玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法技术

本发明专利技术公开一种玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法，干法刻蚀高掺杂硅圆片形成高掺杂硅模具圆片，其内含埋入无源器件结构模具的凹槽阵列；将玻璃圆片与其在真空中阳极键合；加热键合圆片使玻璃熔融填充满凹槽阵列内空隙，退火，冷却，形成回流圆片；完全研磨和抛光回流圆片的上部全玻璃衬底；完全刻蚀埋入玻璃衬底的无源器件结构模具；电镀铜填充满玻璃衬底内无源器件结构模具被刻蚀后留下的中空结构；刻蚀全高掺杂硅衬底与凹槽阵列之间的未刻蚀硅，得到埋入无源元件的玻璃衬底若干个；沉积金属粘附层，电镀金属导电层，用作无源元件单元件，或3D集成的玻璃转接板。本方法步骤简单，成本低廉，制备的无源元件性能优越。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子机械系统封装
，具体涉及一种玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法。
技术介绍
传统射频微机电系统中单元件的制造工艺使用表面加工工艺，该工艺制备的射频无源元件纵向延伸较短，直流电阻较大，电通路较小，属于2D平面型器件，通常采用转接板层层堆叠的方式实现3D互连，使用该工艺制备3D射频微机电系统具有工艺繁琐复杂、成本昂贵、器件性能受到2D平面型特性的限制等缺点。更高级3D系统封装形式采用埋入型基板实现。新型3D射频微机电系统采用埋入无源元件(电阻、电容、电感等)的硅基板实现3D互连。该工艺借鉴于导电硅通孔(TSV)的先打孔后电镀工艺，首先干法刻蚀硅基板形成埋入射频无源元件的空隙，然后通过化学沉积或硅高温氧化工艺制备绝缘的介质绝缘层，最后通过化学沉积种子层和电镀导电金属的工艺填充满硅基板内的空隙，制备出埋入硅基板的无源元件。然而，硅基材具有导电特性，而介电阻挡层的致密性与厚度受到纳米级尺寸的制约，致使埋入射频器件的电隔离在高频情况下失效。该工艺虽然比堆叠形成3D射频微机电系统的方式更简单，但工艺步骤仍较繁琐，并且，干法刻蚀工艺形成空隙后，需要淀积种子层，再进行导电通孔的电镀。孔内种子层的致密性、均匀性以及与基板的粘附性直接决定了电镀金属的填充效果，因此，需要精细的加工工艺来制备优良的种子层，该工艺控制较复杂、昂贵。传统的埋入玻璃基板器件的加工工艺延续埋入硅基板器件的加工工艺。首先，通过喷砂、HF湿法腐蚀、深反应离子刻蚀(DRIE)或激光钻孔等方法加工出玻璃内空腔，然后利用电镀工艺制备出导电金属填充的埋入玻璃器件。然而，喷砂制成的空腔呈锥形，且侧壁粗糙；HF湿法腐蚀工艺难以得到高深宽比的玻璃内空腔；DRIE需要复杂的掩膜加工工艺，其刻蚀速度也非常慢；激光钻孔会给玻璃引入残余应力与缺陷。空腔制备完成后，需要淀积均匀、致密的种子层，再通过电镀工艺使导电金属填充空腔，该工艺控制较复杂、昂贵。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种工艺简单、成本低、传输性能优良的新型玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法，以解决上述问题。本专利技术采用以下技术方案：一种玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法，包括如下步骤：步骤一、干法刻蚀高掺杂硅圆片形成高掺杂硅模具圆片(1)，使高掺杂硅模具圆片(1)上包含内含埋入无源器件结构模具(2)的凹槽阵列(3)，凹槽阵列(3)之间的未刻蚀硅(4)用于后续器件分离；步骤二、将玻璃圆片(5)与步骤一得到的高掺杂硅模具圆片(1)在真空中阳极键合，使得凹槽阵列(3)密封于键合圆片内；步骤三、将步骤二得到的键合圆片放置在空气中加热，加热温度高于玻璃的软化点温度，并保温，直至熔融玻璃在凹槽内外压强差的作用下回流填充满凹槽阵列(3)内空隙，退火，冷却至常温，形成底部全高掺杂硅衬底(6)，中间埋入无源器件结构模具(2)的玻璃衬底和未刻蚀硅(4)的复合结构(7)，上部全玻璃衬底(8)的三重结构的回流圆片；步骤四、完全研磨和抛光步骤三得到的回流圆片的全玻璃衬底(8)，使埋入无源器件结构模具(2)的上表面裸露在玻璃衬底上表面；步骤五、干法刻蚀埋入玻璃衬底的无源器件结构模具(2)；步骤六、以全高掺杂硅衬底(6)为种子层，电镀铜填充满玻璃衬底内无源器件结构模具(2)被刻蚀后留下的中空结构，电镀铜形成埋入玻璃衬底的无源元件(10)；步骤七、湿法刻蚀全高掺杂硅衬底(6)与凹槽阵列(3)之间的未刻蚀硅(4)，得到免切割自分离的埋入无源元件(10)的玻璃基板(11)若干个；步骤八、表面加工步骤七得到的玻璃基板，沉积金属粘附层(12)，电镀金属导电层(13)，用作无源元件单元件，或3D集成的玻璃转接板。步骤一所述埋入无源器件结构模具(2)的形状包括圆柱形、环柱形、同轴柱形，或折线形柱、方形螺旋柱、六边形螺旋柱、八边形螺旋柱、圆形螺旋柱，或双长方体、同轴双环形柱。步骤一所述高掺杂硅圆片所掺杂质为磷(P)或砷(As)，电阻率为0.001～0.005Ω·cm，厚度为300～600um；所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于高掺杂硅圆片厚度100um以上。步骤二所述玻璃圆片(5)为硼硅玻璃，厚度300～500um；所述真空阳极键合工艺条件为：温度400℃，电压800V，真空度小于10-3Pa。步骤三所述加热工艺条件为：加热温度为900～1100℃，加热保温时间6～10h；退火工艺条件为：退火温度510～560℃，退火保温时间30min；冷却至常温条件为自然冷却。步骤四所述研磨和抛光为：采用自动研磨抛光机，首先对全玻璃衬底(8)实施研磨减薄工艺至基本去除全玻璃衬底(8)，再利用氧化铈抛光液抛光玻璃表面，至玻璃衬底裸露，此时埋入无源器件结构模具(2)的上表面裸露在光滑的玻璃衬底上表面。步骤五所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀；刻蚀停止判别方法为正好完全刻蚀无源器件结构模具(2)，或完全刻蚀无源器件结构模具(2)并刻蚀底部全高掺杂硅衬底(6)不大于20um。步骤六所述电镀铜的工艺条件为：酸性硫酸盐电镀铜镀液中，CuSO4·5H2O含量85g/L，H2SO4含量200g/L，Cl-含量79mg/L，电流密度为30mA/cm2。步骤七所述湿法刻蚀的工艺条件为：刻蚀液为40wt％的氢氧化钾溶液，刻蚀温度70℃。步骤八所述沉积金属粘附层(12)为Ti或Cr，所述电镀金属导电层(13)为Au或Cu。本专利技术的有益效果：1.本专利技术首先采用干法刻蚀工艺在高掺杂硅圆片上刻蚀形成无源器件结构模具，所刻结构垂直度高，粗糙度低，本工艺是一种所刻结构平面尺寸与厚度尺寸可设计性强的工艺,，使得埋入无源单元件的设计有更多可能性。本干法刻蚀工艺可制作圆柱、环柱和同轴柱等，用于制备埋入玻璃基板圆柱形导电通孔、环柱形导电通孔和同轴柱形导电通孔；可制作折线形柱、方形螺旋柱、六边形螺旋柱、八边形螺旋柱和圆形螺旋柱等，用于制备埋入玻璃基板电感；可制作双长方体和同轴双环形柱等，用于制备埋入玻璃基板电容。2.本专利技术采用干法刻蚀工艺形成高掺杂硅模具圆片上的内含埋入无源器件结构模具的凹槽阵列，凹槽阵列将被玻璃填充形成玻璃基板，凹槽阵列间的硅分隔各玻璃基板，通过硅刻蚀工艺可将各玻璃基板释放、分离，无需额外切割工艺。3.本专利技术采用高掺杂硅圆片作为玻璃基板上埋入无源元件的制作模具，硅基半导体工艺成熟，所做模具精准度高；通过将该高掺杂硅圆片与玻璃圆片阳极键合，该高掺杂硅圆片可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、干法刻蚀高掺杂硅圆片形成高掺杂硅模具圆片(1)，使高掺杂硅模具圆片(1)上包含内含埋入无源器件结构模具(2)的凹槽阵列(3)，凹槽阵列(3)之间的未刻蚀硅(4)用于后续器件分离；步骤二、将玻璃圆片(5)与步骤一得到的高掺杂硅模具圆片(1)在真空中阳极键合，使得凹槽阵列(3)密封于键合圆片内；步骤三、将步骤二得到的键合圆片放置在空气中加热，加热温度高于玻璃的软化点温度，并保温，直至熔融玻璃在凹槽内外压强差的作用下回流填充满凹槽阵列(3)内空隙，退火，冷却至常温，形成底部全高掺杂硅衬底(6)，中间埋入无源器件结构模具(2)的玻璃衬底和未刻蚀硅(4)的复合结构(7)，上部全玻璃衬底(8)的三重结构的回流圆片；步骤四、完全研磨和抛光步骤三得到的回流圆片的全玻璃衬底(8)，使埋入无源器件结构模具(2)的上表面裸露在玻璃衬底上表面；步骤五、干法刻蚀埋入玻璃衬底的无源器件结构模具(2)；步骤六、以全高掺杂硅衬底(6)为种子层，电镀铜填充满玻璃衬底内无源器件结构模具(2)被刻蚀后留下的中空结构，电镀铜形成埋入玻璃衬底的无源元件(10)；步骤七、湿法刻蚀全高掺杂硅衬底(6)与凹槽阵列(3)之间的未刻蚀硅(4)，得到免切割自分离的埋入无源元件(10)的玻璃基板(11)若干个；步骤八、表面加工步骤七得到的玻璃基板，沉积金属粘附层(12)，电镀金属导电层(13)，用作无源元件单元件，或3D集成的玻璃转接板。...

【技术特征摘要】
1.一种玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、干法刻蚀高掺杂硅圆片形成高掺杂硅模具圆片(1)，使高掺杂硅模具圆片
(1)上包含内含埋入无源器件结构模具(2)的凹槽阵列(3)，凹槽阵列(3)之间的
未刻蚀硅(4)用于后续器件分离；
步骤二、将玻璃圆片(5)与步骤一得到的高掺杂硅模具圆片(1)在真空中阳极键
合，使得凹槽阵列(3)密封于键合圆片内；
步骤三、将步骤二得到的键合圆片放置在空气中加热，加热温度高于玻璃的软化点
温度，并保温，直至熔融玻璃在凹槽内外压强差的作用下回流填充满凹槽阵列(3)内
空隙，退火，冷却至常温，形成底部全高掺杂硅衬底(6)，中间埋入无源器件结构模具
(2)的玻璃衬底和未刻蚀硅(4)的复合结构(7)，上部全玻璃衬底(8)的三重结构
的回流圆片；
步骤四、完全研磨和抛光步骤三得到的回流圆片的全玻璃衬底(8)，使埋入无源器
件结构模具(2)的上表面裸露在玻璃衬底上表面；
步骤五、干法刻蚀埋入玻璃衬底的无源器件结构模具(2)；
步骤六、以全高掺杂硅衬底(6)为种子层，电镀铜填充满玻璃衬底内无源器件结
构模具(2)被刻蚀后留下的中空结构，电镀铜形成埋入玻璃衬底的无源元件(10)；
步骤七、湿法刻蚀全高掺杂硅衬底(6)与凹槽阵列(3)之间的未刻蚀硅(4)，得
到免切割自分离的埋入无源元件(10)的玻璃基板(11)若干个；
步骤八、表面加工步骤七得到的玻璃基板，沉积金属粘附层(12)，电镀金属导电
层(13)，用作无源元件单元件，或3D集成的玻璃转接板。
2.根据权利要求1所述的玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法，其特征在
于，步骤一所述埋入无源器件结构模具(2)的形状包括圆柱形、环柱形、同轴柱形，
或折线形柱、方形螺旋柱、六边形螺旋柱、八边形螺旋柱、圆形螺旋柱，或双长方体、
同轴双环形柱。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法，其特
征在于，步骤一所述高掺杂硅圆片所掺杂质为磷(P)或砷(As)，电阻率为0.001～0.005
Ω·cm，厚度为300～...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚金堂，马梦颖，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32