[發明專利]利用集成pn結測量多芯片埋置型封裝芯片接面溫度的方法

有效

• 申請號: 201210015978.6
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102610539A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 湯佳杰;羅樂;徐高衛;陳驍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G01K7/01
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種可用于埋置型封裝的芯片接面溫度的測量方法，更確切地說是利用集成pn結測量多芯片埋置型高密度封裝芯片接面溫度的方法，屬于高密度封裝領域。?

背景技術

多芯片組件(Multichip?Module，縮寫為MCM)封裝是指將多個裸芯片和其它元器件組裝在同一塊多層互連基板上，然后進行封裝，從而形成高密度和高可靠性的微電子組件。根據所用多層布線基板的類型不同，MCM可分為疊層多芯片組件(MCM-L)、陶瓷多芯片組件(MCM-C)、淀積多芯片組件(MCM-D)以及混合多芯片組件(MCM-C/D)等。這種封裝技術是為了滿足電子組件小型化和高密度集成的需求而發展和成熟起來的一種新型組裝技術。MCM將多個裸芯片直接安裝和連接到襯底基板上，芯片之間互連距離短，降低了互連線上的寄生電感和阻抗，因而能在提高組裝密度的同時，降低信號的傳輸延遲時間，提高信號的傳輸速度，這有利于實現電子整機向功能化集成方向發展。埋置型MCM技術是將特定組件中多個微波芯片埋置在接地金屬化的襯底腔體中，通過通孔垂直引出，并于其上布置多層絕緣層/金屬布線互連。?

隨著電路組裝密度的不斷增加，其功率密度也相應提高，同時單位體積發熱量也有所增加。在外殼結構設計上，如果不能及時地將芯片所產生的熱量散發出去，設法抑制電路的溫升，必然對集成電路的可靠性產生極為嚴重的影響。對于芯片表面溫度的測量可采用多種方法，最簡便的是使用表面溫度溫度計直接測量。然而，對于埋置型MCM對其表面溫度測量并不能真實反映芯片發熱及封裝結構的散熱情況，故而需要對其芯片和襯底接面進行溫度測量。由于MCM結構的特殊性——芯片被埋置于襯底中并被多層絕緣層/金屬布線覆蓋，給其芯片接面溫度的測量以及封裝結構散熱問題的深入研究造成很大困難。因此，測量和監測埋置型MCM并解決多芯片埋置型高密度?封裝芯片的散熱問題刻不容緩，它也是需要攻克的難題之一。?

針對埋置型器件的接面溫度測量，可以采用在接面位置埋入溫度測量芯片的方法[Fei?Geng，Jia-jie?Tang，Le?Luo，Thermal?Management?and?testing?of?MCM?with?embedded?chip?in?Silicon?Substrate，International?Conference?on?Electronic?Packaging?Technology?&?High?Density?Packaging，2008，28-31?July2008，Shanghai，pp.1-6.]，利用芯片上的溫度傳感器進行測量，最常見的測量范圍在-40℃～150℃。但是，要在芯片接面埋入測溫芯片對于芯片和襯底厚度有一定限制，增加了工藝難度，而且，測溫范圍過窄，對于一些特殊用途的芯片不適用。特別地，對于研究芯片和封裝失效來說，希望能有更寬的測溫范圍。使用包括金屬、金屬化合物、摻雜電阻等在內的集成熱敏電阻一般厚度小于0.5um，非常適合接面集成并測溫。但是，大多數集成熱敏電阻的溫度線性度往往不夠高，且溫度高于120℃后溫度系數會出現拐點，影響測溫正確性和測溫范圍，雖然鉑電阻線性度高，測溫范圍大，但是價格昂貴，不適合商業應用。另外，集成電阻的測溫范圍可根據需要和成本通過選擇電阻材料來調整，具有很大的自由度。本發明擬從另一角度考慮測量接面溫度，即利用集成pn結來測量埋置型封裝結構的芯片接面溫度，具有很好的線性度，耗電量少，制造于襯底中幾乎不占體積，是一種理想的方法。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用pn結測量多芯片埋置型高密度封裝芯片接面溫度的測量方法。所述的接面溫度是指埋置芯片和襯底接面間的溫度。所述的方法不僅能夠真實反映芯片工作時的實時溫度，并且利用pn結陣列可以分析芯片的發熱分布狀況。另外，配合封裝表面溫度的測量，還可以深入研究整個封裝系統的熱性能。?

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：在芯片接面即襯底上的埋置槽中分別摻雜磷(P)和硼(B)，利用pn結的導通電壓隨溫度變化的特性來測量芯片接面溫度。根據需要選擇并控制摻雜劑量和結深。先在襯底上埋置槽內光刻出p型摻雜區并摻雜硼(B)，然后再光刻形成n+摻雜區并摻雜磷(P)，然后淀積金屬，光刻腐蝕形成引線焊盤和金屬布線。通過控制摻雜劑量和結深調節線性測溫范圍；通過pn結陣列可以實時獲取芯片接面溫度和熱分布情況。在此過程中，pn結的引腳需通過布線引出埋置槽以便在芯片埋入?后，仍不影響pn結的外連。然后再在襯底表明形成一層鈍化層，以形成pn結與埋置芯片粘結材料的隔離。通過光刻腐蝕開出焊盤窗口。?