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标准工艺

 

工艺说明: 
 
平面线圈制备技术,是一项基于AZ系列光刻胶模版,结合微电铸工艺和氧化铝填充层制备技术,通过多次重复,可以制备不同层数、线宽、匝数的微线圈:线圈最小线宽约15um,间距15um。
 
 
一、    设备情况
 

甩胶台

  • 德国Karl Suss公司RC8
  • 可进行厚光刻胶的制备,具有程控功能
  • 可用最大工作尺寸:3", 最大转速: 5000rpm
  • 时间范围: 0-999s
 
双面光刻机:
  • 德国Karl Suss公司 MA6 
  • 可进行正面和反面对准曝光,
  • 最小线宽:2μm,对准精度:1μm
 
测量显微镜:
  • 日本OLYMPUS公司 STM-MJS2
  • 可进行微结构形貌观察和三维长度测试;
  • 测量精度: 1μm
 
表面轮廓仪:
  • 美国Veeco公司 Dektak 6M
  • 可进行微结构表面轮廓和结构厚度的测试;
  • 垂直测量距离:1 mm, 精度:0.1 nm/6.5μm, 1 nm/65μm, 16nm/1mm
  • 扫描长度:50μm-30mm
 
扫描电镜:
  • 日本Hitachi公司SP2600
  • 可进行微结构形貌观察和拍照;
  • 最大加速电压:25kV,最大放大倍数:20万倍,分辨率5nm
  • 附带ADDA,数模转换器,模拟信号可转化为数字信号进行处理
 
溅射机:
  • 美国Comptech公司2440型溅射机
  • 专用于沉积Al2O3,射频功率2kw/10kw,沉积速率约2μm/小时、可沉积3英吋片子12片,可溅射刻蚀,最大功率1KW。
 
德国LEYBOLD-HERAEOS公司的Z550型磁控溅射机
  • 本底真空2*10-6 mbar,射频最大功率2.5kw,直流功率最大1kw,沉积速率约数百埃/分钟。可直流、交流、溅射,靶材有Cu, Cr, Fe-Ni, Ti,可溅射3英寸片子13片,可完成多种金属单层膜、多层膜及复合膜的制备。
 
微电镀系统:
  • 实验室自制
  • 镀速: 0.02-0.1mm/hr; 
  • 流量:0.5-2L/min 搅拌; 
  • 速率:20-100次/min; 
  • 温度:40度-70度;
  • 温度控制精度:0.10度。
  • 可实现多种金属电铸
 
二、    工艺流程
 

如图1所示为采用上述设备制造平面线圈的基本工艺流程:
 
(a)该平面线圈是以锰锌软磁铁氧体为基体材料;
 
(b)首先在清洁的铁氧体基片上用直流磁控溅射一层Al2O3绝缘层,其基本工艺参数如下表所示
 
溅射膜层
本底真空
气体
工作气压
溅射功率
Al2O3
2´10-6mbar
高纯Ar
10´10-3mbar
4000 W
 
 (c)接着在Al2O3层上溅射一层800Å厚的Cr/Cu电镀种子层,用来电镀铜线圈,其基本工艺参数如下表所示:
 
溅射膜层
本底真空
气体
工作气压
溅射功率
Cr/Cu
4´10-6mbar
高纯氩气
5´10-3mbar
500 W
 
(d)然后在Cr/Cu电镀种子层上甩一层20mm厚的AZ4903光刻胶,光刻、显影出电镀铜线圈的窗口,并经坚膜处理,其工艺条件如下表所示:
 
光刻胶类型
厚度
甩胶转速及时间
前烘温度、时间、冷却条件
AZ P4903
20μm
1500 rpm×30 s
50℃,60分钟,90℃,120分钟,炉冷
 
 (e)电镀底层的铜线圈,其厚度为18mm,其工艺条件如下表所示;
 
电镀溶液成份
含量
硫酸铜
150 g/L
硫酸
40 g/L
酚磺酸
0.8 g/L
葡萄糖
25 g/L
温度
25°C
阴极电流密度
0.1~1A/dm-2
(f)甩一层8mm厚的AZ4620光刻胶,并前烘,其工艺条件如下表所示:
 
光刻胶类型
厚度
甩胶转速及时间
前烘温度、时间、冷却条件
AZ P4620 5μm 3000 rpm×30 s 65℃,30分钟,90℃,60分钟,炉冷
 
(g)经光刻、显影开出连接上下两层线圈的通孔,并进行坚膜处理;
 
(h)然后电镀连接上下层的铜引线,其厚度为7mm,工艺条件同步骤e;
 
(i)用丙酮溶泡去胶后,于80°C的烘箱内烘干;
 
(j)用溅射方法除去这些暴露出来的Cr/Cu电镀种子层,这一步是使相邻铜导线之间电绝缘,其工艺参数如下表所示:
 
本底真空
1.4´10-6mbar
Ar流量
70sccm
溅射功率
500W
刻蚀时间
9分钟
 
(k)溅射25mm厚的Al2O3层作为线圈导线间和层与层间的绝缘材料,其工艺条件同步骤b;
 
(l)研磨抛光暴露出连接上下层线圈的铜引线,采用LAPMASTER公司的15型研磨机在研磨盘上进行研磨。所用磨料为三氧化二铬、氧化铝、粘接剂及发泡氨基甲酸乙酯油等;
 
(m)清洗表面后,重复上述(c)至(i)步,即可制作上层铜线圈。
 
图1平面线圈的制作工艺步骤
图2为制作完成的平面线圈局部的扫描电镜照片
 
工艺图片:
 
 

 

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