜面的截面 示意圖。

圖4是本實用新型導線底層圖案；

圖5是本實用新型磁性層圖案；