CN110988767A - 一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法，具体包括如下步骤：101)晶片加工步骤、102)表面处理步骤、103)初步制作步骤、104)二次处理步骤；本发明提供制造出高性能的开路结构、短路结构、直通结构、负载结构、延时结构的在片校准件，并且可通过模型对其电性能进行合理表征的一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法。

Description

一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法

技术领域

本发明涉及在片校准件制造领域，更具体的说，它涉及一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法。

背景技术

随着集成电路应用需求的日益加大，低噪声、大功率、高线性度等设计目标促使着各类元素半导体(Si、Ge等)与III-V族化合物半导体(GaAs、GaN等)呈现出百花齐放的发展势头。不论基于何种工艺进行芯片设计，在芯片成型的周期中，测试始终是芯片设计与量产交付是否成功的关键过程。

目前，在片校准件常被制作于Al2O3衬底之上，配合微波探针与S参数校准算法可排除测试缆线、微波探针、焊盘(PAD)的影响，以此可精确测量出芯片的真实性能。常用在片校准件包括开路结构、短路结构、直通结构、负载结构、延时结构等，校准件的性能直接关系到最终校准精度的好坏，因此我们需要校准件尽可能覆盖更广的工作频段，且始终保持易于建模表征的电性能。

然而，当频率高至毫米波频段时，校准件的寄生效应变得不可忽略，诸如辐射、色散等不利因素的出现，将导致在片校准件的电性能急剧恶化。实际情况下，很难制造出在能够覆盖毫米波/太赫兹频段的高性能在片校准件。因此，急需一种可以制造高性能太赫兹在片校准件的工艺技术，以满足当下对太赫兹频段芯片的测试需求。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供制造出高性能的开路结构、短路结构、直通结构、负载结构、延时结构的在片校准件，并且可通过模型对其电性能进行合理表征的一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法，具体包括如下步骤：

101)晶片加工步骤：消除晶片表面缺陷，获得高度平整、光洁的表面；

其中晶片作为衬底材料，采用熔融石英；

102)表面处理步骤：在晶片上表面溅射NiCr层/TaN层，形成薄膜层；

103)初步制作步骤：通过光刻与湿刻蚀工艺制出电阻的几何形状，形成初步的版图；

104)二次处理步骤：在晶片电阻上溅射TiW薄粘合剂层和金层，电阻、TiW薄粘合剂层和金层形成金属导体层，再次通过光刻与湿刻蚀，使金属导体层与初步的版图的形状相一致，形成最终的版图。

进一步的，最终的版图包括开路结构、短路结构、直通结构、负载结构、延时结构、直角结构；

开路结构，使得信号无直通传输，其二端口网络的输入反射系数与输出端口反射系数均为+1；

短路结构，使得信号传输线与参考地短接，其二端口网络的反射系数与输出端口反射系数均为-1；

直通结构，为信号建立直接传输的通路，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数均为0，传输线的插入损耗为0dB；

负载结构，使得输入的信号完全被吸收，无反射现象，其二端口网络的输入反射系数与输出反射均为0；

延时线结构，为信号建立通路，相比于直通结构，延时线结构传输线要更长，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数均为0；

直角结构，为垂直结构的传输形式建立通路，直角结构传输线长于直通结构，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数均为0。

本发明相比现有技术优点在于：

本发明通过本方案制作在片校准件在高至太赫兹频段，插入损耗与特征阻抗变化都能保持相对稳定，且可以制造出高性能的开路结构、短路结构、直通结构、负载结构、延时结构的在片校准件，并且可通过模型对其电性能进行合理表征。本方案具有高精密性、高准确性、高重复性特点，可用于制造出高性能太赫兹在片校准件，以满足太赫兹频段芯片的测量需求。

本发明基于熔融石英衬底进行在片校准件设计，优势在于结合隔膜工艺后其介质损耗小、热稳定性好，可以应用于太赫兹频段。

附图说明

图1是本发明的基于熔融石英制造的在片校准件的截面图；

图2是本发明的开路结构版图的俯视图；

图3是本发明的短路结构版图的俯视图；

图4是本发明的直通结构版图的俯视图；

图5是本发明的负载结构版图的俯视图；

图6是本发明的延时线结构版图的俯视图；

图7是本发明的直角结构版图的俯视图。

图中标识：熔融石英1、薄膜层2、金属导体层3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图7所示，一种基于熔融石英1衬底的太赫兹在片校准件制造方法，基于熔融石英1衬底进行在片校准件设计，优势在于结合隔膜工艺后其介质损耗小、热稳定性好，可以应用于太赫兹频段。

具体制作方法包括如下步骤：

101)晶片加工步骤：消除晶片表面缺陷，获得高度平整、光洁的表面；其中晶片作为衬底材料，采用熔融石英1；

102)表面处理步骤：在晶片上表面溅射NiCr层/TaN层，形成薄膜层2；

103)初步制作步骤：通过光刻与湿刻蚀工艺制出电阻的几何形状，形成初步的版图；

104)二次处理步骤：在晶片电阻上溅射TiW薄粘合剂层和金层，电阻、TiW薄粘合剂层和金层形成金属导体层3，再次通过光刻与湿刻蚀，使金属导体层3与初步的版图的形状相一致，形成最终的版图。

最终的版图包括开路结构、短路结构、直通结构、负载结构、延时结构、直角结构的设计。

开路结构，使得信号无直通传输，目的在于使实际制作的开路校准件的二端口网络的输入反射系数与输出端口反射系数在毫米波频段仍维持在+1附近。此结构主要用于表征焊盘的寄生电容效应。开路结构的最终版图呈两个平行的矩形，且矩形中间段设置两端断开部。

短路结构，使得信号传输线与参考地短接，目的在于使得短路结构的二端口网络输入、输出端口反射系数在毫米波频段仍维持在-1附近；此结构主要用于表征信号传输线的寄生电感效应。短路结构的最终版图呈两个平行的矩形。

直通结构，为信号建立直接传输的通路，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数在毫米波频段仍维持在0附近，传输线的插入损耗为接近0dB。直通结构的最终版图呈三段矩形，且中间段的矩形宽度小于两端的矩形宽度。

负载结构，使得输入的信号完全被吸收，无反射现象，具体通过调节传输信号导体与参考地导体之间的电阻值，使得负载结构的二端口网络的输入、输出端口反射系数在毫米波频段保持在0附近。负载结构的最终版图呈两个平行的矩形，且矩形中间段设置两端断开部，在断开部设置长条部以连接三个部分的矩形。

延时线结构，延时线结构传输线要更长，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数均为0；根据延时量在增加直通结构的基础上增加信号导体和参考地导体的长度，为信号建立了通路，使得延时结构的二端口网络输入、输出端口反射系数在毫米波频段保持在0附近，但其插入损耗较之于直通结构略大。延时线结构整体结构与直通结构相似，只是金属导体层3的长短不一样。

直角结构，为应对垂直结构的芯片测试需求设计直角结构的传输形式建立通路的校准件，直角结构传输线长于直通结构，其二端口网络输入、输出端口反射系数在毫米波频段应保持在0附近，其插入损耗与时延相比直通结构就大很多。直角结构的最终版图呈矩形，且在矩形上切割两段呈直角的长条。

上述在毫米波频段仍维持的数值，在理想情况下而得，实际会略有变动，但整体仍在上述范围内。

经实际验证表明，基于熔融石英1基制作的各校准件结构在太赫兹频段均达到了特定的设计目标，且因结合隔膜工艺的熔融石英1具有介质损耗小、热稳定性好的优点，所制作校准件的电性能较为稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

101)晶片加工步骤：消除晶片表面缺陷，获得高度平整、光洁的表面；

其中晶片作为衬底材料，采用熔融石英；

102)表面处理步骤：在晶片上表面溅射NiCr层/TaN层，形成薄膜层；

103)初步制作步骤：通过光刻与湿刻蚀工艺制出电阻的几何形状，形成初步的版图；

104)二次处理步骤：在晶片电阻上溅射TiW薄粘合剂层和金层，电阻、TiW薄粘合剂层和金层形成金属导体层，再次通过光刻与湿刻蚀，使金属导体层与初步的版图的形状相一致，形成最终的版图。

2.根据权利要求1所述的一种基于熔融石英衬底的太赫兹在片校准件制造方法，其特征在于，版图包括开路结构、短路结构、直通结构、负载结构、延时结构、直角结构；

开路结构，使得信号无直通传输，其二端口网络的输入反射系数与输出端口反射系数均为+1；

短路结构，使得信号传输线与参考地短接，其二端口网络的反射系数与输出端口反射系数均为-1；

直通结构，为信号建立直接传输的通路，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数均为0，传输线的插入损耗为0dB；

负载结构，使得输入的信号完全被吸收，无反射现象，其二端口网络的输入反射系数与输出反射均为0；

延时线结构，为信号建立通路，相比于直通结构，延时线结构传输线要更长，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数均为0；

直角结构，为垂直结构的传输形式建立通路，直角结构传输线长于直通结构，其二端口网络的输入反射系数与输出反射系数均为0。

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