圆片级硅基集成小型化分形天线及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种圆片级硅基集成小型化分形天线及其制备方法，包括如下步骤：1)提供一晶圆，所述晶圆包括相对的第一表面及第二表面；2)于所述晶圆内形成穿硅通孔，并于所述穿硅通孔的内壁形成绝缘层；3)于所述穿硅通孔内填充金属层以形成导电穿硅通孔结构；4)于所述晶圆的第一表面上形成分形天线，所述分形天线的形状呈二阶皮亚诺分形曲线状；所述分形天线与所述导电穿硅通孔结构相连接；5)于所述晶圆的第二表面形成共面波导，所述共面波导与所述导电穿硅通孔结构相连接。本发明专利技术分形天线通过导电穿硅通孔结构及共面波导实现馈电，分形天线的谐振频率为24GHz和35GHz，可以同时满足射频段的信号接收和发射需求。

Wafer-level silicon-based integrated miniaturized fractal antenna and its preparation method

The invention provides a wafer-level silicon-based integrated miniaturized fractal antenna and its preparation method, including the following steps: 1) providing a single wafer, the wafer comprises a relative first surface and a second surface; 2) forming a silicon through-hole in the wafer and forming an insulating layer on the inner wall of the silicon through-hole; 3) filling a metal layer in the silicon through-hole to form a conductive silicon through-hole structure. (4) A fractal antenna is formed on the first surface of the wafer, and the shape of the fractal antenna is a second-order Piano fractal curve; the fractal antenna is connected with the conductive through-hole structure; and (5) a coplanar waveguide is formed on the second surface of the wafer, and the coplanar waveguide is connected with the conductive through-hole structure. The fractal antenna of the invention is fed by conductive through-hole silicon structure and coplanar waveguide. The resonant frequency of the fractal antenna is 244Hz and 35GHz, which can meet the requirements of signal receiving and transmitting in the radio frequency band at the same time.

【技术实现步骤摘要】
圆片级硅基集成小型化分形天线及其制备方法
本专利技术属于半导体
，特别是涉及一种圆片级硅基集成小型化分形天线及其制备方法。
技术介绍
系统级封装(SysteminPackage，SiP)技术近年来一直是电子行业的研究热点之一，相比于芯片上系统(SystemonChip，SoC)，系统级封装技术能够将系统内的有源芯片和无源模组整合在一个封装体之内，被集成的芯片可以依据不同的需求采取不同的工艺水平进行制造，相比于SoC能够极大幅度的降低成本。现在无线通讯技术的迅猛发展对系统级封装提出了诸如更高密度、更小尺寸、更优性能、更低成本等越来越多的挑战和要求。无源器件作为电子系统中的重要组成部分，被大量以分立器件的形式集成在PCB板上。天线是通信设备中不可或缺的无源器件，同时也是面积最大的无源器件，其小型化对于微波封装系统向更高的集成度、更优良的性能以及更低的成本发展有着重要意义。而在PCB板上制备的天线具有一致性差、厚度与介电常数大、面积较大等缺点，且天线与集成电路连接时阻抗匹配难度大，寄生效应强。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种圆片级硅基集成小型化分形天线及其方法用于解决现有技术中形成的天线存在的一致性差、厚度较大、介电常数较大、面积较大、与集成电路连接时阻抗匹配难度大及寄生效应强等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，所述圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法包括如下步骤：1)提供一晶圆，所述晶圆包括相对的第一表面及第二表面；2)于所述晶圆内形成穿硅通孔，并于所述穿硅通孔的内壁形成绝缘层；3)于所述穿硅通孔内填充金属层以形成导电穿硅通孔结构；4)于所述晶圆的第一表面上形成分形天线，所述分形天线的形状呈二阶皮亚诺分形曲线状；所述分形天线与所述导电穿硅通孔结构相连接；5)于所述晶圆的第二表面形成共面波导，所述共面波导与所述导电穿硅通孔结构相连接。可选地，步骤2)中，采用热氧化工艺于所述穿硅通孔的内壁形成一层氧化层作为所述绝缘层；所述绝缘层的厚度为1μm～2μm。可选地，步骤3)与步骤4)之间还包括如下步骤：于所述晶圆的第一表面形成第一BCB介质层；将所述第一BCB介质层进行图形化处理，以于所述第一BCB介质层内形成暴露出所述导电穿硅通孔结构的第一通孔图形。可选地，步骤4)包括如下步骤：4-1)于所述第一BCB介质层表面及所述第一通孔图形内形成天线种子层；4-2)于所述天线种子层表面形成第一图形化光刻胶层，所述第一图形化光刻胶层内形成有分形天线图形，所述分形天线图形定义出后续形成的所述分形天线的位置及形状；4-3)于所述分形天线图形内形成分形天线；4-4)去除所述第一图形化光刻胶层及位于所述分形天线之间的所述天线种子层。可选地，步骤4)中，形成所述分形天线后，还包括于所述分形天线表面形成保护层的步骤。可选地，步骤5)包括如下步骤：5-1)于所述晶圆的第二表面形成共面波导的地线；5-2)将所述地线进行图形化处理，以于所述地线内形成暴露出部分所述导电穿硅通孔结构的第二通孔图形；5-3)于所述地线表面及所述第二通孔图形侧壁形成第二BCB介质层；5-4)将所述第二BCB介质层进行图形化处理，以于所述第二BCB介质层内形成暴露出所述导电穿硅通孔结构的第三通孔图形；5-5)于所述第二BCB介质层表面及所述第三通孔图形内形成共面波导种子层；5-6)于所述共面波导种子层表面形成第二图形化光刻胶层，所述第二图形化光刻胶层内形成有共面波导图形，所述共面波导图形定义出后续形成的所述共面波导的位置及形状；5-7)于所述共面波导图形内形成共面波导；5-8)去除所述第二图形化光刻胶层及所述共面波导之间的所述共面波导种子层。本专利技术还提供一种圆片级硅基集成小型化分形天线，所述圆片级硅基集成小型化分形天线包括：晶圆，所述晶圆包括相对的第一表面及第二表面；导电穿硅通孔结构，位于所述晶圆内；绝缘层，位于所述晶圆内，且位于所述导电穿硅通孔结构与所述晶圆之间；分形天线，位于所述晶圆的第一表面，且与所述导电穿硅通孔结构相连接；所述分形天线的形状呈二阶皮亚诺分形曲线状；共面波导，位于所述晶圆的第二表面，且与所述导电穿硅通孔结构相连接。可选地，所述绝缘层包括氧化层，所述绝缘层的厚度为1μm～2μm。可选地，所述圆片级硅基集成小型化分形天线还包括：第一BCB介质层，位于所述晶圆与所述分形天线之间；第二BCB介质层，位于所述晶圆与所述共面波导之间。可选地，所述圆片级硅基集成小型化分形天线还包括地线，所述地线位于所述第二BCB介质层与所述晶圆之间。可选地，所述圆片级硅基集成小型化分形天线还包括：天线种子层，位于所述第一BCB介质层内及所述第一BCB介质层与所述分形天线之间；共面波导种子层，位于所述第二BCB介质层内及所述第二BCB介质层与所述共面波导之间。如上所述，本专利技术的一种圆片级硅基集成小型化分形天线及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术分形天线通过导电穿硅通孔结构及共面波导实现馈电，分形天线的谐振频率为24GHz和35GHz，可以同时满足射频段的信号接收和发射需求；同时，导电穿硅通孔结构实现分形天线的馈电，可以有效减小分形天线的面积，可以提高整个系统的封装密度，有利于射频系统的小型化；本专利技术的分形天线的形状呈二阶皮亚诺分形曲线状，能够利用二阶皮亚诺分形曲线自身相似性的特点使得分形天线的面积减小，并且能够产生多个谐振频率，使得所述分形天线可以在不同频段工作。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法的流程图。图2至图17显示为本专利技术实施例一中提供的圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法各步骤所得结构的截面结构示意图；其中，图10为形成的分形天线的俯视结构示意图，图17显示为本专利技术提供的圆片级硅基集成小型化分形天线的截面结构示意图。元件标号说明10晶圆11穿硅通孔12绝缘层13导电穿硅通孔结构131第一导电穿硅通孔结构132第二导电穿硅通孔结构14分形天线15共面波导16第一BCB介质层161第一通孔图形17天线种子层18分形天线19地线191第二通孔图形20第二BCB介质层201第三通孔图形21共面波导种子层22保护层d1第一导电穿硅通孔结构的直径d2第二导电穿硅通孔结构的直径W1分形天线的宽度W2分形天线覆盖区域的宽度S1～S5步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图17。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。实施例一请参阅图1，本专利技术提供一种圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，所述圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法包括如下步骤：1)提供一晶圆，所述晶圆包括相对的第一表面及第二表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，其特征在于，所述圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法包括如下步骤：1)提供一晶圆，所述晶圆包括相对的第一表面及第二表面；2)于所述晶圆内形成穿硅通孔，并于所述穿硅通孔的内壁形成绝缘层；3)于所述穿硅通孔内填充金属层以形成导电穿硅通孔结构；4)于所述晶圆的第一表面上形成分形天线，所述分形天线的形状呈二阶皮亚诺分形曲线状；所述分形天线与所述导电穿硅通孔结构相连接；5)于所述晶圆的第二表面形成共面波导，所述共面波导与所述导电穿硅通孔结构相连接。

【技术特征摘要】
1.一种圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，其特征在于，所述圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法包括如下步骤：1)提供一晶圆，所述晶圆包括相对的第一表面及第二表面；2)于所述晶圆内形成穿硅通孔，并于所述穿硅通孔的内壁形成绝缘层；3)于所述穿硅通孔内填充金属层以形成导电穿硅通孔结构；4)于所述晶圆的第一表面上形成分形天线，所述分形天线的形状呈二阶皮亚诺分形曲线状；所述分形天线与所述导电穿硅通孔结构相连接；5)于所述晶圆的第二表面形成共面波导，所述共面波导与所述导电穿硅通孔结构相连接。2.根据权利要求1所述的圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用热氧化工艺于所述穿硅通孔的内壁形成一层氧化层作为所述绝缘层；所述绝缘层的厚度为1μm～2μm。3.根据权利要求1所述的圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，其特征在于，步骤3)与步骤4)之间还包括如下步骤：于所述晶圆的第一表面形成第一BCB介质层；将所述第一BCB介质层进行图形化处理，以于所述第一BCB介质层内形成暴露出所述导电穿硅通孔结构的第一通孔图形。4.根据权利要求3所述的圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，其特征在于，步骤4)包括如下步骤：4-1)于所述第一BCB介质层表面及所述第一通孔图形内形成天线种子层；4-2)于所述天线种子层表面形成第一图形化光刻胶层，所述第一图形化光刻胶层内形成有分形天线图形，所述分形天线图形定义出后续形成的所述分形天线的位置及形状；4-3)于所述分形天线图形内形成分形天线；4-4)去除所述第一图形化光刻胶层及位于所述分形天线之间的所述天线种子层。5.根据权利要求1所述的圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，其特征在于，步骤4)中，形成所述分形天线后，还包括于所述分形天线表面形成保护层的步骤。6.根据权利要求1所述的圆片级硅基集成小型化分形天线的制备方法，其特征在于，步骤5)包括如下步骤：5-1)于所述晶圆的第二表面形成共面波导的地线；5-2)将所述地线进行图形化处理，以于所述地线内形成暴露出...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟博，罗乐，徐高卫，周杨，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31