基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法技术

本发明专利技术提供一种基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法。晶圆封装方法包括步骤：提供待封装的晶圆，晶圆包括相对的正面和背面，正面上形成有芯片；对晶圆的背面进行光刻刻蚀，以于晶圆的背面形成多个间隔设置的散热鰭片，各散热鰭片通过沟槽相间隔，散热鰭片的厚度小等于100nm；于散热鰭片的表面和沟槽的表面依次沉积形成热界面材料层和散热层以形成纳米级散热器，热界面材料层和散热层的厚度之和小于沟槽的宽度的1/2。本发明专利技术创造性地在芯片的背面形成新型结构散热器，通过工艺流程及结构设计，可形成纳米尺寸的散热器，能获得更大的散热表面积，极大改善器件的散热性能，提高器件可靠性，而且可确保封装出的结构尺寸不会增加，保证WLCSP小尺寸的优势。保证WLCSP小尺寸的优势。保证WLCSP小尺寸的优势。

【技术实现步骤摘要】
基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，具体涉及后段封装，特别是涉及一种基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法。

技术介绍

[0002]晶圆级芯片级封装(wafer level chip system packing，简称WLCSP)由于其更好的电气参数、更小的尺寸和更低的制造成本，在便携式电子设备中越来越流行。例如，对于相同芯片尺寸的功率转换集成电路(IC)，WLCSP可以比方形扁平无引脚封装(Quad Flat No
‑
leads Package，简称QFN)封装实现更高的效率。由于WLCSP发热部件(硅芯片)本身构成了封装体，硅材料并不具有良好的热导性能；再者，WLCSP芯片的散热面积较小，因此不可能在封装层面上获得良好的散热性能。随着芯片的尺寸的微缩和集成度的提高，发热量的增加，不仅电路运行效率降低，而且还可能导致电子电路的热失控，导致芯片使用寿命缩短，甚至导致电路元件损坏。因此，在作为热源的集成电路中提供散热装置至关重要。然而，如何在较小的面积内消散功率损耗热量，并使集成电路温度保持较低温，将成为一个巨大的挑战。
[0003]此外，由于尺寸小和封装材料的局限，WLCSP封装具有更高的结对环境热阻(R
θJA
)。对于相同的IC，QFN的R
θJA
约为32.6℃/W，而WLCSP可高达55.8℃/W。其他的封装装置，比如倒装芯片盖球栅阵列(FCLBGA)封装，虽然可以通过在外部安装散热器以改善散热性能。但是传统的散热器的尺寸很大(均在毫米级以上)，这样会使器件的封装尺寸增大，失去了WLCSP尺寸小的竞争优势。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法，用于解决现有技术中的封装结构具有较高的结对环境热阻，导致器件散热性能差，而通过安装外部散热器改善散热会导致封装尺寸增大等问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于纳米级散热器的晶圆封装方法，所述晶圆封装方法包括步骤：
[0006]提供待封装的晶圆，所述晶圆包括相对的正面和背面，正面上形成有芯片；
[0007]对所述晶圆的背面进行光刻刻蚀，以于所述晶圆的背面直接形成多个间隔设置的散热鰭片，各散热鰭片通过沟槽相间隔，散热鰭片的横向尺寸小于等于100nm；
[0008]于所述散热鰭片的表面和沟槽的表面依次形成热界面材料层和散热层以形成纳米级散热器，所述热界面材料层和散热层的厚度之和小于所述沟槽的宽度的1/2。
[0009]可选地，所述晶圆封装方法还包括在刻蚀之前对所述晶圆的背面进行减薄的步骤。
[0010]更可选地，对所述晶圆的背面进行减薄的方法包括化学机械研磨方法，形成所述热界面材料层和散热层的方法包括原子层沉积法。
[0011]可选地，对所述晶圆的背面进行光刻刻蚀以形成散热鰭片的步骤包括：
[0012]于所述晶圆的背面涂布形成光刻胶层；
[0013]对所述光刻胶层进行曝光显影，以于所述光刻胶层中定义出所述散热鰭片的图形；
[0014]依所述光刻胶层对所述晶圆的背面进行等离子体刻蚀，以于所述晶圆的背面形成所述散热鰭片。
[0015]可选地，所述光刻胶层的厚度为2μm，所述图形化处理包括在形成光刻胶层后对所述光刻胶层进行烘烤，之后进行曝光和软烘，最后进行显影和硬烘的步骤。
[0016]可选地，所述散热鰭片的横向尺寸大于50nm，高度为2μm，所述沟槽的宽度为150nm
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250nm。
[0017]更可选地，所述散热层包括金属散热层，形成所述热界面材料层和金属散热层的方法为原子层沉积法。
[0018]可选地，所述热界面材料层包括钽层、氮化钽层、钛层和氮化钛层的若干种，所述金属散热层包括铜层和/或铝层。
[0019]可选地，所述热界面材料层的厚度为10nm
‑
30nm，所述散热层的厚度为20nm
‑
40nm。
[0020]本专利技术还提供一种基于纳米级散热器的晶圆封装结构，所述晶圆封装结构包括晶圆，所述晶圆具有相对的正面和背面，所述正面形成有芯片，所述背面形成有散热器，所述散热器包括多个散热鰭片、热界面材料层和散热层，各散热鰭片通过沟槽相间隔，所述热界面材料层和散热层位于所述散热鰭片的表面和沟槽的表面，且所述散热鰭片和所述晶圆为一体连接。
[0021]如上所述，本专利技术的基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法，具有以下有益效果：本专利技术创造性地在芯片的背面，即在原位(in
‑
situ)形成新型结构散热器结构，通过工艺流程以及结构设计，可形成纳米尺寸的散热器，纳米尺寸的散热器能获得更大的散热表面积，可以极大改善器件的散热性能，提高器件可靠性，而且可确保封装出的结构尺寸不会增加，保证WLCSP小尺寸的优势。
附图说明
[0022]图1显示为本专利技术提供的基于纳米级散热器的晶圆封装方法提供待封装的晶圆的示意图。
[0023]图2显示为本专利技术对晶圆进行背面减薄后的示意图。
[0024]图3显示为本专利技术对晶圆进行背面刻蚀的示意图。
[0025]图4显示为本专利技术于晶圆背面形成散热鰭片的示意图。
[0026]图5显示为本专利技术于散热鰭片表面形成热界面材料层和散热层的示意图。
[0027]图6显示为图4的A区域的放大示意图。
[0028]元件标号说明
[0029]11
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晶圆
[0030]12
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散热鰭片
[0031]13
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沟槽
[0032]14
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散热层
[0033]15
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光刻胶层
[0034]16
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光罩
具体实施方式
[0035]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0036]为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米级散热器的晶圆封装方法，其特征在于，所述晶圆封装方法包括步骤：提供待封装的晶圆，所述晶圆包括相对的正面和背面，正面上形成有芯片；对所述晶圆的背面进行光刻刻蚀，以于所述晶圆的背面直接形成多个间隔设置的散热鰭片，各散热鰭片通过沟槽相间隔，散热鰭片的横向尺寸小于等于100nm；于所述散热鰭片的表面和沟槽的表面依次形成热界面材料层和散热层以形成纳米级散热器，所述热界面材料层和散热层的厚度之和小于所述沟槽的宽度的1/2。2.根据权利要求1所述的晶圆封装方法，其特征在于，所述晶圆封装方法还包括在刻蚀之前对所述晶圆的背面进行减薄的步骤。3.根据权利要求2所述的晶圆封装方法，其特征在于，对所述晶圆的背面进行减薄的方法包括化学机械研磨方法。4.根据权利要求1所述的晶圆封装方法，其特征在于，对所述晶圆的背面进行光刻刻蚀以形成散热鰭片的步骤包括：于所述晶圆的背面涂布形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光显影，以于所述光刻胶层中定义出所述散热鰭片的图形；依所述光刻胶层对所述晶圆的背面进行等离子体刻蚀，以于所述晶圆的背面形成所述散热鰭片。5.根据权利要求4所述的晶圆封装方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度为2μm，所述曝光显影包括在形成光刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建校，陆明，商俊强，朱文杰，姜培，史方，
申请(专利权)人：光梓信息科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：