一种微同轴结构及制备方法与流程

本发明涉及芯片，尤其涉及一种微同轴结构及制备方法。

背景技术：

1、毫米波/太赫兹电子系统在高性能雷达和空间通信等领域具有非常广阔的应用前景。为解决毫米波/太赫兹传输结构、器件及系统的小型化和轻量化问题，国内及国际上诸多知名科研机构都将射频微系统视为重点研究方向。其主流的研究方向主要是可以在微电子机械系统(mems)工艺的基础上，由多层电镀铜进行堆叠而成的多层金属结构，即微同轴结构。在微电子机械系统(mems)工艺的基础上，在矩形的铜质外导体中引入内导体及其介质支撑结构，形成空气填充的微型同轴传输线，该结构被命名为polystrata-tm结构(微同轴结构)。微同轴在毫米波/太赫兹电子系统在高性能雷达和空间通信等领域具有非常广阔的应用前景。

2、现有技术同轴结构由六层电镀铜堆叠而成，同轴线上方同样存在起屏蔽作用的铜层，在电镀完成后释放光刻胶的时候，会出现光刻胶释放困难、光刻胶膨胀导致微同轴结构松散、热烘时产生不良反应、成本高的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的微同轴结构及制备方法。

2、第一方面，提供一种微同轴结构，包括：

3、第一衬底，第一衬底上设置有金属微结构；

4、第二衬底，第二衬底和第一衬底通过金属层键合；第二衬底上设置有凹槽与通孔，金属微结构位于凹槽内，通孔内填充有金属介质，金属介质、金属层以及金属微结构电连接。

5、可选的，金属微结构包括：

6、第一金属叠层，形成于第一衬底上；金属介质、金属层以及第一金属叠层电连接；

7、第二金属叠层，形成于第一金属叠层上；

8、介质层，形成于第二金属叠层上，介质层的两端与第二金属叠层部分接触；

9、第三金属叠层，形成于第二金属叠层上，第三金属叠层与介质层的两端接触；

10、第四金属叠层，形成于介质层以及第三金属叠层上；

11、其中，第二金属叠层上设置有连通至第一金属叠层和介质层的第一通孔，第四金属叠层上设置有多个连通至介质层的第二通孔。

12、可选的，第一金属叠层、第二金属叠层、第三金属叠层、第四金属叠层的材质为铜；介质层的材质为负性光刻胶；金属层的材质为锡银铜金属层；金属介质的材质为铜。

13、可选的，多个金属微结构依次电连接形成微结构链。

14、可选的，金属层包括第一金属层、第二金属层，第一金属层将第一衬底与凹槽的一侧槽壁键合，第二金属层将第一衬底与凹槽的另一侧槽壁键合；金属介质、微结构链首端的金属微结构分别与第一金属层电连接，微结构链尾端的金属微结构与第二金属层电连接。

15、可选的，多个金属微结构依次通过芯片电连接。

16、第二方面，提供一种微同轴结构的制备方法，包括：

17、在第一衬底上采用金属堆叠工艺制备金属微结构和金属层；

18、在第二衬底上形成凹槽与通孔，在通孔内填充金属介质；

19、将第一衬底和第二衬底通过金属层键合，使金属微结构位于凹槽内，使金属介质、金属层以及金属微结构电连接。

20、可选的，在第一衬底上采用金属堆叠工艺制备金属微结构和金属层，包括：

21、在第一衬底上依次形成第一氧化层、第一种子层；

22、在第一种子层上根据定义的光刻胶图形，电镀第一金属叠层和金属层，形成第一微结构层，其中，第一金属叠层和金属层电连接；

23、在第一微结构层上根据定义的光刻胶图形，电镀第二金属叠层，形成第二微结构层；

24、在第二微结构层上形成第二种子层，在第二种子层上根据定义的光刻胶图形，电镀第三金属叠层并形成介质层，形成第三微结构层；

25、在第三微结构层上形成第三种子层，在第三种子层上根据定义的光刻胶图形，电镀第四金属叠层，形成第四微结构层；

26、除去光刻胶，在第二金属叠层上形成连通至第一金属叠层和介质层的第一通孔，在第四金属叠层上形成多个连通至介质层的第二通孔。

27、可选的，在第二衬底上形成凹槽与通孔，在通孔内填充金属介质，包括：

28、在第二衬底上形成第二氧化层；

29、在第二氧化层上根据定义的光刻胶图形，刻蚀形成通孔；

30、在通孔的内壁依次形成第三氧化层、第四种子层；

31、在第四种子层上形成金属介质，直至将通孔完全填充；

32、在第二氧化层上根据定义的光刻胶图形，刻蚀形成凹槽；

33、将第二衬底进行抛光。

34、可选的，在通孔的内壁依次形成第三氧化层、第四种子层，包括：

35、在第三氧化层表面形成厚度为10～30纳米的金属钛层；

36、在金属钛层表面形成厚度为20～40纳米的金属氮化钛层；

37、在金属氮化钛层表面形成厚度为250～350纳米的金属铜层。

38、本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

39、本发明实施例提供的微同轴结构及制备方法，将设置有金属微结构的第一衬底和设置有凹槽与通孔的第二衬底键合，通过通孔将金属微结构传导的信号导引至外部，形成三维封装结构，减少占用晶圆面积，降低成本。进一步设置4层金属叠层结构的微同轴结构，通过第四金属叠层上设置的多个连通至介质层的第二通孔，使同轴线上方不被铜层完全封住，同时相较于现有6层金属堆叠的微同轴结构，将光刻胶的堆叠减少至4层，更容易曝光和释刻放光胶，避免在光刻过程中各种热烘烤工艺中出现气泡等不良，提升良率。

40、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种微同轴结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的微同轴结构，其特征在于，所述金属微结构包括：

3.如权利要求2所述的微同轴结构，其特征在于，所述第一金属叠层、所述第二金属叠层、所述第三金属叠层、所述第四金属叠层的材质为铜；所述介质层的材质为负性光刻胶；所述金属层的材质为锡银铜金属层；所述金属介质的材质为铜。

4.如权利要求1至3任一所述的微同轴结构，其特征在于，多个所述金属微结构依次电连接形成微结构链。

5.如权利要求4所述的微同轴结构，其特征在于，所述金属层包括第一金属层、第二金属层，所述第一金属层将所述第一衬底与所述凹槽的一侧槽壁键合，所述第二金属层将所述第一衬底与所述凹槽的另一侧槽壁键合；所述金属介质、所述微结构链首端的所述金属微结构分别与所述第一金属层电连接，所述微结构链尾端的所述金属微结构与所述第二金属层电连接。

6.如权利要求4所述的微同轴结构，其特征在于，多个所述金属微结构依次通过芯片电连接。

7.一种微同轴结构的制备方法，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的微同轴结构的制备方法，其特征在于，所述在第一衬底上采用金属堆叠工艺制备金属微结构和金属层，包括：

9.如权利要求7或8所述的微同轴结构的制备方法，其特征在于，所述在第二衬底上形成凹槽与通孔，在所述通孔内填充金属介质，包括：

10.如权利要求9所述的微同轴结构的制备方法，其特征在于，所述在所述通孔的内壁依次形成第三氧化层、第四种子层，包括：

技术总结
本发明公开了一种微同轴结构及制备方法，该微同轴结构，包括：第一衬底，第一衬底上设置有金属微结构；第二衬底，第二衬底和第一衬底通过金属层键合；第二衬底上设置有凹槽与通孔，金属微结构位于凹槽内，通孔内填充有金属介质，金属介质、金属层以及金属微结构电连接。本发明实施例提供的微同轴结构及制备方法，将设置有金属微结构的第一衬底和设置有凹槽与通孔的第二衬底键合，通过通孔将金属微结构传导的信号导引至外部，形成三维封装结构，减少占用晶圆面积，降低成本。

技术研发人员：王荣栋,杨云春
受保护的技术使用者：赛莱克斯微系统科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15