[發明專利]實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法

有效

• 申請號: 201810601226.5
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108766897B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 馬盛林;蔡涵;王瑋;金玉豐;陳兢;龔丹;胡鑫欣
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L21/56
• 分類號: H01L21/56
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

1.一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于包括如下步驟：

1)在GaN芯片的背面蝕刻制作第一開放微流道結構；

2)將內嵌第一垂直微流道和第一金屬化硅通孔的第一基板組裝在帶有第二開放微流道的金屬封裝殼體上；所述第一垂直微流道和第一金屬化硅通孔分別沿著第一基板的厚度方向設置；將第一GaN芯片通過鍵合在第一基板遠離金屬封裝殼體的一面上，使得第一GaN芯片的第一開放微流道與第一基板的第一垂直微流道密閉連接；

3)將其他微電子功能芯片集成至第一基板遠離金屬封裝殼體的一面上；

4)將內嵌第二垂直微流道和第二金屬化硅通孔電學互連的硅支撐塊鍵合于第一基板遠離金屬封裝殼體的一面上；所述支撐塊位于GaN芯片的兩側；所述第二垂直微流道和第二金屬化硅通孔分別沿著支撐塊的厚度方向設置；所述第二垂直微流道和第一垂直微流道連通；

5)將內嵌第三垂直微流道和第三金屬化硅通孔電學互連的第二基板堆疊鍵合在支撐塊之上；所述第三垂直微流道和第三金屬化硅通孔分別沿著第二基板的厚度方向設置；所述第三垂直微流道和第二垂直微流道連通；

6)將第二GaN芯片鍵合在第二基板遠離第一基板的一面上，使得第二GaN芯片的開放微流道與第二基板的第三垂直微流道密閉連接；

7)將其他微電子功能芯片集成至第二基板遠離第一基板的一面上。

2.根據權利要求1所述的一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于：所述第一基板采用如下方法制作：

(1)提供第一襯底，在所述第一襯底的上表面上形成具有一定深度的開放流道結構；

(2)提供第二襯底，在第二襯底的下表面上形成一定深度的開放流道結構，且其結構與第一襯底的開放流道的結構相對應；

(3)把第一襯底和第二襯底鍵合連接，使得第一襯底和第二襯底的開放微流道結構拼合形成所述第一垂直微流道；

(4)在所述第一基板上制作用以實現電學垂直互聯的第一金屬化硅通孔，其沿著第一基板的厚度方向設置；

(5)在所述第一基板的上下表面形成致密的絕緣層，同時在基板上的第一金屬化硅通孔的側壁形成環狀絕緣層；

(6)在所述第一金屬化硅通孔中填充導電材料形成導電柱，導電柱的上下兩個端面分別設置第一金屬互連層和第二金屬互聯層；

(7)在第一基板的上下表面分別制作第一垂直微流道的輸入/輸出端口。

3.根據權利要求2所述的一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于：在步驟(3)和步驟(4)之間還包括一子步驟：通過機械減薄、研磨、化學拋光等工藝在所述第一基板上下表面進行減薄工藝，以此減少第一基板整體厚度。

4.根據權利要求2所述的一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于：所述開放流道為直線型、擾流柱型、蛇形中的一種。

5.根據權利要求2所述的一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于：所述第一襯底、第二襯底、支撐塊可選擇為雙拋高阻硅材料。

6.根據權利要求2所述的一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于：所述第一襯底、第二襯底通過圓片級鍵合工藝鍵合。

7.根據權利要求6所述的一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于：所述圓片級鍵合工藝為圓片級硅-硅鍵合、聚合物鍵合。

8.根據權利要求2所述的一種實現大功率GaN器件層散熱的三維異質結構的封裝方法，其特征在于：所述第一金屬化硅通孔內由外到內依次設置絕緣層、擴散阻擋層和導電金屬層，所述擴散阻擋層和金屬導電層形成垂直互聯結構；導電金屬層包括種子層和加厚金屬層。