[发明专利]一种射频芯片在硅空腔中的嵌入方法

说明书

本发明公开了一种射频芯片在硅空腔中的嵌入方法，具体包括如下步骤：101)金属柱成型步骤：102)空腔制作步骤、103)芯片嵌入步骤；本发明提供制作方便、工艺简化，实现射频芯片底部能进行散热和接地互联的一种射频芯片在硅空腔中的嵌入方法。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种射频芯片在硅空腔中的嵌入方法。

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。

传统封装工艺把各种功能芯片和无源器件安装在基板上，占用面积大，可靠性差，不能满足封装系统越来越小型化的趋势，而基于标准硅工艺的三维异构封装技术(系统级封装SIP)运用TSV技术和空腔结构将不同衬底不同功能的芯片集成在一起，能在较小的区域内实现芯片的堆叠和互联，大大减小了功能件的面积并增加了其可靠性，越来越成为该产业未来发展的方向。

基于空腔结构的三维异构技术，往往需要在空腔内埋置射频芯片，方便芯片的PAD跟转接板表面互联。但是射频芯片需要对其底部进行散热和接地互联，这样就要求芯片底部需要有TSV铜柱做接触。对于要把射频芯片埋入到硅空腔的结构，如果先做TSV，则需要在转接板的背部做空腔，TSV的底部做空腔的底部，然后做互联，TSV深度会有差异，这样做出来的底部会不平，不利于芯片的接地互联。

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，实现射频芯片底部能进行散热和接地互联的一种射频芯片在硅空腔中的嵌入方法。

本发明的技术方案如下：

一种射频芯片在硅空腔中的嵌入方法，具体包括如下步骤：

101)金属柱成型步骤：通过光刻、刻蚀工艺在带有SOI层的载板下表面制作TSV孔，在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工艺使载板上表面金属去除，使载板上表面只剩下填充的金属；

102)空腔制作步骤：对载板的上表面进行减薄，减薄后的厚度在100nm到700um之间；其中减薄采用直接在载板背部进行减薄处理，或者用临时键合的工艺保护住载板设置TSV孔的一面，再用载片做支撑减薄载板背面；

用干法刻蚀工艺在载板上表面设置TSV孔区域的表面进行干法刻蚀或湿法腐蚀出空腔；空腔的整体形状为方形、圆形、椭圆形或三角形，空腔的侧壁为垂直或倾斜设置；其中，空腔腐蚀停在载板的SOI层；

转换气体继续刻蚀SOI层和载板，使金属柱露出；

103)芯片嵌入步骤：用表面带有焊料的芯片嵌入到空腔内，加热使焊料跟金属柱互联；通过底部填胶或者表面旋涂的工艺在芯片和空腔的缝隙填胶，固化后，通过干法刻蚀或者湿法腐蚀的工艺去除芯片表面残胶，得到硅空腔中嵌入射频芯片的结构。

进一步的，TSV孔直径范围在1um到1000um之间，深度在10um到1000um之间；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，载板尺寸为4、6、8、12寸中的一种，载板厚度为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。