一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)及其制造方法，該密封結(jié)構(gòu)包括具備完整通孔填充第一金屬、表面鈍化、背面帶有焊盤的硅基板，硅基板正面填充帶有開口的聚合物介質(zhì)層，開口內(nèi)填充第二金屬；聚合物介質(zhì)層上表面設(shè)置金屬布線層和絕緣層，所述第二金屬布線層與第二金屬接觸形成電連接；第二絕緣層上表面貼裝芯片；芯片的引腳和第二金屬布線層通過鍵合絲形成電連接；第二金屬布線層和第二金屬之間直接接觸形成電連接；第二金屬和第一金屬直接接觸形成電連接；蓋板通過密封材料與硅基板密封形成空腔。本發(fā)明可有效的縮小封裝尺寸、提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、簡化生產(chǎn)工藝。
【專利說明】一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)及其制造方法，屬于集成電路封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]硅通孔技術(shù)(TSV)是目前集成電路的主要發(fā)展方向，因其高頻特性出色，能減小傳輸延時(shí)、降低噪聲、封裝尺寸小、熱膨脹可靠性高等優(yōu)點(diǎn)受到業(yè)界的重視，可應(yīng)用范圍也較廣。
[0003]硅通孔技術(shù)(TSV)受到設(shè)備能力的限制，尤其高深寬比通孔的側(cè)壁絕緣層、阻擋層濺射是相當(dāng)困難的，為此業(yè)界通常會將硅基板做的比較薄，以便于后期的通孔填充工藝；且出于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的考慮，通孔的節(jié)距一般都會設(shè)置的較大。且由于此類硅基板厚度薄、通孔間節(jié)距大，硅通孔技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用受到了限制，使得此類結(jié)構(gòu)封裝尺寸較大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，許多研究結(jié)果僅僅能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，不能滿足小尺寸、多引出端集成電路的封裝需求。
[0004]因此，目前急需研究一種高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種娃基氣密性密封結(jié)構(gòu)，包括娃基板，娃基板上制作有通孔，在硅基板表面淀積第一絕緣層，在通孔內(nèi)壁淀積種子層金屬，然后在通孔內(nèi)填充第一金屬，所述第一金屬的背面淀積第一金屬布線層；其特征在于:硅基板正面填充聚合物介質(zhì)層，所述聚合物介質(zhì)層對應(yīng)每一個(gè)有填充第一金屬的位置制作有開口，開口內(nèi)填充第二金屬；聚合物介質(zhì)層上表面設(shè)置第二金屬布線層和第二絕緣層，所述第二金屬布線層與第二金屬接觸形成電連接；第二絕緣層上表面貼裝芯片；芯片的引腳和第二金屬布線層通過鍵合絲形成電連接；第二金屬布線層和第二金屬之間直接接觸形成電連接；第二金屬和第一金屬直接接觸形成電連接；蓋板通過密封材料與硅基板密封形成空腔。
[0007]一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟:
1:提供具備完整通孔填充、表面鈍化、背面帶有焊盤的硅基板；
2:在硅基板正面涂覆聚合物介質(zhì)層，通過光刻工藝在聚合物上制作開口，所述開口對應(yīng)硅基板上每一個(gè)有填充第一金屬的位置；
3:在硅基板正面聚合物介質(zhì)層的開口內(nèi)使用濺射工藝淀積種子層、電鍍工藝填充第二金屬；
4:在硅基板正面聚合物介質(zhì)層上使用PECVD淀積鈍化層、使用濺射工藝淀積金屬布線層，金屬布線層和第二金屬之間直接接觸形成電連接；
5:在硅基板正面貼裝芯片、鍵合絲，芯片的引腳和金屬布線層通過鍵合絲形成電連接；
6:在聚合物介質(zhì)層上貼裝密封材料，將蓋板與硅基板以及金錫焊料通過合金燒結(jié)的方式進(jìn)行焊接，在蓋板與硅基板之間形成空腔。
[0008]所述密封材料為預(yù)成型的焊料片。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:它可有效的縮小封裝尺寸、提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、簡化生產(chǎn)工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是圖1所示硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)局部放大圖。
[0012]圖3是硅基板刻蝕出通孔并制備完絕緣層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4是硅基板正面選擇性填充聚合物后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5是聚合物開口內(nèi)制備種子層金屬及填充金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖6是聚合物之上制備在布線層及絕緣層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖7是聚合物之上粘接芯片、引線鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1，2所示，本發(fā)明的硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)包括硅基板1，硅基板I上制作有通孔，在硅基板I表面淀積第一絕緣層2，在通孔內(nèi)壁淀積種子層金屬6，然后在通孔內(nèi)填充第一金屬5,所述第一金屬5的背面淀積第一金屬布線層4 ;娃基板I正面填充聚合物介質(zhì)層3，所述聚合物介質(zhì)層3對應(yīng)每一個(gè)有填充第一金屬5的位置制作有開口，開口內(nèi)填充第二金屬8 ;聚合物介質(zhì)層3上表面設(shè)置第二金屬布線層12和第二絕緣層11，所述第二金屬布線層12與第二金屬8接觸形成電連接；第二絕緣層11上表面貼裝芯片14 ;芯片14的引腳和第二金屬布線層12通過鍵合絲13形成電連接；第二金屬布線層12和第二金屬8之間直接接觸形成電連接；第二金屬8和第一金屬5直接接觸形成電連接；蓋板10通過密封材料9與硅基板I密封形成空腔15。蓋板10可設(shè)置為任意形狀。第三絕緣層7選擇性的分布在硅基板I底部表面。
[0019]圖3至圖7給出了本發(fā)明一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)的制造方法的具體流程。
[0020]本發(fā)明首先需要在硅基圓片利用深反應(yīng)離子刻蝕形成通孔、PECVD制備絕緣層、通孔通過電鍍填充金屬等工藝，形成一塊具備完整通孔填充、表面鈍化、帶有焊盤的硅基板1，如圖3所示。硅基板I設(shè)置通孔，種子層金屬6設(shè)置在通孔內(nèi)壁。第一絕緣層2設(shè)置在硅基板I表面和通孔內(nèi)壁。第三絕緣層7設(shè)置在硅基板I底面。通孔內(nèi)填充第一金屬5，硅基板第一金屬5的背面淀積第一金屬布線層4形成焊盤。
[0021]在圓片正面通過光刻等工藝制作具有開口的聚合物介質(zhì)層3，所述開口對應(yīng)每一個(gè)有填充金屬5的位置，如圖4所示。
[0022]在圓片正面聚合物介質(zhì)層3的開口內(nèi)使用濺射工藝淀積種子層、電鍍工藝填充第二金屬8，如圖5所示。通孔填充金屬第一金屬5、第二金屬8設(shè)置在硅基板通孔及聚合物通孔內(nèi)。
[0023]在圓片正面聚合物介質(zhì)層3上使用PECVD淀積鈍化層，形成第二絕緣層11、使用濺射工藝淀積第二金屬布線層12，如圖6所示。第二絕緣層11設(shè)置在聚合物表面，第二金屬布線層12設(shè)置在空腔內(nèi)聚合物表面。
[0024]在圓片正面貼裝芯片14、鍵合絲13，貼裝密封材料(預(yù)成型焊料片)9，如圖7所示。芯片14的引出端通過鍵合絲13與聚合物表面第二金屬布線層12連接。所述密封材料9設(shè)置在硅基板I與蓋板10的結(jié)合面上。
[0025]所述硅基板I與蓋板10通過合金焊料燒結(jié)以形成空腔15，如圖1所示。所述空腔15內(nèi)聚合物表面的第二金屬布線層12以及硅基板背面的第一金屬布線層4通過通孔內(nèi)金屬連接。由于空腔15內(nèi)部填充聚合物提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0026]以下簡述一個(gè)具體實(shí)例:采用單晶硅做為載體，在硅基板底面制作通孔，然后在通孔內(nèi)壁制備絕緣層、種子層和填充金屬，接著在底面選擇性的制備絕緣層；完成底面制作工藝后，在硅基板正面使用光刻工藝選擇性的制作出帶有通孔的聚合物層，然后在聚合物通孔內(nèi)壁制備種子層金屬、填充金屬(同時(shí)在硅基板與蓋板的焊接面制作金屬焊環(huán))，之后再在聚合物表面制備金屬布線層以及絕緣層；在聚合物表面粘接芯片，然后使用引線鍵合工藝將芯片的引出端和聚合物表面的金屬布線層導(dǎo)通；所述通孔內(nèi)填充金屬上表面直接與聚合物表面再布線層接觸，所述通孔內(nèi)填充金屬下表面直接與硅基板底面再布線層接觸。最終將帶有金屬化表面的蓋板與硅基板以及金錫焊料通過合金燒結(jié)的方式進(jìn)行焊接。
[0027]所述硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部芯片粘接芯片同樣可以使用倒扣焊工藝來實(shí)現(xiàn)電信號的傳輸。
【權(quán)利要求】
1.一種娃基氣密性密封結(jié)構(gòu)，包括娃基板(I )，娃基板(I)上制作有通孔，在娃基板(I)表面淀積第一絕緣層(2)，在通孔內(nèi)壁淀積種子層金屬(6)，然后在通孔內(nèi)填充第一金屬(5)，所述第一金屬(5)的背面淀積第一金屬布線層(4);其特征在于:硅基板(I)正面填充聚合物介質(zhì)層(3 )，所述聚合物介質(zhì)層(3 )對應(yīng)每一個(gè)有填充第一金屬(5 )的位置制作有開口，開口內(nèi)填充第二金屬(8);聚合物介質(zhì)層(3)上表面設(shè)置第二金屬布線層(12)和第二絕緣層(11)，所述第二金屬布線層(12)與第二金屬(8)接觸形成電連接；第二絕緣層(11)上表面貼裝芯片(14);芯片(14)的引腳和第二金屬布線層(12)通過鍵合絲(13)形成電連接；第二金屬布線層(12)和第二金屬(8)之間直接接觸形成電連接；第二金屬(8)和第一金屬(5 )直接接觸形成電連接；蓋板(10 )通過密封材料(9 )與硅基板(I)密封形成空腔(15 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種娃基氣密性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述娃基板(I)的背面淀積有第三絕緣層(7)。
3.—種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，包括以下步驟: (I)提供具備完整通孔填充、表面鈍化、背面帶有焊盤的硅基板； (2 )在硅基板正面涂覆聚合物介質(zhì)層，通過光刻工藝在聚合物上制作開口，所述開口對應(yīng)硅基板上每一個(gè)有填充第一金屬的位置； (3)在硅基板正面聚合物介質(zhì)層的開口內(nèi)使用濺射工藝淀積種子層、電鍍工藝填充第二金屬； (4)在硅基板正面聚合物介質(zhì)層上使用PECVD淀積鈍化層、使用濺射工藝淀積金屬布線層，金屬布線層和第二金屬之間直接接觸形成電連接； (5)在硅基板正面貼裝芯片、鍵合絲，芯片的引腳和金屬布線層通過鍵合絲形成電連接； (6)在聚合物介質(zhì)層上貼裝密封材料，將蓋板與硅基板以及密封材料通過合金燒結(jié)的方式進(jìn)行焊接，在蓋板與硅基板之間形成空腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硅基氣密性密封結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，步驟(6)所述密封材料為預(yù)成型的焊料片。
【文檔編號】H01L23/538GK103681619SQ201310700474
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】吉勇, 燕英強(qiáng), 丁榮崢, 李欣燕 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所