CN116247404B - 微同轴传输结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微同轴传输结构及其制备方法，涉及微同轴技术领域。本发明首先通过湿法腐蚀在基底上制备开放式凹槽，利用开放式凹槽的缓坡制备外导体的侧壁金属层，相当于一次性沉积微同轴结构的侧壁和下层外导体；随后在金属层上面制备介质支撑层和电镀内导体；最后电镀上半部分外导体，电镀完成后与下半部分外导体一起组成外导体。整个微同轴结构的制备过程仅有两次电镀过程，相较于传统方案无需多层堆叠进而降低了对多层堆叠的精度要求，无需电镀较厚无需抛光工艺也增加了微同轴结构与一些脆弱微结构如弹簧梁结构的一体化制备的可能性，制作步骤简单，制备成本低，可实现大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及微同轴技术领域，具体涉及一种微同轴传输结构及其制备方法。
背景技术
随着射频电路的高集成度、高性能、微型化的需求越来越大，相邻微带线之间的耦合限制了其进一步的小型化，同时印制板电路的介质损耗也随着频率的上升而不断增大进而限制了其传输功率和功率容量。由于拥有低色散、高隔离度、低插损、宽带宽以及阻抗变换简单等一系列优点，基于MEMS工艺的微同轴传输系统受到了越来越多的关注。
微同轴传输结构常用的制备技术包括：以蓝宝石、半导体或陶瓷为衬底，采用光刻胶作为腐蚀牺牲层定义出微同轴结构区域，对微同轴结构区域多次电镀铜进行堆叠形成外导体和内导体，最后用腐蚀液去除光刻胶后就可得到微同轴结构。由于电镀的每层铜层较厚且表面粗糙，需要对表面进行抛光平坦化处理。
虽然传统的制备方法可成功制作微同轴传输结构，但传统方案仍具备一定的局限性。多层电镀铜层的抛光和堆叠不仅增加了工艺的复杂度，而且多层堆叠要求层间的对准精度要足够高，另外抛光工艺也限制了微同轴结构与一些脆弱结构如弹簧梁结构的一体化制备。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种微同轴传输结构及其制备方法，解决了多层电镀铜层的抛光和堆叠导致工艺复杂的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种微同轴传输结构的制备方法，包括：
S1、在基底的上下表面制备氧化层；
S2、自上表面的氧化层向下，在所述基底上制备开放式凹槽；所述开放式凹槽的侧壁倾斜，与底部平缓连接；
S3、在所述开放式凹槽的表面重新制备氧化层，并在重新制备的氧化层上沉积金属层作为下层外导体；
S4、在所述下层外导体上制备光刻胶支撑体，在所述在光刻胶支撑体上电镀内导体；
S5、在所述内导体上制备图形化的光刻胶覆盖内导体；
S6、在光刻胶上重新匀胶光刻打开电镀窗口，电镀上层外导体；其中，所述上层外导体与下层外导体相连，设有腐蚀开孔；
S7、通过所述腐蚀开孔去除内外导体之间的光刻胶，获取以空气为介质的微同轴传输结构；其中，所述光刻胶为S4～S6中用于电镀的光刻胶，为同一类型光刻胶且区别于所述光刻胶支撑体。
优选的，所述S1中在硅基底上通过干法氧化出制备二氧化硅氧化层。
优选的，所述S2中通过湿法腐蚀的方法在硅基底上制备开放式凹槽，包括：
S21、采用热蒸发的方式先后在上表面的氧化层上沉积铬膜和金膜；
S22、在金膜上制备图形化的光刻胶掩膜；
S23、湿法腐蚀去除多余的铬膜和金膜后去除光刻胶掩膜；
S24、湿法腐蚀或干法刻蚀去除开放式凹槽裸露出来的氧化层；
S25、湿法腐蚀裸露出来的硅基底；
S26、湿法腐蚀剩余的铬膜和金膜；
S27、湿法腐蚀或干法刻蚀剩余的氧化层，获取所述开放式凹槽。
优选的，所述S3中通过热氧化或沉积的方式在开放式凹槽的表面重新制备氧化层。
优选的，所述S4包括：
S41、将S3得到的样片置于匀胶机转盘上，将光刻胶倒于下层外导体的表面；
S42、烘干所述下层外导体的表面光刻胶；
S43、将S42得到的样片置于对准光刻机中，安装光刻掩模，并进行光刻；
S44、配置显影液与水的混合液，将S43得到的样片置于混合溶液中显影，随后将样片取出，并用去离子水清洗后用氮气枪吹干，最终得到图形化的光刻胶支撑体；
S45、在所述光刻胶支撑体上沉积第一金属种子层，在所述第一金属种子层上制备图形化的光刻胶，打开电镀窗口，随后在所述光刻胶支撑体上电镀内导体；
S46、电镀完成后，去除用于图形化电镀窗口的光刻胶后湿法刻蚀第一金属种子层，得到位于所述光刻胶支撑体上方的内导体。
优选的，所述S4中所述光刻胶支撑体为连续支撑或者零散支撑。
优选的，所述S6包括：
S61、在所述光刻胶上沉积第二金属种子层，所述第二金属种子层上制备图形化的光刻胶，打开电镀窗口，随后在电镀窗口内电镀上层外导体；
S62、电镀完成后，去除用于图形化电镀窗口的光刻胶后湿法刻蚀第二金属种子层，得到带有腐蚀开孔的上层外导体。
一种微同轴传输结构，采用如上任一项所述的微同轴传输结构的制备方法制备获取。
(三)有益效果
本发明提供了一种微同轴传输结构及其制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明通过湿法腐蚀在基底上制备开放式凹槽，利用开放式凹槽的缓坡制备外导体的侧壁金属层，相当于一次性沉积微同轴结构的侧壁和下层外导体，随后在金属层上面制备介质支撑层和电镀内导体，最后电镀上半部分外导体，电镀完成后与下半部分外导体一起组成外导体。整个微同轴结构的制备过程仅有两次电镀过程，相较于传统方案无需多层堆叠进而降低了对多层堆叠的精度要求，无需电镀较厚无需抛光工艺也增加了微同轴结构与一些脆弱微结构如弹簧梁结构的一体化制备的可能性，制作步骤简单，制备成本低，可实现大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种微同轴传输结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种带有氧化层的基底的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种带有开放式凹槽的基底的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种在开放式凹槽内先沉积氧化层再沉积下层外导体的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种在下层外导体上制作光刻胶支撑体的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种在光刻胶支撑体上电镀内导体的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种在内导体上匀胶覆盖住内导体的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种在开放式凹槽上方电镀上层外导体的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种湿法腐蚀去除内外导体之间的光刻胶后获得的微同轴传输结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种微同轴传输结构及其制备方法，解决了多层电镀铜层的抛光和堆叠导致工艺复杂的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例在开放式凹槽的底部和侧壁上一次性沉积下层外导体，避免了采用电镀多层铜进行精准堆叠来制备侧面外导体，降低了工艺复杂度和对堆叠时的对准精度的要求，同时避免了由每层铜的粗糙引入的抛光工艺，增加了微同轴结构与一些脆弱结构如弹簧梁结构的一体化制备的可能性。
此外，将内导体和介质支撑层制备在腐蚀凹槽内，利用了开放式凹槽的纵向深度作为微同轴结构侧壁的高度，相对于传统的在基底上通过多层金属堆叠制备的微同轴结构，将能够有效降低微同轴结构在纵向上的尺寸。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提供了一种微同轴传输结构的制备方法，包括：
S1、在基底100的上下表面制备氧化层101；
S2、自上表面的氧化层101向下，在所述基底100上制备开放式凹槽102；所述开放式凹槽102的侧壁倾斜，与底部平缓连接；
S3、在所述开放式凹槽102的表面重新制备氧化层101，并在重新制备的氧化层101上沉积金属层作为下层外导体103；
S4、在所述下层外导体103上制备光刻胶支撑体104，在所述在光刻胶支撑体104上电镀内导体105；
S5、在所述内导体105上制备图形化的光刻胶覆盖内导体105；
S6、在光刻胶上重新匀胶光刻打开电镀窗口，电镀上层外导体107；
其中，所述上层外导体107与下层外导体103相连，设有腐蚀开孔108；
S7、通过所述腐蚀开孔108去除内外导体之间的光刻胶106，获取以空气为介质的微同轴传输结构；其中，所述光刻胶106为S4～S6中用于电镀的光刻胶，为同一类型光刻胶且区别于所述光刻胶支撑体104。
本发明实施例通过在开放式凹槽的底部和侧壁上一次性沉积下层外导体，从而使得侧面的外导体不需要采用传统的电镀多层铜进行精准堆叠，降低了工艺复杂度和对堆叠时的对准精度的要求，同时避免了由每层铜的粗糙引入的抛光工艺，增加了微同轴结构与一些脆弱结构如弹簧梁结构的一体化制备的可能性。
接下来将结合附图详细介绍上述技术方案的各个步骤：
在步骤S1中，如图2所示，在基底100的上下表面制备氧化层101；所述氧化层101用于下层外导体103与基底100之间的绝缘。
示例性的，本步骤在500微米厚的硅基底上通过干法氧化出厚度为200纳米的二氧化硅氧化层。
在步骤S2中，如图3所示，自上表面的氧化层101向下，在所述硅基底100上制备开放式凹槽102；所述开放式凹槽102的侧壁倾斜，与底部平缓连接。
本步骤通过湿法腐蚀的方法在硅基底上制备开放式凹槽102，具体包括：
S21、采用热蒸发的方式先后在上表面的氧化层101上沉积铬膜和金膜；示例性的，可选用铬膜厚度为40纳米，金膜厚度为300纳米；
S22、在金膜上制备图形化的光刻胶掩膜；不难理解所述光刻胶掩膜的布局根据开放式凹槽102的形状需求进行设计；
S23、湿法腐蚀去除多余的铬膜和金膜后去除光刻胶掩膜；
S24、湿法腐蚀或干法刻蚀去除开放式凹槽102裸露出来的氧化层101；
S25、湿法腐蚀裸露出来的硅基底；
S26、湿法腐蚀剩余的铬膜和金膜；
S27、湿法腐蚀或干法刻蚀剩余的氧化层，获取所述开放式凹槽102。
在步骤S3中，如图4所示，在所述开放式凹槽102的表面重新制备氧化层101，并在重新制备的氧化层101上沉积金属层作为下层外导体103。
本步骤通过热氧化或沉积的方式在开放式凹槽102的表面重新制备氧化层101。
所述金属层为铬膜/金膜或者钛膜/金膜，铬膜或钛膜作为粘附层，增强金膜与基底之间的粘附强度，其中每层金属层的厚度不做限定，视实际情况选择。示例性的，可选用氧化层厚度为200纳米，钛膜厚度为40纳米，铜膜厚度为300纳米。
在步骤S4中，如图5所示，通过光刻对准技术在所述下层外导体103上制备光刻胶支撑体104，如图6所示，在所述在光刻胶支撑体104上电镀内导体105，光刻胶支撑体104用作支撑内导体105，包括：
S41、将S3得到的样片置于匀胶机转盘上，将光刻胶倒于下层外导体103的表面；示例性的，其中光刻胶可以为SU8，匀胶机的转速可以为1500r/min，开始旋转，旋转30s后停止；
S42、烘干所述下层外导体103的表面光刻胶；示例性的，将匀胶完成的硅片置于加热台上，用95℃的温度前烘45min；
S43、将S42得到的样片置于对准光刻机中，安装光刻掩模，并进行光刻；
S44、配置显影液与水的混合液，将S43得到的样片置于混合溶液中显影，随后将样片取出，并用去离子水清洗后用氮气枪吹干，最终得到图形化的光刻胶支撑体104；示例性的，采用显影液PGMEA进行显影，将完成光刻的硅片置于混合溶液中显影15分钟；
S45、在所述光刻胶支撑体104上沉积第一金属种子层，在所述第一金属种子层上制备图形化的光刻胶，打开电镀窗口，随后在所述光刻胶支撑体104上电镀内导体105，内导体105的厚度由电镀时间控制；
可选的，用于支撑内导体的光刻胶104可以是支撑力较强的连续支撑，也可以是应力较小的零散支撑，视具体情况而定。
S46、电镀完成后，去除用于图形化电镀窗口的光刻胶后湿法刻蚀第一金属种子层，得到位于所述光刻胶支撑体104上方的内导体105；
其中，所述第一金属种子层可以为铬膜/金膜或者钛膜/金膜；示例性的，铬膜厚度为40纳米，金膜厚度为300纳米；图形化光刻胶的匀胶显影步骤与S41～S44类似，此处不再赘述。
在步骤S5中，如图7所示，在所述内导体105上制备图形化的光刻胶覆盖内导体105。
在步骤S6中，如图8所示，在光刻胶上重新匀胶光刻打开电镀窗口，电镀上层外导体107；其中，所述上层外导体107与下层外导体103相连，设有腐蚀开孔108，包括：
S61、在所述光刻胶106上沉积第二金属种子层，所述第二金属种子层上制备图形化的光刻胶，打开电镀窗口，随后在电镀窗口内电镀上层外导体107，上层外导体107的厚度由电镀时间控制；
S62、电镀完成后，去除用于图形化电镀窗口的光刻胶后湿法刻蚀第二金属种子层，得到带有腐蚀开孔108的上层外导体107；
在步骤S7中，如图9所示，通过所述腐蚀开孔108去除内外导体之间的光刻胶106，获取以空气为介质的微同轴传输结构。
其中，所述光刻胶106为S4～S6中用于电镀的光刻胶，为同一类型光刻胶；示例性的电镀采用的光刻胶可以为SU8，显影液可以为TMAH，但必须区别于光刻胶支撑体104，确保在光刻胶腐蚀时不会对支撑光刻胶104产生影响。
值得提出的是，本发明实施例在整个制备过程中有且仅有两次电镀过程，第一次电镀为S4，即在光刻胶支撑体104上电镀内导体105；第二次电镀为S6，即在电镀窗口内电镀上层外导体107。相较于传统方案无需多层堆叠进而降低了对多层堆叠的精度要求，无需电镀较厚无需抛光工艺也增加了微同轴结构与一些脆弱微结构如弹簧梁结构的一体化制备的可能性，制作步骤简单，制备成本低，可实现大规模生产。
实施例2：
如图1所示，本发明实施例提供了一种微同轴传输结构，采用如实施例1所述的微同轴传输结构的制备方法制备获取。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明实施例将传统的微同轴制备工艺进行改进，使之能够在基底凹槽内制备微同轴结构。
2、本发明实施例利用腐蚀的凹槽的缓坡制备侧壁外导体，一次性沉积微同轴结构的侧壁和下半部分外导体，无需进行多层金属的堆叠，降低了工艺复杂度和对堆叠时的对准精度的要求。
3、本发明实施例利用一次性制备侧壁和下半部分外导体避免了由每层铜的粗糙引入的抛光工艺，增加了微同轴结构与一些脆弱结构如弹簧梁结构的一体化制备的可能性。
4、本发明实施例的利用凹槽的纵向深度作为微同轴结构侧壁的高度，将内导体和介质支撑层制备在腐蚀凹槽内，相对于传统的在基底上通过多层金属堆叠制备的微同轴结构，将能够有效降低微同轴结构在纵向上的尺寸。
5、本发明实施例与传统的微同轴制备工艺相比较降低了工艺的复杂度，整个微同轴结构的制备过程仅有两次电镀，制作步骤简单，制备成本低，可实现大规模生产。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种微同轴传输结构的制备方法，其特征在于，包括：
S1、在基底(100)的上下表面制备氧化层(101)；
S2、自上表面的氧化层(101)向下，在所述基底(100)上制备开放式凹槽(102)；所述开放式凹槽(102)的侧壁倾斜，与底部平缓连接；
S3、在所述开放式凹槽(102)的表面重新制备氧化层(101)，并在重新制备的氧化层(101)上沉积金属层作为下层外导体(103)；
S4、在所述下层外导体(103)上制备光刻胶支撑体(104)，在所述光刻胶支撑体(104)上电镀内导体(105)；
S5、在所述内导体(105)上制备图形化的光刻胶覆盖内导体(105)；
S6、在光刻胶上重新匀胶光刻打开电镀窗口，电镀上层外导体(107)；其中，所述上层外导体(107)与下层外导体(103)相连，设有腐蚀开孔(108)；
S7、通过所述腐蚀开孔(108)去除内外导体之间的光刻胶(106)，获取以空气为介质的微同轴传输结构；其中，所述光刻胶(106)为S4～S6中用于电镀的光刻胶，为同一类型光刻胶且区别于所述光刻胶支撑体(104)。
2.如权利要求1所述的微同轴传输结构的制备方法，其特征在于，所述S1中在硅基底上通过干法氧化出制备二氧化硅氧化层。
3.如权利要求1所述的微同轴传输结构的制备方法，其特征在于，所述S2中通过湿法腐蚀的方法在硅基底上制备开放式凹槽(102)，包括：
S21、采用热蒸发的方式先后在上表面的氧化层(101)上沉积铬膜和金膜；
S22、在金膜上制备图形化的光刻胶掩膜；
S23、湿法腐蚀去除多余的铬膜和金膜后去除光刻胶掩膜；
S24、湿法腐蚀或干法刻蚀去除开放式凹槽(102)裸露出来的氧化层(101)；
S25、湿法腐蚀裸露出来的硅基底；
S26、湿法腐蚀剩余的铬膜和金膜；
S27、湿法腐蚀或干法刻蚀剩余的氧化层，获取所述开放式凹槽(102)。
4.如权利要求1所述的微同轴传输结构的制备方法，其特征在于，所述S3中通过热氧化或沉积的方式在开放式凹槽(102)的表面重新制备氧化层(101)。
5.如权利要求1所述的微同轴传输结构的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
S41、将S3得到的样片置于匀胶机转盘上，将光刻胶倒于下层外导体(103)的表面；
S42、烘干所述下层外导体(103)的表面光刻胶；
S43、将S42得到的样片置于对准光刻机中，安装光刻掩模，并进行光刻；
S44、配置显影液与水的混合液，将S43得到的样片置于混合溶液中显影，随后将样片取出，并用去离子水清洗后用氮气枪吹干，最终得到图形化的光刻胶支撑体(104)；
S45、在所述光刻胶支撑体(104)上沉积第一金属种子层，在所述第一金属种子层上制备图形化的光刻胶，打开电镀窗口，随后在所述光刻胶支撑体(104)上电镀内导体(105)；
S46、电镀完成后，去除用于图形化电镀窗口的光刻胶后湿法刻蚀第一金属种子层，得到位于所述光刻胶支撑体(104)上方的内导体(105)。
6.如权利要求1所述的微同轴传输结构的制备方法，其特征在于，所述S4中所述光刻胶支撑体(104)为连续支撑或者零散支撑。
7.如权利要求1所述的微同轴传输结构的制备方法，其特征在于，所述S6包括：
S61、在所述光刻胶(106)上沉积第二金属种子层，所述第二金属种子层上制备图形化的光刻胶，打开电镀窗口，随后在电镀窗口内电镀上层外导体(107)；
S62、电镀完成后，去除用于图形化电镀窗口的光刻胶后湿法刻蚀第二金属种子层，得到带有腐蚀开孔(108)的上层外导体(107)。
8.一种微同轴传输结构，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的微同轴传输结构的制备方法制备获取。
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