CN111370317A - 一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，具体包括如下步骤：101)初步处理步骤、102)键合步骤、103)成型步骤；本发明提供制作方便、工艺简化，对芯片底部进行填充的一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法。
背景技术
毫米波射频技术在半导体行业发展迅速，其在高速数据通信、汽车雷达、机载导弹跟踪系统以及空间光谱检测和成像等领域都得到广泛应用，预计2018年市场达到11亿美元，成为新兴产业。新的应用对产品的电气性能、紧凑结构和系统可靠性提出了新的要求，对于无线发射和接收系统，目前还不能集成到同一颗芯片上(SOC)，因此需要把不同的芯片包括射频单元、滤波器、功率放大器等集成到一个独立的系统中实现发射和接收信号的功能。
目前把多种不同功能芯片通过贴片或者嵌入到转接板的工艺已经在业内成为热点，但是对于其中的空腔嵌入芯片工艺，因为空腔底部高度不一致，或者芯片较大，腔体面积较大，芯片跟空腔有接触，不能形成毛细导通，这样对于嵌入后的芯片做底部填充比较难。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供制作方便、工艺简化，对芯片底部进行填充的一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法。
本发明的技术方案如下：
一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，具体包括如下步骤：
101)初步处理步骤：通过光刻和干法刻蚀工艺在上载板下表面刻蚀出空腔；
在下载板上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化，形成绝缘层；通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；光刻定义出下载板上表面设置金属凸点的位置，电镀金属形成金属凸点，去除光刻胶和种子层；
102)键合步骤：上载板、下载版通过直接键合和/或胶键合的工艺键合，减薄上载板上表面，并通过干法刻蚀工艺使空腔底部露出；
103)成型步骤：在步骤102)的空腔表面沉积绝缘层，然后通过湿法腐蚀工艺去除部分绝缘层，使金属凸点露出；在空腔中用旋涂工艺或者压合工艺进行填充胶体，然后通过刻蚀或者研磨工艺去除空腔表面的多余胶体，使填充胶体平滑，只留下空腔中的胶体；胶体填满空腔或填充一部分；
加热空腔靠近下载版的面，将芯片通过FC工艺焊接在空腔内，并与金属凸点联通。
一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，具体包括如下步骤：
101)载板下表面处理步骤：带有SOI层的载板，通过光刻、刻蚀工艺在SOI层的载板下表面制作TSV孔，刻蚀停在SOI表面；更换气体继续刻蚀SOI层，使刻蚀停在SOI下面的材质上，且继续刻蚀SOI下面的刻蚀深度控制在在1um到100um之间；
载板下表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层；通过物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；电镀金属，使金属充满TSV孔形成金属柱，并在200到500度温度下密化金属柱，使金属柱更致密；通过CMP工艺使载板下表面平整，无溢出的金属；
102)载板上表面处理步骤：减薄载板上表面，通过直接减薄或者用临时键合的方式先保护金属柱再减薄；用干法刻蚀工艺在载板上表面进行干法刻蚀出空腔，空腔的刻蚀步骤停在SOI表面，并且使金属柱底部露出；
103)成型步骤：在步骤102)的空腔表面沉积绝缘层，然后通过湿法腐蚀工艺去除部分绝缘层，使金属柱露出；在空腔中用旋涂工艺或者压合工艺进行填充胶体，然后通过刻蚀或者研磨工艺去除空腔表面的多余胶体，使填充胶体平滑，只留下空腔中的胶体；胶体填满空腔或填充一部分；
加热空腔靠近下载版的面，将芯片通过FC工艺焊接在空腔内，并与金属柱联通。
进一步的，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；
种子层厚度范围在1nm到100um之间，其本身结构为一层或多层结构，每层的金属材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
进一步的，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间。
进一步的，载板尺寸为4、6、8、12寸中的一种，转接板厚度为200um到2000um，其采用的材质为硅、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂或聚氨酯中的一种。
进一步的，填充材料采用光刻胶、环氧树脂、热固胶、玻璃粉或无机材料。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过在腔体底部或者芯片底部制作固定高度的凸起，使芯片跟腔体底部能够形成固定高度的缝隙，该缝隙能够为后面的底部填充提供毛细吸力并成为底部填充料的容纳空间。
附图说明
图1为本发明的下载板上设置金属凸点示意图；
图2为本发明的上载板上设置空腔示意图；
图3为本发明的图1、图2键合并减薄上载板的示意图；
图4为本发明的图3进行填充胶体示意图；
图5为本发明的示意图；
图6为本发明的SOI层的载板上设置TSV孔示意图；
图7为本发明的图6加深刻蚀TSV孔的示意图；
图8为本发明的图7填充金属柱的示意图；
图9为本发明的图8制作空腔示意图；
图10为本发明的图9填充胶体示意图；
图11为本发明的另一种示意图。
图中标识：下载板101、金属凸点102、上载板103、空腔104、胶体106、芯片107、载板201、SOI层202、TSV孔203、金属柱204。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1至图5所示，一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，具体包括如下步骤：
101)初步处理步骤：通过光刻和干法刻蚀工艺在上载板103下表面刻蚀出空腔104。
在下载板101上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化，形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；种子层厚度范围在1nm到100um之间，其本身结构为一层或多层结构，每层的金属材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种或多种混合。光刻定义出下载板101上表面设置金属凸点102的位置，电镀金属形成金属凸点102，去除光刻胶和种子层。
102)键合步骤：上载板103、下载版通过直接键合和/或胶键合的工艺键合，减薄上载板103上表面，并通过干法刻蚀工艺使空腔104底部露出。
103)成型步骤：在步骤102)的空腔104表面沉积绝缘层，然后通过湿法腐蚀工艺去除部分绝缘层，使金属凸点102露出。在空腔104中用旋涂工艺或者压合工艺进行填充胶体106，填充材料可以是光刻胶，环氧树脂，热固胶，也可以是玻璃粉，无机材料等。然后通过刻蚀或者研磨工艺去除空腔104表面的多余胶体106，使填充胶体106平滑，只留下空腔104中的胶体106；胶体106填满空腔104或填充一部分。
加热空腔104靠近下载版的面，将芯片107通过FC工艺焊接在空腔104内，并与金属凸点102联通，得到最终载板空腔104中嵌入芯片107。
实施例2：
如图6至图11所示，一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，具体包括如下步骤：
101)载板下表面处理步骤：带有SOI层的载板201，通过光刻、刻蚀工艺在SOI层的载板201下表面制作TSV孔203，TSV孔203直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间。刻蚀停在SOI层202表面，更换气体继续刻蚀SOI层202，使刻蚀停在SOI层202下面的材质上，且继续刻蚀SOI层202下面的刻蚀深度控制在在1um到100um之间。
载板201下表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。通过物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um之间，其本身结构为一层或多层结构，每层的金属材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种或多种混合。电镀金属，使金属充满TSV孔203形成金属柱204，并在200到500度温度下密化金属柱204，使金属柱204更致密；通过CMP工艺使载板201下表面平整，无溢出的金属。载板201下表面的绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除，自然也可以保留。
102)载板上表面处理步骤：减薄载板201上表面，通过直接减薄或者用临时键合的方式先保护金属柱204再减薄；用干法刻蚀工艺在载板201上表面进行干法刻蚀出空腔104，空腔104的刻蚀步骤停在SOI层202表面，并且使金属柱204底部露出。
103)成型步骤：在步骤102)的空腔104表面沉积绝缘层，然后通过湿法腐蚀工艺去除部分绝缘层，使金属柱204露出；在空腔104中用旋涂工艺或者压合工艺进行填充胶体106，填充材料采用可以是光刻胶、环氧树脂、热固胶，也可以是玻璃粉、无机材料等。然后通过刻蚀或者研磨工艺去除空腔104表面的多余胶体106，使填充胶体106平滑，只留下空腔104中的胶体106；胶体106填满空腔104或填充一部分。
加热空腔104靠近下载版的面，将芯片107通过FC工艺焊接在空腔104内，并与金属柱204联通，得到最终载板201空腔104中嵌入芯片107。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
101)初步处理步骤：通过光刻和干法刻蚀工艺在上载板下表面刻蚀出空腔；
在下载板上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化，形成绝缘层；通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；光刻定义出下载板上表面设置金属凸点的位置，电镀金属形成金属凸点，去除光刻胶和种子层；
102)键合步骤：上载板、下载版通过直接键合和/或胶键合的工艺键合，减薄上载板上表面，并通过干法刻蚀工艺使空腔底部露出；
103)成型步骤：在步骤102)的空腔表面沉积绝缘层，然后通过湿法腐蚀工艺去除部分绝缘层，使金属凸点露出；在空腔中用旋涂工艺或者压合工艺进行填充胶体，然后通过刻蚀或者研磨工艺去除空腔表面的多余胶体，使填充胶体平滑，只留下空腔中的胶体；胶体填满空腔或填充一部分；
加热空腔靠近下载版的面，将芯片通过FC工艺焊接在空腔内，并与金属凸点联通。
2.一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
101)载板下表面处理步骤：带有SOI层的载板，通过光刻、刻蚀工艺在SOI层的载板下表面制作TSV孔，刻蚀停在SOI层表面；更换气体继续刻蚀SOI层，使刻蚀停在SOI层下面的材质上，且继续刻蚀SOI层下面的刻蚀深度控制在在1um到100um之间；
载板下表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层；通过物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；电镀金属，使金属充满TSV孔形成金属柱，并在200到500度温度下密化金属柱，使金属柱更致密；通过CMP工艺使载板下表面平整，无溢出的金属；
102)载板上表面处理步骤：减薄载板上表面，通过直接减薄或者用临时键合的方式先保护金属柱再减薄；用干法刻蚀工艺在载板上表面进行干法刻蚀出空腔，空腔的刻蚀步骤停在SOI层表面，并且使金属柱底部露出；
103)成型步骤：在步骤102)的空腔表面沉积绝缘层，然后通过湿法腐蚀工艺去除部分绝缘层，使金属柱露出；在空腔中用旋涂工艺或者压合工艺进行填充胶体，然后通过刻蚀或者研磨工艺去除空腔表面的多余胶体，使填充胶体平滑，只留下空腔中的胶体；胶体填满空腔或填充一部分；
加热空腔靠近下载版的面，将芯片通过FC工艺焊接在空腔内，并与金属柱联通。
3.根据权利要求1或2所述的一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，其特征在于，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；
种子层厚度范围在1nm到100um之间，其本身结构为一层或多层结构，每层的金属材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
4.根据权利要求2所述的一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，其特征在于，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间。
5.根据权利要求1或2所述的一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，其特征在于，载板尺寸为4、6、8、12寸中的一种，转接板厚度为200um到2000um，其采用的材质为硅、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂或聚氨酯中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的一种硅空腔做载板的芯片嵌入方法，其特征在于，填充材料采用光刻胶、环氧树脂、热固胶、玻璃粉或无机材料。
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