CN112649713B - 一种太赫兹频段在片trl校准件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太赫兹频段在片TRL校准件及其制备方法，该校准件包括由下至上依次设置的衬底层、第一薄膜介质层、金属层以及第二薄膜介质层；所述第二薄膜介质层上表面设置有PAD接地金属件和PAD金属件以及金属标准件，所述PAD接地金属件通过嵌入第二薄膜介质层内的PAD接地通孔金属件与金属层连接。本发明制备适用于太赫兹频段的在片TRL校准件具有高频、低损耗等特点。该太赫兹频段在片TRL校准件基于正置薄膜微带线工艺制备在半导体衬底上，由于在片TRL校准方法可以将校准参考面直接定位到晶体管片内端口，从而有效降低片外校准时造成的寄生效应和测试误差问题，提高太赫兹晶体管小信号S参数直接测量的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹半导体元器件技术领域，具体涉及一种太赫兹频段在片TRL校准件及其制备方法。
背景技术
太赫兹频段位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，太赫兹频段具有频率高、传输速率高、衰减低等优越特性，因此，太赫兹技术在通信、医疗、安防等多个领域均具有广阔的应用前景。在太赫兹单片集成电路实现流程中，准确的晶体管测试结果是表征晶体管性能、晶体管精准建模以及高效电路设计的重要基础，晶体管测试时探针与晶体管之间的pad、传输线、通孔等互联元件都会给测试带来误差，而随着晶体管工作频率达到太赫兹频段，这些元件的寄生效应对测试精度的影响将更加显著，同时诸如pad与传输线间的不连续性、传输线的分布效应等在低频被忽略的效应也开始对测量精度造成影响，低频常用的SOLT和“开路-短路”去嵌方法在此已不再适用。TRL校准件是一种适用于太赫兹频段的窄带校准方法，包括三个校准件：直通件（THRU），反射件（OPEN）和传输线（LINE），不同的频率校准可采用不同长度的传输线LINE结构实现。在片TRL校准方法可以将校准参考面直接定位于片内，有效解决片外校准时的测试误差问题，因此非常适合用于直接测量太赫兹晶体管的S参数性能。
目前常用的TRL校准件制作在商用的石英校准片上，这种结构在TRL校准件制备工艺上相对比较成熟，已经可以达到批量制备，但该结构用于太赫兹频段晶体管校准寄生参数太多，不适用太赫兹晶体管在片校准。基于半导体工艺的太赫兹在片TRL校准件，非常适合高频应用，但其制备工艺要针对不同半导体工艺进行调整，工艺实现存在诸多挑战，例如金属层间介质的平坦化工艺、金属层间互联工艺，以及太赫兹频段在片TRL校准件的标准化结构等等，这些正是期待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种太赫兹频段在片TRL校准件及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种太赫兹频段在片TRL校准件，包括由下至上依次设置的衬底层、第一薄膜介质层、金属层以及第二薄膜介质层；所述第二薄膜介质层上表面设置有PAD接地金属件、PAD金属件以及金属标准件，所述PAD接地金属件通过嵌入第二薄膜介质层内的PAD接地通孔金属件与金属层连接。
进一步的，所述金属标准件为直通件THRU、反射件OPEN、传输线LINE中的任意一种。
进一步的，所述直通件THRU的长度为300～500μm，宽度为5～25μm。
进一步的，所述反射件OPEN的长度为150～250μm，宽度为5～25μm。
进一步的，所述传输线LINE的长度为500～1000μm，宽度为5～25μm。
进一步的，所述衬底层为磷化铟衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底中的一种。
进一步的，所述第一薄膜介质层与第二薄膜介质层均由BCB胶构成。
进一步的，所述第一薄膜介质层的厚度为1～2μm，所述第二薄膜介质层的厚度为1～7μm。
一种太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在衬底层上旋涂BCB胶，并进行固化形成第一薄膜介质层；
步骤2：利用蒸发法在第一薄膜介质层表面蒸发一层金属钛和一层金-铂合金，形成金属层；
步骤3：在金属层上旋涂一层BCB胶，并在充满氮气氛围的烘箱内将其在200℃下烘烤15min使BCB胶固化形成第二薄膜介质层；
步骤4：采用光刻技术在第二薄膜介质层表面刻蚀直达金属层表面的通孔，并采用金属溅射剥离技术形成PAD接地通孔金属件；
步骤5：在第二薄膜介质层上，采用电子束光刻剥离技术依次蒸发一层钛、一层铂和一层金，采用光刻胶进行二次布线图形光刻，形成PAD接地金属件、PAD金属件以及金属标准件。
更进一步的，在所述步骤5中，所述钛的厚度为50nm，所述铂的厚度为50nm，所述金的厚度为1000nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明制备适用于太赫兹频段的在片TRL校准件具有高频、低损耗等特点。该太赫兹频段在片TRL校准件基于正置薄膜微带线工艺制备在半导体衬底上，并采用直通件THRU，反射件OPEN和传输线LINE三个校准件；因此，该在片TRL校准件能用于半导体工艺晶体管在片校准、晶体管去嵌等；由于在片TRL校准方法可以将校准参考面直接定位到晶体管片内端口，从而有效降低片外校准时造成的寄生效应和测试误差问题，提高太赫兹晶体管小信号S参数直接测量的准确性和可靠性。其中，正置薄膜微带工艺采用低损耗的介质如苯并环丁烯（BCB胶），得到非常薄的介质层，可以有效降低微带线在太赫兹频段的损耗特性，是太赫兹单片电路的理想传输结构。
附图说明
图1是本发明太赫兹频段在片TRL校准件的切面结构示意图。
图2是太赫兹频段在片TRL校准件的直通件THRU立体结构示意图。
图3是太赫兹频段在片TRL校准件的反射件OPEN立体结构示意图。
图4是太赫兹频段在片TRL校准件的传输线LINE立体结构示意图。
图5是太赫兹频段在片TRL校准件完成在片校准后的测试结果图。
图中：1、衬底层；2、第一薄膜介质层；3、金属层；4、第二薄膜介质层；5、PAD接地通孔金属件；6、PAD接地金属件；7、PAD金属件；8、直通件THRU；9、反射件OPEN；10、传输线LINE。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，有必要在此指出的是所述实施例只是用于对本发明的进一步说明，但不应理解为是对本发明保护范围的任何限定，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质性的改进和调整。
实施例1：
如图1-2所示，一种太赫兹频段在片TRL校准件，包括由下至上依次设置的衬底层1、第一薄膜介质层2、金属层3以及第二薄膜介质层4；所述第二薄膜介质层4上表面设置有PAD接地金属件6、PAD金属件7以及金属标准件，所述PAD接地金属件6通过嵌入第二薄膜介质层4内的PAD接地通孔金属件5与金属层3连接。
本实施例所优选的是，所述衬底层1为磷化铟衬底。
本实施例所优选的是，所述第一薄膜介质层2的厚度为2μm，所述第二薄膜介质层4的厚度为5μm。
其中，金属标准件为直通件THRU 8，所述直通件THRU8的长度为400μm，宽度为15μm。
本发明的实施例还提供了该太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在衬底层上旋涂BCB胶，并进行固化形成第一薄膜介质层；
步骤2：利用蒸发法在第一薄膜介质层表面蒸发一层金属钛和一层金-铂合金，形成金属层；
步骤3：在金属层上旋涂一层BCB胶，并在充满氮气氛围的烘箱内将其在200℃下烘烤15min使BCB胶固化形成第二薄膜介质层；
步骤4：采用光刻技术在第二薄膜介质层表面刻蚀直达金属层表面的通孔，并采用金属溅射剥离技术形成PAD接地通孔金属件；
步骤5：在第二薄膜介质层上，采用电子束光刻剥离技术依次蒸发一层厚度为50nm的钛、一层厚度为50nm的铂和一层厚度为1000nm的金，采用AZ7908光刻胶进行二次布线图形光刻，形成PAD接地金属件、PAD金属件以及金属标准件，得到赫兹频段在片TRL校准件。
实施例2：
如图3所示，与实施例1不同的是，金属标准件为反射件OPEN 9，所述反射件OPEN 9的长度为120μm，宽度为15μm。
实施例3：
如图4所示，与实施例1不同的是，金属标准件为传输线LINE 10，所述传输线LINE10的长度为500μm，宽度为15μm。
将上述实施例1制得的赫兹频段在片TRL校准件进行测试，如图5所示，本次实例测试频段为140GHz-220GHz，通过在片测试波导探针将PAD接地金属件和PAD金属件分别连接到矢量网络分析仪，并通过矢量网络分析仪内嵌算法进行系统校准，最终测试结果，在140GHz-220GHz的频段时S21参数接近于0dB，S11和S22参数小于-30dB，对于该频段矢量网络分析仪是一个很好的校准效果，能够精准描述高频器件的本征性能。
Claims (8)
1.一种太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在衬底层上旋涂BCB胶，并进行固化形成第一薄膜介质层；
步骤2：利用蒸发法在第一薄膜介质层表面蒸发一层金属钛和一层金-铂合金，形成金属层；
步骤3：在金属层上旋涂一层BCB胶，并在充满氮气氛围的烘箱内将其在200℃下烘烤15min使BCB胶固化形成第二薄膜介质层；
步骤4：采用光刻技术在第二薄膜介质层表面刻蚀直达金属层表面的通孔，并采用金属溅射剥离技术形成PAD接地通孔金属件；
步骤5：在第二薄膜介质层上，采用电子束光刻剥离技术依次蒸发一层钛、一层铂和一层金，采用光刻胶进行二次布线图形光刻，形成PAD接地金属件、PAD金属件以及金属标准件；
所述太赫兹频段在片TRL校准件包括由下至上依次设置的衬底层、第一薄膜介质层、金属层以及第二薄膜介质层；所述第二薄膜介质层上表面设置有PAD接地金属件、PAD金属件以及金属标准件，所述PAD接地金属件通过嵌入第二薄膜介质层内的PAD接地通孔金属件与金属层连接；
所述衬底层为磷化铟衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底中的一种。
2.根据权利要求1所述的太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于：所述金属标准件为直通件THRU、反射件OPEN、传输线LINE中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于：所述直通件THRU的长度为300～500μm，宽度为5～25μm。
4.根据权利要求2所述的太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于：所述反射件OPEN的长度为150～250μm，宽度为5～25μm。
5.根据权利要求2所述的太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于：所述传输线LINE的长度为500～1000μm，宽度为5～25μm。
6.根据权利要求1所述的太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于：所述第一薄膜介质层与第二薄膜介质层均由BCB胶构成。
7.根据权利要求6所述的太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于：所述第一薄膜介质层的厚度为1～2μm，所述第二薄膜介质层的厚度为1～7μm。
8.根据权利要求1所述的太赫兹频段在片TRL校准件的制备方法，其特征在于：在所述步骤5中，所述钛的厚度为50nm，所述铂的厚度为50nm，所述金的厚度为1000nm。
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| 太赫兹InP DHBT收发芯片关键技术研究;李骁;《中国博士学位论文全文数据库基础科学辑》(第9期);正文第27-30页 * |
| 宽带在片SOLT校准件研制及表征;刘晨 等;《计量学报》;20170131;第38卷(第1期);98-101 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112649713A (zh) | 2021-04-13 |
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