(57)【要約】      （修正有）【課題】渦電流を減少させ高周波まで動作可能な３次元コイル構造を提供する。【解決手段】３次元デバイスであるコイル構造１００は、基板１０１と、コイル１０２とを備える。コイル１０２は１つ以上の応力工学的層を備える膜を備え、膜は基板に対して面外にカールされた弾性部分と、弾性部分を基板に付着させるアンカー部分とを含む。外側伝導性層は、弾性部分及びアンカー部分の上に配置される。デバイスは、２つの隣接アンカー部分間で、２つの隣接アンカー部分を電気的に接続せずに延在する１つ以上の導電性スタブを含む。【選択図】図１
2019021914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元構造を形成するための方法であって、
応力工学的膜を伝導性層の上に蒸着することであって、前記応力工学的膜は、
前記応力工学的膜が前記伝導性層から剥離されるときにカールするように、不均一な応力プロファイルを前記１つ以上の層の厚さにわたって有する弾性部分と、
前記伝導性層に付着したままであるように構成されたアンカー部分と、を含む、蒸着することと、
隣り合うアンカー部分間の前記伝導性層に間隙を形成することと、
１つ以上の剥離枠を画定するマスク層を蒸着することと、
前記剥離枠における前記伝導性層をエッチングすることであって、前記弾性部分がカールして前記３次元構造を形成するように、前記応力工学的膜の前記弾性部分を剥離する、エッチングすることと、
前記伝導性層を電気めっきのための接点として使用して、前記３次元構造を電気めっきすることと、を含む、方法。
【請求項２】
前記マスク層を蒸着することは、マスク材料を前記間隙内に蒸着することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記応力工学的膜の前記弾性部分は、カールして３次元コイルループを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記間隙は、前記隣り合うアンカー部分間の距離の少なくとも５０％に延在する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記間隙は、前記アンカー部分の長さの少なくとも５０％に延在する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
隣り合うアンカー部分間の距離は、約１００μｍ未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板と、
１つ以上の応力工学的層を備える膜であって、
前記基板に対して面外にカールされた弾性部分と、
前記弾性部分を前記基板に付着させるアンカー部分と、を備える膜と、
前記弾性部分及び前記アンカー部分の上に配置された外側伝導性層と、
２つの隣接アンカー部分間で、前記２つの隣接アンカー部分を電気的に接続せずに延在する１つ以上の導電性スタブと、を備える、デバイス。
【請求項８】
前記アンカー部分間の前記基板上に配置されたフォトレジストアーチファクトをさらに備える、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
回路基板と、
前記回路基板上に配置された１つ以上の電子部品と、
前記電子部品のうちの少なくとも１つに電気的に接続された導電性３次元構造であって、
１つ以上の応力工学的層を備える膜であって、
３次元形状にカールされた弾性部分と、
前記弾性部分に付着したアンカー部分と、を備える膜と、
前記弾性部分及び前記アンカー部分の上に配置された外側伝導性層と、を備える導電性３次元構造と、
２つの隣接アンカー部分間で、前記２つの隣接アンカー部分を電気的に接続せずに延在する１つ以上の伝導性スタブと、を備える、回路システム。
【請求項１０】
前記３次元構造と前記回路基板との間に配置された１つ以上の誘電体中間層をさらに備える、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、電気マイクロデバイス構造と、そのような構造を作製するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元コイル等の面外構造は、面内構造よりもいくつかの利点を提供する。面外コイルは、基板面に対して垂直ではなく平行にコイル軸を置く。加えて、面外コイルは、下地基板において誘導される渦電流を減少させ、面外コイルが高周波数で動作するときに、表皮効果及び近接効果のより良好な制御を可能にする。
【発明の概要】
【０００３】
いくつかの実施形態は、３次元構造を形成するための方法を対象とする。応力工学的膜は、伝導性層の上に配置される。応力工学的膜は、応力工学的膜が伝導性層から剥離されるときにカールするように、不均一な応力プロファイルを１つ以上の層の厚さにわたって有する弾性部分を含む。また、応力工学的膜は、伝導性層に付着したままであるアンカー部分も含む。間隙は、隣り合うアンカー部分間の伝導性層に形成される。１つ以上の剥離枠を画定するマスク層は、配置される。伝導性層は、剥離枠においてエッチングされる。伝導性層のエッチングは、弾性部分がカールして３次元構造を形成するように、応力工学的膜の弾性部分を剥離する。３次元構造は、伝導性層を電気めっきのための接点として使用して電気めっきされる。
【０００４】
いくつかの実施形態は、３次元デバイスを伴う。デバイスは、基板と、１つ以上の応力工学的層を備える膜とを含む。膜は、基板に対して面外にカールされた弾性部分と、弾性部分を基板に付着させるアンカー部分とを含む。外側伝導性層は、弾性部分及びアンカー部分の上に配置される。デバイスは、２つの隣接アンカー部分間で、２つの隣接アンカー部分を電気的に接続せずに延在する１つ以上の導電性スタブを含む。
【０００５】
いくつかの実施形態によると、回路システムは、回路基板及び１つ以上の電子部品を含む。システムは、電子部品のうちの少なくとも１つに電気的に接続された導電性３次元構造をさらに含む。３次元構造は、１つ以上の応力工学的層を備える膜を備える。膜は、３次元形状にカールされた弾性部分と、弾性部分を基板に付着させるアンカー部分とを有する。外側伝導性層は、弾性部分及びアンカー部分の上に配置される。１つ以上の伝導性スタブは、２つの隣接アンカー部分間で、２つの隣接アンカー部分を電気的に接続せずに延在する。
【０００６】
本出願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明より明白になるだろう。しかしながら、いかなる場合も、上記概要は、請求される主題に対する限定として解釈されるべきではなく、その主題は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】いくつかの実施形態に従う、微細加工オンチップ３Ｄコイルインダクタを備えるコイル構造の斜視図を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２Ａ】いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作成する方法を概説する。
【図２Ｂ】いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作成する方法を概説する。
【図２Ｃ】いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作成する方法を概説する。
【図２Ｄ】いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作成する方法を概説する。
【図２Ｅ】いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作成する方法を概説する。
【図２Ｆ】いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作成する方法を概説する。
【図２Ｇ】いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作成する方法を概説する。
【図３Ａ】アンカー部分間の寄生めっきの可能性のある位置を示す。
【図３Ｂ】寄生めっきにより形成された金属ブリッジの顕微鏡写真である。
【図４Ａ】アンカーめっき短絡の形成を示す工程順序を示す。
【図４Ｂ】アンカーめっき短絡の形成を示す工程順序を示す。
【図４Ｃ】アンカーめっき短絡の形成を示す工程順序を示す。
【図４Ｄ】アンカーめっき短絡の形成を示す工程順序を示す。
【図４Ｅ】アンカーめっき短絡の形成を示す工程順序を示す。
【図４Ｆ】アンカーめっき短絡の形成を示す工程順序を示す。
【図５Ａ】いくつかの実施形態に従う電気めっき中に発達するアンカー部分間の短絡を軽減または削減するための手法を示す。
【図５Ｂ】いくつかの実施形態に従う電気めっき中に発達するアンカー部分間の短絡を軽減または削減するための手法を示す。
【図５Ｃ】いくつかの実施形態に従う電気めっき中に発達するアンカー部分間の短絡を軽減または削減するための手法を示す。
【図５Ｄ】いくつかの実施形態に従う電気めっき中に発達するアンカー部分間の短絡を軽減または削減するための手法を示す。
【図５Ｅ】いくつかの実施形態に従う電気めっき中に発達するアンカー部分間の短絡を軽減または削減するための手法を示す。
【図５Ｆ】いくつかの実施形態に従う電気めっき中に発達するアンカー部分間の短絡を軽減または削減するための手法を示す。
【図６Ａ】いくつかの実施形態に従う回路システムの断面図を提供する。
【図６Ｂ】いくつかの実施形態に従う回路システムの断面図を提供する。
【０００８】
図面は、必ずしも一定の縮尺であるとは限らない。図面で使用する同様の数字は、同様の部品を指す。しかしながら、特定の図面における部品を指す数字の使用が、同じ数字で表示される別の図面における部品を限定するように意図されないことを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に説明する実施形態は、面外構造と、面外構造を作製するための方法とを対象とする。いくつかの実施形態では、面外構造は、自己組織化するコイル巻線を備えるコイル構造である。コイル巻線は、固有応力プロファイルを有する導電性弾性部材を備える。コイル巻線は、一定量の固有応力プロファイルを、所望のコイル巻線高さ及び曲率を生成するように設計される弾性部材に導入することによって作製される。再現可能な内蔵型応力勾配または固有応力プロファイルは、成長条件を蒸着中に適切に変動させてコイル巻線、例えば、剥離された弾性部材を生成することによって、薄膜に設計され得、剥離された弾性部材は、それ自体に戻って屈曲して、全部または半分のコイル巻線を生成する。基板から剥離されるとき、弾性部材は、その固有応力プロファイルにより、カールして面外コイル巻線を形成する。任意選択で、カールは、弾性部材上に配置された負荷要素によって制御され得る。導電性コイル巻線は、任意選択で、コイル巻線を連結する非導電性テザーによって離間構成に保持されてもよい。コイル構造が上述のように自己形成された後、コイル構造は、電気的接続のため、及び／またはコイル巻線の導電性を増加させるために電気めっきされる。本開示に説明する手法によって、約１０を上回るＱファクタ及び約１００ｕｍ未満分離した隣接コイル巻線を有する面外高Ｑファクタマイクロコイル構造の加工が可能になる。動作中、３次元（３Ｄ）面外コイル巻線は、基板表面に平行して磁場を配向し、その結果、低エネルギー損失及び高品質ファクタ性能がもたらされる。
【００１０】
本明細書に開示する方法及び構造は、米国特許第７，７１３，３８８号、第７，０００，３１５号、第６，８５６，２２５号、第６，６４６，５３３号、第６，３９２，５２４号、第５，６１３，８６１号、第５，８４８，６８５号、及び第５，９１４，２１８号に開示する技術のうちのいくつかを用い、これらの特許は全て参照により本明細書に組み込まれる。コイルまたはばねは、所望のコイル巻線またはばね高さ及び／もしくは曲率を提供するように設計された一定量の固有応力プロファイルを導入することによって作製される。再現可能な内蔵型応力プロファイルは、成長条件を蒸着中に適切に変動させて「自己組織化」するコイル構造を生成することによって薄膜に設計され得る。自己組織化コイル構造は、それ自体に戻って屈曲してコイル巻き線を生成する剥離弾性部材を含む。１つ以上の伝導性層を使用または追加することによって、インダクタまたはトランスとしての使用に適切なコイル構造が製造され得る。
【００１１】
図１は、微細加工オンチップ３Ｄコイルインダクタ１０２を備えるコイル構造１００の斜視図を示す走査型電子顕微鏡写真である。コイル構造１００は、基板１０１と、基板１０１上に配置されたコイル１０２とを備える。各コイル巻線１１０は、導電性弾性材料を備え、導電性弾性材料は、配置時に、コイル巻線１１０の自由端を基板１０１から離れて付勢する固有応力プロファイルを有する。自由端における固有応力は、弾性材料の剥離区分が基板から離れてカールするときに緩和する。各コイル巻線１１０は、それぞれのアンカー部分１１５によって基板１０１に電気的に接続される。電気めっきされたコイル巻線１１０は、アンカー部分１１５を介して共に電気的に接続される。いくつかの実施形態では、コイル巻線１１０間の距離は、約１００μｍ未満である。いくつかの実施形態では、コイル巻線１１０の幅とコイル巻線１１０間の距離との比率は、約２を上回る。
【００１２】
コイル構造１００は、標準的なウエハスケール処理技術を使用して加工されてもよく、集積回路ウエハ上にアドオン工程としてバッチ加工されることができる。コイル１０２は、蒸着した後にパターン化された応力工学的薄膜を基板１０１から剥離することによって加工されてもよい。膜の剥離された部分は、両端から上方にカールし、空中で自己組織化してコイル巻線１１０を形成する。得られた３次元（３Ｄ）構造は、足場を形成し、次に、足場は、Ｃｕ等の高伝導性の金属で電気めっきされる。図１の例では、めっき工程は、２つの対向するコイル巻線が交わる継目１１０ａを接合する。また、めっき工程は、基板からの膜剥離を加工するために用いられるコイル巻線上の穿孔も塞ぐ。めっき金属によって、３Ｄ構造１００は頑丈になり、コイルは高導電性になる。
【００１３】
図２Ａ〜２Ｇは、いくつかの実施形態に従う面外コイル構造を作製する方法を概説する。図２Ａ及び２Ｂはそれぞれ、基板２０１上の剥離層２０５上に配置された１つ以上の応力工学的層２１１を備えるパターン化膜２１０を含む部分組立品２００の上面図及び断面図を示す。膜２１０は、例えば、標準的なフォトリソグラフィー技術を使用してパターン化され得る。基板２０１は、ガラス、シリコン、または他の適切な基板材料を含んでもよい。剥離層２０５は、チタン等の導電性材料であってもよい。伝導性剥離層を使用する場合、電気めっきステップにおいて、剥離層を地板として使用することができる。
【００１４】
膜２１０は、弾性部分２１１の１つ以上の層の厚さにわたって不均一な応力プロファイルを有する弾性部分２１１を含み、弾性部分は、図２Ｂに示すように、基板２０１から剥離するときに基板２０１に対して面外にカールするようになる。膜２１０のアンカー部分２１２は、剥離されず、基板２０１に付着されたままであり、弾性部分２１１を基板２０１に付着させる。
【００１５】
膜２１０は、応力工学的であり、これは、例えば、剥離層２０５にある膜２１０の底部から膜２１０の上部まで、膜が応力勾配を有すること、または膜における応力が膜の厚さに沿って変動することを意味する。膜２１０における異なる応力レベルは、膜材料の剥離層２０５上へのスパッタ蒸着中に膜２１０の多数の副層に導入され得る。応力レベルは、多種多様の方式で制御されてもよく、反応性ガスをプラズマに添加すること、角度を付けて材料を蒸着すること、膜材料の合金組成を変動させること、膜材料を変動させること、またはプラズマガスの圧力を変化させることを含む。膜において応力勾配を作成する別の手法として、剥離層２０５を伝導性材料から形成し、それを、異なる応力特性を有する異なる層を電気めっきする際の電極として使用して膜を形成することがあり得る。例えば、第１の層は、ニッケル等の第１の材料から形成されてもよい。第２の層は、第２の層について異なる応力特性をもたらす少量の異なる化学組成を有するニッケル合金から形成されてもよい。どのように膜２１０が形成されるかに関わらず、膜２１０は、図２Ｃに示すように弾性部分２１１が剥離層２０５から剥離されるときに基板２０１の面から上方にカールする特性を有する。
【００１６】
いくつかの実施形態によると、負荷要素２２０は、弾性部分２１１が剥離されるときの弾性部分２１１の曲率を制御するために、弾性部分２１１上に蒸着される。負荷要素２２０は、弾性部分２１１上にパターン化された追加の層であり、屈曲を保持するか、または弾性部分の曲げ半径を増加もしくは減少させる応力を印加する。各負荷要素２２０は、いくつかの実施形態において、弾性部分２１１の概して中央区分に存在するようにパターン化され得る。
【００１７】
負荷要素２２０は、フォトレジスト等の再流動性材料から作製されてもよい。負荷要素２２０は、弾性部分２１１を強化し、かつレジストの無い同様の弾性部分と比べて、剥離された弾性部分２１１の半径を長くする。フォトレジストは、剥離枠を作成する同一のマスキングステップにおいて導入され得るか、または別々のステップにおいて導入され得る。フォトレジスト負荷要素２２０は、処理されるときに、極めて低い固有応力を有してもよい。弾性部分が剥離されると、フォトレジスト負荷要素２２０は、典型的には、屈曲するカンチレバーの内側にあるため、屈曲に対向するときにカンチレバーの剥離時に圧縮応力を蓄積する。フォトレジスト負荷要素２２０の１つの特徴は、レジストの負荷効果が、熱またはプラズマ灰化とともに徐々に変化し得ることである。３Ｄ構造２００を加熱すると、フォトレジスト負荷要素２２０が軟化し、フォトレジスト２２０が、そのガラス転移温度を上回る温度になるときに流動する。負荷要素２２０の幅、長さ、及び／または厚さは、剥離された弾性部分２１１に誘導される曲率の量を調整するために変動され得る。負荷要素は、３Ｄ構造の自己組織化の後に除去され得る。
【００１８】
剥離層２０５の部分は、図２Ｃの斜視図及び図２Ｄの断面図で示すように基板２０１から離れてカールする弾性部分２１１を剥離するために、剥離枠２０５ａにおいて化学的にエッチングされ得る。部分組立品２００は、上述のように加熱され、負荷層２２０を軟化することによって、膜剥離後の自己組織化工程中に弾性部分２１１のカールを制御する。図２Ｅは、剥離後の弾性部分２１１の自己組織化を示す断面図であり、基板から離れてカールするときの種々の位置における弾性部分２１１を示す。図２Ｆは、自己組織化された３Ｄ構造を示す写真である。図２Ｇは、Ｃｕで電気めっきされた後の３Ｄ構造を示す写真である。Ｃｕまたは他の伝導性金属で電気めっきすることで、２つの対向するループが交わる継目または自由ループ端がアンカー部分と交わる継目を接合し、３Ｄ構造を頑丈かつ高導電性にする。３Ｄ構造は、標準的なウエハスケール処理技術を使用して加工され得、アドオン工程として集積回路ウエハ上にバッチ加工されてもよい。３Ｄ構造の加工工程に関する追加の詳細は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，７１３，３８８号、第７，０００，３１５号、及び第６，６４６，５３３号に説明されている。
【００１９】
電気めっき工程中に起こり得る問題は、アンカー部分の間の基板上、例えば、弾性部分の離昇場所の近くで意図せぬ金属が発達することである。アンカー部分における寄生めっきは、２つの隣り合うアンカー部分間の空間を橋架し、隣接コイル巻線間で電気的短絡を引き起こし得る。図３Ａは、アンカー部分３１２−１と３１２−２との間の寄生めっきの可能性のある位置３９５を示す。図３Ｂは、寄生めっきにより形成された金属ブリッジ３９０の写真である。
【００２０】
本明細書に説明する手法は、アンカー領域間の寄生めっき短絡を軽減または防止し、かつ３Ｄ構造の処理公差を広げる。概して、金属ブリッジ問題は、めっき工程中の電気めっき化学薬品からの下地地板の不完全な封止により引き起こされる。図４Ａから４Ｆは、アンカーめっき短絡の形成を示す工程順序を示す。図４Ａは、下地Ｔｉ地板４０５上に配置された弾性部分４１１及びアンカー部分４１２を備えるパターン化応力工学的膜４１０を示す。Ｔｉ層４０５は、弾性部分４１１の剥離層として機能するだけでなく、めっきされる全ての部品を電気的に接続する地板としても機能する。めっきステップ中、電源が地板４０５に接続され、めっき化学薬品に暴露される全ての部品は、ウエハスケールでバッチめっきされる。
【００２１】
図４Ｂは、弾性部分が剥離され得る場所を画定するフォトレジスト４３２における剥離枠４３０を示す。図４Ｃは、弾性部分が剥離された後（図２Ｆの写真に示す）の剥離枠４３０のエッジに沿ったＴｉアンダーカットエッチフロント４３１を示す。
【００２２】
電気めっき工程中、Ｔｉ下層４０５のエッジが導電性であり、かつめっき化学薬品に暴露されるため、金属は、アンダーカットエッチフロント４３１の周囲に形成し得る。図４Ｄは、寄生めっき４３３をアンダーカットエッジフロント４３１の周囲に生成するめっき後の弾性部分４１１及びアンカー部分４１２を示す。めっきステップ後、フォトレジスト４３２は除去され（図４Ｅ参照）、全ての露出したＴｉ地板は、エッチング除去される。図４Ｆは、隣接アンカー部分４１２を短絡する不要な金属ブリッジ４５０を組み込む最終構造示す。
【００２３】
金属ブリッジ４５０は、チタン下層の露出したエッジをめっき化学薬品から被覆することによって防止され得る。金属ブリッジ形成の１つの解決策として、フォトレジスト４３２を十分高い温度に加熱し、アンダーカットエッジフロント４３１におけるフォトレジストを融解及びリフローさせることが挙げられる。この意図は、フォトレジストを軟化させることにあり、軟化したフォトレジストは、Ｔｉアンダーカットエッジフロント４３１の周りのアンダーカット領域内にリフローし、かつめっき化学薬品との接触に対してエッジ４３１を封止する。しかしながら、この従来の手法は、信頼性が無いため問題がある。本手法は、フォトレジストの調製法に極めて敏感である。例えば、フォトレジスト厚さ、スピンオン工程、焼付後温度、及び硬化雰囲気（真空または熱板）は全て、リフロー工程及び封止工程の完了の成功の可能性に影響を及ぼす。完全な封止は頻繁に失敗し、アンカー領域における微小の短絡が、Ｔｉアンダーカットエッジを密封する努力にもかかわらず、依然として形成する。工程の信頼性の欠如により、低デバイス歩留まりがもたらされる。加えて、従来の解決策は、単一の工程ステップ、ウエハ加熱が、地板を封止するため、かつ負荷層を軟化させて３Ｄ弾性部分を自己組織化するために使用されるため、微細加工工程公差枠を大幅に限定する。両機能は、その工程ステップのパラメータ空間内で達成されなければならない。
【００２４】
例えば、Ｔｉアンダーカットエッジを封止するための十分なリフローを達成させるためには、ウエハは、１２０℃を上回るまで加熱されなければならない。しかしながら、特定の応力工学的膜の応力プロファイル及び厚さについて、その温度は、弾性部分の適切な３Ｄ組織化には高過ぎる可能性がある。加熱時、図２Ｅに示す弾性部分の軌道は、図示している軌道を超えて継続し得、弾性部分の先端におけるラッチ機構は機能しなくなり得、かつ弾性部分は、整合して３Ｄのループを適切に形成し得ない。極端な場合では、対向する弾性部分が、それ自体内に回転して堅く巻き付けられた個々の円形のループの対を形成し得る。この状況では、周囲圧力及びスパッタ電力レベル、膜厚さ、ならびに機械的負荷層を含む膜蒸着条件は、フォトレジストのリフロー工程及び封止工程中に、弾性部分が意図されたように自己組織化するためには、設計された応力プロファイルに正確に一致しなければならない。設備条件及びにおける工程パラメータにおける小さなドリフトによって、コイル組織化工程が失敗し得る。このように、フォトレジストのリフローを使用してＴｉアンダーカットエッジを封止するための温度制約は、３Ｄ構造の加工を成功させるための膜蒸着条件の利用可能なパラメータ空間を大幅に制限する。
【００２５】
本明細書に説明する実施形態は、上述の問題を克服し、かつアンカー領域間のめっき短絡を防止する信頼できる方式を提供する。開示される手法は、３Ｄ構造を加工するための工程公差を拡大する。いくつかの実施形態によると、この手法は、隣接アンカー領域間の間隙を開口するために、電気めっき地板をパターン化することを含む。次に、これらの開口部は、微細加工工程における後続のステップ中にフォトレジストによって自動的に封止され得る。適切に設計される場合、封止された開口部は、電気めっき工程中に金属ブリッジがアンカー領域にわたって形成することを防止し得る。また、この手法は、地板封止工程をコイル組織化工程から分離するため、コイル加工の成功のための工程公差を大幅に拡大する。
【００２６】
図５Ａから５Ｆは、電気めっき中に発達するアンカー部分間の短絡を軽減または削減するための手法を示す。図５Ａに示すように、１つ以上の層を備える応力工学的膜５１０は、基板上に配置された伝導性剥離層５０５の上に蒸着される。応力工学的膜５１０は、前述のように、弾性部分５１１及びアンカー部分５１２を含むようにパターン化される。弾性部分５１１は、剥離層がそれらの下でエッチングされるときに基板から離れてカールし、一方、アンカー部分５１２は、剥離層５０５に付着したままである。図５Ａに示すように、少なくとも１つの間隙５４０は、隣り合うアンカー部分５１２の間の剥離層５０５に形成される。
【００２７】
図５Ｂは、剥離層５０５上に配置されたフォトレジスト層５３２においてパターン化された剥離枠５３０を示す。剥離枠５３０は、剥離層がエッチングされるときに弾性部分が剥離される面積を画定する。フォトレジスト５３２のプラグは、間隙５４０を少なくとも部分的に充填する。図５Ｃは、剥離枠５３０における剥離層５０５の部分がエッチングされて弾性部分５１１が剥離した後の剥離層５０５のアンダーカットエッジフロント５３１を示す。図５Ｃに示すように、ここでは、隣接アンカー部分５１２間に露出したアンダーカットエッジが存在せず、これは、その領域がフォトレジストプラグに置き換えられているからである。弾性部分５１１及びアンカー部分５１２は、残りの伝導性剥離層５０５によって電気的に接続される。電気めっきは、剥離層を電気めっき接地接続として使用して行われる。図５Ｄは、アンダーカットエッジフロント５３１に沿って形成する寄生めっき５３３を含む、電気めっき後の構造を示す。電気めっき後、フォトレジストは、ストリップされ（図５Ｅ）、全ての露出した剥離層５０５は除去される（図５Ｆ）。図５Ｆに示すように、電気めっきされたスタブ５４１がアンカー部分間に存在する。スタブ５４１は、アンカー部分間の距離にわたって部分的に延在するが、隣接アンカー部分５１２を電気的に接続しない。スタブは、弾性部分の剥離層の電気めっきされた残存物である。図５Ｆに示すように、スタブ５４１は、基板のｘ−ｙ面にあり、ｙ軸に沿ってアンカー部分５１２から離れて屈曲し、例えば、スタブ５４１は、図５Ｆに示す配向で上方に屈曲する。いくつかの状況では、フォトレジストアーチファクトは、デバイス加工中のフォトレジストマスクの下のエッチングアンダーカットの形状を示す剥離領域の周りのかすかな輪郭として、アンカー部分間の基板上で識別できる。フォトレジストアーチファクトは、図５Ｆに示すステップのように、かつ上述のように、剥離層５０５が除去された後に剥離層５０５からの残存物によって引き起こされる。残存物は、剥離層５０５の下の材料内に組み込まれる。
【００２８】
図５Ａから５Ｆに概説する工程によると、隣接アンカー部分間の伝導性金属ブリッジは、十分制御されかつ信頼できる方式で防止される。必要に応じて、剥離枠５３０の周囲の寄生めっき金属トレース５３３は、同様に排除され得る。剥離層の適切な封止枠を開口する同一の方法は、予想されるアンダーカットのエッチフロント周囲で用いられ得る。隣接ばね間の封止枠または間隙は、アンカー領域内に十分深い距離だけ延在するように設計されてもよい。そうでなければ、剥離層アンダーカットエッジ５３１は、ばね剥離中に間隙５４０の底部５４１を超えて進み得る。例えば、間隙は、隣り合うアンカー部分５１２間の距離の少なくとも約５０％を図５Ａのｘ方向に沿って延在してもよく、及び／またはアンカー部分の長さの少なくとも約５０％をｙ方向に沿って延在してもよい。隣り合うアンカー部分５１２間のｘ方向に沿った距離は、いくつかの実施形態において、約１００μｍ未満であり得る。
【００２９】
本発明に従い生成されるオンチップ面外コイル構造は、多くの実際の適用を有する。例えば、１〜１００ｎＨの範囲のインダクタンス値で生成される場合、面外インダクタコイル構造は、任意選択で、約１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚの周波数範囲で動作するモバイルＲＦ通信デバイスにおける使用に適している。インダクタとしてのその使用に加えて、面外コイルは、トランスとしても使用され得る。マイクロトランスは、ミキサー、複同調フィルタ、及びＲＦ信号トランス等の電子部品に使用される。面外コイルは、多種多様のマイクロトランスアーキテクチャと互換性がある。面外コイルを使用するマイクロトランス設計の例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，８５６，２２５号及び第６，３９２，５２４号に記載されている。本明細書に開示された実施形態に従い作製される面外構造は、基板上に形成される任意の回路に使用されてもよい。
【００３０】
図６Ａは、いくつかの実施形態に従う回路システム６００Ａの断面図を提供する。回路システム６００Ａは、回路基板６０１上に配置された１つ以上の電子部品６５０を含む。導電性３次元構造、例えば、３Ｄコイルは、電子部品６５０のうちの少なくとも１つに電気的に結合される。３次元構造６１０は、弾性部分６１１が３次元形状内にカールされるように不均一な応力プロファイルを１つ以上の層の厚さにわたって有する弾性部分６１１を含む、１つ以上の応力工学的層を備える膜を含む。アンカー部分６１２は、弾性部分６１１を回路基板６０１に付着させる。外側伝導性層は、例えば、電気めっきによって、弾性部分６１１及びアンカー部分６１２の上に配置される。１つ以上の伝導性スタブ（図５Ｆに示す）は、２つの隣接アンカー部分６１２を電気的に接続せずに、２つの隣接アンカー部分６１２間に延在する。３Ｄ構造と電子部品６５０との間の電気的接続は、回路基板６０１の表面及び／または回路基板６０１内に配置された伝導性トレースによって作製されてもよい。
【００３１】
図６Ｂは、電子部品６５０に電気的に結合された３Ｄ構造６２０を含む回路システム６００Ｂの別の実施形態を示す。回路システム６００Ｂは、追加の中間層６６１、６６２、ならびに３Ｄ構造６２０及び電子部品６５０を相互接続するために使用され得る伝導性ルーティング構造６７１、６７２、６７３、６７４、６７５を含む。中間層６６１、６６２は、３次元構造６２０と回路基板６０１との間に配置された誘電体層である。中間層６６１は、基板６０１上に配置され、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の誘電体を含み得る。中間層６６２は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の低損失接線材料を含んでもよい。
【００３２】
ルーティングトレース金属層６７３、６７４は、中間層６７１と６７２との間に配置される。ルーティングトレース金属層６７５は、回路基板上に配置される。トレース金属層６７３、６７４、６７５は、多数の副層、例えば、蒸着区分及び／またはめっき金属区分を備え得る。ビア６１２は、３Ｄコイル６２０をルーティングトレース６７３、６７４に接続する。ルーティングトレース６７５は、電子部品６５０に接続される。ビア６７１は、ルーティングトレース６７５をルーティングトレース６７３、６７４に相互接続する。
【００３３】
別途指示の無い限り、本明細書及び特許請求の範囲に使用される特徴のサイズ、量、及び物理的特性を表す全ての数字は、「約」という用語によって全ての事例において修正されるものとして理解されたい。したがって、別途指示の無い限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本明細書に開示する教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変動し得る近似値である。終点による数値範囲の使用は、その範囲内の全ての数字（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）及びその範囲内の任意の範囲を含む。
【００３４】
上述の実施形態の種々の修正及び変更は、当業者には明白であり、本開示が本明細書に記載された例示的実施形態に限定されないことを理解されたい。読者は、別途指示の無い限り、１つの開示された実施形態の特徴が、他の全ての開示された実施形態にも適用され得ることを、想定するべきである。また、本明細書で言及された全ての米国特許、特許出願、及び特許公報、ならびに他の特許及び非特許文献が、前述の開示と矛盾しない範囲で、参照により組み込まれることも理解されたい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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