CN112188724B - 一种基于dbc覆铜板的ipd器件及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于DBC覆铜板的IPD器件及其制作工艺，属于IPD器件技术领域。本发明的IPD器件包括衬底层和贯穿其中的衬底通孔，衬底层的正面和背面各有一层键合粘结层，分别为正面键合粘结层和背面键合粘结层，背面键合粘结层的背面覆有背层金属，正面键合粘结层上依次形成有最底层金属和上层金属，最底层金属和上层金属之间沉积有高介电常数介质层，上层金属上面覆有钝化层，本发明的制作工艺得到的IPD器件，具有良好的散热性，能够有效减小器件的损耗，降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于DBC覆铜板的IPD器件及其制作工艺，属于IPD器件技术领域。
背景技术
IPD器件是目前新型的一类无源微波器件，其产品有电容、电感、滤波器、功分器、巴伦等。具有良好的小型化、高集成度、与半导体CMOS/MEMS工艺兼容等优势，能够为小型化电路/微系统如可穿戴设备、物联网、人工智能、人机交互等以多功能、小型化集成电路作为底层设施的应用场景提供优质的射频技术解决方案，满足日益增加的优质通信需求。
目前常见的无源器件工艺主要有PCB、LTCC、SAW、BAW这几种主流方式，IPD器件与其他工艺生产的无源器件相比，虽然具有一定的优势，但是在性能方面如q值/插入损耗还是不及SAW/BAW，这主要是由传统IPD工艺的工艺决定的，工艺参数和工艺特点在很大程度上决定了所生产器件的特性。
对于传统的IPD工艺，主要由以下几个特点。1.衬底方面，所用的衬底为硅、高阻硅或者砷化镓等半导体衬底，衬底相对单一，且散热效果、损耗、成本因素相对处于劣势。2.在金属制造方面，所用的金属加工方式为磁控溅射、热蒸发等半导体工艺所用的物理沉积方式。在制造环境把控、制造成本方面具有很大的劣势，且生长速度十分缓慢。3.制造方式方面，传统IPD工艺为三层金属结构，第一层金属为一层很薄的金属作为器件最底层的连接线和电容的底电极，第二层金属为电容的上电极，第三层主要为厚金属的电感层。金属层偏厚增加了工艺的复杂度，且第三层金属较厚在很大程度上增加了工艺的难度和时间。最底层较薄的连接线层增加了整个器件的插入损耗。
发明内容
本发明的目的在于克服现有IPD工艺和器件存在的上述缺陷，提供了一种基于DBC覆铜板的IPD器件及其制作工艺，具有良好的散热性，能够有效减小器件的损耗，降低制造成本。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种基于DBC覆铜板的IPD器件，包括衬底层和贯穿其中的衬底通孔，所述衬底层的正面和背面各有一层键合粘结层，分别为正面键合粘结层和背面键合粘结层，所述背面键合粘结层的背面覆有背层金属，所述正面键合粘结层上依次形成有最底层金属和上层金属，所述最底层金属和上层金属之间沉积有高介电常数介质层，所述上层金属上面覆有钝化层。
进一步地，衬底层为高导热率的陶瓷层，厚度为100-800um。
进一步地，最底层金属内沉积有低介电常数介质层。
进一步地，最底层金属采用高导电金属，其厚度为10um-1mm。
进一步地，上层金属为为导电性好的金属材料，厚度为10-2000nm。
进一步地，高介电常数介质层采用具有稳定介电常数的化合物材料，厚度为10-2000nm。
进一步地，键合粘结层为一层尖晶石铝酸盐。
进一步地，钝化层由惰性不活泼性物质沉积而成。
进一步地，背层金属采用高导电金属，厚度为10um-1mm。
进一步地，还提供一种制作基于DBC覆铜板的IPD器件的工艺，包括以下步骤：
(1)衬底清洗
取厚度为100-800um的衬底层放入丙酮溶液中，超声清洗20分钟，后放入异丙醇溶液中，超声清洗20分钟。异丙醇溶液中取出，放入去离子水中清洗20分钟。
(2)第一次光刻处理
取(1)处理过的基板，在背层金属涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照所需的陶瓷通孔的位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(3)激光打孔
取(2)处理过的基板，激光对衬底背面通孔位置进行加热，使该区域的陶瓷至熔融状态，然后通过辅吹氩气将熔融态的材料吹掉，实现打孔。通孔的直径为50-200um。
(4)通孔金属化
取(3)处理过的基板，通过导电浆料填充的方式进行通孔金属化。将导电浆料以印刷的方式印刷到通孔区域，打开真空泵气管，将浆料吸到孔内，使得浆料铺满整个通孔。
(5)衬底研磨抛光
对陶瓷衬底进行表面粗糙度的测量，对粗糙度小于100nm的衬底为合格，大于100nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理。
(6)热氧化一(铜片热氧化)
取10um-1mm厚无氧铜板作为接下来需要键合的两层金属层，用稀盐酸浸泡过3-10分钟，后置于无水乙醇中进行超声清洗20-30分钟，后采用去离子水冲洗。对清洗过的铜片进行了退火处理减小应力，在400-600摄氏度的真空环境下保温30-80分钟，升降温速率都为5-10摄氏度/分钟。后将处理好的无氧铜片放置在带有混气装置的高温管式烧结炉中。
铜片热氧化：在预氧化之前，先对管式炉用流动的氩气(99.99％)洗气10-20分钟，后通氩气的环境下，以5-10摄氏度/分钟的速率升温到(900-1500摄氏度)，当达到预定温度后，在氩气中混入一定体积比(2％～10％)的氧气，并保温一定时间(5-30分钟)；保温一定时间后，关闭氧气，最后在氩气环境下，让管式炉以5-10摄氏度/分钟的速率冷却到室温，在铜片的表面生成一层氧化亚铜。
热氧化二(陶瓷衬底热氧化)
将清洗干净的陶瓷衬底置于高温箱式烧结炉中进行热氧化，氧气含量为2％～10％，温度保持900-1500摄氏度，时间为5-30分钟高温氧化获得。炉内的升温速率和降温速率都控制在5-10摄氏度/分钟。
(7)衬底覆铜键合
将热氧化好的铜板和陶瓷衬底叠放在一起，平稳的送入管式炉内，通入流动的氩气(99.99％)，覆接温度为加热至1065摄氏度，保持30-60分钟，被覆接到陶瓷表面的金属铜周围形成一层Cu-O共晶液相，该液相能够良好地润湿互相接触的铜片和陶瓷基板表面，并通过化学反应形成CuAlO2等界面产物，使陶瓷衬底上下两层金属层和陶瓷衬底者牢固结合在一起，达到液相铜氧共晶态和具有氧化物表面的衬底之间的键合，完成最底层金属和背层金属在陶瓷衬底上的制备。
(8)金属研磨抛光
对最低层金属和背层金属进行表面粗糙度的测量，对粗糙度小于100nm的衬底为合格，大于100nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理以满足需求。
(9)第二次光刻处理
对(8)覆铜抛光后的基板进行丙酮溶液超声波清洗5～10分钟，后异丙醇溶液超声波清洗5-10分钟，后去离子水冲洗后，后涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10s与转速4000rpm、转动时间30s进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需电感、电容下极板以及电路连接线图形制作的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(10)第一次刻蚀处理
取固体三氯化铁固体配成刻蚀的溶液，可按质量配比：用35％的三氯化铁加65％的水，水温在30-50摄氏度，最高不要超过65摄氏度。刻蚀时使(9)处理过的基板在溶液中晃动以加快刻蚀速度，刻蚀温度可在50-80摄氏度进行，15-30分钟即可完成刻蚀，刻蚀好的电路板用去离子水冲洗即可得到电感、电容下极板以及电路连接线图形。将(9)步骤所剩余的光刻胶利用丙酮溶液超声清洗20分钟清洗，后放入异丙醇溶液中，超声清洗20分钟。异丙醇溶液中取出，放入去离子水中清洗20分钟。
(11)填充介质层
沉积介质层一：通过旋涂的方式，取低介电常数PV材料有机溶液，利用匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30s进行旋涂；使得最底层电感线圈和互连线之间被低介电常数介质PV所填充。
(12)第三次光刻处理
取(11)处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30s进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90s；按照光刻所需电容上极板和电路互连线位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(13)第二次刻蚀处理
取(12)处理过的基板，放入丙酮溶液构成的刻蚀液，保持温度35-45摄氏度，放置1-3分钟，按照光刻所需电容上极板和电路互连线位置，刻蚀掉多余的PV，完成此步骤的刻蚀。
(14)沉积介质层
沉积电容所需介质层Si3N4，取(13)处理过的基板，利用PECVD镀膜设备，设置固定压力150Pa-200Pa，功率2500-3500W，NH4/SiH4气体比例8:1，总气体流量为3500-5000sccm，温度为400-500摄氏度。沉积时间为700-5000s。
(15)第四次光刻处理
取(14)处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需保留连接线上方引出通孔和金属上极板的位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(16)第三次刻蚀处理
取(15)处理过的基板，放入溶液比例HF：NH4F＝1:5的刻蚀液，保持温度35-45摄氏度，依厚度而定放置1-10分钟，按照光刻所需电容上极板和电路互连线位置，刻蚀掉多余的氮化硅，完成此步骤的刻蚀。
(17)沉积上层金属
去离子水冲洗(16)处理过的基板，将基板送入溅射室，抽真空抽至所需真空值，1x10^(-4)Pa-35x10^(-4)Pa，充入氩气使溅射室气压保持0.6-1Pa。打开直流电源，设定功率300-500W，时间5-20分钟。开启样品台加热电源，设定圆片加热温度100-150摄氏度，确认辉光正常开始溅射，根据温度和溅射速率确定溅射时间。
(18)金属研磨抛光
对(17)步骤沉积过金属的基板进行进行研磨抛光，100nm以下的粗糙度为合格，大于100nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理。
(19)第五次光刻处理
取(18)处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需电容上极板和电路互连线所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(20)刻蚀上层金属
根据不同的金属配置特定的酸性或者碱性刻蚀溶液，将(19)处理过的基板放入刻蚀液中，根据厚度保持5-20分钟，刻蚀掉多余的上层金属，去离子水冲洗后完成刻蚀。
(21)钝化层沉积
利用PEVCD按照(14)步骤所述的沉积参数，控制时间沉积特定厚度氮化硅。
(22)第六次光刻处理
取(21)处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需保留接线引脚的位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(23)刻蚀出接线引脚
取(22)处理过的基板，放入溶液比例HF：NH4F＝1:5的刻蚀液，保持温度35-45摄氏度，依厚度而定放置1-10分钟，按照光刻所需接线引脚的位置，刻蚀掉多余的氮化硅，完成此步骤的刻蚀。
(24)切割&检测
利用晶圆切割仪器配合显微镜将制造好的器件进行切割为单个IPD器件，后利用矢量网络分析仪配合探针台对IPD器件进行电学性能检测，确保器件的工作性能。
本发明的有益效果是：
采用氧化铝陶瓷基板，具有良好的散热性和损耗效果；陶瓷基板配合覆铜工艺形成双层DBC覆铜基板，覆铜工艺的引入使得底层电极的加工成本和加工速度得到了改善；器件的最底层为覆铜工艺所制造的厚金属层，其作为电感层和电容的底电极层，能够有效减小器件的损耗且减少器件的成本。此外，减小了器件的层数，有效的简化了工艺的复杂度。
附图说明
图1为本发明的IPD器件的结构示意图；
图2为本发明实施例一的高通滤波器的等效电路示意图；
图3为本发明实施例一的高通滤波器的结构示意图；
图4为本发明实施例一的高通滤波器的仿真结果图；
图5为本发明实施例一的带通滤波器的等效电路示意图；
图6为本发明实施例一的带通滤波器的结构示意图；
图7为本发明实施例一的带通滤波器的仿真结果图。
附图标记说明：
1衬底层；2正面键合粘结层；3背面键合粘结层；4低介电常数介质层；5高介电常数介质层；6上层金属；7钝化层；8接线引脚；9背层金属。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例展示了一个基于DBC基板的IPD器件，如图1所示，包括衬底层1和贯穿其中的衬底通孔，衬底层1的正面和背面各有一层键合粘结层，分别为正面键合粘结层21和背面键合粘结层22，背面键合粘结层22的背面覆有背层金属9，正面键合粘结层21上依次形成有最底层金属3层和上层金属61层，最底层金属3层和上层金属61层之间沉积有高介电常数介质层5，上层金属61层上面覆有钝化层7。
其中，衬底层1为高导热率的陶瓷层，如氮化铝、氧化锆、氧化铝等具有高导热、高电绝缘、高机械强度、低膨胀特性的陶瓷玻璃材料，厚度为100-800um。
陶瓷衬底通孔位于衬底中，贯穿上下表面，利用激光打孔的方式进行制造，配合导电浆料填充的方式，实现导电通孔。作用为连接最底层金属3所形成的电路和衬底下表面背层金属9的连接引线。
键合粘结层为一层尖晶石铝酸盐，如CuAl2O4、CuAlO2等，这层黏附层能够提供铜模和陶瓷基板之间良好的化学键结合。其制造方法为将陶瓷衬底环境中通入氧气，氧气含量为2％～10％，温度保持900-1500摄氏度，时间为5-30分钟高温氧化获得。在陶瓷表面形成陶瓷衬底中含量较高的金属元素的氧化物，如氧化铝、氧化锆等。在高温下被覆接到陶瓷表面的金属铜周围形成一层Cu-O共晶液相，该液相能够良好地润湿互相接触的铜片和陶瓷基板表面，并通过化学反应形成CuAlO2等界面产物，使二者牢固结合在一起。
最底层金属3层在正面键合粘结层21之上，为高导电金属如铜，主要作用为电感和互连线，所采用工艺为DBC覆铜工艺，线间距分辨率可达到10um，配合刻蚀工艺实现电感线圈和互连线结构，实现金属图形化的效果。其厚度相比上层金属61厚度较厚为10um-1mm，具有成本廉价、生长快速的特点。其制造方法为，首先引入适量的氧，浓度为2％～10％，在铜单质的表面形成氧化亚铜，然后加热至1065摄氏度，保持30-60分钟，达到液相铜氧共晶和具有氧化物表面的衬底之间的键合，完成铜金属在陶瓷衬底上的生长。
背层金属9在陶瓷衬底的背面，制造工艺和最底层金属3方式一致，厚度为10um-1mm。
介质层为两种，一种为作为沉积在刻蚀后的最底层金属3形成的电感线圈和互连线之间的低介电常数介质层4，如BCB、PS、PV、SiO2等，沉积在最底层金属3形成的电感线圈和互连线之间，为了减少寄生电容。第二种为作为电容的介质层的高介电常数介质层5，为具有稳定介电常数的化合物材料，为氧化硅，氮化硅，氧化铪等，厚度为10-2000nm。可通过物理沉积的方式如磁控溅射，电子束蒸发或者或者旋涂，也可通过化学沉积的方法如等离子化学气相沉积，低压化学气相沉积等方式进行制造。
上层金属61层为电容的上基板层，为导电性好的金属材料，如铜、银、金、铝等。厚度较薄为10-2000nm，可通过物理沉积的方式如磁控溅射、电子束蒸发等方式进行制造。
钝化层7为器件的保护层，为惰性不活泼性物质沉积在器件表面，起到保护作用。可为氧化硅、氮化硅等无机材料通过PECVD，磁控溅射，电子束蒸发等方式进行沉积。
实施例二
本实施例展示了一个基于DBC基板的IPD器件工艺制造的高通滤波器，包含器件电路、结构、制造流程和使用效果。
高通滤波器的等效电路图如图2所示，其中，左右两端为输入输出端口，信号从左端口进入连接电容C1，C1另外一端连接电感L1和C2，L1的另一端接地，C2的另一端连接电感L2和电容C3，电感L2的另一端接地，电容C3的另一端连接电感L3和电容C4，电感L3的另一端接地，电容C4的另一端和输出端相连，信号从右测端口输出。此电路实现了高通滤波的效果。
高通滤波器的俯视结构图如图3所示，其中，上侧左右两端为输入输出端口的接线引脚8，信号从左端口引脚进入连接电容C1，C1另外一端连接电感L1和C2，L1的另一端接地，C2的另一端连接电感L2和电容C3，电感L2的另一端接地，电容C3的另一端连接电感L3和电容C4，电感L3的另一端接地，电容C4的另一端和输出端引脚相连，信号从右测端口引脚输出。其中，最底层金属3为电感L1、L2、L3金属电路模型所在。衬底层、正面键合粘结层21、背面键合粘结层22、最底层金属3和背层金属9构成DBC基板。61为电容C1、C2、C3和C4的上极板电极。
制造流程为：
(1)取300um厚度氮化铝陶瓷衬底清洗，放入丙酮溶液中，超声清洗20分钟，后放入异丙醇溶液中，超声清洗20分钟。异丙醇溶液中取出，放入去离子水中清洗20分钟。
(2)对陶瓷衬底进行表面粗糙度的测量，对粗糙度小于10nm的衬底为合格，大于10nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理。
(3)铜片热氧化，取10um厚无氧铜板作为接下来需要键合的金属层，用稀盐酸浸泡过3分钟，后置于无水乙醇中进行超声清洗20分钟，后采用去离子水冲洗。对清洗过的铜片进行了退火处理减小应力，在400摄氏度的真空环境下保温30分钟，升降温速率都为5摄氏度/分钟。后将处理好的无氧铜片放置在带有混气装置的高温管式烧结炉中。
(4)在预氧化之前，先对管式炉用流动的氩气(99.99％)洗气10分钟，后通氩气的环境下，以5摄氏度/分钟的速率升温到900摄氏度)，当达到预定温度后，在氩气中混入一定体积比2％的氧气，并保温一定时间5分钟；保温一定时间后，关闭氧气，最后在氩气环境下，让管式炉以5摄氏度/分钟的速率冷却到室温，在铜片的表面生成一层氧化亚铜。
(5)陶瓷衬底热氧化，将清洗干净的陶瓷衬底置于高温箱式烧结炉中进行热氧化，氧气含量为2％，温度保持900摄氏度，时间为5分钟高温氧化获得。炉内的升温速率和降温速率都控制在5摄氏度/分钟。
(6)衬底覆铜键合，将热氧化好的铜板和陶瓷衬底叠放在一起，平稳的送入管式炉内，通入流动的氩气(99.99％)，覆接温度为加热至1065摄氏度，保持30分钟，被覆接到陶瓷表面的金属铜周围形成一层Cu-O共晶液相，该液相能够良好地润湿互相接触的铜片和陶瓷基板表面，并通过化学反应形成CuAlO2等界面产物，使二者牢固结合在一起，达到液相铜氧共晶态和具有氧化物表面的衬底之间的键合，完成最底层金属3在陶瓷衬底上的生长。
(7)金属研磨抛光，对最低层金属进行表面粗糙度的测量，对粗糙度小于100nm的衬底为合格，大于100nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理以满足需求。
(8)第一次光刻处理，对覆铜抛光后的基板进行丙酮溶液超声波清洗5分钟，后异丙醇溶液超声波清洗5分钟，后去离子水冲洗后，后涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需电感L1、L2、L3、电容C1、C2、C3、C4下极板以及电路连接线图形制作的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(9)第一次刻蚀处理取固体三氯化铁固体配成刻蚀的溶液，可按质量大小配比：用35％的三氯化铁加65％的水，水温在30-50摄氏度，最高不要超过65摄氏度。刻蚀时使处理过的基板在溶液中晃动以加快刻蚀速度，刻蚀温度可在50摄氏度进行，15分钟即可完成刻蚀，刻蚀好的电路板用去离子水冲洗即可得到电感、电容下极板以及电路连接线图形。将上述步骤所剩余的光刻胶利用丙酮溶液超声清洗20分钟清洗，后放入异丙醇溶液中，超声清洗20分钟。异丙醇溶液中取出，放入去离子水中清洗20分钟。
(10)填充低介电常数介质层4，通过旋涂的方式，取低介电常数PV材料有机溶液，利用匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行旋涂；使得最底层电感线圈和互连线之间被低介电常数介质层4PV所填充。
(11)第二次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30s进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90s；按照光刻所需电容C1、C2、C3、C4上极板和电路互连线位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(12)第二次刻蚀处理，取上述处理过的基板，放入丙酮溶液构成的刻蚀液，保持温度35摄氏度，放置1分钟，按照光刻所需电容上极板和电路互连线位置，刻蚀掉多余的PV，完成此步骤的刻蚀。
(13)沉积高介电常数介质层5，沉积电容所需介质层Si3N4，取上述处理过的基板，利用PECVD镀膜设备，设置固定压力150Pa，功率2500，NH4/SiH4气体比例8:1，总气体流量为3500sccm，温度为400摄氏度，沉积时间为700s，厚度2000nm。
(14)第三次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需保留连接线上方引出通孔和金属上极板的位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(15)第三次刻蚀处理，取上述处理过的基板，放入溶液比例HF：NH4F＝1:5的刻蚀液，保持温度35摄氏度，依厚度而定放置1分钟，按照光刻所需电容上极板和电路互连线位置，刻蚀掉多余的氮化硅，完成此步骤的刻蚀。
(16)沉积上层金属61，去离子水冲洗处理过的基板，将基板送入溅射室，抽真空抽至所需真空值，1x10^(-4)Pa，充入氩气使溅射室气压保持0.6Pa。打开直流电源，设定功率300W，时间5分钟。开启样品台加热电源，设定圆片加热温度100摄氏度，确认辉光正常开始溅射，根据温度和溅射速率确定溅射时间。
(17)金属研磨抛光，对上述步骤沉积过金属的基板进行进行研磨抛光，100nm以下的粗糙度为合格，大于100nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理。
(18)第四次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需电容C1、C2、C3、C4上极板和电路互连线位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(19)刻蚀上层金属61，将上述处理过的基板放入刻蚀液中，根据厚度保持5分钟，刻蚀掉多余的上层金属61，去离子水冲洗后完成刻蚀。
(20)钝化层7沉积利用PEVCD，控制时间沉积2000nm氮化硅。
(21)第五次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需保留接线引脚8的位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(22)刻蚀出接线引脚8，取上述处理过的基板，放入溶液比例HF：NH4F＝1:5的刻蚀液，保持温度35摄氏度，放置1分钟，按照光刻所需接线输入输出引脚的位置，刻蚀掉多余的氮化硅，完成此步骤的刻蚀。
(23)切割&检测，利用晶圆切割仪器配合显微镜将制造好的器件进行切割为单个IPD器件，后利用矢量网络分析仪配合探针台对IPD器件进行电学性能检测，确保器件的工作性能。
本实施例的高通滤波器的仿真结果图如图4所示，在3GHz-9GHz的频域内，是器件的通带，1-3GHz为器件的低频阻带，呈现了较好的高通效果。
实施例三
本实施例展示了一个基于DBC基板的IPD器件工艺制造的带通滤波器，包含器件电路、结构、制造流程和使用效果。
本实施例的带通滤波器的等效电路图如图5所示，其中，左右两端为输入输出端口，信号从左端口进入连接电容C1、电感L1，电感L1、电容C1的另一端相连，并连接电感L2、电感L3和电容C2，电感L2另一端连接电容C3，C3另一端接地。电感L3和电容C2的另一端相连，并连接L4和电感L5和电容C4，电感L4的另一端连接电容C5，电容C5的另一端接地，电感L5和电容C4的另一端相连，并连接至输出端口。此电路实现了带通滤波的效果。
本实施例的带通滤波器的俯视结构图如图6所示，其中，上侧左右两端为输入输出端口的接线引脚8，信号从左端口进入连接电容C1、电感L1，电感L1、电容C1的另一端相连，并连接电感L2、电感L3和电容C2，电感L2另一端连接电容C3，C3另一端接地。电感L3和电容C2的另一端相连，并连接L4和电感L5和电容C4，电感L4的另一端连接电容C5，电容C5的另一端接地，电容L5和电容C4的另一端相连，并连接至输出端口。其中，衬底层、正面键合粘结层21、背面键合粘结层22、最底层金属3和背层金属9构成DBC基板。61为上极板电极，62为上层金属形成的电路互连线62。
制造流程为：
(1)取400um厚度氮化铝陶瓷衬底清洗，放入丙酮溶液中，超声清洗30分钟，后放入异丙醇溶液中，超声清洗30分钟。异丙醇溶液中取出，放入去离子水中清洗30分钟。
(2)对陶瓷衬底进行表面粗糙度的测量，对粗糙度小于50nm的衬底为合格，大于10nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理。
(3)铜片热氧化，取20um厚无氧铜板作为接下来需要键合的金属层，用稀盐酸浸泡过3分钟，后置于无水乙醇中进行超声清洗30分钟，后采用去离子水冲洗。对清洗过的铜片进行了退火处理减小应力，在500摄氏度的真空环境下保温30分钟，升降温速率都为5摄氏度/分钟。后将处理好的无氧铜片放置在带有混气装置的高温管式烧结炉中。
(4)在预氧化之前，先对管式炉用流动的氩气(99.99％)洗气10分钟，后通氩气的环境下，以5摄氏度/分钟的速率升温到900摄氏度)，当达到预定温度后，在氩气中混入一定体积比2％的氧气，并保温一定时间5分钟；保温一定时间后，关闭氧气，最后在氩气环境下，让管式炉以5摄氏度/分钟的速率冷却到室温，在铜片的表面生成一层氧化亚铜。
(5)陶瓷衬底热氧化，将清洗干净的陶瓷衬底置于高温箱式烧结炉中进行热氧化，氧气含量为2％，温度保持900摄氏度，时间为5分钟高温氧化获得。炉内的升温速率和降温速率都控制在5摄氏度/分钟。
(6)衬底覆铜键合，将热氧化好的铜板和陶瓷衬底叠放在一起，平稳的送入管式炉内，通入流动的氩气(99.99％)，覆接温度为加热至1065摄氏度，保持30分钟，被覆接到陶瓷表面的金属铜周围形成一层Cu-O共晶液相，该液相能够良好地润湿互相接触的铜片和陶瓷基板表面，并通过化学反应形成CuAlO2等界面产物，使二者牢固结合在一起，达到液相铜氧共晶态和具有氧化物表面的衬底之间的键合，完成最底层金属3在陶瓷衬底上的生长。
(7)金属研磨抛光，对最低层金属进行表面粗糙度的测量，对粗糙度小于100nm的衬底为合格，大于100nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理以满足需求。
(8)第一次光刻处理，对覆铜抛光后的基板进行丙酮溶液超声波清洗5分钟，后异丙醇溶液超声波清洗5分钟，后去离子水冲洗后，后涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需电感L1、L2、L3、L4、L5电容C1、C2、C3、C4、C5下极板以及电路连接线图形制作的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(9)第一次刻蚀处理取固体三氯化铁固体配成刻蚀的溶液，可按质量大小配比：用35％的三氯化铁加65％的水，水温在30-50摄氏度，最高不要超过65摄氏度。刻蚀时使处理过的基板在溶液中晃动以加快刻蚀速度，刻蚀温度可在50摄氏度进行，15分钟即可完成刻蚀，刻蚀好的电路板用去离子水冲洗即可得到电感、电容下极板以及电路连接线图形。将上述步骤所剩余的光刻胶利用丙酮溶液超声清洗20分钟清洗，后放入异丙醇溶液中，超声清洗20分钟。异丙醇溶液中取出，放入去离子水中清洗20分钟。
(10)填充低介电常数介质层4，通过旋涂的方式，取低介电常数PV材料有机溶液，利用匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行旋涂；使得最底层电感线圈和互连线之间被低介电常数介质层4PV所填充。
(11)第二次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30s进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90s；按照光刻所需电容C1、C2、C3、C4、C5上极板和电路互连线位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(12)第二次刻蚀处理，取上述处理过的基板，放入丙酮溶液构成的刻蚀液，保持温度35摄氏度，放置1分钟，按照光刻所需电容上极板和电路互连线位置，刻蚀掉多余的PV，完成此步骤的刻蚀。
(13)沉积高介电常数介质层5，沉积电容所需介质层Si3N4，取上述处理过的基板，利用PECVD镀膜设备，设置固定压力150Pa，功率2500，NH4/SiH4气体比例8:1，总气体流量为3500sccm，温度为400摄氏度，沉积时间为700s，厚度2000nm。
(14)第三次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需保留连接线上方引出通孔和金属上极板的位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(15)第三次刻蚀处理，取上述处理过的基板，放入溶液比例HF：NH4F＝1:5的刻蚀液，保持温度35摄氏度，依厚度而定放置1分钟，按照光刻所需电容上极板和电路互连线位置，刻蚀掉多余的氮化硅，完成此步骤的刻蚀。
(16)沉积上层金属61，去离子水冲洗处理过的基板，将基板送入溅射室，抽真空抽至所需真空值，1x10^(-4)Pa，充入氩气使溅射室气压保持0.6Pa。打开直流电源，设定功率300W，时间5分钟。开启样品台加热电源，设定圆片加热温度100摄氏度，确认辉光正常开始溅射，根据温度和溅射速率确定溅射时间。
(17)金属研磨抛光，对上述步骤沉积过金属的基板进行进行研磨抛光，100nm以下的粗糙度为合格，大于100nm粗糙度的衬底要进行利用化学机械抛光机进行化学机械研磨抛光，做平坦化处理。
(18)第四次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需电容C1、C2、C3、C4、C5上极板和电路互连线位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(19)刻蚀上层金属61，将上述处理过的基板放入刻蚀液中，根据厚度保持5分钟，刻蚀掉多余的上层金属61，去离子水冲洗后完成刻蚀。
(20)钝化层7沉积利用PEVCD，控制时间沉积2000nm氮化硅。
(21)第五次光刻处理，取上述处理过的基板涂1813正型光刻胶，匀胶机转速500rpm、转动时间10秒与转速4000rpm、转动时间30秒进行光刻胶旋涂；用加热板将光刻胶旋涂后的覆铜板在115摄氏度前烘加热90秒；按照光刻所需保留接线引脚8的位置所需图形的掩膜版进行对准光刻，后进行显影液浸泡显影，去离子水冲洗。
(22)刻蚀出接线引脚8，取上述处理过的基板，放入溶液比例HF：NH4F＝1:5的刻蚀液，保持温度35摄氏度，放置1分钟，按照光刻所需接线输入输出引脚的位置，刻蚀掉多余的氮化硅，完成此步骤的刻蚀。
(23)切割&检测，利用晶圆切割仪器配合显微镜将制造好的器件进行切割为单个IPD器件，后利用矢量网络分析仪配合探针台对IPD器件进行电学性能检测，确保器件的工作性能。
本实施例的带通滤波器的仿真结果图如图7所示，在2.35GHz-2.55GHz的频域内，是器件的通带，通带宽度200MHz，具有良好的带内损害和带外抑制，呈现了较好的带通滤波效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种基于DBC覆铜板的IPD器件，其特征在于，包括衬底层和贯穿其中的衬底通孔，所述衬底层的正面和背面各有一层键合粘结层，分别为正面键合粘结层和背面键合粘结层，所述背面键合粘结层的背面覆有背层金属，所述正面键合粘结层上依次形成有最底层金属和上层金属，所述最底层金属和上层金属之间沉积有高介电常数介质层，所述上层金属上面覆有钝化层；所述衬底层为高导热率的陶瓷层，厚度为100-800um；所述最底层金属内沉积有低介电常数介质层；所述最底层金属采用高导电金属，其厚度为10um-1mm；所述键合粘结层为一层尖晶石铝酸盐；所述背层金属采用高导电金属，厚度为10um-1mm。
2.根据权利要求1所述的基于DBC覆铜板的IPD器件，其特征在于：所述上层金属为为导电性好的金属材料，厚度为10-2000nm。
3.根据权利要求1所述的基于DBC覆铜板的IPD器件，其特征在于：所述高介电常数介质层采用具有稳定介电常数的化合物材料，厚度为10-2000nm。
4.根据权利要求1所述的基于DBC覆铜板的IPD器件，其特征在于：所述钝化层由惰性不活泼性物质沉积而成。
5.一种制作如权利要求1-4任一项所述的IPD器件的工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)衬底清洗；(2)第一次光刻处理；(3)激光打孔；(4)通孔金属化；(5)衬底研磨抛光；(6)热氧化处理；(7)衬底覆铜键合；(8)金属研磨抛光；(9)第二次光刻处理；(10)第一次刻蚀处理；(11)填充低介电常数介质层；(12)第三次光刻处理；(13)第二次刻蚀处理(14)沉积高介电常数介质层；(15)第四次光刻处理；(16)第三次刻蚀处理；(17)沉积上层金属；(18)金属研磨抛光；(19)第五次光刻处理；(20)刻蚀上层金属；(21)钝化层沉积；(22)第六次光刻处理；(23)刻蚀出接线引脚；(24)切割&检测。
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| CN106937478A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-07-07 | 戴永岗 | 在陶瓷基板上制作多层精密线路的产品结构及其制作工艺 |
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