阅读说明：本技术 共面波导结构、集成电路及用于制造平面传输线的方法 (Coplanar waveguide structure, integrated circuit and method for manufacturing planar transmission line ) 是由 金俊德 于 2020-03-12 设计创作，主要内容包括：共面波导结构包括设置在衬底的至少一部分上方的介电层和设置在介电层内的平面传输线。在一些情况下,平面传输线可以包括导电信号线和一条或多条地线。在其他情况下,平面传输线可以包括导电堆叠信号线和一条或多条堆叠地线。本发明实施例还提供了一种集成电路以及一种用于制造平面传输线的堆叠信号线和堆叠地线的方法。(The coplanar waveguide structure includes a dielectric layer disposed over at least a portion of the substrate and a planar transmission line disposed within the dielectric layer. In some cases, a planar transmission line may include a conductive signal line and one or more ground lines. In other cases, the planar transmission line may include a conductive stacked signal line and one or more stacked ground lines. Embodiments of the present invention also provide an integrated circuit and a method for manufacturing stacked signal lines and stacked ground lines of a planar transmission line.)

共面波导结构、集成电路及用于制造平面传输线的方法

技术领域

本发明的实施例涉及共面波导结构、集成电路及用于制造平面传输线的方法。

背景技术

无线网络的最新进展允许无线通信设备在更高的信号频率下工作。在一些情况下，无线网络可以使用毫米波频率进行高速无线通信。第五代(5G)蜂窝通信网络是使用更高毫米波频率的示例无线网络。例如，5G蜂窝网络可以在24到30千兆赫兹(24-30GHz)和100千兆赫兹(100GHz)之间工作。

与使用更高毫米波频率相关的一个挑战涉及传输线结构的设计和制造。微带传输线结构是所使用的传输线的一种类型。例如，微带传输线结构通常用于硅基集成电路。然而，硅衬底可能是有损耗的，并且微带传输线结构的***损耗可能高得无法接受。

发明内容

本发明的实施例提供了一种共面波导结构，包括：高电阻率衬底；介电层，设置在高电阻率衬底的至少一部分上方；以及平面传输线，设置在介电层内。

本发明的另一实施例提供了一种集成电路，包括：电路系统，包括一个或多个电路；以及共面波导结构，可操作地连接至电路系统，共面波导结构包括：高电阻率衬底；介电层，设置在高电阻率衬底的至少一部分上方；以及平面传输线，设置在介电层内。

本发明的又一实施例提供了一种用于制造平面传输线的堆叠信号线和堆叠地线的方法，包括：在衬底上方形成第一导电层；图案化第一导电层以形成用于堆叠信号线的第一导电段和用于堆叠地线的第二导电段；在第一导电段和第二导电段上方以及第一导电段和第二导电段之间形成介电材料；在介电材料中形成用于在第一导电段上形成第一通孔的第一开口和用于在第二导电段上形成第二通孔的第二开口；用导电材料填充第一开口和第二开口；以及形成并图案化另一导电层以将第三导电段堆叠在第一通孔上和第一导电段上方以及将第四导电段堆叠在第二通孔上和第二导电段上方，其中，第一导电段、第一通孔和第三导电段形成堆叠信号线，第二导电段、第二通孔和第四导电段形成堆叠地线。

附图说明

结合附图，通过以下详细描述将容易理解本发明，其中类似的附图标记表示类似的结构元件，并且其中：

图1示出了根据一些实施例的共面波导结构的第一示例的截面图；

图2描绘了根据一些实施例的共面波导结构的第二示例的截面图；

图3示出了根据一些实施例的共面波导结构的第三示例的截面图；

图4描绘了可用于导电堆叠信号线和堆叠地线中的通孔和两个导电段的示例构造；

图5示出了根据一些实施例的集成电路的框图；

图6A至图6B描绘了根据一些实施例制造堆叠信号线和堆叠地线的示例方法的流程图；

图7示出了根据一些实施例的可以在其中实践本公开的多个方面的电子设备的框图；以及

图8描绘了根据一些实施例的可以在其中实践本公开的多个方面的示例系统。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本发明。当然，这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的间隔关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，间隔关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的间隔关系描述符可以同样地作相应地解释。

本文所描述的实施例提供可传输和/或接收至少毫米波信号的共面波导结构。共面波导结构可用于多种产品、应用和系统。例如，共面波导结构可用于安全检查系统、医学应用、武器系统、网络接口卡、电信系统和网络系统，包括蜂窝网络。共面波导结构可以在发送和/或接收至少毫米波信号的微波集成电路(MICs)、单片微波集成电路(MMICs)以及其它集成电路或电子元件中实现。包括一个或多个共面波导结构的集成电路可以在诸如蜂窝电话、计算设备、路由器、交换机、基站收发器站和基站控制器站等电子设备中实现。

下面参考图1至图8来讨论这些实施例和其他实施例。然而，本领域技术人员将容易理解，本文针对这些附图给出的详细描述仅用于解释目的，不应被解释为限制性的。

图1示出了根据一些实施例的共面波导结构的第一示例的截面图。共面波导结构100包括布置在介电层104内的平面传输线102。平面传输线102包括导电信号线106和位于导电信号线106两侧的两条地线108、110。导电信号线106和地线108、110位于同一平面上。导电信号线106通过第一距离112与地线108分离，并且导电信号线106通过第二距离114与地线110分离。第一和第二距离112、114可以基本上相等，或者第一距离112可以不同于第二距离114。尽管仅示出一条平面传输线，但任何数量的平面传输线可以包括在集成电路或其他电子元件中，或者连接到集成电路或其他电子元件。

在所示的实施例中，导电信号线106和地线108、110形成在集成电路的顶部导电层中，例如顶部金属层。在一些情况下，顶部导电层是超厚金属(UTM)层。在非限制性示例中，UTM层具有1微米至50微米的厚度，尽管其他实施例不限于此配置。可在导电信号线106和地线108、110中使用的金属的示例类型包括但不限于铜、银和铝。

介电层104布置在高电阻率衬底116上方。高电阻率衬底116可以减少***损耗、谐波失真和/或传输线和/或集成电路的尺寸。附加地或可选地，高电阻率衬底116可以提高传输线的可靠性和/或性能。在一个实施例中，高电阻率衬底116是高电阻率硅衬底，尽管其他实施例不限于此类型的高电阻率衬底。其他类型的高电阻率衬底包括但不限于绝缘体上硅衬底和高电阻率砷化镓衬底。通常，当衬底的电阻基本上为10欧姆或更高时，衬底为高电阻率衬底。

导电信号线106的宽度为W1，地线108的宽度为W2，地线110的宽度为W3。宽度W1、W2和W3可以是相同的宽度，或者至少一个宽度可以不同于另一个宽度。宽度W1、W2、W3至少部分基于微带传输线的结构。宽度W1、W2、W3基于诸如以下特性来确定：形成导电信号线106和地线108、110的导电层、形成导电信号线106和地线108、110的导电层的数量、用于微带传输线结构100的导电层方案、和/或微带传输线结构100的特性阻抗。

图2描绘了根据一些实施例的共面波导结构的第二示例的截面图。共面波导结构200包括布置在高电阻率衬底116上方的平面传输线202。平面传输线202包括导电堆叠信号线204和位于导电堆叠信号线204两侧的两个堆叠地线206、208。导电堆叠信号线204通过距离210与堆叠地线206分离，并且导电堆叠信号线204通过距离212与堆叠地线208分离。距离210、212可以是相同的距离或不同的距离。尽管仅示出一条平面传输线，但任何数量的平面传输线可以包括在集成电路或其他电子元件中，或者连接到集成电路或其他电子元件。

导电堆叠信号线204和堆叠地线206、208设置在介电层214内。通过在多个导电层中垂直堆叠导电段216并将导电段与通孔(如图4所示)连接以形成导电堆叠信号线204和堆叠地线206、208。因此，导电段216与通孔层中的通孔交错(如图4所示)，并且导电段和通孔共同形成导电堆叠信号线204和堆叠地线206、208。例如，导电堆叠信号线204和堆叠地线206、208由导电层C₁至C_N中的导电段216和通孔层V₁至V_M中的通孔形成，其中N是大于1的数字，M是等于或大于1的数字，并且M小于N。在一些方面，N是顶部导电层，顶部导电层可以是UTM层。

在另一个实现中，N是顶部导电层(例如，N-1)下面的导电层。这可以降低平面传输线的成本，因为较少的导电段用于形成导电堆叠信号线和堆叠地线。当顶部导电层中的导电段不用于导电堆叠信号线和堆叠地线时，当顶部导电层是UTM层时，成本节省可以更大。

导电堆叠信号线204的宽度为W1，堆叠地线206的宽度为W2，堆叠地线208的宽度为W3。宽度W1、W2和W3可以是相同的宽度，或者至少一个宽度可以不同于另一个宽度。与图1所示的实施例一样，宽度W1、W2、W3基于微带传输线的结构。

由于电阻与宽度和厚度成反比，所以导电堆叠信号线204和堆叠地线206、208可以减少平面传输线202的***损耗，因为导电堆叠信号线204和堆叠地线206、208的厚度更大。附加地，增加导电堆叠信号线204和堆叠地线206、208的宽度可以减少***损耗，因为宽度更大。附加地或可选地，当传输信号时，平面传输线202可以产生慢波效应。慢波效应可以减少衰减损耗。

图3示出了根据一些实施例的共面波导结构的第三示例的截面图。除了导电堆叠信号线204和堆叠地线306、308布置在介电层214的部分302上方并且布置在介电层214内以外，共面波导结构300与图2中所示的结构类似。

图4描绘了可用于导电堆叠信号线和堆叠地线中的通孔和两个导电段的示例构造。第一导电层400包括导电堆叠信号线或堆叠地线的第一导电段402。第二导电层404包括导电堆叠信号线或堆叠地线的第二导电段406。在第一导电层400和第二导电层404之间形成的是通孔层408。通孔层408中的通孔410形成在第一导电段402和第二导电段406之间。通孔410接触第一导电段402和第二导电段406，以将第二导电段406电连接到第一导电段402。如前所述，导电堆叠信号线或堆叠地线中的导电段与通孔交错，并且导电段和通孔共同形成导电堆叠信号线或堆叠地线。

图5示出了根据一些实施例的集成电路的框图。集成电路500包括可操作地连接到一个或多个共面波导结构(由共面波导结构504表示)的电路系统502。电路系统502包括被配置成使用共面波导结构504发送和/或接收信号的一个或多个电路。共面波导结构504可以实现为图1至图3中所示的共面波导结构中的一个。如前所述，集成电路可以是发送和/或接收至少毫米波信号的MIC、MMIC或其它集成电路或电子组件。在一些情况下，电路系统502可以定位在第一集成电路或电子元件中，并且共面波导结构504可以定位在单独的第二集成电路或电子元件中。

图6A至图6B描绘了根据一些实施例制造导电堆叠信号线和堆叠地线的示例方法的流程图。结合形成单个导电堆叠信号线来描述该过程。可以同时执行附加的导电堆叠信号线和堆叠地线的制造。

首先，在可选框600中，可以在衬底上方形成介电材料。该介电材料可以形成图3所示的介电层214的部分302。在框602处，在介电材料(当执行步骤600时)上方或在衬底上方形成第一导电层。例如，导电材料可以沉积在介电材料或衬底上方。导电材料的一个示例是金属。

对第一导电层进行图案化以产生第一导电段(框604)。任何合适的技术可以用于图案化第一导电层。例如，掩模可以形成在导电层上方并用于限定第一导电段的位置(例如，掩模中的开口)。然后将导电材料形成(例如沉积)到开口中以产生导电段。

接下来，如框606中所示，在结构上方形成介电材料并进行图案化，以在介电材料中生成用于在第一导电段上形成的通孔的开口。同样，任何合适的技术都可以用于在介电材料中形成通孔。例如，掩模可以形成在介电层上方并用于限定通孔的位置(例如，开口)。然后用导电材料填充通孔(框608)，并且将结构的表面平坦化(例如，使用化学机械平坦化)。用导电材料填充通孔的一种示例技术是将导电材料沉积到通孔中。

接着，形成随后的导电层(例如，沉积)并图案化以在下面的通孔上和下面的导电段上方产生新的导电段(框610)。新的导电段通过通孔与下面的导电段电连接。然后在新的导电段周围形成介电材料以电隔离导电段(框612)。

在框614处确定是否在共面波导结构中形成附加的导电层。如果是，则介电材料的形成继续进行，使得介电材料形成在新的导电段上方，并且介电材料被图案化以产生用于在新的导电段上形成的通孔的开口(框616)。然后，方法返回到框608并且重复该过程，直到形成导电堆叠信号线的所有导电层和通孔形成为止。当在框614处确定不形成附加的导电层时，过程进行至框618，其中通过堆叠的导电段和交错的堆叠通孔形成导电堆叠信号线。

图7描绘了根据一些实施例的可以在其中实践本公开的方面的电子设备的框图。在基本配置中，电子设备700可以包括至少一个处理单元702和至少一个系统存储器704。根据电子设备的配置和类型，系统存储器704可以包括但不限于易失性存储器(例如，随机存取存储器)、非易失性存储器(例如，只读存储器)、闪存或此类存储器的任何组合。系统存储器704可以包括许多程序模块和数据文件，诸如用于控制电子设备700的操作的操作系统706；适于解析接收到的输入、确定接收到的输入的主题、确定与输入相关联的动作等的一个或多个程序模块708；以及一个或更多个其他应用710，该其他应用710包括使电子设备700能够与其他电子设备通信的一个或多个电子通信程序。示例性的电子通信程序包括但不限于蜂窝通信应用、红外(IR)通信应用、射频(RF)应用、近场通信(NFC)应用和/或卫星通信应用。

电子设备700可以具有附加的部件或功能。例如，电子设备700还可以包括附加的数据存储设备(可移动和/或不可移动)，例如磁盘、光盘或磁带。通过可移动存储设备712和不可移动存储设备714在图7中示出了这种附加的存储。

电子设备700还可以具有一个或多个输入设备716，诸如键盘，轨迹板，鼠标，笔，声音或语音输入设备，触摸、力和/或滑动输入设备等。还可以包括输出设备718，诸如显示器、扬声器、打印机等。上述设备是示例性的，可以使用其它设备。电子设备700可以包括允许与其他电子设备722通信的一个或多个通信设备720。适合的通信设备720的示例包括但不限于蜂窝、IR、NFC、RF和/或卫星发射器、接收器和/或收发器电路系统、通用串行总线(USB)、并行和/或串行端口。

本文中使用的术语计算机可读介质可以包括计算机存储介质。计算机存储介质可以包括以用于存储信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，诸如计算机可读指令、数据结构或程序模块。

系统存储器704、可移动存储设备712和不可移动存储设备714都是计算机存储介质的示例(例如，存储器存储或存储设备)。计算机存储介质可以包括RAM、ROM、电可擦只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能磁盘(DVD)或其他光存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或可用于存储信息且可由电子设备700访问的任何其他制造物品。任何这样的计算机存储介质可以是电子设备700的一部分。计算机存储介质不包括载波或其他传播或调制的数据信号。

结合电子设备700描述的组件可适用于包括一个或多个共面波导结构的任何电子设备。

图8示出了根据一些实施例的可以在其中实践本公开的多个方面的系统的框图。系统800允许第一电子设备802与第二电子设备804通信。第一和第二电子设备802、804可以各自发射和接收各种频率的信号，包括毫米波信号。在一些实施例中，第一和第二电子设备802、804可以各自是蜂窝电话、平板电脑计算设备或移动计算设备。第一和第二电子设备802、804可以各自包括或者连接到与图7中的电子设备700相关联的组件。

第一和第二电子设备802、804各自被配置成使用一个或多个网络(由网络808表示)来访问一个或多个服务器计算设备(由服务器计算设备806表示)或与一个或多个服务器计算设备通信。这种访问或通信可以使用至少共面波导结构来执行。服务器计算设备806可以访问或执行存储在一个或多个存储设备(由存储设备814表示)中的一个或多个应用(由应用810表示)和/或一个或多个文件(由文件812表示)。服务器计算设备可以包括或者连接到与图7中的电子设备700相关联的组件。

在一个方面，共面波导结构包括设置在高电阻率衬底的至少一部分上方的介电层和设置在介电层内的平面传输线。在一些情况下，平面传输线可以包括导电信号线和布置在介电层内的一条或多条地线。在其他情况下，平面传输线可以包括导电堆叠信号线和布置在介电层内的一条或多条堆叠地线。

在另一方面，集成电路包括可操作地连接到共面波导结构的电路系统。该电路系统包括被配置成使用共面波导结构发送和/或接收信号的一个或多个电路。共面波导结构包括设置在高电阻率衬底上方的介电层和设置在介电层内的平面传输线。在一些情况下，平面传输线可以包括导电信号线和布置在介电层内的一条或多条地线。在其他情况下，平面传输线可以包括导电堆叠信号线和布置在介电层内的一条或多条堆叠地线。

又在另一方面，用于制造用于平面传输线的堆叠信号线和堆叠地线的方法可以包括在高电阻率衬底上沉积第一导电层，并且将导电层图案化以形成用于堆叠信号线的第一导电段和用于堆叠地线的第二导电段。在第一导电段和第二导电段上方形成介电层，并在介电材料中形成用于在第一导电段上形成第一通孔的第一开口，以及形成用于在第二导电段上形成第二通孔的第二开口。第一通孔和第二通孔填充有导电材料。另一导电层被沉积并图案化以将第三导电段堆叠在第一通孔和第一导电段上方，并将第四导电段堆叠在第二通孔和第二导电段上方。第一导电段、第一通孔和第三导电段形成堆叠信号线，第二导电段、第二通孔和第四导电段形成堆叠地线。

本发明的实施例提供了一种共面波导结构，包括：高电阻率衬底；

介电层，设置在高电阻率衬底的至少一部分上方；以及平面传输线，设置在介电层内。

在上述共面波导结构中，高电阻率衬底包括高电阻率硅衬底。

在上述共面波导结构中，平面传输线包括导电堆叠信号线、位于导电堆叠信号线的第一侧并且通过第一距离与导电堆叠信号线分离的第一堆叠地线、以及位于导电堆叠信号线的第二侧并且通过第二距离与导电堆叠信号线分离的第二堆叠地线。

在上述共面波导结构中，导电堆叠信号线的宽度等于第一堆叠地线的宽度和第二堆叠地线的宽度。

在上述共面波导结构中，第一堆叠地线、第二堆叠地线和导电堆叠信号线各自包括多个导电段，多个导电段垂直堆叠并且与通孔交错。

在上述共面波导结构中，平面传输线包括导电信号线、位于导电信号线的第一侧并且通过第一距离与导电信号线分离的第一地线、以及位于导电信号线的第二侧并且通过第二距离与导电信号线分离的第二地线。

在上述共面波导结构中，第一距离等于第二距离。

在上述共面波导结构中，平面传输线进一步设置在介电层的一部分上方。

在上述共面波导结构中，平面传输线形成于超厚金属层中。

本发明的另一实施例提供了一种集成电路，包括：电路系统，包括一个或多个电路；以及共面波导结构，可操作地连接至电路系统，共面波导结构包括：高电阻率衬底；介电层，设置在高电阻率衬底的至少一部分上方；以及平面传输线，设置在介电层内。

在上述集成电路中，集成电路包括单片微波集成电路。

在上述集成电路中，平面传输线包括导电堆叠信号线、位于导电堆叠信号线的第一侧并且通过第一距离与导电堆叠信号线分离的第一堆叠地线、以及位于导电堆叠信号线的第二侧并且通过第二距离与导电堆叠信号线分离的第二堆叠地线。

在上述集成电路中，导电堆叠信号线的宽度等于第一堆叠地线的宽度和第二堆叠地线的宽度。

在上述集成电路中，第一堆叠地线、第二堆叠地线和导电堆叠信号线各自包括多个导电段，多个导电段垂直堆叠并且与通孔交错。

在上述集成电路中，集成电路包括N个导电层，导电堆叠信号线和堆叠地线的顶部导电段形成在N-1导电层中。

在上述集成电路中，平面传输线进一步设置在介电层的一部分上方。

在上述集成电路中，平面传输线包括导电信号线、位于导电信号线的第一侧并且通过第一距离与导电信号线分离的第一地线、以及位于导电信号线的第二侧并且通过第二距离与导电信号线分离的第二地线。

在上述集成电路中，第一距离等于第二距离。

本发明的另一实施例提供了一种用于制造平面传输线的堆叠信号线和堆叠地线的方法，包括：在衬底上方形成第一导电层；图案化第一导电层以形成用于堆叠信号线的第一导电段和用于堆叠地线的第二导电段；在第一导电段和第二导电段上方以及第一导电段和第二导电段之间形成介电材料；在介电材料中形成用于在第一导电段上形成第一通孔的第一开口和用于在第二导电段上形成第二通孔的第二开口；用导电材料填充第一开口和第二开口；以及形成并图案化另一导电层以将第三导电段堆叠在第一通孔上和第一导电段上方以及将第四导电段堆叠在第二通孔上和第二导电段上方，其中，第一导电段、第一通孔和第三导电段形成堆叠信号线，第二导电段、第二通孔和第四导电段形成堆叠地线。

在上述方法中，衬底包括高电阻率衬底。

例如，以上参照根据本公开的各个方面的方法、系统和计算机程序产品的框图和/或操作图示来描述本公开的各个方面。如所示，框中的功能/动作可能不按任何流程图所示的顺序发生。例如，根据所涉及的功能/动作，所示连续的两个框实际上实质上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行。

本申请中提供的对一个或多个方面的描述和图示无意以任何方式限制或限制所要求保护的公开的范围。本申请中提供的方面、示例和细节被认为足以表达所有权并使其他人能够作出和使用所要求保护的公开的最佳方式。所要求保护的公开不应被解释为仅限于本申请中提供的任何方面、示例或细节。无论是以组合方式还是单独方式示出和描述，各种部件(结构和方法上的)旨在被选择性地包括或省略以产生具有特定部件集的实施例。已经提供了本申请的描述和图示，本领域技术人员也应该意识到，在不背离本发明构思的更广泛的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。