[发明专利]一种全屏蔽片上共面波导传输结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种片上共面波导传输结构及其制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，硅器件的特征尺寸不断减小。随着器件的沟道长度越来越小，CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)器件的f_T(截止频率)也越来越高。因此，CMOS技术越来越适合射频、微波和毫米波领域的应用。在汽车防撞雷达芯片和5G通讯芯片等应用领域，CMOS射频芯片和逻辑、存储等芯片越来越多地整合在一起，甚至做成SOC(System on Chip，系统级芯片)。

CMOS射频芯片需要在片上集成螺旋电感、传输线或共面波导等无源器件，其中，共面波导是一种常用的片上波导结构。一般共面波导带有对半导体衬底的屏蔽结构，如图1所示为现有技术的射频芯片用到的共面波导的结构示意图。其包括半导体衬底101，中间填充层102，同属顶层金属层的信号线103和地线104。共面波导即是利用CMOS工艺中顶层金属层作为信号线103传输射频/微波信号，并利用信号线103的同层金属在信号线103周围形成走向相同的导线作为地线104来形成电磁场的边界。同时，在图1所示的现有技术的共面波导结构中，还包括底层金属屏蔽层105，其位于半导体衬底101和中间填充层102之间，用来屏蔽半导体衬底101，防止电磁波的泄露。

然而，由于底层金属屏蔽层105上方开放空间的存在，使得该底层金属屏蔽层105不足以完全屏蔽电磁波，因此会造成电磁波向芯片上方开放空间的泄露，从而造成一定的损耗。

因此，如何提供一种新的共面波导传输结构，可以有效消除电磁波向半导体上方开放空间的泄露，从而可以减小损耗，就已成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种全屏蔽的片上共面波导传输结构，不仅包括对半导体衬底进行屏蔽的底层金属屏蔽层，还包括对开放空间进行屏蔽的顶层金属屏蔽结构。这种顶层金属屏蔽结构可以有效的减小甚至消除电磁波向半导体上方开放空间的泄露，从而优化信号的传输特性，弥补了只有底层屏蔽层结构的不足，在射频、微波和毫米波芯片中有较好的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供了一种全屏蔽的片上共面波导传输结构，包括半导体衬底，底层金属屏蔽层，中间填充层，信号线，以及位于顶层金属层的地线，其中，所述底层金属屏蔽层位于所述半导体衬底和所述中间填充层之间，所述中间填充层位于所述底层金属屏蔽层和所述顶层金属层之间，其特征在于，还包括一个RDL(Redistribution Layer，再分布层)金属屏蔽层，其位于所述顶层金属层上方，并通过通孔结构连接至所述顶层金属层。

在一些优选的实施例中，所述中间填充层为介质层，所述信号线位于顶层金属层中，且所述地线位于所述信号线的周围。

在一些优选的实施例中，所述中间填充层包括由至少一层通孔层(V₁到V_N-1)和至少一层金属层(M₂到M_N)交替构成的金属堆叠结构，铜导线通过位于所述至少一层金属层上的触孔贯穿通孔层，连接所述顶层金属层和所述底层屏蔽层，实现共面波导器件的上下联通的多层地线结构，其中N为大于等于2的整数。

在一些优选的实施例中，所述信号线位于金属层M_X中，所述多层地线分布于该信号线周围，其中，X为小于等于N的整数，所述信号线位于中间填充层中的一层金属层上，所述多层地线结构的宽度相同且分布于所述信号线周围。在另一些更优选的实施例中，所述信号线位于金属层M_X中，所述多层地线分布于该信号线周围，其中，X为小于等于N的整数，所述多层地线结构的宽度不相同且呈圆形分布于所述信号线周围，越靠近所述信号线的地线宽度越小。

为实现上述目的，本发明同时提供了一种片上共面波导传输结构的制造方法，包括：

制备硅衬底，对所述硅衬底表面进行离子注入，形成均匀掺杂的阱；

在硅衬底上方制作形成底层金属屏蔽层；

在底层金属屏蔽层上形成中间填充层；

形成顶层金属层，并通过图形化和化学机械抛光的方法形成地线；

在顶层金属层上方形成RDL金属屏蔽层。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的片上共面波导传输结构的有益效果在于：