一种新型射频传输结构的制作方法

本发明属于tsv技术领域，具体涉及一种新型射频传输结构。

背景技术：

在复杂的战场电磁环境下，如何更好的发挥电子信息装备的作用，达到更好的作战效能变得更加困难，对电子信息装备的智能化、小型话、轻量化提出了更高的要求。

tsv(throughsiliconvia)技术可提供垂直贯穿微电子芯片体内的电互连通路，支持芯片级三维层叠集成与封装，具有小体积、高密度、高集成度和互连时延小等优点，可以替代基于金属腔体或者ltcc的传统混合集成模块，极大的缩小模块体积，减少重量，是当前射频系统集成化、小型化发展的主流方法。

但是传统的tsv有以下缺点：

①全铜填充导致应力较大；

②孔径比3:1的尺寸所占面积较大，基板越厚占用面积越大；

③垂直方向的射频性能不佳，特别是高频性能。

发明内

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的新型射频传输结构解决了传统射频传输结构中应力较大的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种新型射频传输结构，包括硅基板及设置于硅基板上的射频信号传输硅通孔tsv和若干个接地硅通孔tsv；

所述射频信号传输硅通孔tsv的孔内直径大于接地硅通孔tsv的孔内直径。

进一步地，所述射频信号传输硅通孔tsv设置于由接地硅通孔tsv围成的圆形中心，与其形成类同轴结构。

进一步地，所述射频信号传输硅通孔tsv的孔径比为3:1；

所述接地硅通孔tsv的孔径比为10:1。

进一步地，所述射频信号传输硅通孔tsv为中空且非全铜电镀填充结构。

进一步地，所述接地硅通孔tsv为中空全铜电镀填充结构。

进一步地，所述射频信号传输硅通孔tsv与接地硅通孔tsv之间的间距为射频信号传输硅通孔tsv直径的一半。

进一步地，所述硅基板与射频信号传输硅通孔tsv的接触面、硅基板与若干个接地硅通孔tsv的接触面及硅基板的表面上均设置有一层绝缘层。

进一步地，所述绝缘层为sio2绝缘层。

本发明的有益效果为：

1.结构所占面积更小，更利于高密度集成：实际使用时，封装模块同时有多个垂直互联结构，为了保证射频性能，需要多个类同轴结构，同时彼此间还需要充分隔离，传输结构间就需要大量接地孔，在保证相同的接地数量的情况下，结构中的接地tsv全部采用小尺寸高深径比tsv(10:1)，比采用传统tsv(3:1)接地所用面积小很多。

2.射频性好：类同轴结构可以保证射频性能，高密度的接地tsv隔离墙，可以保证在相同面积下，多个射频传输结构隔离度更好。

附图说明

图1为本发明中新型射频传输结构示意图。

图2为本发明中同轴结构示意图。

图3为本发明中新型射频传输结构仿真模型示意图。

图4为本发明中新型射频传输结构制备过程示意图。

图5为本发明提供的实施例中两种gsg传输结构对比示意图。

图6为本发明提供的实施例中利用本发明方法设计的多种信号传输示意图。

图7为本发明提供的实施例中异质集成互联示意图。

图8为本发明中多个射频传输结构分布示意图。

其中：1、硅基板；2、射频信号传输硅通孔tsv；3、接地硅通孔tsv。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种新型射频传输结构，包括硅基板1及设置于硅基板上的射频信号传输硅通孔tsv2和若干个接地硅通孔tsv3；

射频信号传输硅通孔tsv2的孔内直径大于接地硅通孔tsv3的孔内直径。

上述射频信号传输硅通孔tsv2设置于由接地硅通孔tsv3围成的圆形中心，与其形成类同轴结构；类同轴结构可以保证射频性能，高密度的接地tsv隔离墙，可以保证在相同面积下，多个射频传输结构隔离度更好。

上述射频信号传输硅通孔tsv2的孔径比为3:1，且为中空且非全铜电镀填充结构，可以减少应力，同时更有利于射频信号的传输；

接地硅通孔tsv3的孔径比为10:1，且为中空全铜电镀填充结构；该硅通孔tsv是小尺寸到深径比的tsv，相比与传统tsv，小尺寸高深径比tsv更有利于缩小体积，实现高密度集成，同时小孔径高深径比tsv孔相对于传统全铜tsv应力也小很多，通过冗余设计保证传输结构的可靠性，该传输结构充分结合了两寸尺寸tsv的优点。

为了实现高频信号传输，一般采用类同轴结构，以中空结构tsv为例，如图1(b)所示。中心位置tsv传输射频信号，周围tsv接地。由于加工限制，孔与孔的间距需≥0.5*孔直径，因此孔径越大，周围地就越稀疏。采用大小tsv结合的结构，传输射频信号的tsv仍旧采用射频性能较好的空心tsv，而周围接地tsv采用小尺寸tsv，好处是接地tsv对tsv本身质量要求不高，只需要联通即可，因此小尺寸tsv可以形成更加密集的地包围结构，同时占用面积也很小。

上述硅基板1与射频信号传输硅通孔tsv2的接触面、硅基板1与若干个接地硅通孔tsv3的接触面及硅基板1的表面上均设置有一层sio2绝缘层。

在本发明的一个实施例中，提供了该传输结构的设计及制备方法如下：

①选定硅基板厚度，确定空心tsv尺寸d2，如图2所示；

②用仿真软件计算同轴结构的外围地的尺寸d1，如图3所示；

③将计算出的尺寸带入上述结构中，如图3所示，中间空心tsv直径d2，周围接地tsv环形结构的直径d1，接地tsv本身直径由硅基板厚度确定，间距采用0.5*孔径的最小间距，建立仿真模型，对实际结构进行微调，以满足实际使用要求。

该结构的工艺实现方式如图4所示。过程如下：

(a)备片，制备小尺寸tsv:采用drie工艺制作大小孔径的tsv盲孔；

(b)沉积sio2绝缘层：通过热氧化方式在硅衬底表面及小尺寸tsv盲孔侧壁形成致密的sio2绝缘层；

(c)在硅圆片表面及tsv盲孔侧壁溅射一层致密连续的tiw/cu阻挡层种子层，采用电镀铜工艺制填充小尺寸高深径比tsv盲孔，cmp去除表面电镀加厚铜层及tiw/cu种子层阻挡层；

(d)减薄抛光工艺：样片采用临时键合的方式置于载片上，背面进行减薄、研磨、抛光工艺，直至暴漏出小尺寸tsv互连一端，pecvd沉积氧化层，利用rie工艺在氧化层上开窗口，漏出铜tsv互连一端。由于tsv尺寸不同，小尺寸tsv电镀填充完成，大孔tsv正好完成侧壁电镀，形成中空结构tsv，因此大小孔tsv可以同时加工完成。

需要说明的是，在本发明中，设计制作该射频传输结构时，只有传输射频信号的大孔径硅通孔tsv需要进行仿真设计过程，其他用于传输接地信号等的小孔径硅通孔tsv设计时不用进行仿真过程，因此，在一定程度上节约了传输结构的制作时间。

在本发明的一个实施例中，提供了根据该结构可衍生其他射频传输结构；本发明结构适用于硅基板的任意射频垂直互联结构，其中射频信号采样中空结构的大孔径tsv，有利于高频信号传输，其他信号(接地、数字和模拟信号)采用实心填充的小孔径tsv，作用包括隔离、屏蔽、数字信号或者模拟信号互联，有利于缩小基板面积。

例如，传统的gsg结构如图5(a)所示，其中的小孔径tsv与大孔径tsv间隔距离较大，根据仿真结果可以调整接地硅通孔tsv的数量与排布方式，将其调整为图5(b)所示的大小混合构成的gsg结构。

本发明结构可以作为射频，接地，数字或者模拟信号等多种信号的垂直互联，适用于异质集成(如图6所示)，利用硅基板上集成射频芯片时，芯片的射频端口互联方式为中空的大孔径tsv，芯片的供电，控制端口采用小孔径tsv，如图7所示。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明的有益效果为：

1.结构所占面积更小，更利于高密度集成：实际使用时，封装模块同时有多个垂直互联结构，为了保证射频性能，需要多个类同轴结构，同时彼此间还需要充分隔离，传输结构间就需要大量接地孔，在保证相同的接地数量的情况下，结构中的接地tsv全部采用小尺寸高深径比tsv(10:1)，比采用传统tsv(3:1)接地所用面积小很多。

2.射频性好：类同轴结构可以保证射频性能，高密度的接地tsv隔离墙，可以保证在相同面积下，多个射频传输结构隔离度更好(如图8所示)。