[发明专利]基于硅通孔的衬底集成折叠波导滤波器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于硅通孔的衬底集成折叠波导滤波器及其制备方法，制备方法包括：1.在第一半导体衬底上刻蚀硅通孔；2.在硅通孔的内表面制备环形介质层；3.在环形介质层内制备金属柱；4.在第一半导体衬底的上表面制备第一隔离层；5.在硅通孔以及第一隔离层的上表面制备第一金属分布层；6.在第一半导体衬底的下表面制备第二隔离层；7.在硅通孔以及第二隔离层的下表面制备第二金属分布层，从而形成第一单层集成波导腔体；8.依照步骤1～7，在第二半导体衬底上制备形成第二单层集成波导腔体；9.将第一单层集成波导腔体和第二单层集成波导腔体进行层间键合。通过这种方法，减小滤波器的片上面积，易于与硅衬底电路集成。

技术领域

本发明属于三维集成电路领域，具体涉及一种基于硅通孔的衬底集成折叠波导滤波器及其制备方法。

背景技术

近年来，由于半导体工艺技术的发展，半导体器件的特征尺寸逐渐减小，集成电路的集成度也逐渐增大。为了提高集成电路和系统的性能以及尺寸的优选，则选用硅通孔作为基础设计，硅通孔技术广泛应用在三维集成电路中，尤其是在GHz段的射频应用中。然而在更高频率的太赫兹阶段，像无源滤波器和天线这些无源器件需要占用非常大的片上面积，而硅通孔技术能够突破毫米波和太赫兹阶段的无源器件和电路的集成问题，因此，随着雷达、传感器等市场需求的膨胀，硅技术成为近年来的研究热点。

在无源滤波器中的矩形波导比微带滤波器有着较低的损耗和较高的Q值，因而用来设计高性能滤波器，但是其和平面结构集成需要复杂的转接，且制造成本高。衬底集成波导则解决了这一问题，将波导集成在具有微带线结构和平面电路的衬底中，通过侧边两排金属通孔和上下面的金属层来构成类矩形波导结构，起到电磁波的屏蔽和传输作用。目前，制造衬底集成波导的技术多为标准印制电路板技术或者低温共烧陶瓷的多层制造工艺，通过设计单腔或多腔、单层或双层滤波器结构来实现衬底集成波导，而在半导体衬底中，利用硅通孔技术来制造衬底集成波导从而设计带通滤波器。

硅通孔集成波导滤波器都是在单层衬底上，单层衬底集成波导滤波器相比于微带线滤波器损耗更低，但是相对于一些射频电路与芯片而言尺寸依旧非常大，尤其是应用到10毫米或更低频波段时，滤波器尺寸的增加不利于整个集成电路的小型化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于硅通孔的衬底集成折叠波导滤波器及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个实施例提供了一种基于硅通孔的衬底集成折叠波导滤波器的制备方法，包括以下步骤：

(a)在第一半导体衬底上刻蚀硅通孔；

(b)在所述硅通孔的内表面制备环形介质层；

(c)在所述环形介质层内制备金属柱；

(d)在所述第一半导体衬底的上表面制备第一隔离层；

(e)在所述硅通孔以及所述第一隔离层的上表面制备第一金属分布层；

(f)在所述第一半导体衬底的下表面制备第二隔离层；

(g)在所述硅通孔以及所述第二隔离层的下表面制备第二金属分布层，从而形成第一单层集成波导腔体；

(h)重复步骤(a)～(g)，在第二半导体衬底上制备形成第二单层集成波导腔体；

(i)将所述第一单层集成波导腔体和所述第二单层集成波导腔体进行层间键合，形成衬底集成折叠波导滤波器。

在本发明的一个实施例中，步骤(a)包括：

利用反应离子刻蚀法，在所述第一半导体衬底上刻蚀若干孔径为4.2～22μm的硅通孔。

在本发明的一个实施例中，相邻所述硅通孔之间的中心距为10～50μm。