[发明专利]用于三维集成晶圆系统散热的流量可测的微流道制造方法

说明书

本发明公开了一种用于三维集成晶圆系统散热的流量可测的微流道制造方法，包括：压阻式流量计制造步骤：在绝缘体上硅晶圆的上表面构造第一力敏应变结构并构造力敏电阻和测温电阻；埋氧层二氧化硅释放步骤：在所述绝缘体上硅晶圆的上表面刻蚀释放孔，并用湿法腐蚀所述释放孔下方的埋氧层二氧化硅，形成微流道；释放孔电镀铜封闭步骤：在所述绝缘体上硅晶圆的上表面和所述释放孔的侧壁沉积种子层金属，基于所述种子层电镀铜形成铜柱封闭所述微流道的上表面；微流道内壁无机镀铜步骤：使用化学法在所述微流道的内壁上下表面镀上铜散热层。

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及用于三维集成晶圆系统散热的流量可测的微流道制造方法。

背景技术

在“后摩尔时代”随着先进封装技术的发展，不同的芯片可以通过高密度三维堆叠集成起来，从而大幅度提升了系统的性能。但是高密度集成系统会产生大量的热量，严重影响芯片的正常工作。近年来，人们开始使用载有冷却液的微流道对三维集成的芯片内部进行散热。一种传统的做法是在芯片的背面刻蚀出微流道的槽体结构，再与另一片同样刻蚀有微流道槽体结构的硅片或玻璃片进行对准键合形成微流道闭合管路；另一种常见的做法是在芯片的背面涂覆有机聚合并刻蚀出微流道的槽体结构，再与其他衬片贴合形成微流道闭合管路。传统的做法均需要额外引入其他衬片和键合工艺，不仅增加工艺复杂程度而且也增加了芯片的厚度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请实施例的目的是提供含有压阻式流量检测功能的晶圆散热微流道的制备方法，基于绝缘体上硅（SOI, Silicon-On-Insulator）晶圆开发了埋氧层二氧化硅牺牲释放工艺，不需要填充有机聚合物，而只依靠SOI晶圆的器件层硅、埋氧层二氧化硅和衬底层硅就能构成微流道闭合管路；开发了电镀铜封闭工艺和内壁选择性化学镀铜工艺，形成的铜柱热沉和内壁金属化铜层大幅度提升了微流道的散热能力；同时，本发明还在微流道中集成了压阻式流量计，可以对冷却液微流体的流速和温度进行实时的检测。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种用于三维集成晶圆系统散热的流量可测的微流道制造方法，包括：

压阻式流量计制造步骤：在绝缘体上硅晶圆的上表面构造第一力敏应变结构并构造力敏电阻和测温电阻；

埋氧层二氧化硅释放步骤：在所述绝缘体上硅晶圆的上表面刻蚀释放孔，并用湿法腐蚀所述释放孔下方的埋氧层二氧化硅，形成微流道；

释放孔电镀铜封闭步骤：在所述绝缘体上硅晶圆的上表面和所述释放孔的侧壁沉积种子层金属，基于所述种子层电镀铜形成铜柱封闭所述微流道的上表面；

微流道内壁无机镀铜步骤：使用化学法在所述微流道的内壁上下表面镀上铜散热层。

进一步地，所述绝缘体上硅晶圆为带有有源集成电路的背面或已完成硅垂直通孔和重布线层的硅晶圆转接板的背面。

进一步地，所述压阻式流量计制造步骤包括：

在所述绝缘体上硅晶圆的上表面光刻刻蚀形成第一力敏应变结构，所述第一力敏应变结构为悬臂梁、折叠梁-平板或带孔薄膜；

在所述第一力敏应变结构上通过离子注入形成半导体力敏电阻；

在所述力敏电阻的附近通过沉积金属形成测温电阻；

溅射铬/金形成所述力敏电阻的欧姆接触电极及所述测温电阻的互连线，等离子增强化学气相淀积沉积第一钝化层二氧化硅。

进一步地，所述埋氧层二氧化硅释放步骤包括：

在所述绝缘体上硅晶圆的上表面光刻刻蚀释放孔和冷却液进出孔；

在所述冷却液进出孔的外侧侧壁和所述绝缘体上硅上表面的第一钝化层二氧化硅上涂布厚光刻胶，其中所述厚光刻胶的厚度≥10微米；