[发明专利]半导体的3D传输线

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体结构领域，更具体地来说，涉及半导体结构的导电传输线及其形成方法。

背景技术

配备无线数据和通信系统的半导体封装件包含各种RF(射频)传输结构，有时在芯片上或封装件内构建该RF传输结构。通常认为RF信号的频率在约3kHz至300GHz的范围内，而在300MHz(0.3GHZ)至300GHz之间的频域通常被称为微波。利用称为“传输线”的导电结构通过半导体封装件或器件传送电磁RF波或信号。作为实例，传输线用于在单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC)中将独立电子元件互连在一起，以及用于在微波多芯片模块(MultiChip Modules，MCM)内将MMIC互连在一起。

通常，微波传输线结构通常包括至少两个电导体或导线，其中，一条线形成地线(也被称为“接地层(ground plane)”)，另一条线形成信号传输线。信号传输线不同地进行布置，并与一个或多个接地层或接地线结合来形成不同类型的导电传输线结构，诸如微波传输带、带线和波导，以满足各种RF信号应用。通常由某种类型的绝缘衬底或材料(例如，电介质)来支撑传输线和接地导体或接地层。

随着半导体技术的不断进步和芯片封装尺寸的缩小(诸如通过采用3D管芯堆叠)，导电CMOS(互补金属氧化物半导体)结构的金属层之间的距离变得越来越小，导致金属层之间的电容越来越大，从而损害了RF器件的性能。此外，随着先进半导体制造技术节点(诸如20nm工艺)的管芯封装件缩小，单个芯片或管芯中设计和制造芯片上传输线结构变得越来越困难。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了1.一种半导体传输线结构，包括：

第一管芯，包括第一衬底、形成在所述第一衬底上方的第一绝缘层以及形成在所述第一绝缘层上方的接地层；第二管芯，包括第二衬底、形成在所述第二衬底上方的第二绝缘层以及形成在所述第二绝缘层上方的信号传输线，所述第二管芯堆叠在所述第一管芯上方并与所述第一管芯间隔开；以及底部填充物，设置在所述第一管芯的接地层和所述第二管芯的信号传输线之间。

在该传输线结构中，所述第一管芯的所述第一绝缘层是包括导电金属互连件和金属间介电层的含金属层。

在该传输线结构中，所述接地层设置在所述第一管芯的所述第一绝缘层上方。

在该传输线结构中，所述信号传输线设置在所述第二管芯的所述第二绝缘层顶部。

在该传输线结构中，所述接地层和所述信号传输线均具有横向宽度，所述接地层的宽度至少为所述信号传输线的宽度的1.5倍。

在该传输线结构中，所述底部填充层由电绝缘介电材料制成。

在该传输线结构中，所述接地层和所述信号传输线至少部分内嵌在所述底部填充物中。

该传输线结构进一步包括形成在所述第二管芯的第二绝缘层上方的第一接地带，所述第一接地带与所述信号传输线共面并与所述信号传输线横向间隔开。

该传输线结构进一步包括在所述第一接地带和所述接地层之间延伸的第一微凸块，所述第一微凸块连接至所述第一接地带和所述接地层。

该传输线结构进一步包括形成在所述第二管芯的第二绝缘层上方的第二接地带，所述第二接地带与所述信号传输线共面并且在与所述第一接地带相对的一侧与所述信号传输线横向间隔开，其中所述第一接地带和所述第二接地带以及所述信号传输线形成共面波导。

该传输线结构进一步包括形成在所述第二管芯的第二绝缘层上方的第二接地层，所述第二接地层与所述信号传输线垂直间隔开。

该传输线结构进一步包括第一微凸块，连接至所述第二接地层并且朝向所述信号传输线垂直延伸，所述第一微凸块终止于与所述信号传输线横向间隔开的点。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体传输线结构，包括：中介层，包括形成在其上的接地层或信号传输线；管芯，包括衬底、形成在所述衬底上方的绝缘层以及形成在所述绝缘层上方的所述中介层中未包括的一个接地层或信号传输线，所述管芯堆叠在所述中介层上方并与所述中介层间隔开；以及电绝缘底部填充物，设置在所述接地层和所述信号传输线之间并填充所述中介层和所述管芯之间的空间。

在该传输线结构中，所述管芯的绝缘层是包括导电金属互连件和金属间介电层的含金属层。

在该传输线结构中，所述接地层和所述信号传输线均具有横向宽度，所述接地层的宽度至少为所述信号传输线的宽度的1.5倍。