本发明涉及微波滤波器技术领域，尤其涉及一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器及制造方法。
背景技术：
滤波器是射频微波系统必不可少的重要组成部分，性能优异的滤波器模块是射频微波通信系统能正常工作的必要前提。传统的微波滤波器虽然在参数指标上有很好的性能，但是其庞大的体积不但使得相应的微波通信系统更加庞大，并使产品成本也一起随之上升。
进二十多年来，随着mems(微机电系统)工艺和mems器件的逐渐成熟，给微波滤波器的小型化、集成化提供了契机。与传统vlsi工艺相比，mems技术在不牺牲器件性能的前提下，可以实现微波无源器件的小型化和集成化。但硅基mems微波滤波器存在插入损耗的问题。
为了减小插入损耗，目前，硅基mems微波滤波器通常采用高阻硅(电阻率>4000ωcm)作为衬底制备的。因为，在10ghz的频率时，相比于使用普通硅片(电阻率1-10ωcm)接近3db/mm损耗系数，使用高阻硅的损耗系数约为1.4db/mm。但高阻硅衬底的成本较高，并且基于高阻硅制作的mems微波滤波器的插入损耗还未达到优秀的标准。
而同样在10ghz的频率时，使用多孔硅的损耗系数仅为0.18db/mm左右，远小于高阻硅材料，而且多孔硅可以由普通硅片来制备，可以显著降低衬底成本，从而降低整个器件的制作成本。
中国专利“基于多孔硅的太赫兹滤波器”，介绍了一种采用多孔硅与高阻硅在太赫兹波传播方向上等间隔交替周期性排列，并且在输入输出端设置锥形减反结构。该专利采用的是周期性光栅结构，并不是微带线形式。
本发明提出了一种基于多孔硅来制备微波滤波器的技术方案，该方案可以有效的降低硅基微波滤波器的插入损耗，提升器件性能。同时降低了制备成本。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器，包括：
硅衬底；
设置在所述硅衬底上的硅通孔；
设置在所述硅衬底上的多孔硅层；
设置在所述多孔硅层上的绝缘层；
设置在所述绝缘层上的输入和/或输出接口；以及
设置在所述绝缘层上的滤波器电极。
在本发明的一个实施例中，所述的硅衬底是电阻率为5-10ωcm的p型硅衬底。
在本发明的一个实施例中，所述的硅通孔为滤波通孔和/或接地通孔。
在本发明的一个实施例中，所述的多孔硅层厚度为45-55微米。
在本发明的一个实施例中，所述的多孔硅层的孔隙率为45％-55％，孔隙为8-12纳米。
在本发明的一个实施例中，所述的绝缘层是厚度为3000-5000埃的氧化硅层。
在本发明的一个实施例中，所述的输入输出接口和或滤波器电极的材料为金，金的厚度不小于4微米。
根据本发明的另一个实施例，提供一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器的制造方法，包括：
在硅衬底的两面沉积形成氧化硅薄膜；
在硅衬底上图形化刻蚀形成硅通孔；
去除硅衬底上的氧化硅薄膜；
在硅衬底上沉积形成氮化硅薄膜；
在硅衬底的正面形成多孔硅腐蚀窗口；
电化学腐蚀形成多孔硅层；
在多孔硅层上方沉积形成氧化硅层；
在氧化硅层上形成电镀种子层；
图形化光刻、电镀形成微波滤波器电极及输入输出接口；以及
去除光刻胶及多余的电镀种子层。
在本发明的另一个实施例中，所述的在硅衬底上图形化刻蚀形成硅通孔进一步包括：
用光刻形成硅通孔的刻蚀窗口；
刻蚀去除窗口下的氧化硅薄膜；以及
刻蚀形成硅通孔。
在本发明的另一个实施例中，所述的电化学腐蚀形成多孔硅层进一步包括：
腐蚀液是浓度为45％-55％的氢氟酸与乙醇按照9:10至10:9配比形成；
电流密度70-80ma/cm2；以及
腐蚀时间大约35-45分钟。
本发明提供一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器及其制造方法，通过在普通硅片上制备多孔硅层，然后在多孔硅上制备相应的微带结构，从而形成基于多孔硅的微带硅基微波滤波器。该微波滤波器采用普通低电阻硅为衬底，可以有效降低器件制备成本，此外，所制备的多孔硅结构可以显著的降低器件的插入损耗，从而提高滤波器性能。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例的一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器100的俯视图。
图2示出根据本发明的一个实施例的一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器100的沿图1中aa’虚线的截面剖视图。
图3a至图3k示出根据本发明的一个实施例形成一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器的过程剖面投影示意图。
图4示出的是根据本发明的一个实施例形成一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器的流程图400。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
本发明提供一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器及其制造方法，通过在普通硅片上制备多孔硅层，然后在多孔硅上制备相应的微带结构，从而形成基于多孔硅的微带硅基微波滤波器。该微波滤波器采用普通低电阻硅为衬底，可以有效降低器件制备成本，此外，所制备的多孔硅结构可以显著的降低器件的插入损耗，从而提高滤波器性能。
下面结合图1和图2来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器。图1示出根据本发明的一个实施例的一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器100的俯视图；图2示出根据本发明的一个实施例的一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器100的沿图1中aa’虚线的截面剖视图。如图1、图2所示，该基于多孔硅的微带硅基微波滤波器100进一步包括硅衬底101、硅通孔102、多孔硅层103、输入接口104、第一滤波器电极105、输出接口106、第二滤波器电极107、氧化硅层108以及氮化硅层109。
在本发明的一个实施例中，硅衬底101为普通的p型硅片，作为整体微波滤波器的基底，其电阻率一般为5ωcm到10ωcm之间。
硅通孔102设置的整体微波滤波器的四周，贯穿硅衬底101，硅通孔102包括两类功能的通孔，一类是滤波通孔，另一类是接地通孔。硅通孔102一般采用热氧化或沉积以及图形化光刻制作氧化硅硬掩膜后，再通过干法刻蚀形成。
多孔硅层103设置在整体微波滤波器位置，一般通过电化学腐蚀形成。在本发明的一个具体实施例中，多孔硅层103的厚度约为50微米，孔隙率约为50％，多孔硅孔隙10纳米左右。
输入接口104、输出接口106设置在整体微波滤波器相对的两侧，其材料为导电金属，在本发明的一个具体实施例中，其材料为金，金层的厚度大于4微米。输入接口104、输出接口106位于多孔硅103的上方，中间隔离有氧化硅层108。
第一滤波器电极105、第二滤波器电极107成梳状设置在整体微波滤波器的中间位置，第一滤波器电极105的每个梳齿与第二滤波器电极107的相对应梳齿相互交错且间隔开特定距离。第一滤波器电极105、第二滤波器电极107位于多孔硅103的上方，中间隔离有氧化硅层108。在本发明的一个具体实施例中，第一滤波器电极105、第二滤波器电极107在与输入接口104、输出接口106正交的方向上延伸。在本发明的一个具体实施例中，第一滤波器电极105、第二滤波器电极107的材料为金，金层的厚度大于4微米。但具体的滤波器电极结构可以根据设计的需要进行变化，本发明的实施例所示的特定结构不对本发明的保护范围进行限制。只要滤波器的电极、输入、输出设置在如本发明所属的多孔硅层103上方，都应落入本发明的保护范围。
氧化硅层108设置在多孔硅层103的上方，从而使输入接口104、输出接口106、第一滤波器电极105、第二滤波器电极107与下面的多孔硅层103隔离开，在本发明的一个具体实施例中，氧化硅层108通过cvd沉积形成，其厚度为3000-5000埃。
在本发明的又一具体实施例中，多孔硅层103未覆盖整个滤波器，在多孔硅层103区域之外的氧化硅层108的下方具有一层氮化硅层，其厚度约为2000-5000埃。
下面结合图3a至图3k以及图4来详细描述形成一种嵌入式电容转接板封装结构的过程。图3a至图3k示出根据本发明的一个实施例形成一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器的过程剖面投影示意图；图4示出的是根据本发明的一个实施例形成一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器的流程图400。
首先，在步骤401，如图3a所示，提供普通的p型硅衬底301。
接下来，在步骤402，如图3b所示，在硅衬底301的两面形成氧化硅薄膜302，氧化硅薄膜302用于后续硅通孔刻蚀时的硬掩膜。在本发明的一个实施例中，可以通过热氧化形成氧化硅薄膜302，或者可以通过cvd沉积形成，氧化硅薄膜的厚度约为2000-5000埃。
然后，在步骤403，如图3c所示，在硅衬底301上图形化刻蚀形成硅通孔303。硅通孔303贯穿硅衬底301，硅通孔303包括两类功能的通孔，一类是滤波通孔，另一类是接地通孔。在本发明的一个具体实施例中，硅通孔303的刻蚀工艺包括用光刻胶做掩膜形成硅通孔的刻蚀窗口，通过刻蚀去除窗口下的氧化硅薄膜302，再通过干法刻蚀形成硅通孔303。
接下来，在步骤404，如图3d所示，去除硅衬底301双面的氧化硅薄膜302。具体的去除方法可以通过干法或湿法刻蚀完成。
然后，在步骤405，如图3e所示，在硅衬底上沉积形成氮化硅薄膜304。氮化硅薄膜304用于后续都进行电化学腐蚀形成多孔硅层的掩膜阻挡层。在本发明的一个实施例中，氮化硅薄膜304的厚度约为2000-5000埃。氮化硅薄膜304一般可通过cvd沉积形成。
接下来，在步骤406，如图3f所示，在硅衬底301的正面光刻、刻蚀形成多孔硅腐蚀窗口。
然后，在步骤407，如图3g所示，电化学腐蚀形成多孔硅层306。在本发明的一个具体实施例中，采用阳极电化学腐蚀法制备多孔硅层306，腐蚀液为50％hf与乙醇1:1配比，电流密度75ma/cm2，腐蚀时间大约40分钟。所制备的多孔硅孔隙10纳米左右，孔隙率50％，多孔硅层厚度50微米。
接下来，在步骤408，如图3h所示，在多孔硅层306上方沉积形成氧化硅层307。一般采用cvd制备氧化硅层307，厚度3000-5000埃。
然后，在步骤409，如图3i所示，在氧化硅层307上形成电镀种子层308。电镀种子层308可以通过pvd沉积形成，也可以通过电化学沉积形成。在本发明的一个具体实施例中，电镀种子层308通过pvd沉积形成，具体的电镀种子层308包括厚度1000埃的铬层和厚度2000埃的金层。
接下来，在步骤410，如图3j所示，图形化光刻、电镀形成微波滤波器电极309及输入输出接口(图中未示出)。微波滤波器电极309及输入输出接口材料为导电金属。在本发明的一个具体实施例中，微波滤波器电极309及输入输出接口材料为金，其厚度大于4微米。
最后，在步骤411，如图3k所示，去除光刻胶及多余的电镀种子层，从而使第一微波滤波器电极与第二微波滤波器电极电分离开。
本发明提供一种基于多孔硅的微带硅基微波滤波器及其制造方法，通过在普通硅片上制备多孔硅层，然后在多孔硅上制备相应的微带结构，从而形成基于多孔硅的微带硅基微波滤波器。该微波滤波器采用普通低电阻硅为衬底，可以有效降低器件制备成本，此外，所制备的多孔硅结构可以显著的降低器件的插入损耗，从而提高滤波器性能。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。