TW202209747A - 利用半導體製造具有微機械加工內部之圍封的濾波器 - Google Patents

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Abstract

一種例示性半導體技術實施之微波濾波器包含在一個表面上具有用作頻率選擇電路及參考接地之金屬跡線的一介電基板。該基板之另一表面上之其他金屬跡線亦提供參考接地。圍封該基板之底部及頂部圍封具有具經沈積連續金屬塗層之各自內部凹槽。複數個金屬結合凸塊或結合壁從該等底部及頂部圍封之突出壁向外延伸。該等底部及頂部圍封上之該等結合凸塊接合該基板之各自表面上之參考接地金屬跡線。由於經施加壓力，該等結合凸塊及各自參考接地金屬跡線連同貫穿基板導通體一起形成整個電路之一金屬對金屬單連接接地參考結構。

Description

利用半導體製造具有微機械加工內部之圍封的濾波器
本發明之實施例係關於使用半導體製造技術製成之具有由微機械內部組成之一圍封(enclosure)的濾波器，該等微機械內部增強濾波器之效能且提供產生可重複效能結果之可製造性。
已使用多種材料及技術來構造高頻(即，1 GHz及更高之頻率)濾波器。然而，生產在極端溫度下穩定之具有一高Q及低插入損耗之濾波器係有挑戰性的。設計此等高頻濾波器以使其等能夠經製造以重複產生實際上相同之效能特性進一步有挑戰性。需要實質上克服此等挑戰之濾波器及製造此等濾波器之方法。
本發明實施例之一目的係提供實質上滿足此等挑戰之濾波器。
一種例示性半導體技術實施之高頻濾波器包含在一個表面上具有用作頻率選擇電路及一參考接地之金屬跡線的一介電基板。該基板之另一表面上之其他金屬跡線亦提供參考接地。圍封該基板之底部及頂部圍封具有具經沈積連續金屬塗層之各自內部凹槽。複數個金屬結合凸塊(bonding bump)從該等底部及頂部圍封之突出壁向外延伸。該等底部及頂部圍封上之該等結合凸塊接合(engage)該基板之各自表面上之參考接地金屬跡線。由於經施加壓力，該等結合凸塊及各自參考接地金屬跡線形成金屬對金屬導電結合，該等導電結合與貫穿基板導通體(through-substrate via)一起建立該等參考接地金屬跡線及該等底部及頂部圍封之該等經沈積金屬內部塗層間的一共同參考接地。
提供一種用於製造一半導體技術實施之高頻濾波器之圍封之例示性方法，該高頻濾波器具有安置於一基板上之頻率選擇電路，該基板在各主表面上含有參考接地金屬跡線。含有一基板作為兩個此等經製造圍封之間之一夾層。將一第一光阻劑點圖案施覆於將在其上形成該等圍封之壁之端之矽晶圓上的區域內。蝕除未受該第一光阻劑圖案保護之矽層而留下複數個延伸凸塊，且接著移除覆蓋該等凸塊之該第一光阻劑圖案。沈積氧化物塗層以覆蓋包含該等延伸凸塊之該矽晶圓之該表面。將一第二光阻劑圖案施覆於界定壁之該等端將在何處從該等圍封延伸之該氧化物塗層上的區域上；該等延伸凸塊駐留於該第二圖案內。蝕除未受該第二光阻劑圖案保護之該經沈積氧化物塗層，且移除覆蓋將界定該等壁之區域之該第二光阻劑圖案。惟界定該等壁之該等端之具有該氧化物塗層之該等區域除外蝕除該矽晶圓之一層以在形成該矽晶圓中之至少一個內部凹槽。自界定該等壁之該等端及該等凸塊之該等區域移除該氧化物塗層。用金濺鍍該矽晶圓之整個曝露表面，使得經濺鍍金塗佈該等壁之該等端、該等壁之該等端上之該等凸塊、該矽晶圓中之所有內部凹槽及該等壁之內部側。用金鍍覆由經濺鍍金覆蓋之區域。
本發明之一個態樣在於認識到與重複製造一導電兩件式圍封以圍封一基板相關聯之困難，該圍封可為沿著整個介接周邊以及在腔之內部壁中之電流提供一有效接地結構。對此等困難之認識產生一種圍封設計，該圍封設計可被可靠地且重複地製造以提供圍繞經組裝圍封之周邊而且鏈結頂部及底部金屬化接地跡線之一有效連續接地結構。鑑於以下描述，一般技術者將認識到與克服此等困難有關之細節。
一雙工器之例示性實施例用作傳達與本發明之實施例相關聯之特徵及改良之一實例。一雙工器用作一種類型之濾波器，其將一單一輸入端處之一傳入信號分離成兩個分離輸出，其中一個輸出含有具有在一第一頻率範圍內之一頻率之輸入信號，且另一輸出含有具有在一第二頻率範圍內之一頻率之輸入信號，其中第一及第二頻率範圍係不同的。如本文中所使用，「濾波器」用於指代適於部署於可安置在一圍封內之一基板上之RF、微波或毫米波體系之任何類型頻率選擇電路。例如，一濾波器可包含但不限於一雙工器、低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、多功能濾波器、多頻帶濾波器、功率分配器/組合器、諧振器、耦合器、螺旋/線圈/環形電感器、金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器、指叉式電容器、垂直(即，導通體之間)電容器、平衡-不平衡轉換器(baluns)、衰減器、移相器、任何層至層過渡區、相同層但線型至線型過渡區等。
圖1展示具有由一底部圍封105及一頂部圍封110組成之一兩件式圍封之一濾波器(即，雙工器)之一例示性實施例100。一實質上平坦基板115經設計大小以在一準備好操作之總成中如一夾層般囊封於底部圍封105與頂部圍封110之間。基板115具有支撐頂部敷金屬125之一頂表面120及支撐底部敷金屬135之一底表面130。一輸入埠140接收輸入信號，其中頻率選擇電路將在一個頻率範圍內之信號投送至輸出埠145而將另一頻率範圍之頻率投送至輸出埠150。底部圍封105含有一內部凹入區域，該區域藉由一縱向居中半島部(peninsula) 155部分分隔，縱向居中半島部155將與輸出埠145相關聯之一凹入區域160及與輸出埠150相關聯之凹入區域165分離。底部圍封105及半島部155之上表面兩者上之上周邊表面表示一參考接地(電位)。頂部圍封110實質上類似於底部圍封，惟在經組裝位置中，一切口部分170安裝為鄰近於輸入埠140除外。切口部分170藉由為基板115上之輸入埠140提供一機械支撐而促進藉由一外部探針或線對一輸入信號之耦合。類似地，與輸出埠145及150相對之頂部圍封中之切口部分促進用於與此等埠連接之間隙。當組裝時，半島部155在一個表面上接合基板115，且頂部圍封上之對應半島部在另一表面上接合基板115以與半島部155相對，且當藉由貫穿基板導通體互連時，形成由兩個相對半島部分離之兩個平行凹入腔。由兩個半島部及貫穿基板導通體形成之接地結構在此例示性濾波器中用作兩個凹入腔(「通道」)之間之微波隔離壁。應注意，一半島部係一蓋中之一內部壁。除半島部之外，一蓋亦可具有「島狀部」。當一蓋之內部及突出表面被金屬化時，島狀部及半島部亦同時同樣被金屬化。其等提供「內」內部壁通常用於隔離、解模(de-moding)、場整形及阻抗控制。應注意，蓋及貫穿基板導通體兩者之內部壁(包含由島狀部及半島部促成之內部壁)、凹入表面、突出表面以及結合凸塊皆為接地參考結構之部分。當組裝完成後，此等形成經圍封帶線電路之一單連接接地結構或一「法拉第籠(Faraday cage)」。島狀部及半島部可具有任何不同輪廓周長，此對製造技術而言沒有困難。
例示性雙工器100經設計以將輸入埠140處之具有在0.5 GHz至10 GHz之間之頻率的輸入信號沿著一第一路徑投送至一第一輸出端145，而將在11 GHz至20 GHz之間之輸入信號沿著一第二路徑分離至一第二輸出端150。與第一及第二路徑相關聯之電路為待耦合至各自第一及第二輸出端之信號提供低插入損耗，同時為不希望透過各自路徑耦合之其他信號提供一實質上高阻抗。在此等頻率下，例示性電路藉由各自金屬化跡線實施，該等金屬化跡線用作電容器、電感器及傳輸線之等效物以提供頻率選擇。
圖2展示例示性濾波器(雙工器) 200之一代表性分解圖，其中藉由相同元件符號展示及識別圖1中所描述之元件。底層205及頂層210分別表示底部圍封105及頂部圍封110之內部表面上之經沈積導電金屬層。底層205之縱向周邊215及頂層210之縱向周邊220分別延伸至底部圍封105及頂部圍封110之內表面之縱向邊緣。同樣地，底部敷金屬135之縱向周邊225及頂部敷金屬125之縱向周邊230分別延伸至底部圍封105及頂部圍封110之內表面之縱向邊緣。基板上之底部金屬化層(metallization layer) 135及頂部金屬化層125之周邊225及230表示參考接地需要之敷金屬。頂部金屬化層亦包含信號跡線126，信號跡線126相對於參考接地輸送輸入信號。沿著基板115之縱向周邊之複數個金屬化貫穿孔導通體(through-hole via) 240在配接底部金屬化層135及頂部金屬化層125之各自配接區域之間提供一有效接地連接。為了建立一有效接地，導通體240應具有用於所考量之電磁頻率之合適間距以防止模變(moding)，模變係在將由周圍導通體形成之空的空間(「腔」)之諧振頻率之能量耦合至腔中時發生於該腔中之一非所要電磁諧振。通常，導通體間距被選取為不超過所考量之最高頻率之四分之一波長(一波長之四分之一)之一小分率，例如1/5至1/10。例如，為了防止在低於20 GHz之頻率下模變，750 µm至375 µm之一間距將足夠。為了增強有效接地，將導通體240安置於基板115內之內部，以靠近底部金屬層135之接地敷金屬之內部邊緣接合且亦與頂部金屬層125上之相對接地區域接合。底部經沈積金屬層205在底部圍封105之內表面內係連續的。即，一連續沈積金屬層存在於頂表面106、界定一內部空間之一內部凹槽之頂部107及表面106與107之間之實質上垂直側壁108上。頂部經沈積金屬層210亦為連續的，如針對底部經沈積金屬層類似地說明。底部圍封105包含2個縱向側壁104及垂直於側壁之2個端壁103。頂部圍封110包含2個縱向側壁111及垂直於側壁111之2個端壁112。在所繪示雙工器實例中，端壁112中之開口部分113從端壁之外邊緣實質上垂直地延伸回至內部，以鄰接主要內部凹槽。
圖3及圖4展示僅分別安置於一基板之頂部及底部上之敷金屬之俯視圖300及仰視圖400。當組裝時，半島部155在一個表面上接合基板115上之接地敷金屬，且頂部圍封上之對應半島部在另一表面上接合基板115上之接地敷金屬以與半島部155相對，且當藉由貫穿基板導通體互連時，形成由兩個相對半島部分離之兩個平行凹入腔。如圖4中所見之視圖展示將如圖3中所展示之視圖縱向旋轉180°之基板之底表面上之敷金屬之一仰視圖。接地電位半島部305定位於在底部金屬層上之接地電位半島部405正上方之頂部金屬層上。頂部金屬層中之複數個貫穿孔導通體310對應於底部金屬層中之貫穿孔導通體410且與其實質上相同，以穿過基板在頂部金屬層與底部金屬層之間建立一連接。複數個導通體延伸上及下金屬化半島部之整個寬度及長度，以在頂部金屬半島部層與底部金屬半島部層之間建立共同接地電位。在接地電位之一U形金屬環圈315圍繞輸入埠140延伸且完全圍封輸入埠140。類似地，接地電位之U形金屬環圈320及325亦分別圍封輸出埠145及150。此U形環圈係例示性濾波器之探針-微帶-帶線過渡區中之一特徵部，其有助於最小化在與所要方向相反之方向上行進(至懸帶線中)之探針與基板之間之空間中的波洩漏。應注意，在其他過渡區設計中，例如，帶狀結合或雙重目的(探測及帶狀結合)，利用此一接地環圈可不需要或非較佳的。此接地環圈並非當前懸帶線技術之一所需特徵，但其增強用於探針量測之一高效能寬頻過渡。
提供如圖3中所展示之藉由跡線實施之電路之一一般說明。然而，熟習此項技術者將理解，此說明適用於特定例示性雙工器，且各種其他類型之濾波器元件可部署於基板上以提供包含傳輸線、電感性組件、電容性組件、分佈式組件及耦合組件之頻率選擇電路。此等組件可經設計以提供各種功能，例如，低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器及陷波濾波器等，且可包含多個輸入及/或輸出埠。另外，主動電路元件(例如，電晶體、IC等)亦可部署於含於圍封內之一支撐基板上。一輸入過渡區350促進如圖7中所展示之探針之間所含之一微帶與帶線355之間的一寬頻寬適應。若微帶及帶線兩者皆具有50歐姆之傳輸阻抗，則一代表性微帶將具有約3密耳之一中心線導體寬度，而懸帶線355將為60密耳。另外，微帶中之電磁場主要含於微帶線下方，而懸帶線355中之電磁場在橫向於傳播方向之所有方向上從信號金屬跡線一直傳播至蓋之內部壁。過渡區350使用基板之底部上之一楔形敷金屬及鄰近蓋中之一輪廓化金屬襯層，以幫助在一短距離內將場自緊密侷限之微帶模式扇出至懸帶線之實質上較大腔。自一規則通道寬度直至開口113之大小之圍封的一漸縮經設計以與楔形敷金屬一起用於幫助扇出場以用於高效能寬頻過渡之相同目的。再者，一頸縮匹配區段(參見圖7中之變窄區段)及探針墊後面之一尾端區段亦有助於達成高達40 GHz之寬頻效能。區360表示一常見信號接面，其中輸入信號藉由傳輸線355耦合至2個傳輸線，該2個傳輸線分別耦合至頂部及底部頻率選擇電路。元件360、365等用作與調諧相關聯之開路短線傳輸線，以提供一陷波頻率回應。元件370表示連接傳輸線。駐留在傳輸線355及半島部305上方之電路元件組合以提供一低通濾波器之一頻率回應，例如，0.5 GHz至10 GHz信號以低衰減傳遞，而具有較高頻率之信號遭受實質衰減，即，歸因於高阻抗而在通道之開始處被阻擋/反射。元件375表示提供一帶通頻率回應之一耦合線。駐留在傳輸線355及半島部305下方之電路元件組合以提供一帶通濾波器之一頻率回應，例如，在11 GHz至20 GHz內之信號落在帶通頻率範圍內部且與低衰減耦合，而在該範圍外部之頻率，即，0.5 GHz至10 GHz信號實質上衰減，即，歸因於高阻抗而在通道之開始處被阻擋/反射。
如圖4中所見，底部敷金屬中之導通體連接至U形接地環圈以增强兩個金屬層之間之有效接地。頂部腔330含有安置於頂部金屬層中之用作至輸出埠145之選擇頻率電路的複數個金屬跡線126，其中選擇頻率電路對於介於0.5 GHz至10 GHz之間之信號提供低衰減，而對於介於11 GHz至20 GHz之間之信號提供一高阻抗及實質抑制。類似地，底部腔335含有安置於用於形成至輸出埠150之選擇頻率電路之頂部金屬層中之複數個金屬跡線126，其中選擇頻率電路對於介於0.5 GHz至10 GHz之間之信號提供高阻抗及實質衰減，而對於介於11 GHz至20 GHz之間之信號提供低衰減。較佳地，基板核心係碳化矽，高精度敷金屬安置於其上，且可使用相同製造生產之貫穿晶圓導通體用於氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(HEMT)生產。
圖5展示根據本發明之實施例之一經組裝濾波器之一代表性截面，其中在經組裝濾波器上之不存在半島部155之位置處取得截面。底部圍封105及頂部圍封110可由矽製成，其中內部表面205及210包括一鍍金襯層。底部及頂部圍封之鍍金表面分別接合底部敷金屬135及頂部敷金屬125。穿過基板之一導電導通體240提供一連續接地連接，其使底部及頂部圍封之鍍金腔以及將為接地電位之頂部及底部金屬層互連。基板115較佳為碳化矽或具有隨溫度變化極小之性質之另一材料，以最小化隨著溫度變化之任何頻率回應變動。具有用低損耗材料(空氣、碳化矽)填充之一大截面之懸帶線電路促進一非常高之Q，從而實現具有銳利頻帶邊緣及抑制滾降(rejection roll-off)之低損耗濾波器。
圖6展示具有安置於垂直側壁以及面向上平坦表面上之金屬鍍層205之底部圍封105之一代表性放大隅角。結合凸塊605從面向上平坦表面沿著周邊邊緣及內部半島部大體垂直且向外延伸。結合凸塊605沿著底部圍封之整個周邊間隔開，且在經組裝位置中與底部敷金屬135接合。結合凸塊亦沿著底部圍封之半島部155延伸，且在經組裝位置中接合底部敷金屬405。類似地，結合凸塊從頂部圍封之面向下平坦表面垂直且向外延伸，且接合接地敷金屬125及接地半島部敷金屬305。在此實例中，結合凸塊形成於圍封上而非基板(或基板上之敷金屬)上，然而，結合凸塊可形成於基板115之兩側上。結合程序較佳地使用利用一工具(諸如藉由SET製造之FC-300)之高度準確熱壓結合用於將鍍金結合凸塊結合至基板上之鍍金金屬化表面。若結合凸塊安置於基板上，則待結合之第二側將具有遠更高密度之凸塊，使得待用於底部及頂部圍封之另一者之基板之另一側上的相對結合凸塊在施加壓力以產生第一圍封與基板之結合的程序期間不會被壓碎。
圖7展示與用於將信號耦合至濾波器及自濾波器耦合信號之埠140、145及150相關聯之頂側敷金屬之一放大細節700。此三個埠經設計用於探針量測。作為一實例，埠140係用於耦合輸入信號之一接地-信號-接地埠。如此細節中所見，U形接地敷金屬315提供對輸入埠中心導體140之一連續270°環繞。在此實例中，一外部探針或互連件705包含經安置以接合輸入埠中心導體140之一中心金屬導體(指狀部)710，且包含在中心指狀部710之任一側上之經安置以接合U形接地敷金屬315之相對支腳的兩個相對金屬指狀部715。埠之此結構提供必要補償特徵，諸如緊密靠近之電感及電容，此容許探針中之場平滑過渡至基板上之信號載送跡線上之場，且因此形成自探針至簡短微帶(即，在一基板之背側上具有接地敷金屬之一傳輸線)及懸帶線之一「過渡區」。
圖8展示本發明之實施例中之支援一外部微帶線與懸帶線之間之一緊湊、高效能寬頻過渡的結構之一分解細節圖。探針尖端中之場在一水平方向上在信號接腳與接地接腳之間。為了接收來自探針著陸區之壓力，下蓋在此區中不得具有凹坑(excavation)，且因而，必須在探針著陸區域附近使用微帶類型之傳輸線，即，在基板之背側處具有敷金屬(接地)之傳輸線。導通體240及接地環圈315幫助使探針尖端處之基本上水平之場「摺疊」或「彎曲」至微帶跡線下方之基本上垂直之場。緊挨探針墊140之頸縮部805及尾端件810兩者係有助於阻抗匹配以實現寬頻效能之特徵部。接著係微帶與帶線之間之接面，在該接面處，集中在微帶跡線下方之基本上垂直之場必須向截面比微帶大一數量級之懸帶線中之所有方向(向下、向上、側向等)扇出。藉由以下特徵輔助此場扇出。可將基板之背側上之楔形敷金屬815視為一「跳板(diving board)」，其容許集中微帶場逐漸散開且與帶線中之遠更大接地結構形成連接。頂蓋及底蓋兩者之漸縮為場線提供緊密靠近微帶-帶線接合處之一著陸表面，且使著陸場逐漸擴展至一較大截面，直至其充填完整通道尺寸。應注意，歸因於探針至微帶過渡區與微帶至帶線過渡區之間之小距離及因此強相互作用，此等應被視為且設計為一單一過渡區，即，探針-微帶-帶線過渡區。亦已為實用目的(諸如針對帶狀結合或帶狀結合及探測)設計其他過渡區。該等過渡區可具有不同尺寸或接地導通體配置。但本質場彎曲/擴展特徵(諸如楔形及漸縮接地)依然非常有效。
圖9A至圖9G展示根據本發明之一實施例之用於製造與濾波器相關聯之一例示性圍封之處理步驟。在此實例中，一下圍封105之例示性截面被展示為在使得亦展示半島部壁155一位置處。在圖9A中，程序以一相對較厚矽晶圓900 (例如1 mm)開始。在如圖9B中所展示之下一步驟中，用光阻劑圖案化矽晶圓900之頂表面，且使用反應性離子蝕刻(RIE)對待移除之矽進行微機械加工，即，留下向外延伸之結合凸塊905。「微機械加工」指代藉由半導體蝕刻其後接著沈積一金屬層來產生一尺寸準確且平滑之表面。在圖9C中所展示之下一步驟中，移除光阻劑，且沈積具有足夠在矽蝕刻期間抵抗完整侵蝕之一厚度的氧化物910層。接著，如圖9D中所展示，施覆光阻劑圖案915以產生將成為三個壁917之部分，且使用RIE蝕除未受光阻劑保護之氧化物910。如圖9E中所展示，移除如圖9D中所展示之光阻劑915，且使用深RIE蝕刻來移除將形成圍封中之內部凹槽918之矽區。在圖9F中，移除氧化物910而顯露形成兩個分離縱向凹槽932、933之沿著縱向邊緣之2個縱向壁920及一居中、縱向半島部壁925。在蝕刻至15密耳之一深度之例示性雙工器實施例之情況下，凹槽可為高達大約40密耳深。此後接著跨所有經曝露面向上表面(包含壁、結合凸塊、垂直壁及平坦凹槽之相關聯端)濺鍍一相對較薄金層930。因此，壁920及925以及結合凸塊及凹槽區域之經曝露端全部濺鍍有金。在如圖9G中所展示之最後步驟中，現在用一較厚金層鍍覆先前用金濺鍍之所有區域。在此實例中，結合凸塊具有25 μm之一直徑，1.6 μm之一凸塊高度，且較佳地間隔開200 μm之一距離。通常，最大間距係約四分之一波長，但若可行，一波長之十分之一係較佳的。
藉由微機械加工達成之優異尺寸準確度以及內部凹槽及圍封內部之表面之表面平滑度對於製造具有高度可重複特性及效能且具有低電損耗之濾波器之能力而言至關重要。藉由傳統機械製造技術(諸如機械加工、EDM、電鑄等)製成之圍封具有在0.2密耳至1密耳之範圍內的一公差，此比藉由本文中所描述之半導體技術提供的精度大一至兩個數量級。另外，機械加工產生之表面粗糙度通常可比藉由半導體技術達成之粗糙度高5倍，此導致額外RF信號損耗。例如，與具有約9.4 μm之峰谷粗糙度之一機械加工銅殼體(housing)相比，例示性圍封中之微機械內部表面具有小於2 μm (即，1.3 μm)之一峰谷粗糙度。此提供7倍以上之平滑度改良。
儘管可利用一導電環氧樹脂膏來達成矽及SiC之組裝，但導電膏在滲出、厚度變動、氣隙及不良電接觸等以及放置準確度方面提供一更難以控制之技術。
關於導通體，使用連接基板上之相對表面上之接地敷金屬之50 µm直徑金屬化貫穿晶圓導通體以形成高隔離度之電磁導通體圍欄。模擬已指示，當以最小100 µm節距間隔時，導通體可用於提供高達100 GHz之高隔離度。導通體圍欄及鍍金矽圍封壁容許將兩個分離頻率電路之個別元件有效地置於其等自身之電磁屏蔽腔中，以最小化交叉耦合。貫穿晶圓導通體促成頂部圍封與底部圍封之間之RF返回電流之實質上連續之接地連續性，且在製造後實現濾波器之探針測試。應注意，由鍍金矽圍封壁及導通體圍欄形成之「壁」不僅可用於隔離通道，而且可用於隔離個別濾波器元件。傳統敞開面(open-face)印刷濾波器設計通常招致更長之設計循環，此係因為在微調濾波器幾何結構時，濾波器元件間之近接性耦合使推測及重複模擬循環不可避免。個別濾波器元件之間之隔離消除此非所要交叉耦合，且因此容許快速發展及緊湊佈局。
如表1中所見，嚴格製造公差對於第一遍之設計成功及製造可重複性而言係重要的，特別是對於要求嚴格截止規格、高隔離要求及高度可重複效能之濾波器而言。 表1
基板上之信號線精度 線寬    金屬厚度 +/- 1 µm    3.5 µm或5.5 µm，+/- 0.5 µm
矽DRIE腔精度 腔寬度 腔深度 +/- 3 µm 高達40密耳，+/- 10 µm
基板與圍封之對準    +/- 5 µm
圖10展示繪示例示性濾波器(雙工器)在一頻率範圍內之效能特性之一曲線圖。此曲線圖繪製為dB對比例示性所關注頻率(即，0.5 GHz至25 GHz)之頻率。線1005表示與來自輸出埠145之信號相關聯之輸出特性，其展示介於0.5 GHz與10 GHz之間之輸入信號之極低損耗，在大約11 GHz處衰減急劇增加，而導致從約12 GHz至24 GHz之大約50 dB之衰減。線1010表示使用來自ANSYS公司之有限元素頻域分析工具「HFSS」之在輸出埠145處之信號之預測特性。顯然，預測特性與實際量測特性之間存在一非常密切之對應關係。此係歸因於上文所論述之嚴格製造公差。線1015表示與來自輸出埠150之信號相關聯之輸出特性，其展示介於11 GHz與20 GHz之間之信號之極低損耗，在大約11 GHz處衰減急劇增加，而導致從大約10 GHz至0.5 GHz之至少30 dB (且隨著頻率降低而更大)之衰減。線1020表示使用與上文所提及相同之HFSS模型之在輸出埠150處之信號之預測特性。再次，顯然，預測特性與實際量測特性之間將存在一非常密切之對應關係。藉由模型分析預測之特性與第一遍製造時之經製造雙工器之實際量測特性之間的密切對應關係表示傑出的設計及製造技術。第一遍製造之雙工器之單元間變動亦值得注意，其中8個經製造單元中之7個表現出幾乎相同之效能。
儘管已在本文中詳細描繪且描述本發明之例示性實施方案，但熟習此項技術者將明白，在不脫離本發明之精神的情況下，可進行各種修改、增加，替換等。例如，可實現包含段落[0018]中所提及之電路之其他微波電路。矽腔可為不同高度，且可使用各種晶片及晶圓結合技術來製成結合凸塊，包含共晶結合，諸如銦-金或金-錫，或銅柱結合。可在基板115上而非在矽上製造結合凸塊，且可將總成結合為一整個晶圓而非以較小濾波器尺寸之區塊結合。腔高度僅受矽蝕刻工具之製造能力限制。具有兩種不同蝕刻深度之矽腔係可能的，且可在兆赫波導裝置中使用，且可在本文中所描述之類型之濾波器中使用。基板115可由另一材料(諸如5密耳厚之氧化鋁)製成，只要存在貫穿晶圓導電導通體即可。
本發明之範疇在以下發明申請專利範圍中定義。
100:實施例/雙工器 103:端壁 104:縱向側壁 105:底部圍封/下圍封 106:頂表面 107:頂部/表面 108:側壁 110:頂部圍封 111:縱向側壁 112:端壁 113:開口部分/開口 115:基板 120:頂表面 125:頂部敷金屬/頂部金屬化層/頂部金屬層/接地敷金屬 126:信號跡線/金屬跡線 130:底表面 135:底部敷金屬/底部金屬化層/底部金屬層 140:輸入埠/輸入埠中心導體/探針墊 145:輸出埠/第一輸出端 150:輸出埠/第二輸出端 155:半島部/半島部壁 160:凹入區域 165:凹入區域 170:切口部分 200:濾波器(雙工器) 205:底層/底部經沈積金屬層/內部表面/金屬鍍層 210:頂層/頂部經沈積金屬層/內部表面 215:縱向周邊 220:縱向周邊 225:縱向周邊 230:縱向周邊 240:金屬化貫穿孔導通體/導電導通體 300:俯視圖 305:半島部/半島部敷金屬 310:貫穿孔導通體 315:U形金屬環圈/U形接地敷金屬/接地環圈 320:U形金屬環圈 325:U形金屬環圈 330:頂部腔 335:底部腔 350:輸入過渡區 355:帶線/傳輸線 360:區/元件 365:元件 370:元件 375:元件 400:仰視圖 405:接地電位半島部/底部敷金屬 410:貫穿孔導通體 605:結合凸塊 700:放大細節 705:互連件 710:中心金屬導體/中心指狀部 715:金屬指狀部 805:頸縮部 810:尾端件 815:楔形敷金屬 900:矽晶圓 905:結合凸塊 910:氧化物 915:光阻劑圖案/光阻劑 917:壁 918:內部凹槽 920:縱向壁 925:半島部壁 930:金層 932:縱向凹槽 933:縱向凹槽 1005:線 1010:線 1015:線 1020:線
自描述、發明申請專利範圍及隨附圖式將明白本發明之例示性實施例之特徵，其中：
圖1展示根據本發明之一實施例之一濾波器之一拆解透視圖；
圖2展示根據本發明之一實施例之一濾波器之一分解圖，其展示元件及層間之關係；
圖3展示相對於底側敷金屬(metallization)安置於一基板之一頂部上之敷金屬之一俯視圖；
圖4展示相對於頂側敷金屬安置於基板之底部上之敷金屬之一仰視圖；
圖5展示根據本發明之實施例之一經組裝濾波器之一代表性截面；
圖6展示根據本發明之一實施例之一例示性圍封之一放大隅角；
圖7展示與往返於濾波器之信號之耦合相關聯的頂側敷金屬之一放大細節；
圖8展示本發明之實施例中之支援一外部微帶傳輸線與懸帶線(suspended strip line)之間之一高效能過渡的結構之一分解細節圖；
圖9A至圖9G展示用於製造例示性圍封之處理步驟；
圖10展示繪示根據本發明之一實施例之一例示性濾波器在一頻率範圍內之效能特性之一曲線圖。
100:實施例/雙工器
105:底部圍封/下圍封
110:頂部圍封
115:基板
120:頂表面
125:頂部敷金屬/頂部金屬化層/頂部金屬層/接地敷金屬
130:底表面
135:底部敷金屬/底部金屬化層/底部金屬層
140:輸入埠/輸入埠中心導體/探針墊
145:輸出埠/第一輸出端
150:輸出埠/第二輸出端
155:半島部/半島部壁
160:凹入區域
165:凹入區域
170:切口部分

Claims (15)

  1. 一種半導體技術實施之微波及毫米波濾波器，其包括： 一實質上平坦介電基板； 金屬跡線，其等安置於該基板之兩個主表面之至少一者上，該等金屬跡線用作頻率選擇電路及一參考接地； 其他金屬跡線，其等安置於該基板之該兩個主表面之至少一者上，該等其他金屬跡線用作該參考接地； 一底部圍封，其具有至少一個內部凹槽及包含平行於該基板之一實質上第一平坦端區域之向外延伸周邊壁，該底部圍封之所有內部表面包含該實質上平坦端區域及具有一經沈積金屬塗層之該至少一個內部凹槽，該實質上第一平坦端區域與在該基板之該一個主表面上之用作該參考接地的金屬跡線對準； 一頂部圍封，其具有至少一個內部凹槽及包含平行於該基板之一實質上第二平坦端區域之向外延伸周邊壁，該實質上第二平坦端區域與在該基板之該一個主表面上之用作電接地之金屬跡線對準，該頂部圍封之所有內部表面包含該頂部圍封之該實質上平坦端區域及具有一經沈積金屬塗層之該至少一個內部凹槽；及 複數個金屬結合凸塊，其等從該等第一及第二實質上平坦端區域向外延伸，該等底部及頂部圍封上之該等金屬結合凸塊接合該一個主表面及另一主表面上之該等各自參考接地金屬跡線以形成金屬對金屬導電結合，以與該等底部及頂部圍封之該等沈積金屬塗層建立一共同參考接地。
  2. 如請求項1之濾波器，其中該基板係碳化矽，且該經沈積金屬塗層係金。
  3. 如請求項1之濾波器，其進一步包括在該等底部及頂部圍封上之靠近分離該等底部及頂部圍封之內部中之各自第一及第二縱向凹槽之一縱向中心線的突出縱向半島部，該等縱向半島部具有一實質上平坦端區域，複數個金屬結合凸塊從該等縱向半島部之該實質上平坦端區域向外延伸且接合該一個主表面及該另一主表面上之參考接地金屬跡線，以將該等縱向半島部之一個側上之頻率選擇電路與該等縱向半島部之另一側上之其他頻率選擇電路電磁分離。
  4. 如請求項3之濾波器，其中兩個主表面上之該等參考接地金屬跡線係縱向的且在該基板之相對主表面上，且進一步包括複數個緊密間隔之連續的貫穿孔導電導通體，該等貫穿孔導電導通體使該等縱向參考接地金屬跡線互連以建立一共同參考接地，該複數個導通體與該等導電縱向半島部組合藉由一共同接地將該等縱向半島部之一個側上之頻率選擇電路與該等縱向半島部之另一側上之其他頻率選擇電路電磁分離。
  5. 如請求項1之濾波器，其進一步包括一列緊密間隔開之連續的貫穿孔導電導通體，該等貫穿孔導電導通體靠近界定該等凹槽之一內部周邊之一邊緣安置於該基板中。
  6. 如請求項1之濾波器，其中該等底部及頂部圍封之該等內部表面係藉由微機械加工一晶圓以安置具有小於2微米之一峰谷粗糙度之一經沈積金屬而形成。
  7. 如請求項1之濾波器，其進一步包括包含用於載送一輸入信號之一帶線之該等金屬跡線，及用於最小化該帶線與將該輸入信號耦合至該帶線之一微帶之間之阻抗變化的構件。
  8. 一種用於製造一半導體技術實施之微波及毫米波頻率濾波器之圍封之方法，該濾波器具有安置於在各主表面上含有參考接地金屬跡線之一基板上的頻率選擇電路，該基板作為一夾層被包含於兩個此等圍封之間，該方法包括以下步驟： 在矽晶圓之一第一表面上施覆一第一光阻劑圖案，其中該第一圖案係安置於將界定該等圍封之壁之端之該矽晶圓之區域內的複數個間隔開之小區域； 蝕除未受該第一光阻劑圖案保護之矽層，在該經移除層之底部上方隆起之複數個延伸凸塊對應於該第一光阻劑圖案之該等區域； 移除覆蓋該等凸塊之該第一光阻劑圖案； 沈積氧化物塗層以覆蓋包含該等延伸凸塊之該矽晶圓之該表面； 在該氧化物塗層上施覆一第二光阻劑圖案，其中該第二圖案覆蓋界定壁將在何處從該等圍封延伸之區域，該複數個延伸凸塊駐留在該第二圖案內； 蝕除未受該第二光阻劑圖案保護之該經沈積氧化物塗層； 移除覆蓋將界定該等壁之區域之該第二光阻劑圖案； 惟具有界定該等壁之該氧化物塗層之該等區域除外蝕除該矽晶圓之一層，該經蝕除矽層形成該矽晶圓中之至少一個內部凹槽； 自界定該等壁之該等端及該等凸塊之該等區域移除該氧化物塗層； 用金濺鍍該矽晶圓之整個經曝露表面，使得經濺鍍金塗佈該等壁之該等端、該等壁之該等端上之該等凸塊、該矽晶圓中之至少一個內部凹槽及該等壁之該等內部側；及 用金鍍覆由經濺鍍金覆蓋之該區域。
  9. 如請求項8之方法，其中在該氧化物塗層上施覆一第二光阻劑圖案之該步驟包括：在區域上方施覆該光阻劑以界定靠近該晶圓之各自縱向邊緣之兩個縱向壁及至少一個內部縱向壁。
  10. 如請求項8之方法，其進一步包括具有小於2 µm之一峰谷粗糙度之該凹槽中之該經鍍覆金之表面。
  11. 如請求項8之方法，其中該等凸塊具有小於該圍封之該等壁之該等端之寬度之一直徑，及經調適以在經施加壓力下與該基板上之金屬跡線形成一金屬與金屬導電結合之一高度。
  12. 如請求項8之方法，其中該金之該鍍覆施覆至少3 µm厚之金層。
  13. 如請求項8之方法，其中凸塊至凸塊間距小於在使用中之最高頻率之四分之一波長之1/5。
  14. 如請求項8之方法，其中該蝕刻係反應性離子蝕刻。
  15. 如請求項8之方法，其中該最後蝕刻步驟係深反應性離子蝕刻。
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