一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器的制作方法

1.本发明属于微波射频技术领域，尤其涉及一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器。


背景技术：

2.滤波器是一个允许特定频段的信号通过同时抑制其它频段信号的设备，广泛应用于各项通讯领域。在5ghz通信频段，信号环境极为复杂，射频接收系统需要使用大量的高性能、微型化、低成本的滤波器，以保证射频接收机的高灵敏度、大动态的接收，避免产生虚假信号被后端处理接收。
3.由于传统集总参数滤波器中电感、电容等无源器材尺寸较大，导致滤波器集成度低，体积重量不能够满足当下电子系统微型化的要求。而ltcc(低温共烧陶瓷)或htcc(高温共烧陶瓷)等方式实现的滤波器虽然体积较传统方式有所减小，但是平面集成的电感q值难以提高，实现高性能滤波器的难度增大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器,采用高阻硅集成产品开发和tsv技术实现了一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器，该技术将滤波器所需无源器件集成于高阻硅衬底之上，tsv通孔用于连接芯片的正反面以及实现内部各层的互联，进而减小射频互联接口的寄生效应，减小射频滤波器的体积，提高滤波器的集成度。
5.本发明目的通过下述技术方案来实现：
6.一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器，所述射频滤波器包括从上至下的第一沉积金属层、第二沉积金属层、第三沉积金属层和第四沉积金属层，所述第四沉积金属层下方设有高阻硅衬底层，所述高阻硅衬底层下方设有过渡层，所述滤波器设有从第二沉积金属层下方贯通至所述过渡层下方的通孔，所述通孔用于实现内部各层互联以及芯片正反面的连接，所述第一沉积金属层顶部还设有外部电连接元件，所述第四沉积金属层和所述第三沉积金属层间还设有电容介质层，所述过渡层下方还设有再分布层和设于所述再分布层下方的沉积凸点下金属层，所述沉积凸点下金属层底部设有外部基板连接件。
7.进一步的，所述射频滤波器还包括设置于高阻硅衬底层顶部的隔离层和设置于高阻硅衬底层底部的隔离层。
8.进一步的，所述高阻硅衬底层为减薄的高阻硅基板。
9.进一步的，所述第四沉积金属层、所述第三沉积金属层和所述电容介质层共同形成极板电容，所述电容介质层包括sin介质层。
10.进一步的，所述第三沉积金属层和所述第二沉积金属层通过金属过孔相连，所述第二沉积金属层和所述第一沉积金属层通过金属过孔相连，所述第一沉积金属层和所述第二沉积金属层共同用于制备电感及走线。
11.进一步的，所述外部电连接元件包括电极金属焊盘。
12.进一步的，所述通孔包括通过深反应离子工艺刻蚀制成的tsv通孔，所述通孔通过电镀铜工艺覆盖通孔侧壁，所述通孔用于实现所述视频滤波器正反面的互连。
13.进一步的，所述外部基板连接件包括铜柱锡帽凸点，用于实现所述射频滤波器与外部基板的连接。
14.进一步的，所述沉积凸点下金属层通过溅射及光刻工艺实现，用于粘附及扩散阻挡。
15.本发明的有益效果在于：
16.(1)高阻硅集成产品开发技术的使用可以大幅减小射频滤波器的体积和重量；tsv技术的使用能实现内部各层互联以及链接芯片正反面，减小射频互联接口的寄生效应。
17.(2)本发明第二沉积金属层和第一沉积金属层中厚铜的使用，使射频走线的损耗更低，电感q值能够大大提高。
18.(3)本发明第四金属层、sin介质层和第三沉积金属层一起实现的mim电容由于使用了较薄的介质层所以具有较高的电容密度，从而使器件面积更小，成本更低，也使一些大电容应用场景成为可能。
19.(4)本发明所设计滤波器采用光刻等半导体工艺实现，不仅具有更高的精度，还可以与现有si基集成电路工艺兼容，不仅有利于降低工艺成本，也有助于系统的进一步集成。
附图说明
20.图1是本发明实施例提供的一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器结构示意图；
21.图2是本发明实施例射频滤波器所采用的ipd工艺流程图；
22.图3是本发明实施例射频滤波器所采用的tsv接口仿真结果图；
23.图4是本发明实施例射频滤波器所采用的tsv接口仿真结果图；
24.图5是本发明实施例射频滤波器基板版图。
25.其中，1-al电极金属焊盘，2-金属过孔，3-第一沉积金属层，4-第二沉积金属层，5-第三沉积金属层，6-第四沉积金属层，7-sin介质层，8-顶部二氧化硅隔离层，9-高阻硅衬底层，10-tsv通孔，11-底部二氧化硅隔离层，12-底部rdl层，13-ubm层，14-铜柱锡帽凸点。
具体实施方式
26.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.由于传统集总参数滤波器中电感、电容等无源器材尺寸较大，导致滤波器集成度低，体积重量不能够满足当下电子系统微型化的要求。而ltcc(低温共烧陶瓷)或htcc(高温
共烧陶瓷)等方式实现的滤波器虽然体积较传统方式有所减小，但是平面集成的电感q值难以提高，实现高性能滤波器的难度增大。
29.为了解决上述技术问题，提出了本发明一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器的下述各个实施例。
30.实施例1
31.本实施例提供了一种通过硅基板制备的射频滤波器，该射频滤波器采用高阻硅ipd技术和tsv技术实现，参照图1，如图1所示是本实施例提供的一种基于硅基集成产品开发的射频滤波器结构示意图，该射频滤波器具体包括：
32.高阻硅衬底层9、顶部二氧化硅隔离层8、底部二氧化硅隔离层11、第四沉积金属层6、sin介质层7、第三沉积金属层5、第二沉积金属层4、第一沉积金属层3、al电极金属焊盘1、tsv通孔10、底部rdl层12(再分布层)、ubm层(沉积凸点下金属层)13和铜柱锡帽凸点14。
33.高阻硅为减薄的高阻硅基板；采用高阻硅材料作为衬底在保证了硅工艺兼容的同时，实现了射频信号传输的低损耗，减薄该高阻硅衬底可以显著缩小本发明滤波器的体积。
34.顶部二氧化硅隔离层8位于高阻硅衬底层9顶部，底部二氧化硅隔离层11位于高阻硅衬底底部，顶部二氧化硅隔离层8和底部二氧化硅隔离层11通过热氧工艺实现，用于提高衬底电阻，降低损耗。
35.第四沉积金属层6位于顶部二氧化硅隔离层8的顶部，用于用于制备电容的底电极；sin介质层7用于位于第四沉积金属层6顶部，厚度较薄，用于充当电容介质；第三沉积金属层5位于sin介质层7顶部，用于制备电容的上电极。第四沉积金属层6、sin介质层7和第三沉积金属层5一起实现mim电容，以提高电容密度。
36.第二沉积金属层4位于第三沉积金属层5顶部，通过金属过孔2与第三沉积金属层5相连；第二沉积金属层4材料为铜。第一沉积金属层3位于第二沉积金属层4顶部，通过金属过孔2与第二沉积金属层4相连；第一沉积金属层3材料为铜。第二沉积金属层4和第一沉积金属层3主要用于制备电感及走线。双层厚铜的使用可以降低射频走线的损耗，提高电感q值。
37.al电极金属焊盘1位于部分第一沉积金属层3顶部，用于实现所制备滤波器与外部的电连接。
38.tsv通过深反应离子工艺刻蚀制成，并通过电镀铜工艺覆盖通孔侧壁。tsv通孔10从正面第二沉积金属层4延伸到与底部rdl层12，实现正反面的互连。
39.底部rdl层12位于tsv通孔10附近，用于过渡；ubm层13位于底部rdl层12底部，材料为ti/cu，通过溅射及光刻工艺实现用于粘附及扩散阻挡；铜柱锡帽凸点14位于ubm层13底部，用于实现本发明所实现的滤波器与外部基板的连接。
40.本实施例高阻硅集成产品开发技术的使用可以大幅减小射频滤波器的体积和重量；tsv技术的使用能实现内部各层互联以及链接芯片正反面，减小射频互联接口的寄生效应。第二沉积金属层和第一沉积金属层中厚铜的使用，使射频走线的损耗更低，电感q值能够大大提高。第四金属层、sin介质层和第三沉积金属层一起实现的mim电容由于使用了较薄的介质层所以具有较高的电容密度，从而使器件面积更小，成本更低，也使一些大电容应用场景成为可能。采用光刻等半导体工艺实现，不仅具有更高的精度，还可以与现有si基集成电路工艺兼容，不仅有利于降低工艺成本，也有助于系统的进一步集成。
41.实施例2
42.本实施例中tsv通孔10孔径为60um，深宽比为2:1，通过深反应离子工艺刻蚀制成，并通过电镀铜工艺覆盖通孔侧壁。所述tsv通孔10从正面金属层3延伸到与底部rdl层12，实现正反面的互连。
43.底部rdl层12位于tsv通孔10附近，用于过渡；所述ubm层13位于底部rdl层12底部，材料为ti/cu，通过溅射及光刻工艺实现用于粘附及扩散阻挡；所述铜柱锡帽凸点14位于ubm层13底部，用于实现本发明所实现的滤波器与外部基板的连接。
44.参照图2，如图2所示是本实施例射频滤波器所采用的ipd工艺流程图，本实施例中射频滤波器采用了ipd工艺，对于硅基ipd基板，各层金属及钝化层图形均是通过淀积、光刻、刻蚀工艺形成。
45.本实施例射频滤波器采用了tsv工艺，ipd基板制备之后，需要通过tsv技术，实现硅基板正面与背面的电互连。通过电镀铜工艺覆盖通孔侧壁，使正面金属层与背面redistribution layer(rdl)层互相。tsv孔径设计为60um，滤波器硅基板的厚度120um，并按照如上的工艺参数对滤波器的s参数进行仿真。参照图3，如图3所示是本发明实施例射频滤波器所采用的tsv接口仿真结果图，从仿真结果可以看出，ipd滤波器的tsv射频接口的损耗在20ghz带宽内小于0.4db，且在整个工作频段内，没有谐振点。因此，滤波器在倒装焊接后不会造成滤波性能的恶化。
46.根据上述设计，利用ads软件确定滤波器的原理图设计。参照图4，如图4所示是本发明实施例射频滤波器所采用的tsv接口仿真结果图，从仿真结果分析，该滤波器设计能够满足技术指标的要求。
47.参照图5，如图5所示是本发明实施例射频滤波器基板版图。版图尺寸为2.3mm
×
1.4mm。与传统的集总参数滤波器相比，尺寸大幅下降。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。