一种利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构及其制作方法，该方法利用TSV实现双面集成的系统级封装结构，在需要集成MMIC芯片时，不必在布线之前就埋入衬底，其性能、可靠性、以及成品率将得到改善。同时，在制作过程中的注入腐蚀、释放和高温退火等工艺可以在MMIC集成之前使用，需要使用特殊工艺的元器件可以在衬底的另一面事先组装和集成。因而包括有源和无源器件、MEMS器件、以及光电器件等的衬底在集成MMIC之前可以很方便地大规模制造，并且工艺相对简单，成本降低，是目前极为先进、可靠的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路领域，特别是涉及ー种利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构及其制作方法。
技术介绍
为了满足超大規模集成电路(VLSI)发展的需要，新颖的3D堆叠式封装技术应运而生。它用最小的尺寸和最轻的重量，将不同性能的芯片和多种技术集成到单个封装体中，是ー种通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制造垂直电学导通，实现芯片之间互连的 最新的封装互连技术，与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，所述的封装互连技术是采用TSV (穿硅通孔)代替了 2D-CU互连，能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。因此，日月光公司集团研发中心总经理唐和明博士在Chartered 2007技术研讨会上将TSV称为继线键合(Wire Bonding)、载带自动焊(TAB)和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技木。硅基埋置型圆片级系统封装在微波频段的微波多芯片组件(MMCM，MicrowaveMonolithic Integrated Circuit)应用中取得了很好的效果，但为了达到更高密度的封装和集成能力，在封装尺寸，材料，エ艺，热、机械和电性能以及多种不同技术混合集成方面还面临ー些挑战。作为ー种新技术，其可靠性和散热性能方面还存在缺陷。尤其是由于エ艺复杂度(包括多层互连，无源器件集成，埋置芯片集成等制造过程)造成的成品率的限制，极大地影响了其更广泛的应用。例如，埋置入衬底埋置槽的MMIC芯片需要承受在之后的エ艺过程中失效的风险；而且当MMIC埋入后，ー些特殊的エ艺，如腐蚀、释放、高温退火等也可能对MMIC芯片造成伤害。TSV是解决上述问题的一个可选方案。作为当前三维封装领域最核心最基本的技木，TSV技术可以实现最短的穿硅互连长度，并且其集成密度数倍于单面集成。不仅可以减少损耗和寄生效应的影响，而且能够很容易地实现不同层次封装(芯片，晶圆，封装)器件的堆叠，芯片面对面安装堆叠所引起的串扰问题也容易避免。虽然针对TSV的研究很多，但是其在业界的应用仍受制于其エ艺的不成熟和极高的成本。并且，在微波频段系统级封装方面，由于较高的衬底损耗和难度极高的制造低损耗的传输线结构(如同轴线)的方法，TSV用于微波埋置型圆片级系统封装一直难以实现。鉴于此，为了克服上述现有技术中的种种缺点，如何提出一种新的封装结构及其制作方法成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
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ー种利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构及其制作方法，用于解决现有技术中エ艺复杂、成品率低、信号串扰、高损耗、以及集成密度小的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供ー种利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，至少包括以下步骤I)提供一闻阻双抛娃晶圆，在所述娃晶圆表面热生长一层SiO2层；2)在所述SiO2层上进行光刻形成通孔图形，并利用HF腐蚀掉所述通孔图形对应的SiO2以暴露出其下方的硅晶圆，然后以SiO2层为掩膜，利用反应离子刻蚀エ艺对露出的硅晶圆进行刻蚀以形成穿硅通孔，并在所述穿硅通孔内壁热氧化生成ー层SiO2层；3)在所述硅晶圆一面上的SiO2层上进行光刻以形成埋置槽图形，并利用HF腐蚀掉所述埋置槽图形对应的SiO2以暴露出其下方的硅晶圆，然后将所述硅晶圆浸入KOH腐蚀液进行湿法刻蚀以形成预定深度的埋置槽，并在所述埋置槽底部及侧壁热氧化生成ー层SiO2 层；4)在所述硅晶圆上无所述埋置槽的一面制备依次包含有TiW层、Au层的第一种子层； 5)提供ー陪片，在所述陪片一面制备依次包含有TiW层、Au层的第二种子层，然后将该第二种子层Au面与所述第一种子层Au面进行键合；6)利用电镀エ艺在所述穿硅通孔中形成高于所述硅晶圆表面的铜柱，然后利用湿法刻蚀和化学机械抛光エ艺去除所述陪片，接着利用离子束刻蚀エ艺去除所述硅晶圆表面的第一种子层和第二种子层键合形成的金属层；7)在所述硅晶圆双面分别制备依次包含有TiW层、Au层的第三种子层，然后在所述第三种子层上喷涂ー层光刻胶进行光刻形成特定的布线图形，接着通过电镀エ艺在显影后的所述第三种子层上沉积一定厚度的Au层以形成特定的地屏蔽布线层，最后利用离子束刻蚀エ艺去除没有被所述电镀Au层所覆盖的第三种子层；8)在所述硅晶圆上无埋置槽的一面制备多层包含光敏BCB层、布线层、层间互连线、与所述布线层相连接的各种无源器件、以及形成于最顶层的若干焊盘或焊球；9)在所述硅晶圆上具有埋置槽的一面使用导电胶将芯片背面粘接于所述埋置槽底部，实现该芯片和所述娃晶圆的粘合；10)在所述硅晶圆上具有埋置槽的一面制备多层包含光敏BCB层、布线层、层间互连线、与所述布线层相连接的各种无源器件、以及形成于最顶层的若干焊盘或焊球；11)在所述焊盘上表贴元器件或倒装芯片。可选地，所述步骤I)中硅晶圆的电阻率为1000Ω ·αιι 3000Ω · cm，厚度为200 μ m 300 μ m。可选地，热氧化生长的所述SiO2层的厚度均为2 μ m。可选地，所述步骤3)中的KOH腐蚀液的温度为50°C，浓度为40wt%，所腐蚀出的埋置槽的深度为95 μ m 105 μ m。可选地，所述第一、第二、第三种子层的制备方法均采用磁控溅射エ艺；所述第一种子层中TiW层和Au层的厚度分别为40nm 60nm和150nm 250nm ;所述第二种子层中Tiff层和Au层的厚度分别为40nm 60nm和150nm 250nm。可选地，所述步骤5)中的陪片为硅晶圆，且所述硅晶圆的厚度为150μπι 250 μ m。可选地,所述步骤6)中铜柱高出所述娃晶圆表面的高度不大于5 μ m。可选地，所述硅晶圆双面的第三种子层的厚度相等，其中TiW层厚度为20nm 30nm, Au层为IOOnm 150nm ;所述电镀エ艺形成的Au层的厚度均为3 μ m 4 μ m ;所述光敏BCB层的厚度均为25 μ m 35 μ m。可选地，所述步骤10)中匪IC和所述硅晶圆粘合后还要放入140°C 160°C烘箱内烘烤50分钟 70分钟固化导电胶，以实现该芯片和所述硅晶圆粘合。可选地，所述步骤8)还包括8-1)在所述硅晶圆上无埋置槽的一面旋涂光敏BCB介质层，然后对所述BCB介质层进行光刻エ艺以露出其下方的铜柱、以及地屏蔽布线层作为后续引线；8-2)在所述光刻过的光敏BCB介质层上溅射依次包含有Cr层、Au层的第四种子层，然后在所述第四种子层上喷涂光刻胶对该第四种子层进行光刻形成特定的布线图，以实现将所述步骤8-1)中的引线和TSV铜柱引出，同时ー些无源器件和布线层在此步形成；8-3)通过电镀エ艺在所述光刻露出的第四种子层上沉积一定厚度的Au层，去胶后利用离子束刻蚀エ艺去除之前被光刻胶覆盖而没有被电镀Au的第四种子层； 8-4 )在所述步骤8-3 )基础上再次旋涂光敏BCB介质层，然后对所述BCB介质层进行光刻エ艺以露出其下方的引线；8-5)多次连续重复所述步骤8-2)、8-3)、以及8_4)可以实现多层包含光敏BCB层、布线层、层间互连线、与所述布线层相连接的各种无源器件、以及最終形成于顶层的若干焊盘。可选地，所述第四种子层以及所述步骤8-5)中多次重复制备的种子层中的Cr层和Au层的厚度分别为为40本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于，至少包括以下步骤 1)提供一高阻双抛硅晶圆，在所述硅晶圆表面热生长ー层SiO2层； 2)在所述SiO2层上进行光刻形成通孔图形，并利用HF腐蚀掉所述通孔图形对应的SiO2以暴露出其下方的硅晶圆，然后以SiO2层为掩膜，利用反应离子刻蚀エ艺对露出的硅晶圆进行刻蚀以形成穿硅通孔，并在所述穿硅通孔内壁热氧化生成ー层SiO2层； 3)在所述硅晶圆一面上的SiO2层上进行光刻以形成埋置槽图形，并利用HF腐蚀掉所述埋置槽图形对应的SiO2以暴露出其下方的硅晶圆，然后将所述硅晶圆浸入KOH腐蚀液进行湿法刻蚀以形成预定深度的埋置槽，并在所述埋置槽底部及侧壁热氧化生成ー层SiO2层； 4)在所述硅晶圆上无所述埋置槽的一面制备依次包含有TiW层、Au层的第一种子层； 5)提供ー陪片，在所述陪片一面制备依次包含有TiW层、Au层的第二种子层，然后将该第二种子层Au面与所述第一种子层Au面进行键合； 6)利用电镀エ艺在所述穿硅通孔中形成高于所述硅晶圆表面的铜柱，然后利用湿法刻蚀和化学机械抛光エ艺去除所述陪片，接着利用离子束刻蚀エ艺去除所述硅晶圆表面的第一种子层和第二种子层键合形成的金属层； 7)在所述硅晶圆双面分别制备依次包含有TiW层、Au层的第三种子层，然后在所述第三种子层上喷涂ー层光刻胶进行光刻形成特定的布线图形，接着通过电镀エ艺在显影后的所述第三种子层上沉积一定厚度的Au层以形成特定的地屏蔽布线层，最后利用离子束刻蚀エ艺去除没有被所述电镀Au层所覆盖的第三种子层； 8)在所述硅晶圆上无埋置槽的一面制备多层包含光敏BCB层、布线层、层间互连线、与所述布线层相连接的各种无源器件、以及形成于最顶层的若干焊盘或焊球； 9)在所述硅晶圆上具有埋置槽的一面使用导电胶将芯片背面粘接于所述埋置槽底部，实现该芯片和所述娃晶圆的粘合； 10)在所述硅晶圆上具有埋置槽的一面制备多层包含光敏BCB层、布线层、层间互连线、与所述布线层相连接的各种无源器件、以及形成于最顶层的若干焊盘或焊球； 11)在所述焊盘上表贴元器件或倒装芯片。2.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述步骤I)中硅晶圆的电阻率为1000 Ω .cm 3000Ω ·ο ，厚度为200 μ m 300 μ m。3.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于热氧化生长的所述SiO2层的厚度均为2 μ m。4.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述步骤3)中的KOH腐蚀液的温度为50°C，浓度为40wt%，所腐蚀出的埋置槽的深度为95 μ m 105 μ m。5.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在干所述第一、第二、第三种子层的制备方法均采用磁控溅射エ艺。6.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述第一种子层中TiW层和Au层的厚度分别为40nm 60nm和150nm 250nm。7.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述第二种子层中TiW层和Au层的厚度分别为40nm 60nm和150nm 250nm。8.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述步骤5)中的陪片为硅晶圆，且所述硅晶圆的厚度为150μπι 250μπι。9.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述步骤6)中铜柱高出所述娃晶圆表面的高度不大于5 μ m。10.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述硅晶圆双面的第三种子层的厚度相等，其中TiW层厚度为20nm 30nm，Au层为IOOnm 150nmo11.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述电镀エ艺形成的Au层的厚度均为3 μ m 4 μ m。12.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法，其特征在于所述光敏BCB层的厚度均为25 μ m 35 μ m。13.根据权利要求I所述的利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈骁，罗乐，汤佳杰，徐高卫，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：