一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构及制造方法技术

本申请属于微波电子产品技术领域，具体涉及一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，包括硅基晶圆本体，所述硅基本体中间设置有TSV信号孔，外围设置有TSV接地孔，所述硅基本体上还设置有槽孔。本申请在现有的硅基工艺基础上，利用硅基通腔加工工艺实现射频垂直过渡结构的小型化设计。本申请利用TSV信号孔作为同轴线结构的内导体，四个TSV接地孔作为同轴线结构的外导体，同轴线内部的填充物质为硅介质和四个扇形结构内的空气。该种结构将同轴结构内部挖腔相当于将一部分硅介质替换为空气介质，平均介电常数减小，在同轴线的特性阻抗保持不变的情况下，使得硅片半径减小，减少了硅片的结构体积。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构及制造方法
本申请属于微波电子产品
，特别涉及一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构及制造方法。
技术介绍
近年来，硅基MEMS技术作为一种新兴技术，已经广泛的应用于射频领域中的器件制造和器件封装，其主要特点为高集成度、小型化、硅片的三维堆叠。而其中硅片的三维堆叠则需要解决垂直方向射频信号的传输问题。传统的垂直互连方法是利用硅通孔(TSV，through-siliconvias)技术形成同轴结构实现射频传输，其传输结构的如图1所示，其尺寸由以下公式来决定：其中Z0为同轴线的特性阻抗，；εr为填充介质的相对介电常数；a为同轴线的内导体外半径；b为外导体的内半径。在设计中，由于芯片的特性阻抗多为50Ω，为了达到最佳的阻抗匹配，减小能量损耗，因此同轴线的特性阻抗一般也为50Ω，在εr确定的情况下，TSV孔的大小也就是a决定了b的值。b也就是同轴线的外导体的内半径也就决定了整个垂直传输结构的体积。为了追求产品的小型化和高集成度，垂直传输结构的体积也就需要越小越好。现阶段实现该结构小型化的方法一般有2种：1)开发出深径比更高的TSV孔制造技术，径深比是硅片厚度和TSV的孔径的比值，也就是说需要在同规格的硅片上加工出更小孔径的TSV孔，减小参数a，从而减小垂直过渡尺寸。2)开发介电常数εr更小的硅片产品，通过掺杂等方式研究出介电常数更小的硅片材料也可以减小垂直过渡的整体尺寸。第一种方法是开发出深径比更大的TSV孔，现有技术深径比一般为3:1，例如300μm厚的硅片上的TSV孔孔径最小为100μm,更加先进的产线技术可以达到深径比10:1。然而开发深径比更大的TSV技术需要大量的研发经费且需要购置新的硅片加工机械，研发周期长且费用高昂。第二种方法是开发介电常数更小的硅片，硅片的相对介电常数为11.9，只有选用掺杂的方式才能够改变介电常数，该方法研发费用高昂，且掺杂后材料的属性发生变化，可能造成各位置的介电常数不同或损耗角正切增大等问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题至少之一，本申请结合硅基制造特点，在不改变现有制造加工工艺的基础上，提出了一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构及其制造方法。本申请第一方面提供了一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，包括硅基晶圆本体，所述硅基本体中间设置有TSV信号孔，外围设置有TSV接地孔，所述硅基本体上还设置有槽孔。优选的是，所述槽孔与所述TSV接地孔间隔分布。优选的是，所述TSV接地孔设置有4个，沿硅基本体周向均匀布置，所述槽孔设置在任意两个相邻的TSV接地孔之间。优选的是，所述槽孔的横截面为扇形。本申请第二方面提供了一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构制造方法，包括：步骤一，对硅片通过氧化工艺制备二氧化硅作为体硅湿法腐蚀工艺掩模阻挡层；步骤二，对硅片顶面涂胶、光刻以及显影处理，形成体硅湿法腐蚀深槽图形，通过体硅湿法腐蚀工艺，腐蚀形成深槽，并制备TSV信号孔与TSV接地孔；步骤三，去除硅片的二氧化硅氧化层，并对硅片的顶面和底面分别溅射金属种子层；步骤四，电镀加厚所述金属种子层，形成金属图形；步骤五，将加工好的多个硅片沿轴向进行硅片键合，完成制造。优选的是，步骤一中选用的硅片为双抛高阻硅片。优选的是，步骤二中利用光刻或者ICP刻蚀工艺制备TSV信号孔与TSV接地孔。相比于现有的射频垂直过渡结构，本申请可以在不改变现有工艺方法的基础上，通过加工扇形通腔的方法实现了整个垂直传输结构体积减小以及重量减轻的良好效果。相较于传统的同轴过渡结构，本申请所提出的结构能够实现减小50％以上的体积和65％以上重量的同时，性能指标上无明显的恶化。附图说明图1是一种现有的射频传输结构示意图。图2是本申请基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构的一优选实施例的结构示意图。图3a-3e分别是本申请基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构制造方法的步骤一至步骤五对应的附图。图4是本申请基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构的应用示意图。其中，1-硅基晶圆本体，11-TSV信号孔，12-TSV接地孔，13-槽孔，2-硅，3-第一芯片，4-第二芯片。具体实施方式为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。本申请第一方面提供了一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，如图2所示，包括硅基晶圆本体1，所述硅基本体1中间设置有TSV信号孔11，外围设置有TSV接地孔12，所述硅基本体1上还设置有槽孔13。本申请在现有的硅基工艺基础上，利用硅基通腔加工工艺实现射频垂直过渡结构的小型化设计。图2给出了本申请的一个具体实施例，所述TSV接地孔12设置有4个，沿硅基本体1周向均匀布置，所述槽孔13设置在任意两个相邻的TSV接地孔12之间。该结构是利用TSV信号孔作为同轴线结构的内导体，四个TSV接地孔作为同轴线结构的外导体，同轴线内部的填充物质为硅介质和四个扇形结构内的空气。该种结构能够减小垂直过渡传输结构尺寸的原理是空气的相对介电常数为1，硅片的相对介电常数为11.9，将同轴结构内部挖腔相当于将一部分硅介质替换为空气介质，平均介电常数减小，从
技术介绍
的公式中中可以看出，εr减小会带来b的减小，也就是整个结构体积的减小。在一些可选实施方式中，所述槽孔13的横截面为扇形。本申请另一方面提供了一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构制造方法，图3a-3e分别对应于以下步骤一至步骤五，参考附图3a-3e，该制造方法包括：步骤一，对硅片通过氧化工艺制备二氧化硅作为体硅湿法腐蚀工艺掩模阻挡层；步骤二，对硅片顶面涂胶、光刻以及显影处理，形成体硅湿法腐蚀深槽图形，通过体硅湿法腐蚀工艺，腐蚀形成深槽，并制备TSV信号孔与TSV接地孔；步骤三，去除硅片的二氧化硅氧化层，并对硅片的顶面和底面分别溅射金属种子层；步骤四，电镀加厚所述金属种子层，形成金属图形；步骤五，将加工好的多个硅片沿轴向进行硅片键合，完成制造。在一些可选实施方式中，步骤一中选用的硅片为双抛高阻硅片，图3a中，选用双抛高阻硅片作为衬底材料，中间部分为硅片，上下两侧被氧化后行形成二氧化硅。在一些可选实施方式中，步骤二如图3b所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，其特征在于，包括硅基晶圆本体(1)，所述硅基本体(1)中间设置有TSV信号孔(11)，外围设置有TSV接地孔(12)，所述硅基本体(1)上还设置有槽孔(13)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，其特征在于，包括硅基晶圆本体(1)，所述硅基本体(1)中间设置有TSV信号孔(11)，外围设置有TSV接地孔(12)，所述硅基本体(1)上还设置有槽孔(13)。


2.如权利要求1所述的基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，其特征在于，所述槽孔(13)与所述TSV接地孔(12)间隔分布。


3.如权利要求1所述的基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，其特征在于，所述TSV接地孔(12)设置有4个，沿硅基本体(1)周向均匀布置，所述槽孔(13)设置在任意两个相邻的TSV接地孔(12)之间。


4.如权利要求1所述的基于硅基MEMS技术的小型化射频同轴结构，其特征在于，所述槽孔(13)的横截面为扇形。


5.一种基于硅基MEMS技术的小型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曦，宋志东，王帅，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32