[发明专利]集成芯片散热结构和无源器件的玻璃基板的圆片级制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统封装技术领域的基板转接板制备技术，尤其涉及一种具有散热功能且含无源器件的转接板型玻璃基板结构及其制备方法。

背景技术

传统无源器件的制造工艺使用表面加工工艺，在硅表面利用表面加工工艺制备如电感等无源器件，通常无源器件的性能与高度密切相关，高度增加能减小趋肤效应，提高器件的性能。但表面加工工艺限制了器件的高度，因此进一步提高器件的高度以提高器件的性能难以简单通过表面加工工艺实现。在此基础上为提高性能，工艺需大大改进且工艺的复杂性大大增加，虽然器件的性能能够提高，但这样带来了时间和成本的增加。同时该工艺制备的无源器件属于平面型器件，具有纵向延伸较短、直流电阻较大、电通路较小等缺点，通常需采用堆叠的方式来实现三维互连。使用该工艺制备无源器件并集成系统具有工艺复杂性、高成本、器件性能受限等缺点。

更高形式的三维系统封装形式采用埋入型基板实现，而基板形式通常是硅基板。硅为半导体材料，具有导电特性，在制备过程中不可避免地会出现漏电、寄生电容、不必要的信号耦合等效应，对器件的性能和系统的集成产生不利影响。玻璃具有与硅匹配的热膨胀系数，能与硅基芯片较好地集成，同时玻璃是良好的绝缘材料，在器件制备过程中不会产生漏电、寄生电容、不必要的信号耦合等效应，克服了硅基材料的缺点。相对于硅材料，玻璃的热导率更低，在制备热基器件方面具有更大的优势，玻璃的透明性和光学性能也给互连可靠性监测和光学器件提供了有利条件。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种集成芯片散热结构和无源器件的玻璃基板的圆片级制备方法，在不降低器件性能的基础上，大大减小了先玻璃回流再电镀工艺制备的难度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种集成芯片散热结构和无源器件的玻璃基板的圆片级制备方法，包括以下步骤：

步骤一，干法刻蚀硅圆片形成硅模具圆片，使硅模具圆片上包含内含埋入式无源器件结构模具的凹槽阵列；

步骤二，通过电镀工艺将金属填满步骤一中的凹槽阵列形成无源器件结构；

步骤三，干法刻蚀步骤二后的硅模具圆片形成凹槽，释放无源器件结构，同时形成芯片散热结构；

步骤四，将玻璃圆片与步骤三得到的带有无源器件结构和芯片散热结构的硅模具圆片在真空中阳极键合，使得无源器件结构和凹槽密封于键合圆片内；

步骤五，将步骤四得到的键合圆片放置在空气中加热，加热温度高于玻璃的软化点温度，并保温，直至熔融玻璃在凹槽内外压强差的作用下回流填充满凹槽，退火，冷却至常温，形成上部全玻璃结构层、中间埋入无源器件结构和芯片散热结构的复合结构层、底部全硅衬底结构层的三层结构的回流圆片；

步骤六，将步骤五得到的回流原片进行研磨和抛光，去除上部全玻璃结构层和底部全硅衬底结构层，留下中间埋入无源器件结构和芯片散热结构的复合结构层，使回流玻璃衬底露出来，得到玻璃基板；

步骤七，在步骤六得到的玻璃基板上下表面沉积金属粘附层，电镀金属导电层，形成内含无源器件结构、金属导电层和芯片散热结构的玻璃基板，用作无源器件的互连或三维集成玻璃转接板。

进一步的，步骤一中，所述硅圆片厚度不小于300um；所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于硅圆片厚度100um以上。

进一步的，步骤二中，所述无源器件结构的形状包括圆柱形、环柱形、同轴柱形，或折线形柱、方形螺旋柱、六边形螺旋柱、八边形螺旋柱、圆形螺旋柱，或双长方体、同轴双环形柱；步骤三中，所述芯片散热结构的形状包括圆柱形、长方体。

进一步的，步骤二所述电镀铜的工艺条件为：酸性硫酸盐电镀铜镀液中，CuSO₄·5H₂O含量85g/L，H₂SO₄含量200g/L，Cl^-含量79mg/L，电流密度为30mA/cm²。

进一步的，步骤三中，所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度不大于无源器件结构的高度。

进一步的，步骤四中，所述玻璃圆片为硼硅玻璃，厚度不小于300um；所述真空阳极键合工艺条件为：温度400℃，电压800V，真空度小于10^-3Pa。

进一步的，步骤五中，键合圆片的加热工艺条件为：加热温度为900℃-1100℃，加热保温时间不低于2h，退火工艺条件为：退火温度510℃-560℃，保温时间30min，冷却至常温条件为自然冷却。