射频电感的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种射频电感的制备方法，属于电感加工技术领域。该方法包括：首先以绝缘体作为衬底，在衬底上制作金属电极，在硅片上刻出锚点，然后通过该锚点将硅片和衬底键合，硅片和绝缘体键合后，采用感应耦合等离子体刻蚀、释放电感螺线结构，最后对电感施加无电镀铜，降低寄生电阻。本发明专利技术以被无电镀金属镀层包裹的单晶硅螺线结构悬空在绝缘衬底上构成电感，结构简单、寄生效应小、且流程成熟、简单、易于控制、电感制造周期较短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电感加工
，具体涉及一种射频MEMS电感的制备方法。
技术介绍
在RF电路中，具有高品质因数(Q)和低损耗的电感元件对电路性能的提高有重要的直接影响。采用CMOS双层多晶硅技术制备的电感的Q的提高受到了衬底损耗、电感寄生电阻损耗等的限制。2000年美国康奈尔大学提出了采用MEMS技术制备的高Q悬挂电感，以高阻硅作为衬底2、以多晶硅制成螺线结构3，同时采用无电镀铜技术降低电感的寄生电阻，达到了相当高的Q值。如图1所示。但是其制备工艺复杂，Q的提高幅度有限，并且不能消除衬底损耗及有效减小相关寄生因素的影响。
技术实现思路
本专利技术克服了上述制备工艺复杂、不能消除衬底损耗的缺陷，提供一种射频MEMS电感的制备方法。一种，步骤包括(1)以绝缘体作为衬底，在衬底上制作金属电极；(2)在硅片上刻出锚点，通过该锚点将硅片和衬底键合，硅片和绝缘体键合后，采用感应耦合等离子体刻蚀、释放单晶硅螺线结构，螺线结构悬空在绝缘衬底上；(3)对电感施加无电镀铜，降低寄生电阻。衬底采用玻璃、陶瓷等绝缘材料。所述硅片为双面抛光重掺杂(电阻率0.01Ω·cm以上)(100)、(110)单晶硅片。所述无电镀铜的工艺步骤包括(1)镀前的预处理用H2SO4+H2O2清洗及氧等离子体轰击电感螺线结构；(2)激活处理在电感螺线结构和金属电极上包裹一层作为催化中心的钯微粒或晶籽层；(3)激活处理后的电感用去离子水清洗后立即放入镀铜液中进行无电镀铜。镀铜溶液可包括氧化剂——五水硫酸铜；络合剂——乙二胺四乙酸(EDTA)；稳定剂——二二联吡叮；表面活性剂——RE-610，其质量比为5∶15∶0.025∶0.0024。进一步，在铜镀层外再无电镀一薄层镍镀层，无电镀镍溶液包括氧化剂——六水硫酸镍；还原剂——次磷酸钠；络合剂——柠檬酸钠，其质量比为19∶20∶20。所述在衬底上制作金属电极的工艺步骤可包括 (1)光刻及腐蚀玻璃衬底；(2)在玻璃衬底上溅射Ti/Pt/Au，形成金属引线。所述制备电感螺线结构的工艺步骤可包括(1)光刻及ICP刻蚀硅片表面得到锚点，锚点高度为2～15微米；(2)硅片和衬底键合；(3)KOH腐蚀减薄硅片到约10～100微米；(4)光刻硅片得到平面螺线结构掩模，ICP刻蚀释放结构。配置镀铜溶液的步骤可包括(1)按照镀铜溶液配比，将五水硫酸铜和乙二胺四乙酸分别配成溶液后混合，并调整PH值至12-13；(2)将二二联吡叮和RE-610分别倒入五水硫酸铜和乙二胺四乙酸的混合溶液中；(3)加入还原剂甲醛，并加热溶液至50℃-80℃。配置镀镍溶液的步骤可包括(1)按照镀铜溶液配比，将六水硫酸镍和柠檬酸钠分别配成溶液后混合；(2)取次磷酸钠配成溶液后倒入六水硫酸镍和柠檬酸钠的混合溶液中；(3)滴加稀氨水以调整PH值至7-8，加热溶液至50℃-80℃。本专利技术的技术效果本专利技术以被无电镀金属镀层包裹的单晶硅螺线结构悬空在绝缘衬底上构成电感，结构简单，寄生效应小。其中螺线结构为单晶硅，可以方便调节螺线结构厚度；由于衬底为绝缘体(如玻璃)，且单晶硅螺线结构悬浮在衬底上的高度也可以方便地调节，所以衬底中的寄生效应(如涡流等)可以基本消除。电感的整套工艺只需三次光刻，工艺流程成熟、简单，易于控制，电感制造周期较短。该电感的性能参数可以通过改变电感制作版图的结构参数而得到调整，比如Q最大值对应的频率点可以通过改变电感制作版图的结构参数(如螺线形状、圈数、中心间距、螺线宽度、螺线间距、螺线结构自身厚度、螺线结构与衬底之间的间距等)而调整到应用所需频率。该电感还可以与其它无源或有源器件集成在一起应用在射频电路中，达到微型化、低成本，具有广阔的市场前景和可观的经济效益。本专利技术与无电镀铜镍技术相结合，在单晶硅螺线结构四周包裹上复合金属镀层，可大大降低电感的寄生电阻，提高电感的导电性，使得电感的Q在一定的频率下达到了很高的值，同时电感值也比较高。附图说明下面结合附图，对本专利技术做出详细描述。图1为现有电感的结构示意图；图2为本专利技术电感结构的截面示意图；图3为本专利技术电感结构的俯视图；图4为本专利技术电感的硅表面铜镀层；图5-a为本专利技术电感的电感值；图5-b为本专利技术电感的Q随频率的变化曲线；图6-a为铜镀层厚度不同的两个本专利技术电感的电感值图6-b为铜镀层厚度不同的两个本专利技术电感的Q随频率的变化曲线；图7为本专利技术电感的工艺流程图；图8为本专利技术电感的显微镜照片。具体实施例方式参考图2、图3，本专利技术制备的电感是以绝缘体玻璃作为衬底2，高掺杂的单晶硅螺线结构3通过锚点1与衬底结合，螺线结构3表面被无电镀镀层包裹。衬底也可以采用其它的绝缘体，如陶瓷等，以基本消除寄生效应。本专利技术的工艺步骤包括(1)双端电感的电极4从玻璃衬底2上引出，采用Ti/Pt/Au合金作为金属引线，重掺杂的单晶硅锚点与此合金可以形成良好的电接触；(2)选用双面抛光的重掺杂(电阻率0.01Ω·cm以上)(100)、(110)单晶硅片制备螺线结构，首先在硅片的某一表面刻出锚点图形，硅片通过锚点和玻璃键合在一起，在硅玻璃键合之后采用感应耦合等离子体(ICP)深刻蚀形成并释放平面螺线结构，锚点的高度即螺线结构底端与玻璃衬底的间距，增大这个间距可以降低可能的寄生电容，但同时会影响结构的稳定性，通常此间距范围在2～15微米。单晶硅螺线结构的厚度范围在约10～100微米。(3)施行无电镀铜。无电镀铜的基本原理是电感的表面具有催化活性后，放置在镀铜溶液中，由还原剂将铜离子还原沉积在电感表面上形成金属铜层。无电镀铜的工艺步骤有三镀前的预处理，激活，无电镀铜。镀前的预处理主要用H2SO4+H2O2清洗及氧等离子体轰击电感结构，这一方面是为了去除表面残余的有机物，另一方面是为了使尚存的光滑单晶硅表面一定程度的粗糙化。经过去离子水清洗的电感应立即放入激活液中。常用的激活液是氯化钯(0.1～3g/L)和氢氟酸溶液(体积比10％～30％)。激活具有选择性和保形性，即仅在硅基体和金属表面包裹一层作为催化中心的钯微粒或晶籽层，绝缘体如玻璃表面则不会形成催化中心。激活后的电感用去离子水清洗后应立即放入镀铜液中。无电镀铜溶液的工艺配方为氧化剂——五水硫酸铜；络合剂——乙二胺四乙酸(EDTA)；稳定剂——二二联吡叮；表面活性剂——RE-610，其质量比为5∶15∶0.025∶0.0024。还原剂——甲醛，一般每1mol五水硫酸铜，需要甲醛200～300ml。还要用氢氧化钾来调整pH值至12～13。工作温度为50～80摄氏度(℃)。参考图4，无电镀铜也具有选择性和保形性。由于铜在空气中易被氧化，而且用于射频测量的网络分析仪的探针不可直接接触铜镀层，故需要对铜镀层进行保护。本专利技术在工艺中采用在铜镀层外再无电镀一薄层镍镀层的办法来对铜镀层加以保护。无电镀铜之后仍需激活才可无电镀镍，激活的配方及步骤同前。无电镀镍的基本原理及工艺步骤与无电镀铜的基本相似。无电镀镍溶液的工艺配方为氧化剂——六水硫酸镍；还原剂——次磷酸钠；络合剂——柠檬酸钠，其质量比为19∶20∶20。还要用氨水来调整pH值到7-8。工作温度为50～80℃。对铜层的保护，除了采用镀镍的方法，也可以采用使用有机物(如C18OTS等)的方法。无电镀的实验设备如下盛放激活液的微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频电感的制备方法，步骤包括：（１）以绝缘体作为衬底，在衬底上制作金属电极；（２）在硅片上刻出锚点，通过该锚点将硅片和衬底键合，硅片和绝缘体键合后，采用感应耦合等离子体刻蚀、释放螺线结构，电感螺线结构悬空在衬底上；　 　（３）对电感施加无电镀铜，降低寄生电阻。

【技术特征摘要】
1.一种射频电感的制备方法，步骤包括(1)以绝缘体作为衬底，在衬底上制作金属电极；(2)在硅片上刻出锚点，通过该锚点将硅片和衬底键合，硅片和绝缘体键合后，采用感应耦合等离子体刻蚀、释放螺线结构，电感螺线结构悬空在衬底上；(3)对电感施加无电镀铜，降低寄生电阻。2.如权利要求1所述的射频电感制备方法，其特征在于衬底采用玻璃、陶瓷等绝缘材料。3.如权利要求1或2所述的射频电感制备方法，其特征在于所述硅片为双面抛光重掺杂(电阻率0.01Ω·cm以上)(100)、(110)单晶硅片。4.如权利要求1所述的射频电感制备方法，其特征在于所述无电镀铜的工艺步骤包括(1)镀前的预处理用H2SO4+H2O2清洗及氧等离子体轰击电感螺线结构；(2)激活处理在电感螺线结构和金属电极上包裹一层作为催化中心的钯微粒或晶籽层；(3)激活处理后的电感用去离子水清洗后立即放入镀铜液中进行无电镀铜。5.如权利要求4所述的射频电感制备方法，其特征在于镀铜溶液为氧化剂——五水硫酸铜；络合剂——乙二胺四乙酸；稳定剂——二二联吡叮；表面活性剂——RE-610，其质量比为5∶15∶0.025∶0.0024。6.如权利要求4或5所述的射频电感制备方法，其特征在于在铜镀层外再无电镀一薄层镍镀层，其工艺步骤与无电镀铜相同，无电镀镍溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李轶，郝一龙，吴文刚，韩翔，李志宏，王阳元，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]