本发明专利技术公开了一种硅基悬置微带线结构及其制作方法，主要解决现有技术中太赫兹波传输损耗大以及太赫兹悬置微带线加工精度低的问题。该悬置微带线结构包括悬置的微带线(1),硅基片(4)，空气腔(5)以及金属地板层(6)其中硅片(4)，包括上硅基片(41)和下硅基片(42)；金属地板层(6)位于上硅基片(41)与下硅基片(42)之间；微带线(1)制备在苯并环丁烯(BCB)光刻胶层(2)上，该BCB光刻胶层(2)与上硅基片(41)之间生长有氮化硅层(3)；空气腔(5)刻蚀在上硅基片(41)之中,并处于微带线(1)的正下方。本发明专利技术具有低损耗，结构简单，易于加工的优点，可用于太赫兹波段的有源和无源电路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子学
，特别涉及一种硅基悬置微带线结构及其制作方法,可用于太赫兹波段电路的研究和应用。
技术介绍
太赫兹波段是介于毫米波和红外波之间的电磁波，其波长为3毫米至30微米，位于电子学应用范围的上边界和光子学应用范围的下边界之间，可用于通讯、军事、反恐、医学、安检和天文观测等领域。美国MIT将太赫兹科技评为“改变未来世界的十大技术之五”，具有重大的科学意义和应用价值，太赫兹技术已经越来越受到各国政府和科学家的重视。太赫兹波在电子学中被称为毫米波，亚毫米波，在光学领域本被称为远红外光。目前，太赫兹波传输方式有传输线传输和准光学技术。太赫兹波在传输线中传输可应用于近场太赫兹器件、太赫兹波互联等电路结构中，因此研究具有低损耗，易于集成的新型传输线结构成为研究太赫兹技术的重要环节之一。此外，随着微细加工技术的不断发展，各种微机械器件已经能够实现小尺寸高精度结构。目前微细加工技术主要有三种：第一种为化学腐蚀技术对硅材料加工，形成的硅基MEMS器件；第二种为光刻、电铸和塑铸技术，可对各种金属、塑料和陶瓷等材料进行加工；第三种为采用传统机械手段制造微机器的方法。第一种方法可兼容传统IC工艺，可实现微机械和微电子系统的集成，适用于批量加工，是目前MEMS的主流技术。第二种方法可得到高深宽比的精细结构，加工深度可达几百微米，是一种比较重要的MEMS加工技术。采用微细加工技术制备小尺寸高精度微波毫米波电路结构已经成为目前研究的热点之一。然而，在平面微波毫米电路中，标准微带线是常用的传输线形式。随着工作频率不断提高，尤其是毫米波电路系统，标准微带线的介质将会带来显著的损耗。因此人们提出了一种改进的微带线结构，即悬置微带线结构。悬置微带线是一种以空气作为电磁波传输介质的特殊微带线结构，不仅继承了成熟的标准微带线设计方法，而且具有损耗低,频带范围宽等优点，在微波毫米波电路中常被用于研制混频器、滤波器等有源和无源电路。因此悬置微带线具有很大的应用前景。传统悬置微带线的结构一般需要较厚的介质基片作为微带线的悬置层，在传输太赫兹波段时，介质基片厚度将和电磁波的波长相比拟，这带来了显著的介质损耗，从而导致悬置微
带线的损耗较高。另外传统悬置微带线结构还需要金属盒作为金属屏蔽腔，造价高，体积大，质量大，精度低。而且小尺寸的标准微带线结构难易实现高精度加工。传统悬置微带线的加工一般采用微波板、塑料、陶瓷或者二氧化硅等材料作为悬置介质基片,然而微波板很难加工成薄层支撑结构，塑料、陶瓷不易实现亚微米级的精度，二氧化硅在生长过程中可能出现断裂,二氧化硅和硅界面存在许多界面电荷，金属盒的制备使得传统悬置微带线无法兼容传统IC工艺。另外，当工作频率达到太赫兹频段时，普通的加工技术难以使传输线实现小尺寸高精度结构。这些因素不仅增大的加工难度和加工成本，也会影响其性能和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出并制作一种用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构，以减小损耗，提高加工精度，降低加工难度。为实现上述目的，本专利技术用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构，包括悬置的微带线,硅基片，空气腔以及金属地板层,其中：所述硅片，包括上硅基片和下硅基片；所述金属地板层,位于上硅基片与下硅基片之间；所述微带线,制备在BCB光刻胶层上，该BCB光刻胶层与上硅基片之间生长有氮化硅层；所述空气腔刻蚀在上硅基片之中,并处于微带线的正下方。进一步的技术方案在于：BCB光刻胶层的厚度在2至5微米之间，以作为承载微带线的悬置层。进一步的技术方案在于：空气腔采用梯形腔体结构,其顶面为氮化硅层，底面为金属地板层,侧面和底面的夹角θ大于或等于54.3度,顶面宽度大于微带线线宽的两倍。进一步的技术方案在于：微带线线宽和上硅基片厚度是根据悬置微带线所需特性阻抗设定。进一步的技术方案在于：上硅基片为100硅。进一步的技术方案在于：金属地板层的厚度在3至5微米之间。为实现上述目的，一种制作用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构的制作方法,包括如下步骤：1)制作微带线的悬置层：1a)选取同样大小的两片硅片，分别作为上硅基片和下硅基片，在上硅基片的上表
面生长一层0.1至0.3微米厚的氮化硅层；在氮化硅层依次涂抹增附剂和BCB光刻胶，曝光后对其进行自升温固化，形成3至5微米厚的悬置层；2)制作微带线：2a)利用蒸发或溅射的方式在悬置层淀积一层6到10纳米厚的钛Ti，然后在钛金属层淀积一层90到94纳米厚的金Au，从而形成了微带线的起镀层；2b)在起镀层上涂抹一层2至4微米厚的正性光刻胶，光刻并显影，形成微带线的掩膜图案区；2c)利用电镀工艺,在电镀液中对待电镀加厚的区域电镀一层1到2微米厚的金Au；2d)对起镀层上的正性光刻胶进行泛曝光并将之除去，然后用腐蚀的方法除去多余的起镀层，最终在悬置层上形成的微带线，其厚度为1到2微米；3)减薄上硅基片并制作空气腔的掩膜层:3a)在悬置层上涂覆聚酰亚胺，将上硅基片上表面的结构完全保护起来，然后将涂有聚酰亚胺的一面倒扣并固定在压盘上；3b)采用机械研磨方法，对上硅基片的下表面进行研磨抛光，可使其减薄到30到100微米；3c)采用等离子增强化学气相淀积PECVD在上硅基片的下表面生长0.05到0.2微米厚的二氧化硅和0.3到0.8微米厚氮化硅作为后续刻蚀的阻挡层，之后涂抹一层2微米厚的正性光刻胶，光刻并显影，形成空气腔的掩膜图案区,将需要刻蚀的空气腔区域暴露出来；4)制备空气腔：4a)采用反应离子刻蚀，用三氟甲烷和氦的混合气体除去暴露在空气腔的掩膜图案区的刻蚀阻挡层，使待刻蚀硅表面暴露出来；4b)采用硅基MEMS湿法深槽刻蚀工艺，用四甲基氢氧化铵THAH腐蚀液对空气腔的掩膜层下的待刻蚀硅表面进行刻蚀，形成空气腔,其中空气腔是一个倒置的梯形体结构；4c)除去上硅基片下表面残余的正性光刻胶和刻蚀阻挡层；5)上下硅基片键合形成悬置微带线：5a)在下硅基片的上表面淀积起镀层并电镀加厚，形成的金属地板层，其厚度为3到6微米；5b)采用低温金硅共熔工艺，将金属地板层键合到上硅基片的下表面；5c)除去上硅基片上表面的聚酰亚胺，最终形成悬置微带线结构。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术采用了低温金硅共熔技术，使金属地板层嵌入在两块硅基片之间，相比于传统悬置微带线，本专利技术不再需要制备体积庞大的金属盒，缩小了悬置微带线的体积，而且使用硅材料作为基板容易与硅基器件互连，可兼容传统IC工艺。2.本专利技术采用BCB光刻胶作为微带线的悬置层，其优势在于BCB光刻胶是负性光刻胶，固化后结构强度高、热稳定性高、微波性能好以及表面平整度高，可以制备厚度非常薄的微带悬置层，解决了传统悬置微带线的由于悬置层过厚、加工误差大而带来较大介质损耗的问题，非常适用于实现高性能的太赫兹悬置微带线结构的制备。3.本专利技术是对上硅基片的100晶面刻蚀，形成了一个梯形体结构的空气腔，其优势在于由于悬置层很薄，电磁场主要分布在空气腔中，使得太赫兹波主要以空气作为的传播介质，极大减小了介质损耗对太赫兹悬置微带线性能的影响。4.本专利技术采用了微电子光刻技术制备掩膜版，相比于传统的微波板加工工艺，其优势在于加工精度高，可达到亚微米级，设计的微带线尺寸精准本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构，包括悬置的微带线(1),硅基片(4)，空气腔(5)以及金属地板层(6)其特征在于：所述硅片(4)，包括上硅基片(41)和下硅基片(42)；所述金属地板层(6),位于上硅基片(41)与下硅基片(42)之间；所述微带线(1),制备在苯并环丁烯(BCB)光刻胶层(2)上，该BCB光刻胶层(2)与上硅基片(41)之间生长有氮化硅层(3)；所述空气腔(5)刻蚀在上硅基片(41)之中,并处于微带线(1)的正下方。
【技术特征摘要】
1.一种用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构，包括悬置的微带线(1),硅基片(4)，空气腔(5)以及金属地板层(6)其特征在于：所述硅片(4)，包括上硅基片(41)和下硅基片(42)；所述金属地板层(6),位于上硅基片(41)与下硅基片(42)之间；所述微带线(1),制备在苯并环丁烯(BCB)光刻胶层(2)上，该BCB光刻胶层(2)与上硅基片(41)之间生长有氮化硅层(3)；所述空气腔(5)刻蚀在上硅基片(41)之中,并处于微带线(1)的正下方。2.根据权利要求1所述的用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构，其特征在于：BCB光刻胶层(2)的厚度在2至5微米之间，以作为承载微带线(1)的悬置层。3.根据权利要求1所述的用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构，其特征在于：空气腔(5)采用梯形腔体结构,其顶面为氮化硅层(3)，底面为金属地板层(6),侧面和底面的夹角θ大于或等于54.3度,顶面宽度大于微带线线宽的两倍。4.根据权利要求1所述用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构，其特征在于：微带线(1)线宽和上硅基片(41)的厚度是根据悬置微带线所需特性阻抗设定。5.根据权利要求1所述的硅基悬置微带线结构，其特征在于：金属地板层(6)的厚度在3至5微米之间。6.根据权利要求1所述的硅基悬置微带线结构，其特征在于：上硅基片(41)为100硅。7.一种制作用于太赫兹波的硅基悬置微带线结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制作微带线的悬置层：选取同样大小的两片硅片，分别作为上硅基片和下硅基片，在上硅基片的上表面生长一层0.1至0.3微米厚的氮化硅层；在氮化硅层依次涂抹增附剂和BCB光刻胶，曝光后对其进行自升温固化，形成3至5微米厚的悬置层；(2)制作微带线：2a)利用蒸发或溅射的方式在悬置层淀积一层6到10纳米厚的钛Ti，然后在钛金属层淀积一...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨林安，王少波，杜林，李杨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。