[发明专利]一种3D异构集成多功能收发芯片

说明书

本发明公开了一种3D异构集成多功能收发芯片，包括由上至下的微波信号幅度与相位控制层、高密度Bump互连层、微波信号收发放大层和背面输入/输出端口层。本发明采用3D异构集成中道工艺，将Si CMOS幅相多功能芯片和GaAs高功率收发芯片垂直互连在一起，重点在于Si CMOS和GaAs芯片分别采用了TSV工艺和Hot Via工艺，同时两者的互连界面使用了Bump结构。本发明可实现微波信号的接收、发射和幅相控制，具有高集成、小型化和发射功率高等特点。

技术领域

本发明属于集成电路领域和半导体工艺领域，特别涉及了一种集成多功能收发芯片。

背景技术

随着雷达电子系统对微波电路集成度的要求越来越高，目前行业内有两种解决方案：一种是基于硅工艺的SOC（System On Chip）单片式设计思路；另一种是基于分立器件的SIP（System in Package）混合封装式设计思路。一方面由于微波集成电路的功能越来越复杂，这使得SOC的微波电路尺寸越来越大，显著降低了电路的成品率。另一方面，由于Si晶体管本身耐受功率的限制，使得基于SOC的单片式微波集成电路输出功率较小（＜30dBm），无法满足大多数雷达系统的使用要求。同时，随着雷达系统朝着小型化、轻质化和低成本的方向发展，传统的SIP混合集成方案由于体积笨重，重量大，已无法满足雷达系统使用要求。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种3D异构集成多功能收发芯片，在芯片层面将Si CMOS幅相多功能芯片和GaAs高功率收发芯片在三维方向上异构集成，提高微波电路的集成度，并满足雷达系统的高功率要求。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种3D异构集成多功能收发芯片，包括由上至下的微波信号幅度与相位控制层、高密度Bump互连层、微波信号收发放大层和背面输入/输出端口层；所述微波信号幅度与相位控制层采用标准Si CMOS工艺，集成微波信号的放大、开关、衰减、移相和逻辑转换功能，并实现收发链路的电源自调制功能，微波信号幅度与相位控制层中顶层的微波信号通过TSV向下垂直传输；所述高密度Bump互连层采用大马士革工艺，不同Bump间的高度差一致性≤5um，实现微波信号垂直传输、数字信号垂直传输和热传导；所述微波信号收发放大层采用标准GaAs工艺，集成微波信号的前级接收、末级发射和收发开关功能，微波信号收发放大层中的微波信号通过Hot Via向下垂直传输；所述背面输入/输出端口层集成了阵列化的BGA焊球，所有信号均通过BGA焊球进行输入和输出，并将整个芯片的热传导至安装界面。

进一步地，在微波信号幅度与相位控制层中，采用填实和不填实两种类型的TSV，填实的TSV的填实材料为铜，且无空洞和缺陷；不填实的TSV的侧壁材料为铜；两种类型的TSV与Si的侧壁之间均有一层二氧化硅绝缘层。

进一步地，在微波信号幅度与相位控制层中，移相位数≥6位，衰减位数≥6位。

进一步地，在高密度Bump互连层中，Bump的材料为CuNiSnAg。

进一步地，在高密度Bump互连层中，Bump通过中道工艺生长在晶圆上。

进一步地，在高密度Bump互连层中，Bump的直径≥30um，间距≥40um。

进一步地，在微波信号收发放大层中，Hot Via为不填实通孔，侧壁材料为金，通孔两端覆盖金层使通孔不露出。

进一步地，在微波信号收发放大层中，Hot Via的直径为30um。

进一步地，在微波信号收发放大层中，单路发射功率≥1W，噪声系数≤3.5dB。

进一步地，在背面输入/输出端口层中，BGA焊球的直径≥200um，间距≥200um。

采用上述技术方案带来的有益效果：