一种硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺的制作方法

本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺。

背景技术：

随着硅基微机电（mems）和射频硅通孔（rftsv）工艺技术的发展，三维异构集成信号收发微系统技术成为下一代军用高集成电子系统技术发展重要方向，三维异构集成是将不同尺寸质地的芯片埋入硅基衬底上的硅空腔通过后布线技术扇出，再通过垂直互联来实现高密度集成的集成方法。

对于射频微系统的互联而言，由于信号频率过高故一定要使用传输线结构而不能直接使用简单的导线连接来实现互联。而为保证信号在结构模块之间的互联传输顺畅无反射必须将各个传输结构与功能模块的阻抗都匹配到一个统一值（通常为50欧姆或70欧姆），当系统处于较低频率时（10ghz以下）横向传输线结构只需要用普通的gsg结构即可，故对传输线的介质要求并不高。但当系统工作频率达到20ghz以上时就需要采用微带线结构，cpwg结构，当频率更高时就需要采用带状线结构或者是同轴结构才能满足传输线阻抗匹配与使用带宽需求，与gsg结构不同，微带线，cpwg结构，带状线结构以及横向同轴结构都存在上层金属线和下层金属之间的介质层的结构。传统的硅基微带线与带状线直接采用硅基材作为介质，采用这样的结构会出现以下几个缺点：1）一层硅就只能走两层金属，硅的利用率不高；2）并且若需要多层信号线的结构就需要采用多层硅堆叠的方式实现，其难度较大，工艺精准度对信号线结构影响较大；3）采用硅做介质为了达到介质损耗小的要求，硅基一定需要采用高阻硅（阻值在1000欧姆以上），这样就大大的提高了工艺成本，故本发明提出在硅基上以介质胶作为介质的传输线结构及其制作工艺。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，提高了硅利用能力，提升了结构的精准程度和电学性能，降低了生产原料成本。本发明采用的技术方案是：

一种硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，包括以下步骤：

(a)、提供第一硅片，在第一硅片上沉积第一绝缘层，在第一绝缘层上沉积第一金属层；

(b)、在第一金属层上两端均设置第一凸起，两个第一凸起之间设置第二凸起，每个第一凸起和第二凸起之间均留有空隙，在每个所述空隙内设置第一互联柱，将第一凸起和第二凸起去除，得到第二硅片；

(c)、在第二硅片上覆盖光刻胶，之后将第一互联柱上的光刻胶去除，然后硬烤成膜形成第一介质胶层，重复步骤(c)中涂胶、光刻、硬烤的步骤，直至第一介质胶层的厚度达到10～100μm，得到第三硅片；

(d)、去除第三硅片中第一介质胶层和第一互联柱的不平整，得到第四硅片；

(e)、在第四硅片上沉积第一种子层，在第一种子层上通过光刻形成两个第三凸起，在第一种子层上沉积第二金属层，去除第一种子层和第三凸起，得到第一传输线结构。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(e)之后还包括步骤(f)、步骤(g)、步骤(h)和步骤(i)，所述步骤(f)、步骤(g)、步骤(h)和步骤(i)具体为：

(f)、在第一传输线结构上沉积第二种子层，在第二种子层上两端均设置第四凸起，两个第四凸起之间设置第五凸起，每个第四凸起和第五凸起之间均留有空隙，在每个所述空隙内设置第二互联柱，将第四凸起、第五凸起和第二种子层去除，得到第二传输线结构；

(g)、在第二传输线结构上覆盖光刻胶，之后将第二互联柱上的光刻胶去除，然后硬烤成膜形成第二介质胶层，重复步骤(g)中涂胶、光刻、硬烤的步骤，直至第二介质胶层的厚度达到10～100μm，得到第三传输线结构；

(h)、去除第三传输线结构中第二介质胶和第二互联柱的不平整，得到第四传输线结构；

(i)、在第四传输线结构上沉积第三金属层，得到第五传输线结构。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(a)的第一绝缘层材料为氮化硅或氧化硅。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(a)第一金属层的材料为铜、钛、金、银的一种或多种。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(b)第一凸起、第二凸起、第三凸起的材料为正胶、负胶、干膜光刻胶、电镀光刻胶、刻蚀光刻胶的一种，所述步骤(c)第一互联柱的材料为金、银、铜、钛、锡的一种或多种。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(e)的第一种子层材料为铜、钛、金、银的一种或者多种。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(f)第四凸起、第五凸起的材料为正胶、负胶、干膜光刻胶、电镀光刻胶、刻蚀光刻胶的一种，所述步骤(f)第二互联柱的材料为金、银、铜、钛、锡的一种或多种。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(f)的第二种子层材料为铜、钛、金、银的一种或者多种。

优选的是，所述的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，所述步骤(i)第三金属层的材料为钛、铜、金、银、锡、镍的一种或多种。

本发明的优点在于：本发明的硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，采用光刻胶作为介质，提高了单层硅的利用率，可实现一层硅，4～6层金属线的硅利用能力，大大提升了三维集成的能力；采用光刻胶作为介质，传输线结构上的重要尺寸都采用的工艺精度较高的光刻工艺，大大的提升了结构的精准程度和电学性能；采用光刻胶作为介质避免了用硅基做介质，就避免了使用高阻硅晶圆，极大地降低了生产原料成本。

附图说明

图1为本发明的第一硅片沉积第一绝缘层和第一金属层示意图。

图2为本发明的第一金属层上设置第一凸起和第二凸起示意图。

图3为本发明的空隙内长出第一互联柱示意图。

图4为本发明的第二硅片示意图。

图5为本发明的第二硅片上覆盖光刻胶的示意图。

图6为本发明的第二硅片上形成第一介质胶层的示意图。

图7为本发明的第三硅片的示意图。

图8为本发明的第四硅片的示意图。

图9为本发明的第四硅片上形成第三凸起的示意图。

图10为本发明的第四硅片上形成第二金属层示意图。

图11为本发明的第一传输线结构示意图。

图12为本发明的第一传输线结构上形成第五凸起示意图。

图13为本发明的第一传输线结构上形成第二互联柱示意图。

图14为本发明的第二传输线结构示意图。

图15为本发明的第二传输线结构上覆盖介质光刻胶示意图。

图16为本发明的第二传输线结构上形成第二介质胶层示意图。

图17为本发明的第三传输线结构示意图。

图18为本发明的第四传输线结构示意图。

图19为本发明的第五传输线结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一；

一种硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，包括以下步骤：

如图1所示，

(a)、提供第一硅片，在第一硅片上沉积第一绝缘层，在第一绝缘层上沉积第一金属层；

在第一硅片沉积第一绝缘层101和第一金属层102得到如图1所示结构，第一绝缘层材料可为氮化硅、氧化硅等材料，沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀、挂镀、氧化等一系列薄膜沉积工艺，第一金属层材料可为铜、钛、金、银等导电材料中的一种或多种，第一金属层的沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀、挂镀、氧化等一系列薄膜沉积工艺，本领域技术人员可以理解到此处金属层与绝缘层的厚度可以任意变化以达到良好的电学性能与工艺匹配性。

如图2～4所示，

(b)、在第一金属层上两端均设置第一凸起，两个第一凸起之间设置第二凸起，每个第一凸起和第二凸起之间均留有空隙，在每个所述空隙内设置第一互联柱，将第一凸起和第二凸起去除，得到第二硅片；

在第一金属层进行涂胶曝光显影等一系列光刻工艺得到上下互联柱的第一凸起，两个第一凸起之间设置第二凸起103，每个第一凸起和第二凸起之间均留有空隙，其结构如图2所示，并通过金属生长工艺在每个所述空隙内长出第一互联柱104，其结构如图3所示；之后通过去胶工艺将第一凸起和第二凸起去除，得到如图4所示结构，此处第一凸起和第二凸起的材质为光刻胶，光刻胶可为正胶、负胶、干膜，可为电镀光刻胶、刻蚀光刻胶，本领域技术人员可以理解到此处光刻胶种类的使用可以任意调整以满足互联柱高度、精度、上下步工艺协调、工艺成本之间的良好协调；此处光刻胶的覆盖方式可为旋涂、喷胶等方式；此处的第一互联柱生长工艺可为电镀工艺、蒸镀工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺等；第一互联柱的材料可为金、银、铜、钛、锡等金属中的一种或者是多种，光刻胶的去除方式可为干法去胶、湿法去胶中的一种或者多种，本领域技术人员可以理解到此处各个互联柱之间的间距以及互联柱的个数可以任意调整以良好地协调接地效果、阻抗匹配效果以及工艺成本和难度。

如图5～7所示，

(c)、在第二硅片上覆盖光刻胶，之后将第一互联柱上的光刻胶去除，然后硬烤成膜形成第一介质胶层，重复步骤(c)中涂胶、光刻、硬烤的步骤，直至第一介质胶层的厚度达到10～100μm，得到第三硅片；

在第二硅片上覆盖光刻胶105得到如图5所示结构，并采用光刻工艺将第一互联柱上的胶去除出，之后通过硬烤成膜工艺形成第一介质胶层106，其结构如图6所示，重复上述涂胶-光刻-硬烤的工艺步骤，直至第一介质胶层106的厚度达到所需要的介质层厚度10～100μm，得到如图7所示结构，此处光刻胶的覆盖方式可为旋涂涂胶的方式、喷涂涂胶的方式等，本领域技术人员可以理解到此处工艺的重复次数、每次的胶覆盖厚度以及介质胶的总厚度设定可以任意调整以兼顾传输线插损、阻抗匹配、工艺成本的优化。

如图8所示，

(d)、去除第三硅片中第一介质胶层和第一互联柱的不平整，得到第四硅片；

通过平坦化工艺，将介质胶上的不平整以及互联柱上的不平整去除，得到如图8所示结构，此处使用的平坦化工艺可为研磨、物理抛光、化学机械抛光等平坦化工艺中的一种或者多种，本领域技术人员可以理解到如果上一步多次涂胶的工艺能满足结构对平坦化的要求，则此步骤可省略。

如图9～11所示，

(e)、在第四硅片上沉积第一种子层，在第一种子层上通过光刻形成两个第三凸起，在第一种子层上沉积第二金属层，去除第一种子层和第三凸起，得到第一传输线结构。

在第四硅片上沉积第一种子层107，在第一种子层上通过光刻形成两个第三凸起108得到如图9所示结构，通过薄膜沉积工艺形成第二金属层109，第二金属层109包括信号线金属层110以及地层金属层111得到如图10，之后去除光刻胶与第一种子层得到最后的结构如图11所示，第一种子层的材料可为铜、钛、金、银等导电材料中的一种或者多种；第一种子层沉积工艺可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀等薄膜沉积工艺；第三凸起光刻工艺使用的光刻胶可为正胶、负胶、干膜等，光刻胶的覆盖方式可为旋涂、喷涂等，薄膜沉积工艺可为物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀等薄膜沉积工艺，本领域技术人员可以理解到此处第二金属层中可只包括信号线金属层110以形成微带线的结构，也可以同时包括信号线金属层110以及地层金属层111以形成cpwg结构，本领域技术人员可以理解到此处信号线金属层110与地层金属层111的宽度、高度、两者之间的间距以及相对位置可以任意调整以同时兼顾传输线插损、阻抗匹配、工艺成本的优化。

实施例2：

一种硅基光刻胶介质横向传输线结构的制作工艺，其中，包括以下步骤：

如图1所示，

(a)、提供第一硅片，在第一硅片上沉积第一绝缘层，在第一绝缘层上沉积第一金属层；

在第一硅片沉积第一绝缘层101和第一金属层102得到如图1所示结构，第一绝缘层材料可为氮化硅、氧化硅等材料，沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀、挂镀、氧化等一系列薄膜沉积工艺，第一金属层材料可为铜、钛、金、银等导电材料中的一种或多种，第一金属层的沉积方式可为物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀、挂镀、氧化等一系列薄膜沉积工艺，本领域技术人员可以理解到此处金属层与绝缘层的厚度可以任意变化以达到良好的电学性能与工艺匹配性。

如图2～4所示，

(b)、在第一金属层上两端均设置第一凸起，两个第一凸起之间设置第二凸起，每个第一凸起和第二凸起之间均留有空隙，在每个所述空隙内设置第一互联柱，将第一凸起和第二凸起去除，得到第二硅片；

在第一金属层进行涂胶曝光显影等一系列光刻工艺得到上下互联柱的第一凸起，两个第一凸起之间设置第二凸起，每个第一凸起和第二凸起之间均留有空隙，其结构如图2所示,并通过金属生长工艺在每个所述空隙内长出第一互联柱104，其结构如图3所示；之后通过去胶工艺将第一凸起和第二凸起去除，得到如图4所示结构，此处第一凸起和第二凸起的材质为光刻胶，光刻胶可为正胶、负胶、干膜，可为电镀光刻胶、刻蚀光刻胶，本领域技术人员可以理解到此处光刻胶种类的使用可以任意调整以满足互联柱高度、精度、上下步工艺协调、工艺成本之间的良好协调；此处光刻胶的覆盖方式可为旋涂、喷胶等方式；此处的第一互联柱生长工艺可为电镀工艺、蒸镀工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺等；第一互联柱的材料可为金、银、铜、钛、锡等金属中的一种或者是多种，光刻胶的去除方式可为干法去胶、湿法去胶中的一种或者多种，本领域技术人员可以理解到此处各个互联柱之间的间距以及互联柱的个数可以任意调整以良好地协调接地效果、阻抗匹配效果以及工艺成本和难度。

如图5～7所示，

(c)、在第二硅片上覆盖光刻胶，之后将第一互联柱上的光刻胶去除，然后硬烤成膜形成第一介质胶层，重复步骤(c)中涂胶、光刻、硬烤的步骤，直至第一介质胶层的厚度达到10～100μm，得到第三硅片；

在第二硅片上覆盖光刻胶105得到如图5所示结构，并采用光刻工艺将第一互联柱上的胶去除出，之后通过硬烤成膜工艺形成第一介质胶层106，其结构如图6所示，重复上述涂胶-光刻-硬烤的工艺步骤，直至第一介质胶层106的厚度达到所需要的介质层厚度10～100μm，得到如图7所示结构，此处光刻胶的覆盖方式可为旋涂涂胶的方式、喷涂涂胶的方式等，本领域技术人员可以理解到此处工艺的重复次数、每次的胶覆盖厚度以及介质胶的总厚度设定可以任意调整以兼顾传输线插损、阻抗匹配、工艺成本的优化。

如图8所示，

(d)、去除第三硅片中第一介质胶层和第一互联柱的不平整，得到第四硅片；

通过平坦化工艺，将介质胶上的不平整以及互联柱上的不平整去除，得到如图8所示结构，此处使用的平坦化工艺可为研磨、物理抛光、化学机械抛光等平坦化工艺中的一种或者多种，本领域技术人员可以理解到如果上一步多次涂胶的工艺能满足结构对平坦化的要求，则此步骤可省略。

如图9～11所示，

(e)、在第四硅片上沉积第一种子层，在第一种子层上通过光刻形成两个第三凸起，在第一种子层上沉积第二金属层，去除第一种子层和第三凸起，得到第一传输线结构。

在第四硅片上上沉积第一种子层107，在第一种子层上通过光刻形成两个第三凸起108得到如图9所示结构，通过薄膜沉积工艺形成第二金属层109，第二金属层109包括信号线金属层110以及地层金属层111得到如图10，之后去除光刻胶与第一种子层得到最后的结构如图11所示，第一种子层的材料可为铜、钛、金、银等导电材料中的一种或者多种；第一种子层沉积工艺可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀等薄膜沉积工艺；第三凸起光刻工艺使用的光刻胶可为正胶、负胶、干膜等，光刻胶的覆盖方式可为旋涂、喷涂等，薄膜沉积工艺可为物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、电镀等薄膜沉积工艺，本领域技术人员可以理解到此处第二金属层中可只包括信号线金属层110以形成微带线的结构，也可以同时包括信号线金属层110以及地层金属层111以形成cpwg结构，本领域技术人员可以理解到此处信号线金属层110与地层金属层111的宽度、高度、两者之间的间距以及相对位置可以任意调整以同时兼顾传输线插损、阻抗匹配、工艺成本的优化。

如图12～14所示，

(f)、在第一传输线结构上沉积第二种子层，在第二种子层上两端均设置第四凸起，两个第四凸起之间设置第五凸起，每个第四凸起和第五凸起之间均留有空隙，在每个所述空隙内设置第二互联柱，将第四凸起、第五凸起和第二种子层去除，得到第二传输线结构；

在第一传输线结构上沉积第二种子层212，之后通过涂胶曝光显影等一系列光刻工艺得到互联柱的图形第四凸起，两个第四凸起之间设置第五凸起213，其结构如图12所示，并通过金属生长工艺长出第二互联柱214，其结构如图13所示，之后通过去胶工艺将第四凸起和第五凸起的光刻胶去除，并刻蚀掉第二种子层得到如图14所示结构，此处第二种子层材料可为钛、铜、金、银等金属中的一种或者是多种，此处第二种子层的沉积方式可为蒸镀工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、电镀工艺等，光刻胶的选用可为正胶、负胶、干膜，可为电镀光刻胶、刻蚀光刻胶，本领域技术人员可以理解到此处光刻胶种类的使用可以任意调整以满足互联柱高度、精度、上下步工艺协调、工艺成本之间的良好协调；此处光刻胶的覆盖方式可为旋涂、喷胶等方式，此处的第二互联柱生长工艺可为电镀工艺、蒸镀工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺等，第二互联柱的材料可为金、银、铜、钛、锡等金属中的一种或者是多种，光刻胶的去除方式可为干法去胶、湿法去胶中的一种或者多种；此处的种子层去除工艺可为湿法刻蚀、干法刻蚀中的一种或是几种，本领域技术人员可以理解到此处各个互联柱之间的间距以及互联柱的个数可以任意调整以良好地协调接地效果、阻抗匹配效果以及工艺成本和难度。

如图15～17所示，

(g)、在第二传输线结构上覆盖光刻胶，之后将第二互联柱上的光刻胶去除，然后硬烤成膜形成第二介质胶层，重复步骤(g)中涂胶、光刻、硬烤的步骤，直至第二介质胶层的厚度达到10～100μm，得到第三传输线结构；

在第二传输线结构上覆盖介质光刻胶215得到如图15所示结构，并采用光刻工艺将第二互联柱上的胶去除出，之后通过硬烤成膜工艺形成第二介质胶层216，其结构如图16所示。重复上述涂胶-光刻-硬烤的工艺步骤，直到第二介质胶层216的厚度达到所需要的介质层厚度，得到如图17所示的第二层介质层结构，此处光刻胶的覆盖方式可为旋涂涂胶的方式、喷涂涂胶的方式等，本领域技术人员可以理解到此处工艺的重复次数、每次的胶覆盖厚度以及介质胶的总厚度设定可以任意调整以兼顾传输线插损、阻抗匹配、工艺成本的优化。

如图18所示，

(h)、去除第三传输线结构中第二介质胶和第二互联柱的不平整，得到第四传输线结构；

通过平坦化工艺，将第二介质胶上的不平整以及第二互联柱上的不平整去除，得到如图18所示结构，此处使用的平坦化工艺可为研磨、物理抛光、化学机械抛光等平坦化工艺中的一种或者多种，本领域技术人员可以理解到如果上一步多次涂胶的工艺能满足结构对平坦化的要求，则此步骤可省略。

如图19所示，

(i)、在第四传输线结构上沉积第三金属层，得到第五传输线结构。

在第四传输线结构上沉积第三金属层217得到最终带状线结构如图19所示，此处沉积的第三金属层材料可为钛、铜、金、银、锡、镍等金属中的一种或者是多种，此处第三金属层的沉积方式可为蒸镀工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、电镀工艺等，本领域技术人员可以理解到此处金属层的厚度可以任意调整以适应上下步骤工艺并同时兼顾带状线的电学性能，本领域技术人员可以理解到，若此处有电学性能的要求，需要上层地金属有电路图形，则可追加光刻图形化工艺以满足其需求。

本发明提供的技术方案，其特点在于，1）采用光刻胶作为介质，提高了单层硅的利用率，可实现一层硅，4～6层金属线的硅利用能力，大大提升了三维集成的能力；2）采用光刻胶作为介质，传输线结构上的重要尺寸都采用的工艺精度较高的光刻工艺，大大的提升了结构的精准程度和电学性能；3）采用光刻胶作为介质避免了用硅基做介质，就避免了使用高阻硅晶圆，极大地降低了生产原料成本。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。