CN112490610B

CN112490610B - 用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法

Info

Publication number: CN112490610B
Application number: CN202011358332.9A
Authority: CN
Inventors: 郭西; 冯光建; 黄雷; 顾毛毛; 高群
Original assignee: Zhejiang Jimaike Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jimaike Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: CN112490610A

Abstract

本发明提供一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法，功分器包括硅衬底、信号TSV导电柱、接地屏蔽导电圈、介质层、第一金属层、隔离电阻层及第二金属层；在硅衬底中将TSV同轴传输结构及多通道传输结构做成垂直互联结构，以制备三维多通道功分器，利用三维立体结构的优势，避免了在多通道传输结构中在连接隔离电阻时的跳线问题，且基于硅基堆叠技术，可大大提高集成度，从而本发明可提供具有等相位、回波损耗小、结构简单、加工精度高、质量好的三维多通道功分器。

Description

用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，特别是涉及一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法。

背景技术

随着硅基加工工艺和射频信号收发微系统(RF TR Systerm)的发展，在异构微系统中，采用硅基工艺集成三维无源器件成为下一代军用高集成电子系统技术发展的重要方向。硅基集成三维无源器件是在硅基异构封装的模组中采用与硅转接板相兼容的硅基加工工艺将不同结构的无源器件(包括电阻、电容、电感、天线、功分器、耦合器等)直接制作在硅基转接板上。

功分器作为一种将信号功率分为多份的器件，其作用是将发射通道上的信号分为多束分别进行处理，或者将接收通道上的多束信号合成为一束。作为射频收发系统中的馈线网络，功分器是射频收发微系统中必不可少的组成成分，如理想的一分三功分器为直接将一路输入信号平分为三份信号输出，并且为确保隔离度，三路输出信号中每两路信号线之间(一三路之间，一二路之间，二三路之间)采用隔离电阻进行隔离。

然而，在射频收发微系统中，当采用传统的平面型二维电路集成功分器时，若想要进行如上述一分三的信号输出，每两路信号线之间的互联电阻就需要多层跳线结构，这样就会造成三条支路结构不平衡，引发三等分的不均匀性，同时也会提高工艺成本。为解决上述问题，现有的射频收发系统中大多采用平面多阶功分器的形式，如将一分三功分器进行两阶功分，即先采用一阶一分二的不等分功分器，将信号功率先分为功率比为2:1的两个支路，而后再采用一阶一分二功分器，将两倍的支路平分为功率比为1:1，从而得到一分三功分器。然而这种平面多阶功分器，由于进行了不等功分，两次分路的传输线尺寸差异较大，容易由于三维结构相异性而导致回波损耗较大的问题，并且级联的第二阶一分二功分器容易引起三个支路之间的相位难以控制的问题。

在目前的硅基射频微系统中，传输结构主要是类同轴结构(类TEM)，该结构虽然制备工艺较为简单，但却具有较大的传输损耗。

因此，提供一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法，用于解决现有技术中多通道功分器所面临的上述一系列的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器，包括以下步骤：

提供硅衬底；

于所述硅衬底中形成TSV同轴传输结构，所述TSV同轴传输结构包括信号TSV导电柱及接地屏蔽导电圈，其中，所述接地屏蔽导电圈位于所述信号TSV导电柱的外围，所述信号TSV导电柱包括显露于所述硅衬底的第一端及位于所述硅衬底中的第二端，所述接地屏蔽导电圈包括覆盖所述硅衬底的表面的第一端及位于所述硅衬底中的第二端；

形成图形化的介质层，以显露所述信号TSV导电柱的第一端及接地屏蔽导电圈的第一端；

于所述介质层上形成第一金属层，所述第一金属层包括与所述信号TSV导电柱的第一端电连接的第一信号金属层，以及与所述接地屏蔽导电圈的第一端电连接的第一接地金属层，以构成多通道传输结构，在所述多通道传输结构中包括同心的N条信号传输线，N≥3且为整数，每条所述信号传输线均包括内部传输区、过渡传输区及外部传输区；

形成隔离电阻层，所述隔离电阻层与所述多通道传输结构对应设置，以在相邻的所述信号传输线之间形成隔离电阻，且所述隔离电阻与所述信号传输线的过渡传输区电连接；

提供临时衬底，并将所述临时衬底与所述第一金属层相结合；

去除部分所述硅衬底，以显露所述信号TSV导电柱的第二端及接地屏蔽导电圈的第二端；

形成第二金属层，所述第二金属层包括与所述信号TSV导电柱的第二端电连接的第二信号金属层，以及与所述接地屏蔽导电圈的第二端电连接的第二接地金属层；

去除所述临时衬底。

可选地，形成所述TSV同轴传输结构的步骤包括：

刻蚀所述硅衬底，形成信号TSV孔；

于所述信号TSV孔中依次沉积绝缘层及种子层，且采用导电材料填充所述信号TSV孔；

刻蚀所述硅衬底，形成接地屏蔽导电圈凹槽；

依次沉积绝缘层、种子层及金属层，以形成覆盖所述硅衬底及接地屏蔽导电圈凹槽的接地屏蔽导电层；

去除部分所述接地屏蔽导电层，形成分立的信号TSV导电柱及接地屏蔽导电圈，且所述接地屏蔽导电圈位于所述信号TSV导电柱的外围；

于所述接地屏蔽导电圈凹槽中填充钝化层，且所述钝化层显露所述信号TSV导电柱的第一端及接地屏蔽导电圈的第一端。

可选地，形成的所述信号传输线具有相同的特性阻抗，且相邻的所述信号传输线之间具有相同的夹角。

可选地，形成的所述信号传输线包括一段式信号传输线或多段级联式信号传输线。

可选地，所述功分器包括50欧姆功分器、70欧姆功分器及75欧姆功分器中的一种。

本发明还提供一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器，所述功分器包括：

硅衬底；

TSV同轴传输结构，所述TSV同轴传输结构包括信号TSV导电柱及接地屏蔽导电圈，其中，所述信号TSV导电柱贯穿所述硅衬底，且所述接地屏蔽导电圈位于所述信号TSV导电柱的外围，所述信号TSV导电柱包括第一端及第二端，所述接地屏蔽导电圈包括覆盖所述硅衬底的表面的第一端及显露于所述硅衬底的第二端；

介质层，所述介质层显露所述信号TSV导电柱的第一端及接地屏蔽导电圈的第一端；

第一金属层，所述第一金属层包括与所述信号TSV导电柱的第一端电连接的第一信号金属层，以及与所述接地屏蔽导电圈的第一端电连接的第一接地金属层，以构成多通道传输结构，在所述多通道传输结构中包括同心的N条信号传输线，N≥3且为整数，每条所述信号传输线均包括内部传输区、过渡传输区及外部传输区；

隔离电阻层，所述隔离电阻层与所述多通道传输结构对应设置，以在相邻的所述信号传输线之间形成隔离电阻，且所述隔离电阻与所述信号传输线的过渡传输区电连接；

第二金属层，所述第二金属层包括与所述信号TSV导电柱的第二端电连接的第二信号金属层，以及与所述接地屏蔽导电圈的第二端电连接的第二接地金属层。

可选地，所述信号TSV导电柱的外侧及所述接地屏蔽导电圈的内侧具有钝化层，所述钝化层包括光刻胶、玻璃、二氧化硅、陶瓷、氮化硅及蓝宝石中的一种。

可选地，所述信号传输线具有相同的特性阻抗，且相邻的所述信号传输线之间具有相同的夹角。

可选地，所述信号传输线包括一段式信号传输线或多段级联式信号传输线。

如上所述，本发明的用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法，功分器包括硅衬底、信号TSV导电柱、接地屏蔽导电圈、介质层、第一金属层、隔离电阻层及第二金属层；在硅衬底中将TSV同轴传输结构及多通道传输结构做成垂直互联结构，以制备三维多通道功分器，利用三维立体结构的优势，避免了在多通道传输结构中在连接隔离电阻时的跳线问题，且基于硅基堆叠技术，可大大提高集成度，从而本发明可提供具有等相位、回波损耗小、结构简单、加工精度高、质量好的三维多通道功分器。

附图说明

图1显示为本发明中制备三维多通道功分器的工艺流程示意图。

图2显示为本发明中形成信号TSV孔后的结构示意图。

图3显示为本发明中采用导电材料填充信号TSV孔后的结构示意图。

图4显示为本发明中形成接地屏蔽导电圈凹槽后的结构示意图。

图5a显示为本发明中形成接地屏蔽导电层后的结构示意图。

图5b显示为图5a中M区域的放大结构示意图。

图6显示为本发明中去除部分接地屏蔽导电层后的结构示意图。

图7显示为本发明中形成分立的信号TSV导电柱及接地屏蔽导电圈后的结构示意图。

图8显示为本发明中于接地屏蔽导电圈凹槽中填充钝化层后的结构示意图。

图9显示为本发明中形成TSV同轴传输结构后的俯视结构示意图。

图10显示为本发明中形成图形化的介质层后的结构示意图。

图11显示为本发明中形成第一金属层的种子层及图形化的掩膜层后的结构示意图。

图12显示为本发明中形成第一金属层后的结构示意图。

图13显示为本发明中形成第一金属层后的俯视结构示意图。

图14显示为本发明中形成隔离电阻层后的结构示意图。

图15显示为本发明中形成图形化的掩膜层后的结构示意图

图16显示为本发明中形成隔离电阻后的结构示意图。

图17显示为本发明中形成隔离电阻后的俯视结构示意图。

图18显示为本发明中形成临时衬底后的结构示意图。

图19显示为本发明中形成图形化的绝缘层后的结构示意图。

图20显示为本发明中形成第二金属层的种子层及图形化的掩膜层后的结构示意图。

图21显示为本发明中形成第二金属层后的结构示意图。

图22显示为本发明中形成第二金属层后的仰视结构示意图。

元件标号说明

110-硅衬底；111-信号TSV孔；121-绝缘层；131-种子层；141-信号TSV导电柱；112-接地屏蔽导电圈凹槽；122-绝缘层；132-种子层；142-接地屏蔽导电圈；150-图形化的掩膜层；160-钝化层；210-介质层；220-种子层；230-图形化的掩膜层；221-第一信号金属层的种子层；222-第一接地金属层的种子层；241-第一信号金属层；242-第一接地金属层；310-隔离电阻层；320-图形化的掩膜层；311-隔离电阻；410-键合层；420-临时衬底；510-绝缘层；520-种子层；530-图形化的掩膜层；521-第二信号金属层的种子层；522-第二接地金属层的种子层；541-第二信号金属层；542-第二接地金属层；A-内部传输区；B-过渡传输区；C-外部传输区；M-区域。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

参阅图1，本实施例提供一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器的制备方法，在硅衬底中将TSV同轴传输结构及多通道传输结构做成垂直互联结构，以制备三维多通道功分器，利用三维立体结构的优势，避免了在多通道传输结构中在连接隔离电阻时的跳线问题，且基于硅基堆叠技术，可大大提高集成度，从而可提供具有等相位、回波损耗小、结构简单、加工精度高、质量好的三维多通道功分器。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，关于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器的制备方法具体包括如下步骤：

首先，参阅图2～图9，提供硅衬底110，于所述硅衬底110中形成TSV同轴传输结构，所述TSV同轴传输结构包括信号TSV导电柱141及接地屏蔽导电圈142，其中，所述接地屏蔽导电圈142位于所述信号TSV导电柱141的外围，所述信号TSV导电柱141包括显露于所述硅衬底110的第一端及位于所述硅衬底110中的第二端，所述接地屏蔽导电圈142包括覆盖所述硅衬底110的表面的第一端及位于所述硅衬底110中的第二端。

具体的，参阅图2，首先通过光刻工艺，在硅衬底110上通过涂胶、曝光、显影及刻蚀工艺形成信号TSV孔111，光刻工艺中的光刻胶可为正胶、负胶、干膜等，涂覆工艺可为喷胶、旋涂、贴膜等工艺，所述信号TSV孔111的刻蚀工艺可为干法刻蚀，也可为湿法刻蚀，具体可根据需要进行选择。

接着，参阅图3，在刻蚀好的所述信号TSV孔111中依次形成覆盖所述信号TSV孔111的底部及侧壁的绝缘层121及于所述绝缘层121的表面形成种子层131，以及采用导电材料填充所述信号TSV孔111，其中，在填充完导电材料后，包括进行退火与平坦化的工艺，以得到如图3所示结构。其中，所述绝缘层121可为氧化硅层、氮化硅层等，所述种子层131可为钛、铜、金、银等金属中的一种或多种，所述导电材料可为金属，也可为掺杂多晶硅等导电材料。所述绝缘层121的沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积及氧化等一系列成膜工艺，所述种子层131的沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积、化镀、电镀、蒸镀等一系列成膜工艺，填充导电材料的工艺可以采用电镀、化镀、蒸镀等工艺，退火的工艺参数可根据需要任意调整，以使得导电材料达到良好的晶体晶格结构，平坦化工艺可为机械研磨及化学机械抛光中的一种或两者的结合，所述信号TSV孔111的直径与深度可以任意调整以达到阻抗匹配与工艺匹配的目的。

接着，参阅图4，刻蚀所述硅衬底110，形成接地屏蔽导电圈凹槽112。

具体的，通过光刻工艺，在所述硅衬底110上通过涂胶、曝光、显影及刻蚀工艺形成所述接地屏蔽导电圈凹槽112，光刻工艺中的光刻胶可为正胶、负胶、干膜等，涂覆工艺可为喷胶、旋涂、贴膜等工艺，刻蚀工艺可为干法刻蚀，也可为湿法刻蚀，具体可根据需要进行选择。

接着，参阅图5a及图5b，其中，图5b为图5a中M区域的放大结构示意图。依次沉积绝缘层122、种子层132及金属层，以形成覆盖所述硅衬底110及接地屏蔽导电圈凹槽112的接地屏蔽导电层。

具体的，所述绝缘层122可为氧化硅层、氮化硅层等，所述种子层132可为钛、铜、金、银等金属中的一种或多种，所述金属层可为钛、铜、金、银等金属中的一种或多种。所述绝缘层122的沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积及氧化等一系列成膜工艺，所述种子层132的沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积、化镀、电镀、蒸镀等一系列成膜工艺，所述金属层的沉积方式可以采用电镀、化镀、蒸镀等工艺，所述绝缘层122、种子层132及金属层的沉积厚度可以任意调整，以使得后续形成的同轴TSV结构达到良好的阻抗匹配效果。

接着，参阅图6及图7，去除部分所述接地屏蔽导电层，形成分立的信号TSV导电柱141及接地屏蔽导电圈142，且所述接地屏蔽导电圈142位于所述信号TSV导电柱141的外围。

具体的，在所述硅衬底110上通过涂胶、曝光、显影形成图形化的掩膜层150，通过刻蚀工艺将所述信号TSV导电柱141上多余的所述绝缘层121及种子层131去除掉。所述掩膜层150可为正胶、负胶、干膜等，涂覆工艺可为喷胶、旋涂、贴膜等工艺，刻蚀工艺可为干法刻蚀，也可为湿法刻蚀，去除所述掩膜层150的方式可为干法去胶、湿法去胶中的一种或者两种，具体可根据需要进行选择。

接着，如图8，于所述接地屏蔽导电圈凹槽112中填充钝化层160，且所述钝化层160显露所述信号TSV导电柱141的第一端及接地屏蔽导电圈142的第一端。

具体的，可通过化学气相沉积、物理气相沉积等形成填充所述接地屏蔽导电圈凹槽112的所述钝化层160，而后，通过刻蚀工艺以显露所述信号TSV导电柱141，且由于所述接地屏蔽导电层直接覆盖所述硅衬底110，从而在形成的TSV同轴传输结构中，所述信号TSV导电柱141的第一端显露于所述硅衬底110，所述接地屏蔽导电圈142的第一端覆盖所述硅衬底110的表面，所述信号TSV导电柱141的外侧及所述接地屏蔽导电圈142的内侧具有所述钝化层160，如图9所示的结构。所述钝化层160包括光刻胶、玻璃、二氧化硅、陶瓷、氮化硅及蓝宝石中的一种。

接着，参阅图10，形成图形化的介质层210，以显露所述信号TSV导电柱141的第一端及接地屏蔽导电圈142的第一端。

具体的，涂覆介质光刻胶，并通过曝光、显影的方式进行图形化，之后通过烘烤形成固化的所述介质层210，得到如图10所示结构，此处介质光刻胶可为正胶、负胶、干膜等，涂覆介质光刻胶的方式可为旋涂、喷涂及贴膜等。本领域技术人员可以理解到此处烘烤的时间与温度可以任意调整以使得所述介质层210达到良好的介电性能，且所述介质层210的厚度可以任意调整以达到良好的匹配与小损耗性能。有关所述介质层210的形貌可以根据需要进行选择，在图形化的所述介质层210中形成的用以上下互联的地孔与信号孔的直径与间距可以任意调整，以达到良好的匹配与小的回波损耗，地孔的数量可以任意变化以达到良好的接地性能。

接着，参阅图11及图12，于所述介质层210上形成第一金属层，所述第一金属层包括与所述信号TSV导电柱141的第一端电连接的第一信号金属层241，以及与所述接地屏蔽导电圈142电连接的第一接地金属层242，以构成多通道传输结构，在所述多通道传输结构中包括同心的N条信号传输线，N≥3且为整数，每条所述信号传输线均包括内部传输区A、过渡传输区B及外部传输区C。

具体的，在所述介质层210上沉积种子层220，此处所述种子层220可为钛、铜、银、金等金属，沉积方式可为化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀、电镀、化镀等方式。然后通过光刻工艺形成图形化的掩膜层230，此处光刻工艺所采用的所述掩膜层230可为正胶、负胶、干膜等，涂布方式可为旋涂、喷胶或贴膜等方式，以得到如图11所示的结构。之后，通过薄膜沉积生长工艺，形成所述第一金属层，包括与所述信号TSV导电柱141的第一端电连接的第一信号金属层241，以及与所述接地屏蔽导电圈142电连接的第一接地金属层242，此处的薄膜沉积生长工艺可为化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀、电镀、化镀等方式，本领域技术人员可以理解，所述第一金属层的厚度、形貌可根据需要任意变化，以达到良好匹配与小损耗的性能。然后再去除所述掩膜层230和部分所述种子层220，形成分立的种子层221及222，以得到如图12所示的结构。去除所述掩膜层230的方式可为干法去胶，湿法去胶或者两者的结合，所述种子层220的去除方式可为湿法刻蚀，也可为干法刻蚀或者两者的结合。参阅图13显示为本实施例中形成的一种功分器的俯视结构示意图，其中，所述功分器以一分三功分器作为示例，即N＝3，且形成的所述信号传输线具有相同的特性阻抗，相邻的所述信号传输线之间具有相同的夹角360/N，但并非局限于此，相邻的所述信号传输线之间也可具有不相同的夹角，所述功分器也可为一分四功分器、一分五功分器等。本实施例中，所述功分器以50欧姆功分器作为示例，但并非局限于此，所述功分器也可为70欧姆功分器或75欧姆功分器等。参阅图13，本实施例中，由所述第一信号金属层241、第一接地金属层242及介质层210所组成的3条信号输出传输线为直接将所述TSV同轴传输结构中的1条输入信号传输线平均分成3条特性阻抗在根号3乘以50欧姆左右的位于所述内部传输区A处的传输线结构，其长度为使用波长的四分之一左右，之后3条位于所述内部传输区A处的信号传输线通过所述过渡传输区B过渡到位于所述外部传输区C处的50欧姆信号传输线。本领域技术人员可以理解，3条输出信号传输线的间距、夹角等可以任意调整，以达到功分器的功率分配需求，连接类同轴的输入信号传输线和50欧姆信号传输线之间(即内部传输区A及过渡传输区B处)的所述信号传输线包括一段式信号传输线或多段级联式信号传输线，以满足功分器的使用宽带要求。本领域技术人员可以理解，所述过渡传输区B处的信号传输线的长度与形状可任意调整以达到良好的阻抗匹配特性与驻波特性。其中，在过渡到50欧姆的所述过渡传输区B处，3条信号传输线之间的所述第一接地金属层242中预留有接下来要沉积所述隔离电阻层310的空间，本领域技术人员可以理解，预留的所述隔离电阻层310的空间的大小、结构、位置可以任意调整以使得整个功分器达到良好的电学性能。

接着，参阅图14～图17，形成隔离电阻层310，所述隔离电阻层310与所述多通道传输结构对应设置，以在相邻的所述信号传输线之间形成隔离电阻311，且所述隔离电阻311与所述信号传输线的过渡传输区B电连接。

具体的，在上述结构上沉积一层隔离电阻层310，以得到如图14所示的结构，此处隔离电阻层310的沉积方式可为化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀、电镀、化镀等方式。所述隔离电阻层310的材质可包括氮化钽(TaN_x)、镍铬合金(NiCr)、氮化硅(SiN_x)等。之后通过光刻工艺形成图形化的掩膜层320，以得到如图15所示的结构，所述掩膜层320可为正胶、负胶、干膜等，涂布方式可为旋涂、喷胶、贴膜等方式。接着，通过刻蚀工艺将所述隔离电阻层310进行图形化，并去除所述掩膜层320，获得隔离电阻311，以得到如图16所示的结构，所述隔离电阻层310的刻蚀工艺可为干法刻蚀，也可为湿法刻蚀，也可为两者的结合。其中，所述隔离电阻311的阻值在150欧姆左右，所述隔离电阻311与3条信号传输线的连接区域位于所述过渡传输区B处，如图17。本领域技术人员可以理解，所述隔离电阻311的位置可在所述过渡传输区B任意调整，以及所述隔离电阻311的阻值大小可在150欧姆左右任意调整，以达到良好的隔离特性，驻波特性等。

接着，参阅图18，提供临时衬底420，并将所述临时衬底420与所述第一金属层相结合。

具体的，所述临时衬底420可通过键合层410与所述第一金属层相结合，所述键合层410可为旋涂的液态胶，也可为粘贴胶膜等，通过所述临时衬底420提供支撑以便进行后续的工艺操作。所述键合层410优选为LTHC光热转换层，使得后续步骤可以基于激光对所述LTHC光热转换层进行加热，以使所述临时衬底420自所述LTHC光热转换层处分离。

接着，参阅图19～图22，去除部分所述硅衬底110，以显露所述信号TSV导电柱141的第二端及接地屏蔽导电圈142的第二端，形成第二金属层，所述第二金属层包括与所述信号TSV导电柱141的第二端电连接的第二信号金属层541，以及与所述接地屏蔽导电圈142的第二端电连接的第二接地金属层542，去除所述临时衬底420。

具体的，首先，采用背部露头工艺，并形成与所述绝缘层122相连接的绝缘层510，以得到如图19所示的结构，所述绝缘层510可为二氧化硅、氮化硅、介质胶等。此处采用的背部露头方式可为方式1)减薄硅衬底-化学机械抛光-硅刻蚀-绝缘层沉积-绝缘层化学机械抛光-金属层化学机械抛光，也可为方式2)研磨露头-绝缘层沉积-光刻-绝缘层图形刻蚀。

接着，在硅衬底110上沉积种子层520，所述种子层520可为钛、铜、银、金等金属，沉积方式可为化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀、电镀、化镀等方式。通过光刻工艺形成图形化的掩膜层530，如图20所示，所述掩膜层530可为正胶、负胶、干膜等，所述掩膜层530的涂布方式可为旋涂、喷胶、贴膜等。

接着，通过薄膜沉积工艺形成所述第二金属层，包括与所述信号TSV导电柱141的第二端电连接的第二信号金属层541，以及与所述接地屏蔽导电圈142的第二端电连接的第二接地金属层542，并去除所述掩膜层530，及部分种子层520形成分立的种子层521及522，以及拆除所述临时衬底420，得到如图21所示的结构，薄膜沉积工艺可为化学气相沉积、物理气相沉积、蒸镀、电镀、化镀等方式，所述掩膜层530的去除方式可为干法去胶，湿法去胶或者两者的结合，所述第二金属层使用的材料可为铜、金、银、钛、锡、钯等金属中的一种或者几种，所述种子层520的去除可为湿法刻蚀，也可为干法刻蚀，或者两者的结合。与所述信号TSV导电柱141的第二端电连接的第二信号金属层541，以及与所述接地屏蔽导电圈142的第二端电连接的第二接地金属层542所形成的形貌如图22所示。本领域技术人员可以理解，所述第二金属层材质的选用可以任意调整，以满足所述功分器上下互连组装等装配的要求，所述第二金属层的厚度可以任意调整以达到良好的匹配效果，为达到信号端口输入匹配性能良好，驻波性能良好，装配互连方便，可靠性高的目的，此处第二信号金属层541可为圆形、方形、多边形等图形，所述第二接地金属层542中包围所述第二信号金属层541的空缺位置的图形可为圆形、方形、多边形等图形，所述第二信号金属层541与所述第二接地金属层542之间的间距与相对位置可任意调整。

如图17、图21及图22，本发明还提供一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器，所述功分器可采用上述制备方法制备，但并非局限于此，本实施例中所述功分器直接采用上述制备方法制备，从而有关所述功分器的具体材质、工艺等此处不作赘述。

具体的，所述功分器包括硅衬底110、TSV同轴传输结构、介质层210、第一金属层、隔离电阻层310及第二金属层；其中，所述TSV同轴传输结构包括信号TSV导电柱141及接地屏蔽导电圈142，其中，所述信号TSV导电柱141贯穿所述硅衬底110，且所述接地屏蔽导电圈142位于所述信号TSV导电柱141的外围，所述信号TSV导电柱141包括第一端及第二端，所述接地屏蔽导电圈142包括覆盖所述硅衬底110的表面的第一端及显露于所述硅衬底110的第二端；图形化的所述介质层210显露所述信号TSV导电柱141的第一端及接地屏蔽导电圈142的第一端；所述第一金属层包括与所述信号TSV导电柱141的第一端电连接的第一信号金属层241，以及与所述接地屏蔽导电圈142电连接的第一接地金属层242，以构成多通道传输结构，在所述多通道传输结构中包括同心的N条信号传输线，N≥3且为整数，每条所述信号传输线均包括内部传输区A、过渡传输区B及外部传输区C；所述隔离电阻层310与所述多通道传输结构对应设置，以在相邻的所述信号传输线之间形成隔离电阻311，且所述隔离电阻311与所述信号传输线的过渡传输区B电连接；所述第二金属层包括与所述信号TSV导电柱141的第二端电连接的第二信号金属层541，以及与所述接地屏蔽导电圈142的第二端电连接的第二接地金属层542。

作为示例，所述信号TSV导电柱141的外侧及所述接地屏蔽导电圈142的内侧具有钝化层160，所述钝化层160包括光刻胶、玻璃、二氧化硅、陶瓷、氮化硅及蓝宝石中的一种。

作为示例，所述信号传输线具有相同的特性阻抗，且相邻的所述信号传输线之间具有相同的夹角。

作为示例，所述信号传输线包括一段式信号传输线或多段级联式信号传输线。

作为示例，所述功分器包括50欧姆功分器、70欧姆功分器及75欧姆功分器中的一种。

综上所述，本发明的用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器及制备方法，功分器包括硅衬底、信号TSV导电柱、接地屏蔽导电圈、介质层、第一金属层、隔离电阻层及第二金属层；在硅衬底中将TSV同轴传输结构及多通道传输结构做成垂直互联结构，以制备三维多通道功分器，利用三维立体结构的优势，避免了在多通道传输结构中在连接隔离电阻时的跳线问题，且基于硅基堆叠技术，可大大提高集成度，从而本发明可提供具有等相位、回波损耗小、结构简单、加工精度高、质量好的三维多通道功分器。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供硅衬底；

于所述硅衬底中形成TSV同轴传输结构，所述TSV同轴传输结构包括信号TSV导电柱及接地屏蔽导电圈，其中，所述接地屏蔽导电圈位于所述信号TSV导电柱的外围，所述信号TSV导电柱包括显露于所述硅衬底的第一端及位于所述硅衬底中的第二端，所述接地屏蔽导电圈包括覆盖所述硅衬底的表面的第一端及位于所述硅衬底中的第二端；其中，形成所述TSV同轴传输结构的步骤包括：

刻蚀所述硅衬底，形成信号TSV孔；

刻蚀所述硅衬底，形成接地屏蔽导电圈凹槽；

于所述接地屏蔽导电圈凹槽中填充钝化层，且所述钝化层显露所述信号TSV导电柱的第一端及接地屏蔽导电圈的第一端；

去除所述临时衬底。

2.根据权利要求1所述的功分器的制备方法，其特征在于：形成的所述信号传输线具有相同的特性阻抗，且相邻的所述信号传输线之间具有相同的夹角。

3.根据权利要求1所述的功分器的制备方法，其特征在于：形成的所述信号传输线包括一段式信号传输线或多段级联式信号传输线。

4.根据权利要求1所述的功分器的制备方法，其特征在于：所述功分器包括50欧姆功分器、70欧姆功分器及75欧姆功分器中的一种。

5.一种用于硅基射频收发微系统的三维多通道功分器，其特征在于，所述功分器采用权利要求1中的方法制备，所述功分器包括：

硅衬底；

6.根据权利要求5所述的功分器，其特征在于：所述信号TSV导电柱的外侧及所述接地屏蔽导电圈的内侧具有钝化层，所述钝化层包括光刻胶、玻璃、二氧化硅、陶瓷、氮化硅及蓝宝石中的一种。

7.根据权利要求5所述的功分器，其特征在于：所述信号传输线具有相同的特性阻抗，且相邻的所述信号传输线之间具有相同的夹角。

8.根据权利要求5所述的功分器，其特征在于：所述信号传输线包括一段式信号传输线或多段级联式信号传输线。

9.根据权利要求5所述的功分器，其特征在于：所述功分器包括50欧姆功分器、70欧姆功分器及75欧姆功分器中的一种。