[發(fā)明專利]一種利用穿硅通孔的微波多芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210219229.5
• 申請(qǐng)日: 2012-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102723306A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳驍;羅樂(lè);湯佳杰;徐高衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768;H01L25/00;H01L23/48
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種利用穿硅通孔的微波多芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

為了滿足超大規(guī)模集成電路(VLSI)發(fā)展的需要，新穎的3D堆疊式封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它用最小的尺寸和最輕的重量，將不同性能的芯片和多種技術(shù)集成到單個(gè)封裝體中，是一種通過(guò)在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制造垂直電學(xué)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)芯片之間互連的最新的封裝互連技術(shù)，與以往的IC封裝鍵合和使用凸點(diǎn)的疊加技術(shù)不同，所述的封裝互連技術(shù)是采用TSV（穿硅通孔）代替了2D-Cu互連，能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，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，日月光公司集團(tuán)研發(fā)中心總經(jīng)理唐和明博士在Chartered?2007技術(shù)研討會(huì)上將TSV稱為繼線鍵合（Wire?Bonding）、載帶自動(dòng)焊(TAB)和倒裝芯片(FC)之后的第四代封裝技術(shù)。

硅基埋置型圓片級(jí)系統(tǒng)封裝在微波頻段的微波多芯片組件（MMCM，MicrowaveMonolithic?Integrated?Circuit）應(yīng)用中取得了很好的效果，但為了達(dá)到更高密度的封裝和集成能力，在封裝尺寸，材料，工藝，熱、機(jī)械和電性能以及多種不同技術(shù)混合集成方面還面臨一些挑戰(zhàn)。作為一種新技術(shù)，其可靠性和散熱性能方面還存在缺陷。尤其是由于工藝復(fù)雜度（包括多層互連，無(wú)源器件集成，埋置芯片集成等制造過(guò)程）造成的成品率的限制，極大地影響了其更廣泛的應(yīng)用。例如，埋置入襯底埋置槽的MMIC芯片需要承受在之后的工藝過(guò)程中失效的風(fēng)險(xiǎn)；而且當(dāng)MMIC埋入后，一些特殊的工藝，如腐蝕、釋放、高溫退火等也可能對(duì)MMIC芯片造成傷害。

TSV是解決上述問(wèn)題的一個(gè)可選方案。作為當(dāng)前三維封裝領(lǐng)域最核心最基本的技術(shù)，TSV技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)最短的穿硅互連長(zhǎng)度，并且其集成密度數(shù)倍于單面集成。不僅可以減少損耗和寄生效應(yīng)的影響，而且能夠很容易地實(shí)現(xiàn)不同層次封裝（芯片，晶圓，封裝）器件的堆疊，芯片面對(duì)面安裝堆疊所引起的串?dāng)_問(wèn)題也容易避免。雖然針對(duì)TSV的研究很多，但是其在業(yè)界的應(yīng)用仍受制于其工藝的不成熟和極高的成本。并且，在微波頻段系統(tǒng)級(jí)封裝方面，由于較高的襯底損耗和難度極高的制造低損耗的傳輸線結(jié)構(gòu)（如同軸線）的方法，TSV用于微波埋置型圓片級(jí)系統(tǒng)封裝一直難以實(shí)現(xiàn)。

鑒于此，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)，如何提出一種新的封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法成為目前亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用穿硅通孔的微波多芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中工藝復(fù)雜、成品率低、信號(hào)串?dāng)_、高損耗、以及集成密度小的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種利用穿硅通孔的微波多芯片封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，至少包括以下步驟：

1）提供一高阻雙拋硅晶圓，在所述硅晶圓表面熱生長(zhǎng)一層SiO₂層；

2）在所述SiO₂層上進(jìn)行光刻形成通孔圖形，并利用HF腐蝕掉所述通孔圖形對(duì)應(yīng)的SiO₂以暴露出其下方的硅晶圓，然后以SiO₂層為掩膜，利用反應(yīng)離子刻蝕工藝對(duì)露出的硅晶圓進(jìn)行刻蝕以形成穿硅通孔，并在所述穿硅通孔內(nèi)壁熱氧化生成一層SiO₂層；

3）在所述硅晶圓一面上的SiO₂層上進(jìn)行光刻以形成埋置槽圖形，并利用HF腐蝕掉所述埋置槽圖形對(duì)應(yīng)的SiO₂以暴露出其下方的硅晶圓，然后將所述硅晶圓浸入KOH腐蝕液進(jìn)行濕法刻蝕以形成預(yù)定深度的埋置槽，并在所述埋置槽底部及側(cè)壁熱氧化生成一層SiO₂層；

4）在所述硅晶圓上無(wú)所述埋置槽的一面制備依次包含有TiW層、Au層的第一種子層；

5）提供一陪片，在所述陪片一面制備依次包含有TiW層、Au層的第二種子層，然后將該第二種子層Au面與所述第一種子層Au面進(jìn)行鍵合；

6）利用電鍍工藝在所述穿硅通孔中形成高于所述硅晶圓表面的銅柱，然后利用濕法刻蝕和化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述陪片，接著利用離子束刻蝕工藝去除所述硅晶圓表面的第一種子層和第二種子層鍵合形成的金屬層；

7）在所述硅晶圓雙面分別制備依次包含有TiW層、Au層的第三種子層，然后在所述第三種子層上噴涂一層光刻膠進(jìn)行光刻形成特定的布線圖形，接著通過(guò)電鍍工藝在顯影后的所述第三種子層上沉積一定厚度的Au層以形成特定的地屏蔽布線層，最后利用離子束刻蝕工藝去除沒(méi)有被所述電鍍Au層所覆蓋的第三種子層；