CN108448217A - Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了Ti/Ni/Ag材料体系打孔与不打孔的射频微带结构及其制作方法，打孔的由通孔、W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属叠层构成。不打孔的由钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属叠层构成。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图形化；Si衬底为高阻Si。本发明的射频微带结构可以避免正面金属为Au时对IC工艺线的污染问题以及正面金属为Cu时带来的工艺过程复杂问题，满足了制造过程与IC工艺的兼容。同时在该材料体系中引入比Au和Cu具有更低电阻率的Ag，使射频微带结构具有更小的传输损耗。此外，加入钝化层可以有效防止Ag的电迁移。最后，打孔结构的打孔工艺不完全将衬底打穿，避免了在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。

Description

Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构
技术领域
本发明涉及射频微波电路技术领域，特别涉及一种Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构及其制作方法。
背景技术
在IC工艺中Ti/Ni/Ag通常用作电极，例如文献《Investigation of interface properties of Ti/Ni/Ag thin films on Si substrate》使用直流溅射Ti/Ni/Ag薄膜在Si衬底上，但在该文中，Ti/Ni/Ag叠层只用在Si的背面， Ti层提供在硅表面的粘附以及防止Si和Ni的扩散混合。Ni层提供便于焊接的表面，而Ag层作为Ni层的保护层并且适合银环氧依附。
再如文献《Effect of annealing on adhesion for Ti/Ni/Ag electrodes》使用Ti/Ni/Ag作电极在功率器件的背面芯片，并且对比了传统使用的单层Ni电极，Ti/Ni/Ag作电极具有更好的热性能和电气可靠性，在该文献中，Ti层用作上粘附层，其与Si衬底的热膨胀系数相近且对Si有极强的粘附力；Ag层用作下粘附层，它性能稳定，不易氧化，易于底座焊接，导电、导热性能良好且成本较低，Ni层用作中间过渡层，它的导电性和导热性适中且热膨胀系数介于Ti和Ag之间，不仅可阻挡Ag向Ti层中扩散，还可实现上下粘附层间的热匹配。
又如公开号为CN101789382A，公开时间为2010年7月28日，名称为“钛镍银多层金属电力半导体器件电极的制备方法”的中国发明专利，公开了一种钛镍银多层金属电力半导体器件电极的制备方法，其先用真空电子束蒸发方式按序分别将钛镍银三种金属沉积在硅片的电极面上，然后用烧结炉将所述硅片在真空高温下形成高性能的钛镍银多层金属电极，它稳定性强，导电性好，使用寿命高，并能增加器件的通态能力和可靠性，但是这种技术方案中Ti/Ni/Ag金属叠层也只是用于半导体器件的电极。
而对比我们的不同之处在于，我们不仅在器件背面将Ti/Ni/Ag用作电极，还在器件正面将Ti/Ni/Ag用作电极，充分发挥了该材料体系用作电极的优点，同时，我们发现不打孔的传统射频微带结构基本采用在陶瓷基板上丝网印刷金线或铜线形成。但该技术所用的材料价格相当昂贵，制造过程也相对复杂。所以我们在器件正面将Ti/Ni/Ag用作射频微带结构，Ti/Ni/Ag多层金属化射频微带结构不仅材料价格相对便宜，制造工艺也相对简单很多。此外，传统打孔工艺需要将衬底打穿，产生了IC工艺中衬底吸附漏真空的问题进而导致了IC工艺中高深宽比通孔刻蚀的难题。而我们不完全将衬底打穿，就避开了这些问题。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明提供一种利用微电子技术的，首次采用高阻Si和Ti/Ni/Ag的材料体系实现射频微带结构。当正面金属为Au时，因为Au的功函数高，所以Au与半导体接触时容易渗透到半导体中从而降低了器件性能，导致了IC工艺线的污染问题；当正面金属为Cu时，因为生长Cu只能使用电镀工艺，而电镀工艺会使Cu表面变得粗糙，所以需要进行化学机械研磨，从而增加了工艺复杂性。而该材料体系巧妙的避开了这些问题，因此能满足制造过程与IC工艺的兼容从而大大降低了批量生产的成本，并缩短了生产周期。同时在该材料体系中引入比Au和Cu具有更低电阻率的Ag，使射频微带结构具有更小的传输损耗，即器件具有更小的插入损耗，从而提高了器件射频微带性能。此外，加入钝化层可以有效防止Ag的电迁移。最后，其打孔工艺不完全将衬底打穿，避免了在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。通过这种简洁的方案很好的解决了IC工艺中高深宽比通孔刻蚀的难题，彻底解决工艺兼容性问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：包括设置在底部金属叠层上的Si衬底，Si衬底上表面的Ti/Ni/Ag金属叠层，在Si衬底上表面及其Ti/Ni/Ag金属叠层上，除用作焊盘的位置，还有一钝化层覆盖。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图形化；Si衬底为高阻Si。
所述Si衬底上还设置有若干通孔，通孔底部露出所述底部金属叠层的表面。
所述通孔的侧壁被W覆盖层覆盖。
所述通孔的深宽比（AR）< 4。
所述W覆盖层采用等离子体增强化学气相沉积法生长在通孔的侧壁上。
所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层从下往上依次为Ti层、Ni层、Ag层，即Ti层的底面与Si衬底的上表面贴合。
所述Ti/Ni/Ag金属叠层的厚度大于3µm。
所述背面金属叠层也可使用从上往下的Ti、Ni、Ag金属叠层，即Ti层的上表面与Si衬底的底面贴合。
所述钝化层为采用高温生长方式进行覆盖的SiO2 或者Si3N4。
Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，使用低浓度盐酸、SPM (H2SO4+H2O2) 对Si衬底表面进行清洗；
步骤2，在Si衬底上表面涂覆光刻胶，然后实施光刻将光刻胶按照需要的图形进行光刻，并且使被刻蚀的部分露出Si衬底表面且两侧剩余的光刻胶形成倒梯形结构，然后使用O2等离子体对露出的Si衬底表面进行处理；
步骤3，在经过步骤2光刻后的Si衬底上表面依次蒸镀Ti层、Ni层和Ag层，然后使用化学浸泡的方法对表面生长了Ti层、Ni层和Ag层且带有光刻胶的Si衬底进行金属剥离，使Si衬底表面按照步骤2的图形留下Ti/Ni/Ag金属叠层；
步骤4，采用高温生长的方法在经过步骤3后表面带有Ti/Ni/Ag金属叠层的Si衬底上表面覆盖钝化层，并刻蚀钝化层露出焊盘；
步骤5，对Si衬底的背面进行减薄处理使Si衬底的厚度达到设计要求的厚度，再在Si衬底的底面蒸镀底部金属叠层。
所述步骤1和步骤2之间还包括一个打孔过程，所述打孔过程包括以下步骤：
首先，在经过步骤1的Si衬底正面使用深反应离子蚀刻技术打盲孔，即打孔过程不将Si衬底打穿，孔的深度大于或等于设计要求的Si衬底厚度；
然后，在打孔后的Si衬底正面使用等离子体增强化学气相沉积法沉积一层W覆盖层；
最后，在Si衬底正面使用化学机械抛光去除表面的W。
所述步骤5中，对Si衬底的背面进行减薄处理时需将所述盲孔底部露出，使之成为通孔。
所述步骤3中，是使用N-甲基吡咯烷酮对浸泡对表面生长了Ti层、Ni层和Ag层且带有光刻胶的Si衬底进行金属剥离。
所述步骤5中，在Si衬底的底面蒸镀底部金属叠层具体是依次蒸镀Ti层、Ni层和Ag层。
所述步骤3和步骤5中，蒸镀的过程中均是在真空环境下进行的。
附图说明
图1为本发明的截面图；
图2(a)-(l)为本发明打孔结构的主要制造工艺步骤示意图；
上述附图中，附图标记为：1-W覆盖层，2-光刻胶，3-正面Ti/Ni/Ag金属叠层，301-正面Ti金属层，302-正面Ni金属层，303-正面Ag金属层，4-钝化层，5-背面Ti/Ni/Ag金属叠层或其他金属层，501-背面Ti金属层，502-背面Ni金属层，503-背面Ag金属层。
图3(a)-(i)为本发明不打孔结构的主要制造工艺步骤示意图；
上述附图中，附图标记为：1-光刻胶，2-正面Ti/Ni/Ag金属叠层，201-正面Ti金属层，202-正面Ni金属层，203-正面Ag金属层，3-钝化层，4-背面Ti/Ni/Ag金属叠层或其他金属层，401-背面Ti金属层，402-背面Ni金属层，403-背面Ag金属层。
图4(a)-(g)为本发明应用在不同类型滤波器的例子。
图5(a)-(c)为本发明应用在开口环谐振器的例子。
图6为本发明应用在定向耦合器的俯视图。
图7为本发明应用在振荡器中的谐振腔的俯视图。
图8(a)-(b)为本发明分别应用在T型和Y型功率分配器的俯视图。
图9为本发明应用在双工器中的分支接头的俯视图。
图10为本发明应用在缝隙天线的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
图1为本发明不打孔的截面图，该射频微带结构包括：钝化层3，正面Ti/Ni/Ag金属叠层2，正面Ti金属层201、正面Ni 金属层202、正面Ag 金属层203，Si衬底，背面Ti/Ni/Ag金属叠层4，背面Ti金属层401、背面Ni 金属层402、背面Ag 金属层403。
如图2所示，为本发明打孔结构的主要制造工艺步骤示意图。图2（a）中的Si衬底经过了预处理，使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底，降低了Si衬底表面态，提高了表面亲水性，使得后续金属与Si衬底粘附更紧密。图2（b）在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔，其中打孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度。并且打孔工艺不完全将衬底打穿，避免了在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。图2（c）在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层，为了确保孔侧壁的覆盖性，打的孔的深宽比（AR）< 4。图2（d）在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。图2（e）中的光刻胶2采用负胶，负胶厚度需大于5µm并形成倒梯形结构，这样有利于金属剥离工艺的完成，形成图形化，在光刻完成后使用O2等离子体处理Si衬底表面，这样既可以避免负胶残留又能提高蒸镀金属的稳定性和粘附力。图2（f）中在Si衬底上依次蒸镀Ti 301、Ni 302、Ag303，形成三层金属叠层，Ti/Ni/Ag多层金属蒸镀时需在真空环境下进行，同时考虑到器件性能和引线键合的难度，金属叠层的厚度需大于3µm。图2（g）中硅片使用NMP（N-甲基吡咯烷酮）进行了金属剥离工艺，在金属剥离的同时去除光刻胶2，形成的图形精度完全由光刻精度决定，因此金属图形的精度误差小于2µm。图2（h）中采用高温生长的方法形成钝化层4，此方法可以间接完成金属叠层的退火，增强金属与Si衬底、金属间的粘附力，释放应力。考虑到应力因素，钝化层选择SiO2而不选择Si3N4。图2（i）中用干法刻蚀SiO2钝化层4，露出的正面Ti/Ni/Ag金属叠层用作焊盘，未露出的正面Ti/Ni/Ag金属叠层用作导线。图2（j）中对Si衬底的背面进行打磨，减薄厚度，实现厚度可控。图2（k）中在Si衬底的背面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。图2（l）中在Si衬底的背面蒸镀其他金属。
如图3所示，为本发明不打孔结构的主要制造工艺步骤示意图。图3（a）中的Si衬底经过了预处理，使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底，降低了Si衬底表面态，提高了表面亲水性，使得后续金属与Si衬底粘附更紧密。图3（b）中的光刻胶1采用负胶，负胶厚度需大于5µm并形成倒梯形结构，这样有利于金属剥离工艺的完成，形成图形化，在光刻完成后使用O2等离子体处理Si衬底表面，这样既可以避免负胶残留又能提高蒸镀金属的稳定性和粘附力。图3（c）中在Si衬底上依次蒸镀Ti 201、Ni 202、Ag 203，形成三层金属叠层，Ti/Ni/Ag多层金属蒸镀时需要在真空环境下实施，同时考虑到器件性能和引线键合的难度，金属叠层的厚度需大于3µm。图3（d）中硅片使用NMP（N-甲基吡咯烷酮）进行了金属剥离工艺，在金属剥离的同时去除光刻胶1，形成的图形精度完全由光刻精度决定，因此金属图形的精度误差小于2µm。图3（e）采用高温生长的方法形成钝化层3，此方法可以间接完成金属叠层的退火，增强金属与Si衬底、金属间的粘附力，释放应力。考虑到应力因素，钝化层选择SiO2而不选择Si3N4。图3（f）中干法刻蚀SiO2钝化层3，露出的正面Ti/Ni/Ag金属叠层作为焊盘，未露出的正面Ti/Ni/Ag金属叠层作为导线。图3（g）中对Si衬底的背面进行打磨，减薄厚度，实现厚度可控。图3（h）中在Si衬底的背面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。图3（i）中在Si衬底的背面蒸镀其他金属。
图4(a)-(c)是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在不同类型滤波器的俯视图。图5是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在开口环谐振器的俯视图。图6是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在定向耦合器的俯视图。图7是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在振荡器中的谐振腔的俯视图。图8(a)、8(b)是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构分别应用在T型和Y型功率分配器的俯视图。图9是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在双工器中的分支接头的俯视图。图10是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在缝隙天线的俯视图。
下面结合具体图形化实施过程和附图对本发明作详细说明。
实施例1
如图4(a)-(c)所示，是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在射频微带线滤波器的三维俯视图和应用在射频基片集成波导滤波器的俯视图。
在实际应用中，本发明适用于（a）电感柱基片集成波导滤波器，（b）圆形腔体基片集成波导滤波器，（c）矩形腔交叉耦合基片集成波导滤波器，（d）直排型微带线带通滤波器，（e）平行耦合结构微带线带通滤波器，（f）交指型微带线带通滤波器，（g）发卡型微带线带通滤波器。（(a)-(c)滤波器包括W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。(d)-(g)滤波器包括钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图像化；Si衬底为高阻Si。此外，三种基片集成波导滤波器的SIW与微带线的过渡都使用Ti/Ni/Ag金属叠层构成的凹型过渡的改进型。
本发明(a)-(c)滤波器的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔，打孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度，并且不完全将衬底打穿，以避免在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。随后在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层，为了确保孔侧壁W的覆盖性，前一步打孔的深宽比（AR）小于4。沉积完成后在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。
本发明(d)-(g)滤波器的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属，并图形化为直排型结构。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。
实施例2
如图5(a)-(c)所示，是应用在正面Ti/Ni/Ag金属叠层的图形化为开口环结构的微带线滤波器或天线三维俯视图。
在实际应用中，本发明适用于开口环构成的微带线滤波器或天线，每一个开口环构成了一个微带谐振器，开口环谐振器之间通过耦合的不同形式和不同的间隙来达到正、负耦合及相应耦合的大小。如图5(a)为混合耦合形式，调整谐振器之间的间隙和谐振器位置偏移，可以改变耦合大小。图5(b)的谐振单元为小型化微带开口环谐振器，这种谐振器在保证其微带线总长度近似于半波长的前提下，充分利用了环内部的空间，将开口处的部分微带线折入环的内部，进而达到了减小其尺寸的目的。图5(c)的谐振单元为三角形开口环谐振器，相比于矩形开口环谐振器其需要加载。此外，还有谐振单元为圆形，六边形等形状的开口环谐振器。该滤波器或天线包括钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层为开口环结构；Si衬底为高阻Si。
本发明的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属，并图形化为矩形开口环结构。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。
实施例3
如图6所示，是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在定向耦合器的俯视图。
在实际应用中，本发明适用于射频微带定向耦合器。该射频微带定向耦合器包括W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图像化；Si衬底为高阻Si。此外，该射频微带定向耦合器的SIW与微带线的过渡使用Ti/Ni/Ag金属叠层构成的渐变形式过渡带。
本发明的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔，打孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度，并且不完全将衬底打穿，以避免在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。随后在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层，为了确保孔侧壁W的覆盖性，前一步打孔的深宽比（AR）小于4。沉积完成后在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。
实施例4
如图7所示，是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在振荡器中的谐振腔的俯视图。
在实际应用中，本发明适用于射频微带振荡器。该射频微带振荡器的选频和反馈元件为SIW矩形谐振腔，也可以使用正六边形、圆形、椭圆形以及三角形等SIW谐振腔。它包括W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图像化；Si衬底为高阻Si。此外，该射频微带振荡器中谐振腔的SIW与微带线的过渡使用Ti/Ni/Ag金属叠层构成的凹型过渡的改进型。
本发明的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔，打孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度，并且不完全将衬底打穿，以避免在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。随后在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层，为了确保孔侧壁W的覆盖性，前一步打孔的深宽比（AR）小于4。沉积完成后在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。
实施例5
如图8(a)、8(b)所示，是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构分别应用在T型和Y型功率分配器的俯视图。
在实际应用中，本发明适用于射频微带功率分配器。该射频微带功率分配器包括W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图像化；Si衬底为高阻Si。此外，两种射频微带功率分配器的SIW与微带线的过渡都使用Ti/Ni/Ag金属叠层构成的渐变形式过渡带。
本发明的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔，打孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度，并且不完全将衬底打穿，以避免在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。随后在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层，为了确保孔侧壁W的覆盖性，前一步打孔的深宽比（AR）小于4。沉积完成后在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。
实施例6
如图9所示，是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在双工器中的分支接头的俯视图。
在实际应用中，本发明适用于射频微带双工器。双工器是一种三端口器件，分别连接接收支路、发射支路和天线，一般由分支接头和带通滤波器组成。其中，分支接头的形式主要有分支波导、T型接头和铁氧体环行器等。本发明适用于铁氧体环形器中易于平面集成且应用频率较高的射频微带结构的三端口结环行器。该射频微带结构的三端口结环行器包括W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图像化；Si衬底为高阻Si。此外，射频微带双工器中分支接头的SIW与微带线的过渡使用Ti/Ni/Ag金属叠层构成的渐变形式过渡带。
本发明的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔，打孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度，并且不完全将衬底打穿，以避免在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。随后在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层，为了确保孔侧壁W的覆盖性，前一步打孔的深宽比（AR）小于4。沉积完成后在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。
实施例7
如图10所示，是Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构应用在缝隙天线的俯视图。
在实际应用中，本发明适用于射频微带缝隙天线。该射频微带缝隙天线包括W覆盖层、钝化层、正面Ti/Ni/Ag金属叠层、Si衬底、背面金属层。其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图像化；Si衬底为高阻Si。
本发明的大致工艺步骤为：首先使用低浓度盐酸、SPM(H2SO4+H2O2)清洗Si衬底表面，以降低硅片表面态，提升表面亲水性，使后续金属与Si衬底之间接触更紧密、粘附性更好。然后在Si衬底正面使用DRIE（深反应离子蚀刻）技术打盲孔，打孔的深度取决于所设计的Si衬底厚度，并且不完全将衬底打穿，以避免在后面IC工艺中衬底吸附漏真空的问题。随后在Si衬底正面使用PEVCD（等离子体增强化学气相沉积法）沉积一层薄薄的W覆盖层，为了确保孔侧壁W的覆盖性，前一步打孔的深宽比（AR）小于4。沉积完成后在Si衬底正面使用CMP（化学机械抛光）去除表面的W。然后利用传统的光刻工艺在Si衬底正面均匀涂抹负性光刻胶并且设置成倒梯形结构，以便于后续金属剥离工艺的完成。光刻完成后使用O2等离子体进行表面处理，以避免负性光刻胶的残留，提高蒸镀的金属稳定性和粘附力。随后为了显著提高金属膜的质量，增强其粘附力，需要在真空环境下，在Si衬底正面蒸镀Ti/Ni/Ag多层金属。为了使金属图形精度误差<2µm，蒸镀工艺完成后使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡2小时对正面Ti/Ni/Ag金属叠层进行剥离（lift-off ），在金属剥离同时进行去光刻胶工艺。然后使用高温PECVD形成SiO2钝化层，在形成SiO2钝化层的同时利用高温PECVD也间接完成了多层金属的退火工艺，随后对SiO2钝化层进行干法刻蚀并且露出焊盘。刻蚀工艺完成后在Si衬底背面实施厚度可控的Si衬底减薄工艺，最后再在Si衬底背面蒸镀Ti/Ni/Ag或其它金属薄膜。

Claims (15)

1.Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：包括设置在底部金属叠层上的Si衬底，Si衬底上表面的Ti/Ni/Ag金属叠层，在Si衬底上表面及其Ti/Ni/Ag金属叠层上，除用作焊盘的位置，还有一钝化层覆盖；其中，正面Ti/Ni/Ag金属叠层具有图形化；Si衬底为高阻Si。
2.如权利要求1所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述Si衬底上还设置有若干通孔，通孔底部露出所述底部金属叠层的表面。
3.如权利要求2所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述通孔的侧壁被W覆盖层覆盖。
4.如权利要求2或3所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述通孔的深宽比（AR）< 4。
5.如权利要求3所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述W覆盖层采用等离子体增强化学气相沉积法生长在通孔的侧壁上。
6.如权利要求1所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述正面Ti/Ni/Ag金属叠层从下往上依次为Ti层、Ni层、Ag层，即Ti层的底面与Si衬底的上表面贴合。
7.如权利要求1或6所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述Ti/Ni/Ag金属叠层的厚度大于3µm。
8.如权利要求1所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述背面金属叠层也可使用从上往下的Ti、Ni、Ag金属叠层，即Ti层的上表面与Si衬底的底面贴合。
9.如权利要求1所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构，其特征在于：所述钝化层为采用高温生长方式进行覆盖的SiO2 或者Si3N4。
10.Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，使用低浓度盐酸、SPM (H2SO4+H2O2) 对Si衬底表面进行清洗；
步骤2，在Si衬底上表面涂覆光刻胶，然后实施光刻将光刻胶按照需要的图形进行光刻，并且使被刻蚀的部分露出Si衬底表面且两侧剩余的光刻胶形成倒梯形结构，然后使用O2等离子体对露出的Si衬底表面进行处理；
步骤3，在经过步骤2光刻后的Si衬底上表面依次蒸镀Ti层、Ni层和Ag层，然后使用化学浸泡的方法对表面生长了Ti层、Ni层和Ag层且带有光刻胶的Si衬底进行金属剥离，使Si衬底表面按照步骤2的图形留下Ti/Ni/Ag金属叠层；
步骤4，采用高温生长的方法在经过步骤3后表面带有Ti/Ni/Ag金属叠层的Si衬底上表面覆盖钝化层，并刻蚀钝化层露出焊盘；
步骤5，对Si衬底的背面进行减薄处理使Si衬底的厚度达到设计要求的厚度，再在Si衬底的底面蒸镀底部金属叠层。
11.如权利要求10所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构的制造方法，其特征在于：所述步骤1和步骤2之间还包括一个打孔过程，所述打孔过程包括以下步骤
首先，在经过步骤1的Si衬底正面使用深反应离子蚀刻技术打盲孔，即打孔过程不将Si衬底打穿，孔的深度大于或等于设计要求的Si衬底厚度；
然后，在打孔后的Si衬底正面使用等离子体增强化学气相沉积法沉积一层W覆盖层；
最后，在Si衬底正面使用化学机械抛光去除表面的W。
12.如权利要求11所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构的制造方法，其特征在于：所述步骤5中，对Si衬底的背面进行减薄处理时需将所述盲孔底部露出，使之成为通孔。
13.如权利要求10所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构的制造方法，其特征在于：所述步骤3中，是使用N-甲基吡咯烷酮对浸泡对表面生长了Ti层、Ni层和Ag层且带有光刻胶的Si衬底进行金属剥离。
14.如权利要求10所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构的制造方法，其特征在于：所述步骤5中，在Si衬底的底面蒸镀底部金属叠层具体是依次蒸镀Ti层、Ni层和Ag层。
15.如权利要求10所述的Ti/Ni/Ag材料体系的射频微带结构的制造方法，其特征在于：所述步骤3和步骤5中，蒸镀的过程中均是在真空环境下进行的。
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