[发明专利]一种用于射频微系统垂直互联的混合基通孔微同轴结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种用于射频微系统垂直互联的混合基通孔微同轴结构及其制作方法，硅晶圆上包括TSV孔结构，TSV孔结构的内壁上设置种子层，且完全覆盖TSV孔结构的内壁；绝缘层设置在种子层上，且绝缘层完全覆盖种子层；TSV孔结构的内部填满玻璃介质，玻璃介质内设置通孔，通孔内设置信号线；本发明提供了避免环状孔的刻蚀与填充，从而大大减少缺陷与失效的一种用于射频微系统垂直互联的混合基通孔微同轴结构及其制作方法。

技术领域

本发明专利涉及半导体封装技术领域，更具体的说，它涉及一种用于射频微系统垂直互联的混合基通孔微同轴结构及其制作方法。

背景技术

随着硅基微机电(MEMS)和射频硅通孔(RF TSV)工艺技术的发展，三维异构集成微系统技术成为下一代军用高集成电子系统技术发展重要方向。三维异构集成是将不同尺寸质地的芯片埋入硅基衬底上的硅空腔通过后布线技术扇出，再通过垂直互联来实现高密度集成的集成方法。

对于射频微系统的垂直互联而言，由于信号频率过高故一定要使用传输线结构而不能直接使用简单的导线连接来实现互联。而为保证信号在结构模块之间的互联传输顺畅无反射必须将各个传输结构与功能模块的阻抗都匹配到一个统一值(通常为50欧姆或70欧姆)。现有传输线结构分为两种：TEM结构(如同轴结构)和类TEM结构(如类同轴结构，微带线，带状线结构)。由于在TEM结构中信号走线周围全部为接地结构而类TEM结构中信号走线周围只有部分区域有接地结构，故TEM结构传输线的传输性能比类TEM结构好。

在硅基射频微系统中，垂直传输结构存在以下两个问题：第一：最重要的垂直互联传输结构依然是类同轴结构(类TEM)而不是同轴结构(TEM)而造成传输损耗较大。无法制造同轴结构的原因是类同轴结构(如图1所示)的制造只需要在硅上刻蚀并金属化一组TSV，而同轴结构则需要同时刻蚀并填充一个TSV与一个环状孔结构(如图2所示)，由于环状结构内壁与外壁处的界面应力不同而造成刻蚀与金属化填充时极易引起大的缺陷从而导致结构功能失效。第二：由于硅基的相对介电常数较大(为11.2)故在制作50欧姆(或者70欧姆)的传输结构时将会引起垂直互联结构在X-Y方向占地面积较大不利于高密度集成，目前没有制作在硅基上的同轴结构。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了避免环状孔的刻蚀与填充，从而大大减少缺陷与失效的一种用于射频微系统垂直互联的混合基通孔微同轴结构及其制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于射频微系统垂直互联的混合基通孔微同轴结构，硅晶圆上包括TSV 孔结构，TSV孔结构的内壁上设置种子层，且完全覆盖TSV孔结构的内壁；绝缘层设置在种子层上，且绝缘层完全覆盖种子层；TSV孔结构的内部填满玻璃介质，玻璃介质内设置通孔，通孔内设置信号线。

进一步的，绝缘层采用二氧化硅或氮化硅；种子层采用铜或钛；玻璃介质采用硼硅玻璃、有机玻璃、铅玻璃或钠玻璃。

一种用于射频微系统垂直互联的混合基通孔微同轴结构的制作方法，具体包括如下步骤：

101)刻蚀TSV孔结构步骤：硅晶圆上通过光刻工艺图形化TSV孔结构，并通过刻蚀形成TSV孔结构，TSV孔结构的外径范围为5um到10mm之间；

102)电镀金属边框步骤：在刻蚀好TSV结构的硅晶圆上表面沉积种子层，种子层上沉积绝缘层；通过电镀工艺在此硅晶圆的上表面电镀一层金属，形成金属接地屏蔽层；

103)加入介电材料步骤：通过回流工艺将玻璃介质回流入步骤102)处理后的硅晶圆的TSV孔结构中，再通过CMP工艺将溢出TSV孔结构的玻璃介质去除；

104)刻蚀通孔步骤：通过光刻工艺在步骤103)处理后的硅晶圆的TSV孔结构上形成TGV光刻图形，并通过刻蚀得到同轴结构内部的放置信号走针的 TGV；