一种倒金字塔型硅通孔垂直互联结构及制备方法技术

本发明专利技术公开一种倒金字塔型垂直互联结构及制备方法，包括基板和倒金字塔型通孔，所述基板采用单晶硅晶圆，所述倒金字塔型通孔贯穿于所述基板的上下表面；所述基板上下表面还设置有金属布线，所述基板上表面的金属布线通过所述倒金字塔通孔的侧壁与所述基板下表面的金属布线实现电连通；本发明专利技术倒金字塔型硅通孔垂直互联结构易于实现、工艺成本低、适用于大厚度硅基板，且能应用于直流电学信号以及低频段射频信号在硅基板内的垂直过渡传输。

An inverted pyramid silicon via vertical interconnection structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种倒金字塔型硅通孔垂直互联结构及制备方法
本专利技术涉及封装
，具体涉及一种倒金字塔型硅通孔垂直互联结构及制备方法。
技术介绍
随着先进封装技术的发展，系统级封装技术具有的微型化和高集成化的优势使其在消费类电子、汽车电子、工业电子、军用电子等各领域都得到了广泛的应用。单晶硅由于其制造精度高、成本低、批量化、易于集成等众多优点，已经成为系统级封装技术中最有发展前景的基板材料之一。因此，研究单晶硅基板中的垂直互联结构对未来硅基三维封装微系统结构、电性能及工艺设计都有着重要的意义。常规的硅通孔垂直互联结构是金属填充的空心或实心的圆柱形通孔。这种圆柱形硅通孔结构一般利用等离子深硅刻蚀工艺(以下简称DRIE工艺)和金属电镀工艺制备而得。目前的微纳加工技术中，DRIE工艺已经可以实现深度为几百微米的深孔刻蚀，但金属电镀工艺仍无法实现如此深度的金属填充。目前国内的技术水平仅能实现最多200微米～300微米深的金属电镀填充。因此，现今国内先进封装厂商所制备的硅通孔垂直互联结构厚度最大也就200微米～300微米的范围。一方面，过薄的硅基板其结构可靠性十分低，无法实现更大规模的多芯片系统级封装，也难以实现厚芯片(厚200微米以上)在硅基板中的埋置集成；另一方面，DRIE工艺以及深孔电镀工艺的技术门槛高，其组合工艺的技术难度大，且成本也较高。因此，目前很难实现圆柱形硅通孔垂直互联结构在系统级封装中的大规模推广。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种倒金字塔型垂直互联结构，包括基板和倒金字塔型通孔，所述基板采用单晶硅晶圆，所述倒金字塔型通孔贯穿于所述基板的上下表面；所述基板上下表面还设置有金属布线，所述基板上表面的金属布线通过所述倒金字塔通孔的侧壁与所述基板下表面的金属布线实现电连通。较佳的，所述倒金字塔型通孔内所有侧壁表面以及所述基板的上下表面均有覆盖设置有绝缘层，所述绝缘层设置于所述金属布线和所述基板之间。较佳的，上表面的所述金属布线包括第一金属区域和第二金属区域，所述第一金属区域和所述第二金属区域不连通；设置于所述第一金属区域上的倒金字塔通孔与所述基板下端面的射频信号传输线实现垂直互联；所述第二金属区域上设置的四个倒金字塔通孔与所述基板下端面的接地金属垂直互联，且所述第二金属区域上倒金字塔通孔环形设置于所述第一金属区域上倒金字塔通孔的周边。较佳的，一种所述倒金字塔型垂直互联结构的制备方法，包括步骤：S1，准备一片单晶硅晶圆；S2，在所述单晶硅晶圆的上表面形成腐蚀掩膜，并对所述单晶硅晶圆进行各向异性腐蚀，形成倒金字塔型凹坑；S3，在所述单晶硅晶圆上表面以及所述倒金字塔凹坑的内壁沉积一层第一绝缘层；S4，形成刻蚀掩膜，并将在所述倒金字塔凹坑底部位置的所述第一绝缘层去除；S5，在所述单晶硅晶圆的上表面和所述倒金字塔凹坑侧壁沉积第一金属薄膜，并对所述第一金属薄膜进行图形化，从而形成所述单晶硅晶圆上表面和所述倒金字塔凹坑内的金属布线；S6，将所述单晶硅晶圆从下表面进行减薄，直到所述倒金字塔凹坑底部的所述第一金属薄膜在所述单晶硅晶圆下表面露出为止，从而形成倒金字塔型通孔结构；S7，在已减薄的所述单晶硅晶圆下表面沉积一层第二绝缘层，并对所述第二绝缘层的图形化，以露出所述倒金字塔通孔底部的所述第一金属薄膜；S8，在所述单晶硅晶圆的下表面沉积第二金属薄膜，并对所述第二金属薄膜进行图形化，从而形成单晶硅晶圆下表面的金属布线，最终对所述单晶硅晶圆进行划片形成具有所述倒金字塔型垂直互联结构的单晶硅基板。较佳的，所述步骤S1中的所述单晶硅晶圆的晶圆厚度设置为0.1mm～1mm。较佳的，所述倒金字塔型凹坑的四个内侧面与水平面的夹角角度为54.74°。较佳的，在所述步骤S2中，利用湿法各向异性腐蚀工艺对所述单晶硅晶圆进行深硅腐蚀，形成所述倒金字塔型凹坑。较佳的，所述第一金属薄膜、所述第二金属薄膜和所述第二绝缘层的图形化均采用光刻图形化以及薄膜刻蚀工艺。较佳的，一种所述倒金字塔型垂直互联结构的制备方法，包括步骤：S1，准备一片单晶硅晶圆；S2，在所述单晶硅晶圆的上表面形成腐蚀掩膜，并对所述单晶硅晶圆进行各向异性腐蚀，形成倒金字塔型凹坑；S3，在所述单晶硅晶圆的上表面和所述倒金字塔凹坑侧壁沉积第一金属薄膜，并对所述第一金属薄膜进行图形化，从而形成所述单晶硅晶圆上表面和所述倒金字塔凹坑内的金属布线；S4，将所述单晶硅晶圆从下表面进行减薄，直到所述倒金字塔凹坑底部的所述第一金属薄膜在所述单晶硅晶圆下表面露出为止，从而形成倒金字塔型通孔结构；S5，在所述单晶硅晶圆的下表面沉积第二金属薄膜，并对所述第二金属薄膜进行图形化，从而形成单晶硅晶圆下表面的金属布线，最终对所述单晶硅晶圆进行划片形成具有所述倒金字塔型垂直互联结构的单晶硅基板。较佳的，所述单晶硅晶圆的电阻率高于1000Ω·cm。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：本专利技术倒金字塔型硅通孔垂直互联结构易于实现、工艺成本低、适用于大厚度硅基板，且能应用于直流电学信号以及低频段射频信号在硅基板内的垂直过渡传输。附图说明图1为本专利技术中单个所述倒金字塔型垂直互联结构的截面视图；图2为本专利技术所述倒金字塔型垂直互联结构的制备工艺流程图；图3为用于射频信号传输的倒金字塔型垂直互联结构视图；图4为图3所示射频信号传输结构沿A-A’切开的截面图；图5为倒金字塔型垂直互联结构用于射频信号传输时的典型插入损耗曲线图。图中数字表示：101-基板；102-倒金字塔型通孔；103-绝缘层；104-金属布线；105-第一金属区域；106-第二金属区域。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例一如图1所示，图1为本专利技术中单个所述倒金字塔型垂直互联结构的截面视图，所述倒金字塔型垂直互联结构包括基板101和倒金字塔型通孔102，所述基板101采用单晶硅晶圆，所述倒金字塔型通孔102贯穿于所述基板101的上下表面。所述基板101上下表面还设置有金属布线104，所述基板101上表面的金属布线104通过所述倒金字塔通孔102的侧壁与所述基板101下表面的金属布线104实现电连通，从而形成所述基板101上下表面的垂直互联结构。较佳的，所述倒金字塔型通孔102内所有侧壁表面以及所述基板101的上下表面均有覆盖设置有绝缘层103。如果所述基板101的电阻率高于1000Ω·cm，则所述绝缘层103可以省略。实施例二如图2所示，图2为本专利技术所述倒金字塔型垂直互联结构的制备工艺流程图，本专利技术所述倒金字塔型垂直互联结构的制备方法具体包括以下步骤：S1，准备一片单晶硅晶圆，所述单晶硅晶圆的晶圆厚度可设置为0.1mm～1mm范围内的任一数值；S2，利用光刻图形化工艺在所述单晶硅晶圆的上表面形成腐蚀掩膜，然后利用湿法腐蚀工艺对所述单晶硅晶圆进行各向异性腐蚀，形成倒金字塔型凹坑；所述各向异性腐蚀中的腐蚀溶液可以是TMAH、KOH或其他可以对单晶硅材料进行各向异性腐蚀的溶液；S3，利用薄膜沉积工艺在所述单晶硅晶圆上表面以及所述倒金字塔凹坑的内壁沉积一层第一绝缘层，以实现后续金属布线与所述单晶硅晶圆之间的电学隔绝；若所述单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倒金字塔型垂直互联结构，其特征在于，包括基板和倒金字塔型通孔，所述基板采用单晶硅晶圆，所述倒金字塔型通孔贯穿于所述基板的上下表面；所述基板上下表面还设置有金属布线，所述基板上表面的金属布线通过所述倒金字塔通孔的侧壁与所述基板下表面的金属布线实现电连通。

【技术特征摘要】
1.一种倒金字塔型垂直互联结构，其特征在于，包括基板和倒金字塔型通孔，所述基板采用单晶硅晶圆，所述倒金字塔型通孔贯穿于所述基板的上下表面；所述基板上下表面还设置有金属布线，所述基板上表面的金属布线通过所述倒金字塔通孔的侧壁与所述基板下表面的金属布线实现电连通。2.如权利要求1所述的倒金字塔型垂直互联结构，其特征在于，所述倒金字塔型通孔内所有侧壁表面以及所述基板的上下表面均有覆盖设置有绝缘层，所述绝缘层设置于所述金属布线和所述基板之间。3.如权利要求1或2所述的倒金字塔型垂直互联结构，其特征在于，上表面的所述金属布线包括第一金属区域和第二金属区域，所述第一金属区域和所述第二金属区域不连通；设置于所述第一金属区域上的倒金字塔通孔与所述基板下端面的射频信号传输线实现垂直互联；所述第二金属区域上设置的四个倒金字塔通孔与所述基板下端面的接地金属垂直互联，且所述第二金属区域上倒金字塔通孔环形设置于所述第一金属区域上倒金字塔通孔的周边。4.一种如权利要求2所述的倒金字塔型垂直互联结构的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1，准备一片单晶硅晶圆；S2，在所述单晶硅晶圆的上表面形成腐蚀掩膜，并对所述单晶硅晶圆进行各向异性腐蚀，形成倒金字塔型凹坑；S3，在所述单晶硅晶圆上表面以及所述倒金字塔凹坑的内壁沉积一层第一绝缘层；S4，形成刻蚀掩膜，并将在所述倒金字塔凹坑底部位置的所述第一绝缘层去除；S5，在所述单晶硅晶圆的上表面和所述倒金字塔凹坑侧壁沉积第一金属薄膜，并对所述第一金属薄膜进行图形化，从而形成所述单晶硅晶圆上表面和所述倒金字塔凹坑内的金属布线；S6，将所述单晶硅晶圆从下表面进行减薄，直到所述倒金字塔凹坑底部的所述第一金属薄膜在所述单晶硅晶圆下表面露出为止，从而形成倒金字塔型通孔结构；S7，在已减薄的所述单晶硅晶圆下表面沉积一层第二绝缘层，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾鸿江，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34