[发明专利]高密度SOI封装基板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高密度SOI封装基板，包括SOI衬底基板和SiO₂埋氧层，SiO₂埋氧层设在SOI衬底基板的中间，把SOI衬底基板分设为隔离的器件层和衬底层，所述器件层中设有正面硅柱，所述正面硅柱与所述器件层之间设有第一绝缘环，所述衬底层中设有穿透的背面硅柱，所述背面硅柱与所述衬底层之间设有第二绝缘环；所述正面硅柱中设有金属柱，所述金属柱一端穿透SiO₂埋氧层至所述背面硅柱中，所述金属柱与所述正面硅柱和所述背面硅柱均构成欧姆接触；及其制备方法。本发明从很大程度上改变了以Cu、Au、W等金属填充如TSV孔中导致热膨胀系数失配的结构，从而减小了热应力。

技术领域

本发明涉及穿透硅通孔技术领域，尤其是一种高密度SOI封装基板及其制备方法。

背景技术

穿透硅通孔技术，英文缩写为TSV（through silicon vias）,一般简称硅通孔技术,是通过微纳加工等方法垂直完全贯穿硅晶片的技术，它是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新的技术解决方案。相对于传统的焊线和倒装芯片来说，TSV互连具有尺寸小、密度高，适用于创建3D封装和3D集成等特点，可以有效减小传输延时、降低噪声、缩小物理封装尺寸、增强电学性能、降低功耗等，成为了目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。

目前，在TSV技术领域中有使用W-TSV、Cu-TSV、Au-TSV，Cu-TSV技术，Cu-TSV在温度变化较大的环境状况下，由于热膨胀系数失配极易产生热应力，导致芯片在工作中性能急剧下降甚至无法满足工作要求导致重大损失。由于热膨胀系数失配的缘故，在芯片进行封装集上也会使其产生和加剧应力破坏封装结构，极大的限制了TSV技术的应用范围，同时由于热效应影响多个方面这也使得芯片的可靠性难以确定。

在对W-TSV、Cu-TSV、Au-TSV，Cu-TSV技术等问题的讨论中，许多人通过对这些技术的模拟仿真，了解这些TSV技术在不同结构参数中对TSV周围热应力大小的影响从而获得最优的TSV等。但这却不能从根本上改变热应力对TSV的影响；也有通过改变TSV结构减小热应力，虽然这些解决方案中虽然较有效的解决了热应力对TSV的影响，Cu和衬底及周围介质材料仍然存在CTE失配，同时它对工艺技术要求高、成本高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种高密度SOI封装基板及其制造方法，可以减小热应力并能允许较小的节距。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种高密度SOI封装基板，包括SOI衬底基板和SiO₂埋氧层，SiO₂埋氧层设在SOI衬底基板的中间，把SOI衬底基板分设为隔离的器件层和衬底层，所述器件层中设有正面硅柱，所述正面硅柱与所述器件层之间设有第一绝缘环，所述衬底层中设有穿透的背面硅柱，所述背面硅柱与所述衬底层之间设有第二绝缘环；所述正面硅柱中设有金属柱，所述金属柱一端穿透SiO₂埋氧层至所述背面硅柱中，所述金属柱与所述正面硅柱和所述背面硅柱均构成欧姆接触。

进一步地，所述第一绝缘环或所述第二绝缘环为绝缘材料或空气隔离槽。

进一步地，所述绝缘材料为二氧化硅、玻璃浆料或树脂。

进一步地，所述衬底层和所述背面硅柱为电阻率小于1000的低阻硅。

进一步地，所述器件层和所述衬底层的两外侧覆盖有绝缘层。

进一步地，所述绝缘层的材质为SiO₂、BCB或PI。

进一步地，所述器件层的绝缘层外覆盖有金属布线层，所述金属布线层中金属线路与所述金属柱电气连接，所述衬底层的绝缘层外均覆盖有金属层，所述金属层中线路层与背面硅柱电气连接。

一种高密度SOI封装基板的制备方法，包括以下步骤：