專利名稱：一種薄膜集成天線及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信用天線制造技術(shù)。特別是提供了一種薄膜集成天線及其采用了鍍膜技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制作該薄膜集成天線的方法。
現(xiàn)有的通信技術(shù)中普遍使用的天線還是由塊狀金屬物體制成的。例如通信用手機(jī)上使用的圓柱形金屬銅制天線。這類天線都具有一定的體積和較大重量?，F(xiàn)在，隨著微電子科學(xué)及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備的整機(jī)在不斷向小型化和輕型化發(fā)展，因此，對天線體積的進(jìn)一步小型化及天線的重量更加輕型化就提出了必然的要求。此外，天線接收和發(fā)送無線電信號時(shí)，由于趨膚效應(yīng)，只是使用塊狀金屬天線的表面1μm—10μm厚的表面層部分，而在這表面層以下深層部分并未使用，在金屬材料的使用效率上是一種浪費(fèi)。再有，在塊狀金屬天線的制作加工成型工藝過程中，由于切削工具的使用，浪費(fèi)了大量的金屬材料。最后，由于金屬材料本身的價(jià)格較高以及塊狀金屬天線的制作加工成型工藝過程中的較大材料耗損，塊狀金屬天線的成本很高。
本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜集成天線以及其制作方法。與塊狀金屬天線相比，具有體積小，重量輕，減少了天線的制作工藝過程中的金屬材料耗損，降低了天線的成本。
本發(fā)明的構(gòu)成是薄膜集成天線由基板及在基板上生成由單層金屬薄膜，或金屬薄膜和鐵電體薄膜構(gòu)成的雙層膜，或金屬薄膜和鐵電體薄膜相互交替而構(gòu)成的3—50層復(fù)合膜組成，每層金屬薄膜的厚度為0.1μm—20μm，鐵電體薄膜的厚度為0.1μm—20μm，金屬薄膜具有垂直于基板表面的柱狀結(jié)晶晶粒。結(jié)晶晶粒的大小，即結(jié)晶晶粒在平行于基板表面方向上的寬度是10nm—10000nm。鐵電體薄膜具有垂直于基板表面的柱狀結(jié)晶晶粒。結(jié)晶晶粒的大小，即結(jié)晶晶粒在平行于基板表面方向上的寬度，是50nm—10000nm。制作該薄膜集成天線的方法如下1、基板的選擇基板可以是高分子材料，如塑料，聚四合物等?；逡部梢允欠蔷B(tài)材料，如玻璃，二氧化硅(SiO2)等?；逡部梢允墙饘傺趸锾沾刹牧希缪趸\(ZnO)，鈦酸鋇(BaTiO3)，鈦酸鉛(PbTiO3)，鋯酸鉛(PbZrO3)，鈦酸鋯酸鉛(PZT)，鈦酸鋯酸鑭酸鉛
(PLZT)等?；逡部梢允前雽?dǎo)體材料，如硅(Si)，砷化鎵(GaAs)等。
2、在基板上鍍金屬薄膜在基板上用物理沉積或化學(xué)沉積的方法鍍上0.1μm—20μm厚的金屬薄膜。物理沉積方法可采取直流等離子體磁控濺射法，電子束真空沉積法，激光濺射法，離子束濺射法，分子束外延生長法等?；瘜W(xué)沉積方法可采取金屬有機(jī)溶液化學(xué)沉積法(MOCVD)，溶膠-凝膠法(Sol-Gel)，金屬有機(jī)物分解法(MOD)等。所沉積的金屬薄膜可以是單質(zhì)金屬薄膜，如Cu，Al，Pt，Ir，Au，Ag，Ni，Co，F(xiàn)e等，也可以是金屬合金薄膜，如NiCu，NiCo，NiFe，PtCu，CuAg等，也可以是氧化物金屬薄膜，如二氧化銥(IrO2)，二氧化釕(RuO2)等。
3、在基板上生成雙層膜(金屬薄膜/鐵電體薄膜)在上述陳述的基板上用物理沉積或化學(xué)沉積的方法首先鍍上0.1μmmm—20μm厚的鐵電體薄膜。前述物理沉積方法，如射頻等離子體濺射法，電子束真空沉積法，激光濺射法，離子束濺射法等。前述化學(xué)沉積方法，如金屬有機(jī)溶液化學(xué)沉積法(MOCVD)，溶膠-凝膠法(Sol-Gel)，金屬有機(jī)物分解法(MOD)等。前述鐵電體薄膜，如氧化鋅(ZnO)薄膜，鈦酸鋇(BaTiO3)薄膜，鈦酸鉛(PbTiO3)薄膜，鋯酸鉛(PbZrO3)薄膜，鈦酸鋯酸鉛(PZT)薄膜，鈦酸鋯酸鑭酸鉛(PLZT)薄膜等。這些鐵電體薄膜都具有較高的誘電常數(shù)。進(jìn)一步在前述鐵電體薄膜上同上述2中陳述的內(nèi)容一樣生長金屬薄膜。
4、在基板上生成多層膜把上述3中陳述的制作方法進(jìn)行多次重復(fù)后，就可以在基板上生成由鐵電體薄膜和金屬薄膜相互交替而構(gòu)成的多層膜。
5、金屬薄膜的結(jié)構(gòu)上述2，3或4中陳述的金屬薄膜具有垂直于基板表面的柱狀結(jié)晶晶粒。結(jié)晶晶粒的大小，即結(jié)晶晶粒在平行于基板表面方向上的寬度，是10nm—10000nm。
6、鐵電體薄膜的結(jié)構(gòu)上述3或4中陳述的鐵電體薄膜具有垂直于基板表面的柱狀結(jié)晶晶粒。結(jié)晶晶粒的大小，即結(jié)晶晶粒在平行于基板表面方向上的寬度，是50nm—10000nm。
7、成型工藝根據(jù)上述2，3或4中陳述的制作方法制成各種薄膜試樣后，用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的工藝方法把前述各種薄膜試樣刻制成各種所需的形狀，從而獲得所需的薄膜集成天線。半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的工藝方法主要指刻蝕成形方法，如離子刻蝕法，光刻法，激光刻蝕法，模具成型法等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、金屬薄膜集成天線取代塊狀金屬天線，一方面減少了天線制作工藝過程中的材料耗損，另一方面在天線的使用過程中，提高了材料的使用效率。從而大量節(jié)省了金屬材料。
2、減輕了天線的重量，減少了天線的體積。
3、由于使用了鍍膜技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的工藝，從而使天線的生產(chǎn)可以容納到通信用微電子集成電路生產(chǎn)工藝中，提高通信用設(shè)備的整機(jī)生產(chǎn)能力。
4、使天線的成型工藝變?yōu)楹唵巍?br> 5、降低了天線及通信設(shè)備的成本，具有廣泛的市場前景。
6、由于使用了鐵電體薄膜和金屬薄膜的雙層膜或多層膜結(jié)構(gòu)，從而可以使天線的性能提高，如頻帶范圍的增寬。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明說明書附圖。


圖1是本發(fā)明制作天線用的金屬Cu薄膜的斷面層狀結(jié)構(gòu)示意圖。(1)為半導(dǎo)體硅(Si)基板，(2)為二氧化硅膜，(3)為金屬Cu薄膜，(4)為金屬Cu薄膜的柱狀結(jié)晶晶粒。
圖2是制作天線用的鐵電體BaTiO3薄膜和金屬Cu薄膜構(gòu)成的雙層膜的斷面層狀結(jié)構(gòu)示意圖。(4)為金屬Cu薄膜柱狀結(jié)晶晶粒，(5)為鐵電體BaTiO3薄膜，(6)為鐵電體BaTiO3薄膜的柱狀結(jié)晶晶粒。
圖3是薄膜集成天線的形狀。(7)為基板，(8)為基板表面，(9)為金屬薄膜，(10)天線形狀。
圖4是薄膜集成天線的形狀。(11)為基板，(12)為基板表面，(13)為金屬薄膜，(14)為天線形狀。
實(shí)施例1、在半導(dǎo)體硅(Si)基板上制作Cu的薄膜集成天線對直徑50mm的Si基板用5％硫酸清洗后，再用丙酮、乙醇和去離子水分別進(jìn)行超聲波清洗，清洗后的基板用高純氮?dú)獯蹈伞?br> 用濕式熱氧化法(含水氧氣，1000度，4小時(shí))在Si基板表面生成1μm厚的二氧化硅(SiO2)膜。
把天線成型模具固定在生長有SiO2膜的基板上，并把它放到鍍膜室內(nèi)，把鍍膜室抽到2×10-7Torr的真空度。
用直流等離子體磁控濺射法沉積2μm厚的Cu薄膜。沉積條件是氬氣壓力5×10-3Torr，濺射電壓400V，濺射電流0.8A，基板溫度200度，基板到Cu靶的距離是80mm。薄膜厚度可以用調(diào)整沉積時(shí)間來控制。
薄膜沉積完成后，從基板上取下天線成型模具，在Si基板上就直接形成了Cu的薄膜集成天線。
2、在半導(dǎo)體硅(Si)基板上制作由鐵電體BaTiO3薄膜和金屬Cu的薄膜構(gòu)成的雙層膜集成天線。
對直徑50mm的Si基板用5％硫酸清洗后，再用丙酮和乙醇、去離子水分別進(jìn)行超聲波清洗，清洗后的基板用高純氮?dú)獯蹈伞?br> 用濕式熱氧化法(含水氧氣，1000度，4小時(shí))在Si基板表面生成1μm厚的二氧化硅(SiO2)膜。
把天線成型模具固定在生長有SiO2膜的基板上，并把它放到鍍膜室內(nèi)，把鍍膜室抽到2×10-7Torr的真空度。
用射頻等離子體濺射法沉積1μm厚的BaTiO3非晶態(tài)薄膜。沉積條件是氬氣和氧氣的混合氣體壓力1×10-2Torr，氬氣和氧氣的比率為4比1，濺射功率100W，基板溫度為室溫，基板到BaTiO3靶的距離是80mm。薄膜的厚度可以用調(diào)整沉積時(shí)間來控制。
熱處理使BaTiO3非晶態(tài)薄膜結(jié)晶。處理氣體氧氣，處理溫度600度，處理時(shí)間30分鐘。
在BaTiO3結(jié)晶薄膜上用上述實(shí)施例1中陳述的方法沉積2μm厚的Cu薄膜。最終制成由鐵電體BaTiO3薄膜和金屬Cu薄膜構(gòu)成的雙層膜集成天線。
權(quán)利要求
1.一種薄膜集成天線其特征在于由基板及在基板上生成的單層金屬薄膜或金屬薄膜和鐵電體薄膜構(gòu)成的雙層膜，或金屬薄膜和鐵電體薄膜相互交替而構(gòu)成的3—50層復(fù)合膜組成，每層金屬薄膜的厚度為0.1μm—20μm，鐵電體薄膜的厚度為0.1μm—20μm，金屬薄膜具有垂直于基板表面的柱狀結(jié)晶晶粒，結(jié)晶晶粒在平行于基板表面方向上的寬度為10nm—10000nm，鐵電體薄膜具有垂直于基板表面的柱狀結(jié)晶晶粒，結(jié)晶晶粒在平行于基板表面方向上的寬度，是50nm—10000nm。
2.按照權(quán)利要求所述的薄膜集成天線其特征在于基板可以是塑料，聚四合物等高分子材料；也可以是玻璃，二氧化硅等非晶態(tài)材料，還可以是氧化鋅，鈦酸鋇，鈦酸鉛，鋯酸鉛，鈦酸鋯酸鉛，鈦酸鋯酸鑭酸鉛等金屬氧化物陶瓷材料；也可以是硅，砷化鎵等半導(dǎo)體材料；所沉積的金屬薄膜可以是Cu，Al，Pt，Ir，Au，Ag，Ni，Co，F(xiàn)e等單質(zhì)金屬薄膜，也可以是NiCu，NiCo，NiFe，PtCu，CuAg等金屬合金薄膜，或二氧化銥，二氧化釕等氧化物金屬薄膜；所沉積的鐵電體薄膜可以是氧化鋅薄膜或鈦酸鋇薄膜、鈦酸鉛薄膜、鋯酸鉛薄膜、鈦酸鋯酸鉛薄膜、鈦酸鋯酸鑭酸鉛薄膜等。
3.一種薄膜集成天線的制作方法，其特征在于該方法由選擇基板、在基板上鍍金屬薄膜、在基板上生成金屬薄膜/鐵電體薄膜雙層膜、在基板上生成金屬薄膜/鐵電體薄膜的多層膜，成型工藝組成如下a選擇基板，基板可以采用高分子材料或非晶態(tài)材料，還可以采用金屬氧化物陶瓷材料或半導(dǎo)體材料；b在基板上鍍金屬薄膜，采用直流等離子體磁控濺射法，電子束真空沉積法，激光濺射法，離子束濺射法，分子束外延生長法等物理沉積法或金屬有機(jī)溶液化學(xué)沉積法，溶膠-凝膠法，金屬有機(jī)物分解法等化學(xué)沉積的方法，鍍上0.1μm—20μm厚的金屬薄膜；所沉積的金屬薄膜可以是Cu，Al，Pt，Ir，Au，Ag，Ni，Co，F(xiàn)e等單質(zhì)金屬薄膜，也可以是NiCu，NiCo，NiFe，PtCu，CuAg等金屬合金薄膜，或二氧化銥(IrO2)，二氧化釕(RuO2)等氧化物金屬薄膜；c在基板上生成金屬薄膜/鐵電體薄膜雙層膜，在已沉積金屬薄膜的基板上采用物理沉積或化學(xué)沉積的方法鍍上0.1μm—20μm厚的鐵電體薄膜，再在鐵電體薄膜上生長金屬薄膜，這種制作方法進(jìn)行多次重復(fù)，就可以在基板上生成由鐵電體薄膜和金屬薄膜相互交替而構(gòu)成的多層膜，所沉積的鐵電體薄膜可以是氧化鋅薄膜或鈦酸鋇薄膜、鈦酸鉛薄膜、鋯酸鉛薄膜、鈦酸鋯酸鉛薄膜、鈦酸鋯酸鑭酸鉛薄膜等；d成型工藝，采用上述方法制成各種薄膜試樣后，用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的工藝方法把各種薄膜試樣刻制成所需的形狀，從而獲得所需的薄膜集成天線，半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的工藝方法主要指離子刻蝕法、光刻法、激光刻蝕法、模具成型法等刻蝕成形方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種薄膜集成天線及其采用了鍍膜技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制作該薄膜集成天線的方法。薄膜集成天線由基板及在在基板上生成由金屬薄膜和鐵電體薄膜相互交替而構(gòu)成的3－50層復(fù)合薄膜組成,制作方法由選擇基板、在基板上鍍金屬薄膜、在基板上生成金屬薄膜/鐵電體薄膜雙層膜及多層膜,成型工藝組成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于金屬薄膜集成天線可取代塊狀金屬天線,減少了天線制作工藝過程中的材料耗損,提高了材料的使用效率。
文檔編號H05K3/00GK1326242SQ0010933
公開日2001年12月12日 申請日期2000年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月29日
發(fā)明者邱宏, 張翼, 任玉榮 申請人:北京科大天宇微電子材料技術(shù)開發(fā)有限公司