[發(fā)明專利]用于三維集成晶圓系統(tǒng)散熱的流量可測的微流道制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310052799.8
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN115863183B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉冠東;王偉豪;李潔;王傳智;張汝云
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實驗室
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;G01F1/56;G01P5/08;G01K7/16;G01K7/18;H01L23/473
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種用于三維集成晶圓系統(tǒng)散熱的流量可測的微流道制造方法，包括：壓阻式流量計制造步驟：在絕緣體上硅晶圓的上表面構(gòu)造第一力敏應(yīng)變結(jié)構(gòu)并構(gòu)造力敏電阻和測溫電阻；埋氧層二氧化硅釋放步驟：在所述絕緣體上硅晶圓的上表面刻蝕釋放孔，并用濕法腐蝕所述釋放孔下方的埋氧層二氧化硅，形成微流道；釋放孔電鍍銅封閉步驟：在所述絕緣體上硅晶圓的上表面和所述釋放孔的側(cè)壁沉積種子層金屬，基于所述種子層電鍍銅形成銅柱封閉所述微流道的上表面；微流道內(nèi)壁無機鍍銅步驟：使用化學法在所述微流道的內(nèi)壁上下表面鍍上銅散熱層。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于三維集成晶圓系統(tǒng)散熱的流量可測的微流道制造方法。

背景技術(shù)

在“后摩爾時代”隨著先進封裝技術(shù)的發(fā)展，不同的芯片可以通過高密度三維堆疊集成起來，從而大幅度提升了系統(tǒng)的性能。但是高密度集成系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的熱量，嚴重影響芯片的正常工作。近年來，人們開始使用載有冷卻液的微流道對三維集成的芯片內(nèi)部進行散熱。一種傳統(tǒng)的做法是在芯片的背面刻蝕出微流道的槽體結(jié)構(gòu)，再與另一片同樣刻蝕有微流道槽體結(jié)構(gòu)的硅片或玻璃片進行對準鍵合形成微流道閉合管路；另一種常見的做法是在芯片的背面涂覆有機聚合并刻蝕出微流道的槽體結(jié)構(gòu)，再與其他襯片貼合形成微流道閉合管路。傳統(tǒng)的做法均需要額外引入其他襯片和鍵合工藝，不僅增加工藝復(fù)雜程度而且也增加了芯片的厚度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本申請實施例的目的是提供含有壓阻式流量檢測功能的晶圓散熱微流道的制備方法，基于絕緣體上硅（SOI,?Silicon-On-Insulator）晶圓開發(fā)了埋氧層二氧化硅犧牲釋放工藝，不需要填充有機聚合物，而只依靠SOI晶圓的器件層硅、埋氧層二氧化硅和襯底層硅就能構(gòu)成微流道閉合管路；開發(fā)了電鍍銅封閉工藝和內(nèi)壁選擇性化學鍍銅工藝，形成的銅柱熱沉和內(nèi)壁金屬化銅層大幅度提升了微流道的散熱能力；同時，本發(fā)明還在微流道中集成了壓阻式流量計，可以對冷卻液微流體的流速和溫度進行實時的檢測。

根據(jù)本申請實施例的第一方面，提供一種用于三維集成晶圓系統(tǒng)散熱的流量可測的微流道制造方法，包括：

壓阻式流量計制造步驟：在絕緣體上硅晶圓的上表面構(gòu)造第一力敏應(yīng)變結(jié)構(gòu)并構(gòu)造力敏電阻和測溫電阻；

埋氧層二氧化硅釋放步驟：在所述絕緣體上硅晶圓的上表面刻蝕釋放孔，并用濕法腐蝕所述釋放孔下方的埋氧層二氧化硅，形成微流道；

釋放孔電鍍銅封閉步驟：在所述絕緣體上硅晶圓的上表面和所述釋放孔的側(cè)壁沉積種子層金屬，基于所述種子層電鍍銅形成銅柱封閉所述微流道的上表面；

微流道內(nèi)壁無機鍍銅步驟：使用化學法在所述微流道的內(nèi)壁上下表面鍍上銅散熱層。

進一步地，所述絕緣體上硅晶圓為帶有有源集成電路的背面或已完成硅垂直通孔和重布線層的硅晶圓轉(zhuǎn)接板的背面。

進一步地，所述壓阻式流量計制造步驟包括：

在所述絕緣體上硅晶圓的上表面光刻刻蝕形成第一力敏應(yīng)變結(jié)構(gòu)，所述第一力敏應(yīng)變結(jié)構(gòu)為懸臂梁、折疊梁-平板或帶孔薄膜；

在所述第一力敏應(yīng)變結(jié)構(gòu)上通過離子注入形成半導(dǎo)體力敏電阻；

在所述力敏電阻的附近通過沉積金屬形成測溫電阻；

濺射鉻/金形成所述力敏電阻的歐姆接觸電極及所述測溫電阻的互連線，等離子增強化學氣相淀積沉積第一鈍化層二氧化硅。

進一步地，所述埋氧層二氧化硅釋放步驟包括：

在所述絕緣體上硅晶圓的上表面光刻刻蝕釋放孔和冷卻液進出孔；

在所述冷卻液進出孔的外側(cè)側(cè)壁和所述絕緣體上硅上表面的第一鈍化層二氧化硅上涂布厚光刻膠，其中所述厚光刻膠的厚度≥10微米；