集成芯片散熱結(jié)構(gòu)和無源器件的玻璃基板的圓片級制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)封裝技術(shù)領(lǐng)域的基板轉(zhuǎn)接板制備技術(shù)，尤其涉及一種具有散熱功能且含無源器件的轉(zhuǎn)接板型玻璃基板結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)無源器件的制造工藝使用表面加工工藝，在硅表面利用表面加工工藝制備如電感等無源器件，通常無源器件的性能與高度密切相關(guān)，高度增加能減小趨膚效應(yīng)，提高器件的性能。但表面加工工藝限制了器件的高度，因此進(jìn)一步提高器件的高度以提高器件的性能難以簡單通過表面加工工藝實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上為提高性能，工藝需大大改進(jìn)且工藝的復(fù)雜性大大增加，雖然器件的性能能夠提高，但這樣帶來了時間和成本的增加。同時該工藝制備的無源器件屬于平面型器件，具有縱向延伸較短、直流電阻較大、電通路較小等缺點，通常需采用堆疊的方式來實現(xiàn)三維互連。使用該工藝制備無源器件并集成系統(tǒng)具有工藝復(fù)雜性、尚成本、器件性能受限等缺點。
[0003]更高形式的三維系統(tǒng)封裝形式采用埋入型基板實現(xiàn)，而基板形式通常是硅基板。硅為半導(dǎo)體材料，具有導(dǎo)電特性，在制備過程中不可避免地會出現(xiàn)漏電、寄生電容、不必要的信號耦合等效應(yīng)，對器件的性能和系統(tǒng)的集成產(chǎn)生不利影響。玻璃具有與硅匹配的熱膨脹系數(shù)，能與硅基芯片較好地集成，同時玻璃是良好的絕緣材料，在器件制備過程中不會產(chǎn)生漏電、寄生電容、不必要的信號耦合等效應(yīng)，克服了硅基材料的缺點。相對于硅材料，玻璃的熱導(dǎo)率更低，在制備熱基器件方面具有更大的優(yōu)勢，玻璃的透明性和光學(xué)性能也給互連可靠性監(jiān)測和光學(xué)器件提供了有利條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種集成芯片散熱結(jié)構(gòu)和無源器件的玻璃基板的圓片級制備方法，在不降低器件性能的基礎(chǔ)上，大大減小了先玻璃回流再電鍍工藝制備的難度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種集成芯片散熱結(jié)構(gòu)和無源器件的玻璃基板的圓片級制備方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一，干法刻蝕硅圓片形成硅模具圓片，使硅模具圓片上包含內(nèi)含埋入式無源器件結(jié)構(gòu)模具的凹槽陣列；
[0008]步驟二，通過電鍍工藝將金屬填滿步驟一中的凹槽陣列形成無源器件結(jié)構(gòu)；
[0009]步驟三，干法刻蝕步驟二后的硅模具圓片形成凹槽，釋放無源器件結(jié)構(gòu)，同時形成芯片散熱結(jié)構(gòu)；
[0010]步驟四，將玻璃圓片與步驟三得到的帶有無源器件結(jié)構(gòu)和芯片散熱結(jié)構(gòu)的硅模具圓片在真空中陽極鍵合，使得無源器件結(jié)構(gòu)和凹槽密封于鍵合圓片內(nèi)；
[0011]步驟五，將步驟四得到的鍵合圓片放置在空氣中加熱，加熱溫度高于玻璃的軟化點溫度，并保溫，直至熔融玻璃在凹槽內(nèi)外壓強差的作用下回流填充滿凹槽，退火，冷卻至常溫，形成上部全玻璃結(jié)構(gòu)層、中間埋入無源器件結(jié)構(gòu)和芯片散熱結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)層、底部全硅襯底結(jié)構(gòu)層的三層結(jié)構(gòu)的回流圓片；
[0012]步驟六，將步驟五得到的回流原片進(jìn)行研磨和拋光，去除上部全玻璃結(jié)構(gòu)層和底部全硅襯底結(jié)構(gòu)層，留下中間埋入無源器件結(jié)構(gòu)和芯片散熱結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)層，使回流玻璃襯底露出來，得到玻璃基板；
[0013]步驟七，在步驟六得到的玻璃基板上下表面沉積金屬粘附層，電鍍金屬導(dǎo)電層，形成內(nèi)含無源器件結(jié)構(gòu)、金屬導(dǎo)電層和芯片散熱結(jié)構(gòu)的玻璃基板，用作無源器件的互連或三維集成玻璃轉(zhuǎn)接板。
[0014]進(jìn)一步的，步驟一中，所述硅圓片厚度不小于300um ;所述干法刻蝕為深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度小于娃圓片厚度lOOum以上。
[0015]進(jìn)一步的，步驟二中，所述無源器件結(jié)構(gòu)的形狀包括圓柱形、環(huán)柱形、同軸柱形，或折線形柱、方形螺旋柱、六邊形螺旋柱、八邊形螺旋柱、圓形螺旋柱，或雙長方體、同軸雙環(huán)形柱；步驟三中，所述芯片散熱結(jié)構(gòu)的形狀包括圓柱形、長方體。
[0016]進(jìn)一步的，步驟二所述電鍍銅的工藝條件為:酸性硫酸鹽電鍍銅鍍液中，CuS04.5H20 含量 85g/L，H2S04含量 200g/L，Cl 含量 79mg/L，電流密度為 30mA/cm 2。
[0017]進(jìn)一步的，步驟三中，所述干法刻蝕為深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度不大于無源器件結(jié)構(gòu)的高度。
[0018]進(jìn)一步的，步驟四中，所述玻璃圓片為硼娃玻璃，厚度不小于300um ;所述真空陽極鍵合工藝條件為:溫度400°C，電壓800V，真空度小于10 3Pa。
[0019]進(jìn)一步的，步驟五中，鍵合圓片的加熱工藝條件為:加熱溫度為900°C -1100°C，加熱保溫時間不低于2h，退火工藝條件為:退火溫度510°C-560°C，保溫時間30min，冷卻至常溫條件為自然冷卻。
[0020]進(jìn)一步的，步驟六中，所述研磨和拋光的步驟為:采用自動研磨拋光機，對回流圓片實施研磨減薄工藝，去除上部全玻璃結(jié)構(gòu)層和底部全硅襯底結(jié)構(gòu)層，留下中間埋入無源器件結(jié)構(gòu)和芯片散熱結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)層。
[0021]進(jìn)一步的，步驟八中，所述沉積金屬粘附層為Ti或Cr，所述電鍍金屬導(dǎo)電層為Au或Cu。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]本發(fā)明采用一種先電鍍后玻璃回流工藝制備具有散熱功能的埋入式三維無源器件的玻璃基板。該工藝制備的玻璃基板集成了埋入式無源器件，利用三維優(yōu)勢提高了無源器件的系能，同時節(jié)省了表面空間；并且設(shè)計了散熱結(jié)構(gòu)，對芯片的散熱提高一個渠道。該工藝采用先電鍍后玻璃回流方法，在不降低器件性能的基礎(chǔ)上，大大減小了先玻璃回流再電鍍工藝制備的難度，并且設(shè)計了芯片散熱通道，有利于芯片散熱。
【附圖說明】
[0024]圖1是硅模具圓片上刻蝕有內(nèi)含埋入無源器件結(jié)構(gòu)模具的凹槽陣列截面圖；
[0025]圖2是硅模具圓片上電鍍有無源器件結(jié)構(gòu)的圓片截面圖；
[0026]圖3是硅圓片上釋放無源器件結(jié)構(gòu)和刻蝕有散熱結(jié)構(gòu)的圓片截面圖；
[0027]圖4是硅圓片與玻璃圓片陽極鍵合后的鍵合圓片截面圖；
[0028]圖5是加熱回流與退火后的回流圓片截面圖；
[0029]圖6是研磨拋光后的玻璃基板截面圖；
[0030]圖7是表面加工工藝后的玻璃基板截面圖；
[0031]圖8是玻璃基板埋入無源器件和芯片散熱結(jié)構(gòu)的透視圖；
[0032]圖中，1-硅模具圓片，2-凹槽陣列，3-無源器件結(jié)構(gòu)模具，4-無源器件結(jié)構(gòu)，5-芯片散熱結(jié)構(gòu)，6-凹槽，7-玻璃圓片，8-全玻璃結(jié)構(gòu)層，9-復(fù)合結(jié)構(gòu)層，10-全硅襯底結(jié)構(gòu)層，11-回流玻璃襯底，12-金屬粘附層，13-金屬導(dǎo)電層，14-玻璃基板，15-環(huán)形電容，16-方形螺旋電感，17-折線形螺旋電感。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。下列實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定本發(fā)明的實施范圍。
[0034]實施例1
[0035]—種集成芯片散熱結(jié)構(gòu)和無源器件的玻璃基板的圓片級制備方法，包括如下步驟:
[0036]步驟一、干法刻蝕硅圓片形成硅模具圓片1，使硅模具圓片1上包含內(nèi)含埋入無源器件結(jié)構(gòu)模具3的凹槽陣列2，如圖1所示，凹槽陣列2之間的未刻蝕硅用于后續(xù)干法刻蝕。其中，硅圓片厚度為525um ;干法刻蝕為深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度為300um。凹槽陣列2的形狀包括折線形柱、方形螺旋柱、六邊形螺旋柱、八邊形螺旋柱、圓形螺旋柱，或雙長方體、同軸雙環(huán)形柱。
[0037]步驟二、以硅襯底為種子層，電鍍銅填充滿凹槽陣列2中，電鍍銅形成埋入無源器件結(jié)