一种太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子领域，涉及太赫兹波段电路互连技术，具体涉及一种用于太赫兹波的碳化硅基阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹波具有重大的科学意义和潜在应用价值，太赫兹技术已经越来越受到各国政府和科学家的重视。由于太赫兹传输线是决定太赫兹电路性能的重要因素之一，因此研究具有低损耗，高Q值，高功率容量，易于集成的新型传输线结构成为研究太赫兹技术的重要一环。
[0003]在微波集成电路中传输线的通常类型是微带线和共面波导，然而当频率很高时共勉波导具有更低的色散和损耗，因此共勉波导对于高频段信号更具有优势。但是对太赫兹波段的信号，固态介质材料的极性分子吸收比较显著，这导致以固态材料作为介质材料层的传统共面波导会具有显著的色散和介质损耗。研究发现采用空气作为介质材料的共面波导会大大降低色散和损耗。为实现阻抗调谐，共面波导结构的空气介质层需要有足够的厚度。但是在现有加工技术中，若空气介质层过厚，其信号线金属层和正面接地金属层不易加工，实物易变形断裂，从而使结构不稳定，安装误差较大。然而若空气介质层过薄，则无法满足传输线的阻抗设计要求，造成性能下降。因此，在该技术领域存在着诸如上述的缺点和限制需要克服。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种用于太赫兹波的碳化硅基阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法，能够在降低传输线损耗和色散的同时，解决阻抗调谐以及结构稳定性方面的问题，同时满足太赫兹传输线的性能与阻抗设计要求。
[0005]为了实现上述目的，本发明用于太赫兹波的碳化硅基阻抗易调谐空气共面波导结构采用的技术方案为:包括碳化硅基片层，所述的碳化硅基片层正面沉积开设有沟槽Slot的开关金属层，沟槽Slot处的碳化硅基片层上通过信号线金属支撑柱设置信号线金属层，沟槽Slot两侧的开关金属层上分别通过正面接地金属层支撑柱设置有正面接地金属层；
[0006]所述的信号线金属层与正面接地金属层之间、信号线金属支撑柱与正面接地金属层支撑柱之间以及信号线金属支撑柱的底部与开关金属层之间形成空气介质层;所述的碳化硅基片层背面沉积有背面接地金属层，并且碳化硅基片层上开设有多个背面金属通孔，将开关金属层和背面接地金属层连通。
[0007]所述的碳化硅基片层采用高阻型碳化硅材料制成;所述的高阻型碳化硅材料为电阻率大于15欧姆.厘米的碳化硅材料。
[0008]所述的开关金属层上的沟槽Slot宽度能够根据信号线金属层的宽度以及空气介质层的厚度进行调整，以获取不同大小的阻抗。
[0009]本发明用于太赫兹波的碳化硅基阻抗易调谐空气共面波导结构的制备方法采用的技术方案，包括以下步骤:
[0010]I)在碳化硅基片层上制作开关金属层；
[0011]首先在碳化硅基片层的上表面涂一层光刻胶，在烘箱中烘烤;光刻出开关金属层的图案区域，在显影液中浸泡，用惰气吹干;最后电镀制作出开关金属层；
[0012]2)在制得的开关金属层上制作牺牲层；
[0013]首先在开关金属层上方涂抹一层剥离胶，在烘箱中烘烤;然后在剥离胶上涂抹一层光刻胶，再在烘箱中烘烤;之后通过光刻版套刻对准，光刻出信号线金属支撑柱以及正面接地金属层支撑柱的图案区域;最后在显影液中浸泡，用惰气吹干，形成牺牲层;所述牺牲层的图案区域包括开关层去除区域和开关层保留区域，开关层去除区域为信号线金属支撑柱和正面接地金属层支撑柱的图案区域；
[0014]3)在牺牲层以及开关金属层上沉积起镀层；
[0015]4)制作正面接地金属层和信号线金属层图案的掩膜层；
[0016]首先在起镀层上涂抹一层光刻胶，在烘箱中烘烤;然后用光刻版光刻出信号线金属层和正面接地金属层的图案区域;最后在显影液中浸泡，用惰气吹干，形成掩膜层，所述掩膜层包括起镀层去除区域和起镀层保留区域，其中起镀层去除区为正面接地金属层和信号线金属层的图案区域；
[0017]5)对未被掩膜层阻挡的起镀层，通过金属电镀制作出正面接地金属层支撑柱、信号线金属层支撑柱、正面接地金属层和信号线金属层；
[0018]6)制作背面金属通孔图案的掩膜层；
[0019]首先对碳化硅基片层的背面进行减薄，并涂抹一层光刻胶，在烘箱中烘烤;然后用光刻版光刻出背面金属通孔的图案区域;最后在显影液中浸泡，用惰气吹干，形成掩膜层；所述掩膜层包括基片背面去除区域以及基片背面保留区域，其中基片背面去除区域为背面金属通孔的图案区域；
[0020]7)在碳化硅基片层背面通过感应耦合等离子刻蚀通孔区；
[0021]8)洗去掩膜层，金属电镀制作背面金属通孔和背面接地金属层；
[0022]9)除去掩膜光刻胶；
[0023]10)腐蚀起镀层，然后洗去牺牲层，形成架空的共面波导结构，即得到用于太赫兹波的碳化硅基阻抗易调谐空气共面波导结构。
[0024]所述的起镀层厚度为100纳米，其中包括20纳米用于提高退火后电极端金属和电镀金之间粘附强度的Ti层以及80纳米用于减少导电层电阻的Au层。
[0025]所述的步骤10)首先把波导结构浸没在碘化钾溶液中腐蚀20秒，然后用清水冲洗干净，去掉起镀层中的Au层;再用氢氟酸溶液腐蚀8秒，然后用清水冲洗干净，去掉起镀层中的Ti层;最后在剥离胶溶液中浸泡5分钟，然后用清水冲洗干净，去掉牺牲层，最终形成空气介质层。
[0026]所述的步骤7)中将碳化硅基片层通过RF粒子源按刻蚀角度进行轰击，所述的RF粒子源采用SF6，O2以及Ar的混合气体，刻蚀角度为85°?90°，RF上电极功率为1000瓦特?1500瓦特，RF下电极功率为100瓦特?200瓦特，所述的SF6气体流速为14sccm?60sccm。
[0027]所述的光刻胶采用EPI622，涂抹后在100°C的烘箱中烘烤10分钟；剥离胶采用L0R5A，涂抹后在160 0C烘箱中烘烤20分钟。
[0028]所述的惰气采用氮气。
[0029]与现有技术相比，本发明用于太赫兹波的碳化硅基阻抗易调谐空气共面波导结构具有如下的有益效果:针对基于第三半导体太赫兹器件和电路设计了一种新型传输线结构，利用空气桥制作技术，实现了以空气介质层作为主要介质层的共面波导结构。在太赫兹信号的传输方面，相比传统共面波导本发明具有更低的插入损耗和色散，能够实现一种高品质因数的共面波导结构。同时在空气介质层和碳化硅基片层之间插入开关金属层，减小了空气介质层的厚度，降低了加工难度，解决了由于空气介质层过厚度以及支撑柱间距较远，造成的实物易变形裂断，结构不稳定等问题。此外，本发明在开关金属层上开设有沟槽Slot，通过调节金属开关层的沟槽Slot大小，更易于得到所需的阻抗值，大大降低了阻抗调节的难度。
[0030]与现有技术相比，本发明碳化硅基阻抗易调谐空气共面波导结构的制备方法具有如下的有益效果:采用腐蚀法去除起镀层金属，能够得到更加整齐的电镀金属层，避免了金属边缘处起镀层金属残留对共面波导结构的太赫兹波特性产生的负面影响。本发明中的牺牲层采用了剥离胶以及光刻胶，这样对非剥离区域具有双重保护的作用，提高了器件成品率。
【附图说明】
[0031]图1本发明波导结构的部分结构示意图；
[0032]图2(a_l)碳化硅基片层上制作开关金属层的正视图；
[0033]图2(a_2)碳化硅基片层上制作开关金属层的俯视图；
[0034]图2(b_l)涂抹光刻胶后光刻出正面接地金属层支撑柱牺牲层以及信号线金属层支撑柱牺牲层的正视图；
[0035]图2(b_2)涂抹光刻胶后光刻出正面接地金属层支撑柱牺牲层以及信号线金属层支撑柱牺牲层的俯视图；
[0036]图2(c_l)淀积起镀层的正视图；
[0037]图2(c_2)淀积起镀层的俯视图；
[0038]图2(d-l)在起镀层上涂抹光刻胶后光刻出正面接地金属层掩膜层以及信号线金属层掩膜层的正视图；
[0039]图2(d-2)在