本發(fā)明涉及電氣元件，具體涉及一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法。

背景技術(shù)：

1、在過去的幾十年里，電子信息系統(tǒng)的小型化、輕型化、低功耗主要依靠減小半導(dǎo)體器件工藝制程的線寬來解決。然而，隨著晶體管尺寸的逐漸縮小，量子效應(yīng)和功耗成為制約物理尺寸的主要瓶頸，摩爾定律逐漸放緩。因此，人們開始尋求通過減小器件封裝尺寸，提高系統(tǒng)集成度來滿足電子系統(tǒng)小型化、低功耗的要求。以先進(jìn)封裝為代表的高集成度系統(tǒng)級封裝成為目前的研究熱點。

2、射頻微系統(tǒng)是以先進(jìn)封裝中的硅通孔(tsv)刻蝕及電鍍技術(shù)、晶圓級轉(zhuǎn)接板表面再布線(rdl)技術(shù)以及高精度晶圓級鍵合技術(shù)等為基礎(chǔ)的，面向射頻應(yīng)用的集成微系統(tǒng)，是實現(xiàn)各類微波組件小型化集成的重要產(chǎn)品形態(tài)。

3、目前三維異構(gòu)集成微系統(tǒng)主要采用多層硅轉(zhuǎn)接板三維堆疊的方式。其加工方式為將每層硅轉(zhuǎn)接板單獨加工，然后在轉(zhuǎn)接板中內(nèi)嵌或者表貼功能芯片，最后通過晶圓級鍵合或者模組鍵合實現(xiàn)三維堆疊。目前的加工方式存在如下問題：

4、(1)為了保證封裝整體尺寸和降低功耗，在加工時每層硅轉(zhuǎn)接板需要減薄到100～200μm。完整硅晶圓厚度500～800μm，大部分硅經(jīng)磨拋后被去除，降低了晶圓的利用效率；

5、(2)硅的介電常數(shù)較高，損耗因子較大，導(dǎo)致硅材料在高頻下的電學(xué)性能較差，且硅材料tsv存在漏電，使得信號在硅轉(zhuǎn)接板傳輸過程中的損耗較大；

6、(3)硅轉(zhuǎn)接板成本較高，每片轉(zhuǎn)接板單獨加工，如tsv刻蝕、鈍化層沉積以及通孔金屬填充等工序增加了工藝步驟和生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決提供一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，該工藝在兩片晶圓一定深度處通過離子注入形成損傷層，然后晶圓表面生長氧化層，將兩片晶圓氧化層中的通孔對準(zhǔn)后低溫鍵合到一起，完成轉(zhuǎn)接板工藝后再利用退火使晶圓在損傷層處分離。此方法不僅將晶圓分為多份，且將tgv和tsv融合到一起，從而克服了傳統(tǒng)微系統(tǒng)工藝中晶圓利用率低、工藝復(fù)雜、成本高、高頻性能差等缺點。

2、本發(fā)明提供一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，包括以下步驟：

3、s1、在第一雙面拋光硅晶圓、第二雙面拋光硅晶圓距離上表面10μm～30μm處分別通過離子注入形成第一損傷層和第二損傷層，第一雙面拋光硅晶圓和第二雙面拋光硅晶圓厚度均為500μm～800μm；

4、s2、再分別在第一雙面拋光硅晶圓、第二雙面拋光硅晶圓的上表面沉積第一sio2層、第二sio2層；

5、s3、在第一sio2層、第二sio2層的相同位置刻蝕出相同尺寸的第一通孔、第二通孔，刻蝕深度與第一sio2層、第二sio2層的厚度均相同，然后去除光刻膠、清洗，在第一通孔、第二通孔中利用電鍍填充金屬得到tgv通孔；

6、s4、將第一雙面拋光硅晶圓旋轉(zhuǎn)180°使第一sio2層、第二sio2層面對面放置，同時將第一sio2層的tgv通孔和第二sio2層的tgv通孔對準(zhǔn)；

7、通過金屬低溫鍵合的方式將第一sio2層、第二sio2層連接得到混合模組；

8、混合模組中，第一損傷層以上的部分為轉(zhuǎn)接板a，第一損傷層、第二損傷層之間的部分為轉(zhuǎn)接板b，第二損傷層以下的部分為轉(zhuǎn)接板c，轉(zhuǎn)接板b包括從上到下依次連接的第一損傷層以下的第一雙面拋光硅晶圓、第一sio2層、第二sio2層、第二損傷層以上的第二雙面拋光硅晶圓，tgv通孔；

9、s5、對混合模組進(jìn)行退火使第一損傷層中產(chǎn)生氣泡并使轉(zhuǎn)接板a與轉(zhuǎn)接板b分離得到獨立的轉(zhuǎn)接板a和分離后混合模組；

10、s6、將分離后混合模組的分離面朝上，在分離后混合模組的轉(zhuǎn)接板b上埋置無源器件；

11、s7、對分離后混合模組中tgv通孔上部的位置進(jìn)行光刻開孔、刻蝕且刻蝕截止至tgv通孔中填充的金屬全部暴露并得到tsv，去除光刻膠并清洗；在tsv的側(cè)壁沉積鈍化層、電鍍填充金屬；最后在分離后混合模組的硅表面制作rdl得到分離后混合模組組件；

12、s8、對分離后混合模組組件進(jìn)行退火處理使注入的離子受熱擴散、在損傷層中產(chǎn)生氣泡，從而使分離后混合模組組件中轉(zhuǎn)接板b和轉(zhuǎn)接板c分離；

13、s9、對轉(zhuǎn)接板b的背面進(jìn)行跟步驟s6、s7相同工藝：光刻開孔、刻蝕出tsv、側(cè)壁鈍化、金屬填充、制作rdl；

14、在轉(zhuǎn)接板b的背面刻蝕出第一空腔、刻蝕深度截止至露出第二sio2層；

15、s10、在轉(zhuǎn)接板b的背面進(jìn)行功能芯片表貼，芯片焊盤通過rdl互連以與外部信號的通信，得到轉(zhuǎn)接板b組件；

16、s11、在轉(zhuǎn)接板的表面刻蝕第二空腔，然后進(jìn)行表面鈍化、金屬互連線得到轉(zhuǎn)接板a組件；

17、s12、對轉(zhuǎn)接板c進(jìn)行tsv、開腔、功能芯片埋置以及表面rdl制作得到轉(zhuǎn)接板c組件；

18、s13、將轉(zhuǎn)接板a組件、轉(zhuǎn)接板b組件和轉(zhuǎn)接板c組件依次上下重疊進(jìn)行晶圓級鍵合、芯片異質(zhì)集成和信號互連并切割成裸芯片，裸芯片中，轉(zhuǎn)接板b組件的功能芯片位于第二空腔中，轉(zhuǎn)接板c組件的上方為第一空腔；

19、裸芯片與pcb的互連得到玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)，一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法完成。

20、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s1中，注入的離子為以下任意一種：o離子、h離子、he離子或任意組合離子，注入時表面傾斜5°～10°。

21、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，第一損傷層和第二損傷層的厚度均為10nm～50nm。

22、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，第一損傷層和第二損傷層的離子注入條件不同以使退火分離條件不同；離子注入條件包括離子濃度、離子種類、注入能量和注入角度；第一損傷層退火溫度小于第二損傷層的退火溫度。

23、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s5中，退火溫度在300℃～450℃之間。

24、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s8中，退火溫度在450℃～600℃之間。

25、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s2中，沉積sio2的方法為以下任意一種：pvd、cvd、pecvd或ald；

26、第一sio2層、第二sio2層的厚度均為40～80μm。

27、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s3中，第一通孔、第二通孔的刻蝕方法為以下任意一種：等離子體刻蝕法、激光燒灼、電化學(xué)法，第一通孔和第二通孔均填充金屬cu；

28、步驟s4中，通過cu-cu低溫鍵合得到混合模組；

29、步驟s7中，tgv通孔中填充金屬cu，在tsv的側(cè)壁填充金屬cu。

30、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，裸芯片通過底部植球bga與pcb的互連得到玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)。

31、本發(fā)明所述的一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s1中，所述第一損傷層(2a)和所述第二損傷層(2b)的離子注入條件相同；

32、步驟s2中，第一sio2層、第二sio2層的厚度均大于等于100μm時，步驟s5與步驟s8的退火分離合并在步驟s5中進(jìn)行，步驟s5中得到獨立的轉(zhuǎn)接板a、轉(zhuǎn)接板b和轉(zhuǎn)接板c；

33、步驟s6、s7在轉(zhuǎn)接板b的上表面埋置無源器件、制備tsv、rdl。

34、本發(fā)明提出一種玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合堆疊的射頻微系統(tǒng)制備工藝。首先，在兩片晶圓不同深度處通過離子注入形成損傷層，然后分別在其上生長一定厚度的sio2。在兩片晶圓sio2表面刻蝕并利用金屬填充盲孔，將兩片氧化硅的通孔對準(zhǔn)低溫鍵合到一起，形成玻璃通孔(tgv)。制作完轉(zhuǎn)接板工藝后再利用退火或者化學(xué)方法使晶圓在損傷層處分離，從而將晶圓二分為三，從而將玻璃基和硅基轉(zhuǎn)接板混合集成，達(dá)到提高晶圓利用效率、簡化工藝程序、降低生產(chǎn)成本以及降低高頻領(lǐng)域傳輸損耗的目的。

35、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

36、(1)本方案兩片晶圓可分離成三片使用，提高了晶圓的利用效率，降低了生產(chǎn)成本；

37、(2)通過將中間層轉(zhuǎn)接板從硅材料替換為具有天然電絕緣屬性、低插入損耗的玻璃，降低信號在硅轉(zhuǎn)接板傳輸過程中的損耗；

38、(3)由于sio2本身為絕緣體，因此在制作通孔時無需側(cè)壁絕緣化處理，簡化了工藝流程，從而降低了成本。