CN116013849A - 基于bcb封装工艺低温互连桥线的方法及芯片 - Google Patents

基于bcb封装工艺低温互连桥线的方法及芯片 Download PDF

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CN116013849A CN202211586424.1A CN202211586424A CN116013849A CN 116013849 A CN116013849 A CN 116013849A CN 202211586424 A CN202211586424 A CN 202211586424A CN 116013849 A CN116013849 A CN 116013849A
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赵俊哲
周亮
张成瑞
毛军发
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Abstract

本发明提供了一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法及芯片，包括如下步骤：步骤1：在埋置好芯片的硅片上制备介质层；步骤2：制备金属布线层图形；步骤3：在基片上制备图形衬底；步骤4：制备金属种子层并制备开窗层保护膜；步骤5：利用电镀工艺形成桥线；步骤6：去除保护膜及衬底。本发明解决了传统互连方式在高频下损耗较大的问题，解决了高温烘烤导致介质层上金属布线翘曲的问题。

Description

基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法及芯片
技术领域
本发明涉及晶圆级异质异构集成封装工艺技术领域，具体地，涉及一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法及芯片。
背景技术
苯并环丁烯(Benzycyclotene，BCB)：BCB的介质损耗系数低、相对介电常数小、绝缘性好，同时具备吸湿率低，化学特性稳定，热力与机械稳定等优点，因此被广泛用做三维系统集成的介质层材料。
多靶磁控溅射镀膜系统：溅射沉积在真空室中进行，其中引入了惰性气体，最常用的是氩离子。两个物品被放置在该腔室中：要电镀的物品，也称为“基板”，以及将要施加的材料，也称为“溅射靶材”。氩离子电离后，氩离子在电场加速下获得动能轰击目标。当靶材原子被推出晶格位置时，变成气相，从靶材逸出，向被镀材料行进，这个过程称为溅射。
离子束刻蚀是通过暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放由高能电子组成的气体形成等离子体或离子体。当电离气体原子通过电场加速时，它会释放足够的力，并将材料或蚀刻表面与表面驱动力紧密结合。等离子体蚀刻过程实际上是一个反应性等离子体的过程。
传统的线键互连会对接收到的射频信号造成显著的插入损耗。这种损失是由于键合线的感应特性导致过渡部分阻抗不匹配的结果。因此，长和松散的粘接会导致非常高的插入损失，随着频率的增加，键合线也开始辐射，从而增加了键合线的电感和插入损耗。
传统的空气桥可以作为一种电气连接方法。但是由于介质层材料的介电常数大，介质损耗角正切较大，导致应用于高频传输时，插入损耗大，效果不佳。因此需要结合性能优异的介质材料，来实现低损耗传输。并且传统的空气桥工艺通常需要大于100度的高温进行烘烤，可能导致介质层上金属布线层翘曲以及对器件性能产生负面影响。
公开号为CN101355049A的专利文献公开了一种实现芯片空气桥互联的方法,包括如下步骤：提供第一半导体衬底；采用选择性腐蚀工艺去除第一介质材料；提供第二半导体衬底；将起泡离子注入第二半导体衬底中；对第二半导体衬底与第一半导体衬底进行键合；退火；除去介质层背面的残余部分；制作引线孔；制作上层金属连线，该专利文献还提供了一种具有空气桥互联结构的芯片。但是该专利文献仍然存在应用于高频传输时，插入损耗大，效果不佳的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法及芯片。
根据本发明提供的一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，包括如下步骤：
步骤1：在埋置好芯片的硅片上制备介质层；
步骤2：制备金属布线层图形；
步骤3：在基片上制备图形衬底；
步骤4：制备金属种子层并制备开窗层保护膜；
步骤5：利用电镀工艺形成桥线；
步骤6：去除保护膜及衬底。
优选的，所述步骤3具体包括如下步骤：
步骤3.1：在金属布线层上旋涂光刻胶；
步骤3.2：制备牺牲层衬底图案。
优选的，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1：溅射金属种子层；
步骤4.2：在金属种子层上旋涂光刻胶；
步骤4.3：制备桥线开窗图案。
优选的，所述步骤6具体包括如下步骤：
步骤6.1：去除开窗光刻胶；
步骤6.2：刻蚀去除种子层；
步骤6.3：去除牺牲层光刻胶。
优选的，所述步骤1中，所述介质层的材料为BCB。
优选的，所述步骤3.2中，通过覆盖光刻胶为掩膜，所述掩膜用于保护片上的金属布线层；
烘烤光刻胶的温度为90度。
优选的，所述步骤4.1中，通过多靶磁控溅射的方式制备种子层；
溅射材料为铬和铜，沉积厚度分别为15nm和150nm。
优选的，所述步骤3.1中与所述步骤4.2中采用的光刻胶为同种光刻胶。
优选的，所述步骤5中，电镀金属为铜，厚度为4微米；
所述步骤6.2中，通过等离子束刻蚀的方式，去除金属种子层。
本发明还提供一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的芯片，通过上述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在BCB封装上完成桥线互连，实现异质异构三维集成；
2、本发明解决了传统的键合线互连在高频损耗较大的问题，提供了一个高效的互连方式；
3、本发明在制备桥线时，使用同一种光刻胶完成上下两层的光刻工艺，使工艺更加通用化，并降低成本；
4、本发明解决了传统的桥线工艺高温烘烤导致BCB上方金属层翘曲以及器件性能产生负面影响的问题，本方法通过低温烘烤，实现了桥线工艺与BCB工艺的兼容性；
5、本发明的方法提供了形状自由度，通过光刻工艺，可以精确地控制桥线的形状，以实现较低的反射和插入损耗；
6、本发明采用硅基MEMS工艺实现芯片及不同结构的异质异构互连，实现三维异质异构高密度集成；
7、本发明使用BCB作为重布线的介质，利用其低介电常数和较低的介质损耗，可大幅减小插入损耗，在BCB介质上利用桥线的高自由度，实现了异质异构的互连；
8、本发明所有结构均采用标准的硅基MEMS工艺制作，解决了传统互连方式在高频下损耗较大的问题，解决了高温烘烤导致介质层上金属布线翘曲的问题；本发明极大地提高了晶圆级异质集成封装的性能，简化了互连工艺；
9、本发明的方法不仅可以实现传统空气桥的电气连接，还可以实现在高频下低损耗传输，以及作为一种在芯片上的互连及扇出的方法。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法的步骤流程图；
图2为采用本发明的方法的制备的互连桥线的芯片的结构图；
图3为基于BCB封装工艺上的低温互连桥线的基本结构；
图4为采用本发明方法的主要工艺流程图。
图中示出：
硅片101                              第一光刻胶106
芯片102                              第二种子层107
波导103                              第二光刻胶108
BCB层104                             BCB介质201
第一种子层105                        桥线202
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法(在空气层或者介质层加空气层上进行互连的异构传输线，称之为“桥线”)，包括如下步骤：
步骤1：在埋置好芯片的硅片上制备介质层；介质层的材料为BCB。
步骤2：制备金属布线层图形。
步骤3：在基片上制备图形衬底；步骤3具体包括如下步骤：
步骤3.1：在金属布线层上旋涂光刻胶；
步骤3.2：制备牺牲层衬底图案；通过覆盖光刻胶为掩膜，掩膜用于保护片上的金属布线层；烘烤光刻胶的温度为90度。
步骤4：制备金属种子层并制备开窗层保护膜；步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1：溅射金属种子层；通过多靶磁控溅射的方式制备种子层；溅射材料为铬和铜，沉积厚度分别为15nm和150nm；
步骤4.2：在金属种子层上旋涂光刻胶；
步骤4.3：制备桥线开窗图案。
步骤5：利用电镀工艺形成桥线；电镀金属为铜，厚度为4微米。
步骤6：去除保护膜及衬底；步骤6具体包括如下步骤：
步骤6.1：去除开窗光刻胶；
步骤6.2：刻蚀去除种子层；通过等离子束刻蚀的方式，去除金属种子层；
步骤6.3：去除牺牲层光刻胶。
步骤3.1中与步骤4.2中采用的光刻胶为同种光刻胶。
本实施例还提供一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的芯片，通过上述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法制备得到。
本实施例提供了一种基于BCB封装工艺上的低温互连桥线的方法及芯片，采用硅基MEMS工艺实现芯片及不同结构的异质异构互连，实现三维异质异构高密度集成；本实施例使用BCB作为重布线的介质，利用其低介电常数和较低的介质损耗，可大幅减小插入损耗，在BCB介质上利用桥线的高自由度，实现了异质异构的互连。
实施例2：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
本实施例提供一种基于BCB封装工艺上的低温桥线异质异构互连的方法，包括如下步骤：
步骤1，在埋置好芯片的硅片上制备介质层；介质层材料为BCB；
步骤2，制备金属布线层图形；
步骤3，在基片上制备图形衬底；
步骤4，制备金属种子层并制备开窗层保护膜；
步骤5，利用电镀工艺，形成桥线；
步骤6，去除保护膜及衬底。
步骤3包括：
步骤3.1，在金属布线层上旋涂光刻胶；
步骤3.2，制备牺牲层衬底图案。
步骤4包括：
步骤4.1，溅射金属种子层；
步骤4.2，在金属种子层上旋涂光刻胶；
步骤4.3，制备桥线开窗图案。
步骤6包括：
步骤6.1，去除开窗光刻胶；
步骤6.2，刻蚀去除种子层；
步骤6.3，去除牺牲层光刻胶。
步骤3.2中，通过覆盖光刻胶为掩膜，保护片上的金属布线层，烘烤光刻胶温度为90度。
步骤4.1中，通过多靶磁控溅射的方式，制备种子层，溅射材料为铬和铜，沉积厚度分别为15nm和150nm。
步骤3.1与步骤4.2采用同种光刻胶。
步骤5中，电镀金属为铜，厚度为4微米。
步骤6.2中，通过等离子束刻蚀的方式，去除金属种子层。
本实施例还提供一种装置，装置由上述的基于BCB封装工艺上的低温桥线异质异构互连的方法制备而成。
实施例3：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
如2～4所示，本实施例提供一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，在本实施例中，所述桥线的高度和线宽可以根据具体情况进行调节以实现更好的阻抗匹配。
在本实施例中，温度设置为90摄氏度烘烤光刻胶，在此温度下，基于BCB介质上的金属布线层和埋置的芯片能保持稳定，解决了高温烘烤导致布线层翘曲等问题。
在本实施例中，在牺牲层光刻中，保留光刻胶覆盖在金属布线上，以保护BCB介质上的金属布线层。
具体工艺步骤为：
(1)在埋置好芯片的硅片上制备BCB胶体作为后续工艺的介质层；
(2)制备重布线层；
(3)旋涂光刻胶于重布线层表面，硅片置于热板上前烘，然后光刻、显影，制备桥下牺牲层衬底图案；
(4)在光刻胶上溅射铬和铜种子层；
(5)再次旋涂光刻胶于晶圆表面；
(6)硅片置于热板上前烘，随后光刻、显影，制备桥线开窗图案；
(7)电镀铜；
(8)去除表面光刻胶；
(9)离子束刻蚀去除种子层；
(10)去除衬底光刻胶。
如图3和图4所示，本实施例的湿法干法叠加套刻加工不同深度芯片槽的方法，包括如下步骤：
(a)以贴放了芯片102及PCB基片集成波导103的双抛高阻圆硅片101作为衬底，如图4(a)所示；
(b)旋涂一层大约12um的BCB层104，前烘，BCB曝光显影，硬固化BCB，刻蚀残留的BCB，如图4(b)所示；
(c)在BCB面上溅射Cr/Cu种子层(即第一种子层105)，旋涂光刻胶，光刻显影得到金属层图形，以光刻胶为掩膜电镀金属铜层，去光刻胶，制作完成BCB表面金属布线及地层，如图4(c)所示。
(d)硅片工作面旋涂10.5um的第一光刻胶106，显影出桥底图形，如图4(d)所示；
(e)在光刻胶上溅射铬和铜种子层(即第二种子层107)，如图4(e)所示；
(f)在种子层上面旋涂15um的第二光刻胶108，显影出桥线开窗图形，如图4(f)所示；
(g)电镀4um的铜，如图4(g)所示；
(h)去除表面第二光刻胶108，如图4(h)所示；
(i)离子束刻蚀去除第二种子层107，如图4(i)所示；
(j)去除衬底第一光刻胶106，制作完成基于BCB介质201的桥线202，如图4(j)所示。
本发明所有结构均采用标准的硅基MEMS工艺制作，解决了传统互连方式在高频下损耗较大的问题，解决了高温烘烤导致介质层上金属布线翘曲的问题；本发明极大地提高了晶圆级异质集成封装的性能，简化了互连工艺。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在埋置好芯片的硅片上制备介质层；
步骤2：制备金属布线层图形；
步骤3：在基片上制备图形衬底；
步骤4：制备金属种子层并制备开窗层保护膜；
步骤5：利用电镀工艺形成桥线；
步骤6：去除保护膜及衬底。
2.根据权利要求1所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：
步骤3.1：在金属布线层上旋涂光刻胶；
步骤3.2：制备牺牲层衬底图案。
3.根据权利要求2所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1：溅射金属种子层；
步骤4.2：在金属种子层上旋涂光刻胶；
步骤4.3：制备桥线开窗图案。
4.根据权利要求3所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤6具体包括如下步骤：
步骤6.1：去除开窗光刻胶；
步骤6.2：刻蚀去除种子层；
步骤6.3：去除牺牲层光刻胶。
5.根据权利要求1所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述介质层的材料为BCB。
6.根据权利要求2所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤3.2中，通过覆盖光刻胶为掩膜，所述掩膜用于保护片上的金属布线层；
烘烤光刻胶的温度为90度。
7.根据权利要求3所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤4.1中，通过多靶磁控溅射的方式制备种子层；
溅射材料为铬和铜，沉积厚度分别为15nm和150nm。
8.根据权利要求3所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤3.1中与所述步骤4.2中采用的光刻胶为同种光刻胶。
9.根据权利要求4所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法，其特征在于，所述步骤5中，电镀金属为铜，厚度为4微米；
所述步骤6.2中，通过等离子束刻蚀的方式，去除金属种子层。
10.一种基于BCB封装工艺低温互连桥线的芯片，其特征在于，通过权利要求1至9任一项所述的基于BCB封装工艺低温互连桥线的方法制备得到。
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