Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构制造技术

本实用新型专利技术公开了Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构，由通孔、W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属叠层构成。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图形化；Si衬底为高阻Si。本实用新型专利技术的基片集成波导结构可以避免正面金属为Au时对IC工艺线的污染问题以及正面金属为Cu时带来的工艺过程复杂问题，能满足制造过程与IC工艺的兼容从而大大降低了批量生产的成本，并缩短了生产周期。同时在该材料体系中引入比Au和Cu具有更低电阻率的Ag，使基片集成波导结构具有更小的传输损耗，即器件具有更小的插入损耗，从而提高了器件射频性能。此外，加入钝化层可以有效防止Ag的电迁移。最后，其打孔工艺不完全将衬底打穿，避免了在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。通过这种简洁的方案很好的解决了IC工艺中高深宽比通孔刻蚀的难题，彻底解决工艺兼容性问题。

【技术实现步骤摘要】
Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构
本技术属于射频微波电路领域，具体涉及一种Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构。
技术介绍
在IC工艺中Ti/Ni/Ag通常用作电极，例如文献《InvestigationofinterfacepropertiesofTi/Ni/AgthinfilmsonSisubstrate》使用直流溅射Ti/Ni/Ag薄膜在Si衬底上，但在该文中，Ti/Ni/Ag叠层只用在Si的背面，Ti层提供在硅表面的粘附以及防止Si和Ni的扩散混合。Ni层提供便于焊接的表面，而Ag层作为Ni层的保护层并且适合银环氧依附。再如文献《EffectofannealingonadhesionforTi/Ni/Agelectrodes》使用Ti/Ni/Ag作电极在功率器件的背面芯片，并且对比了传统使用的单层Ni电极，Ti/Ni/Ag作电极具有更好的热性能和电气可靠性，在该文献中，Ti层用作上粘附层，其与Si衬底的热膨胀系数相近且对Si有极强的粘附力；Ag层用作下粘附层，它性能稳定，不易氧化，易于底座焊接，导电、导热性能良好且成本较低，Ni层用作中间过渡层，它的导电性和导热性适中且热膨胀系数介于Ti和Ag之间，不仅可阻挡Ag向Ti层中扩散，还可实现上下粘附层间的热匹配。又如公开号为CN101789382A，公开时间为2010年7月28日，名称为“钛镍银多层金属电力半导体器件电极的制备方法”的中国专利技术专利，公开了一种钛镍银多层金属电力半导体器件电极的制备方法，其先用真空电子束蒸发方式按序分别将钛镍银三种金属沉积在硅片的电极面上，然后用烧结炉将所述硅片在真空高温下形成高性能的钛镍银多层金属电极，它稳定性强，导电性好，使用寿命高，并能增加器件的通态能力和可靠性，但是这种技术方案中Ti/Ni/Ag金属叠层也只是用于半导体器件的电极。同时，我们发现传统射频微带的基片集成波导结构基本采用在陶瓷基板上丝网印刷金线或铜线形成。但该技术所用的材料价格相当昂贵，制造过程也相对复杂。所以我们在器件正面将Ti/Ni/Ag用作射频微带的基片集成波导结构，Ti/Ni/Ag多层金属化射频微带的基片集成波导结构不仅材料价格相对便宜，制造工艺也相对简单很多。此外，传统打孔工艺需要将衬底打穿，产生了IC工艺中衬底吸附漏真空的问题进而导致了IC工艺中高深宽比通孔刻蚀的难题。而我们不完全将衬底打穿，就避开了这些问题。基片集成波导就是将传统波导结构集成在基片中，或在介质基片中形成该波导结构，其实质是一种介质填充波导结构，基片集成波导是由左右两排金属化通孔、上下两层金属面以及中间的填充介质构成，基片集成波导的两排金属化孔构成了波导的窄边，上下表面的金属层构成了波导的两个宽边，电磁波在介质基片左右两排金属化通孔和上下金属面所围成的矩形区域内传输，能够在普通介质基片上实现高Q值（相对于微带线）的部件，我们发现传统打孔工艺需要将衬底打穿，产生了IC工艺中衬底吸附漏真空的问题进而导致了IC工艺中高深宽比通孔刻蚀的难题。
技术实现思路
为了解决上述技术缺陷，本技术提供一种利用微电子技术的，首次采用高阻Si和Ti/Ni/Ag的材料体系实现基片集成波导结构。当正面金属为Au时，因为Au的功函数高，所以Au与半导体接触时容易渗透到半导体中从而破坏了器件性能，导致了IC工艺线的污染问题；当正面金属为Cu时，因为生长Cu只能使用电镀工艺，而电镀工艺会使Cu表面变得粗糙，所以需要进行化学机械研磨，从而增加了工艺复杂性。而该材料体系巧妙的避开了这些问题，因此能满足制造过程与IC工艺的兼容从而大大降低了批量生产的成本，并缩短了生产周期。同时在该材料体系中引入比Au和Cu具有更低电阻率的Ag，使基片集成波导结构具有更小的传输损耗，即器件具有更小的插入损耗，从而提高了器件射频性能。此外，加入钝化层可以有效防止Ag的电迁移。最后，其打孔工艺不完全将衬底打穿，避免了在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。通过这种简洁的方案很好的解决了IC工艺中高深宽比通孔刻蚀的难题，彻底解决工艺兼容性问题。为实现上述目的，本技术采取的技术方案是：Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构，其特征在于：包括通孔、W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属叠层构成。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图形化；Si衬底为高阻Si。所述孔的深宽比（AR）<4。所述W覆盖层为采用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）生长在通孔侧壁上的金属钨。所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层从下往上依次为Ti层、Ni层、Ag层。所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层的厚度大于3µm。所述背面金属叠层也可使用Ti、Ni、Ag三种金属叠层。所述Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构制造方法，包括以下几个步骤：a）对Si衬底进行预处理，清洗Si衬底表面；所述Si衬底的预处理使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗，该方法可以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使得后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。b）在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔；孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度。并且其打孔工艺不完全将衬底打穿，避免了在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。c）在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层。为了确保孔侧壁的覆盖性，所述孔的深宽比（AR）<4，d）在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。e）在Si衬底正面实施光刻；所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层图形化中光刻胶采用负胶并形成倒梯形结构，因为倒梯形结构利于金属剥离工艺的完成，形成图形化。光刻完成后用O2等离子体进行表面处理，这样既可以避免负胶残留，又能提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。f）在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属，并具有图形化；所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层图形化中多层金属的蒸镀在真空环境下进行，因为该条件下金属膜的质量会有显著提高，且粘附力会增强。g）在Si衬底正面实施金属剥离；所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层图形化中金属剥离（lift-off）工艺使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡，该方法在可在金属剥离同时去胶，并且形成的图形精度完全由光刻精度决定，故金属图形精度误差<2µm。h）在Si衬底正面形成钝化层；所述钝化层使用SiO2或者Si3N4，其形成采用高温生长，因为这样可以间接完成多层金属退火工艺。i）刻蚀钝化层并露出焊盘；露出的正面Ti/Ni/Ag金属叠层用作焊盘，未露出的正面Ti/Ni/Ag金属叠层用作导线。。j）对Si衬底进行后处理，在背面减薄Si衬底；所述Si衬底的后处理采用厚度可控的背面减薄，这样衬底厚度就成为设计变量，实现了衬底厚度可控。k）在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属或其它金属层。附图说明图1为本技术Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构的截面图；图2(a)-(l)为本技术Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构主要制造工艺步骤示意图；上述附图中，附图标记为：1-W覆盖层，2-光刻胶，3-正面Ti/Ni/Ag金属叠层，301-正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构，其特征在于：包括通孔、W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属叠层构成；其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图形化；Si衬底为高阻Si。

【技术特征摘要】
1.Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构，其特征在于：包括通孔、W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属叠层构成；其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图形化；Si衬底为高阻Si。2.根据权利要求1所述的Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构，其特征在于：孔的深宽比（AR）<4。3.根据权利要求1所述的Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构，其特征在于：所述钝化层使用SiO2或者Si3N4，采用高温生长。4.根据权利要求1所述的Ti/Ni/Ag材料体系的基片集成波导结构，其特征在于：所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层从下往上依次为Ti层、Ni层、Ag层，即Ti层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高杨，文数文，李君儒，张大鹏，许夏茜，刘婷婷，郭辉辉，韩宾，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：新型
国别省市：四川,51