一种类扇出多器件混合集成柔性微系统及其制备方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，具体来讲涉及一种多器件混合集成柔性微系统及其制备方法。

背景技术

扇出型封装技术是基于晶圆重构技术，将芯片重新布置到一块人工晶圆上进行封装的圆片级封装技术。该方法可以完成更小更薄的封装，实现多器件的混合集成，而且可以通过批次加工提高效率、降低成本。该方法在便携式电子产品芯片的封装、存储器芯片封装等领域具有十分广泛的应用。

柔性电子是将有机/无机材料电子器件制作在柔性材料上的电子技术。由于其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，柔性电子技术在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。目前，柔性电子主要有两种制备策略：一种是直接利用柔性功能材料实现电子器件的柔性化；另一种是通过转印的方式把电子元件转移到柔性基底上。对于前一种方法，有机半导体材料的制备是关键基础。由于有机半导体具有柔性特点，因而该方法柔性化工艺简单，容易实现印刷、图案化、薄膜化成型，进而形成柔性电子器件。但就目前已知的有机半导体而言，迁移率不高仍是限制其性能的重要因素。例如，最近报道的一种弹性有机半导体材料，在从原长度拉伸至原长度两倍的过程中，可以一直保持迁移率大于1.0cm²/v·s，但这仍然远小于硅的载流子迁移率(10²-10³cm²/v·s)。相比于有机半导体材料，以硅为代表的无机半导体材料不仅具有更高的迁移率，而且已经形成了一套成熟的制备工艺。采用合适的方法实现硅基结构的柔性化可以获得高性能的柔性电子器件。对于后一种方法，核心思路是应用具有较小厚度(<10μm)的硅结构，在弹性体辅助下实现三维拓扑变化，获得具有柔性的硅基器件，但对于mems这种具有复杂结构的器件，较小的厚度会影响器件的结构强度，不便采用上述方法形成结构可靠的柔性电子器件。

为此，需要发明一种柔性微系统加工技术，实现具有优良电学性能的高可靠性柔性电子的加工。

技术实现要素：

针对现在柔性电子制备方法中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种类扇出多器件混合集成柔性微系统及其制备方法，既可以保证柔性电子器件有良好的电学性能，又可以保证复杂柔性电子器件具有足够可靠的结构强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种类扇出多器件混合集成柔性微系统，采用微机电系统(mems)芯片和/或集成电路(ic)芯片作为器件单元，所述器件单元之间采用由聚合物填充的柔性隔离槽作为柔性连接，所述器件单元之间的电互联由金属布线层实现。

进一步地，所述的微机电系统(mems)芯片或集成电路(ic)芯片来自于同一批次或不同批次的流片过程；所述微机电系统(mems)芯片为硅衬底上多个传感单元组成的传感阵列经刻蚀后形成的阵列化传感芯片；所述集成电路(ic)芯片为单个电路芯片或硅衬底上多个电路单元组成的电路阵列经刻蚀后形成的阵列化电路芯片。

进一步地，所述的聚合物为包括聚对二甲苯(parylene)在内的任意可化学气相沉积的柔性材料。

进一步地，所述的柔性隔离槽为以相同的间隔均匀分布于器件单元之间的由所述聚合物填充的高深宽比隔离槽；同时可以对硅衬底进行深刻蚀至释放所有隔离槽之间的残余硅，并淀积所述聚合物以实现器件单元之间的全聚合物柔性连接。

进一步地，所述的柔性连接能够实现刚性器件单元之间的柔性互连和表面平面化功能。

进一步地，所述金属布线层是单层或多层，当金属布线层是多层时，每层之间淀积柔性材料作为电隔离。

相应地，本发明提供了上述类扇出多器件混合集成柔性微系统制备方法，该方法包括以下步骤：

1)在硅片正面制作芯片定位用的图形；

2)将硅衬底上多个传感单元组成的传感阵列、单个电路芯片或硅衬底上多个电路单元组成的电路阵列正面粘贴到所述硅片正面对应位置；

3)对所述粘贴了芯片的硅片表面甩胶，并粘贴到另一片作为临时载片的硅片正面；

4)剥离掉所述芯片正面的硅片，暴露出芯片正面；

5)对临时载片上芯片正面进行光刻，通过深刻蚀方式形成隔离槽，获得由传感阵列分离成的阵列式微机电系统(mems)芯片以及由电路阵列分离成的阵列式集成电路(ic)芯片；

6)对临时载片上芯片正面淀积一定厚度的聚合物以填充所述隔离槽形成柔性连接结构；

7)对临时载片上芯片正面进行光刻，通过氧等离子体刻蚀所述淀积的聚合物，在芯片正面对应的引线之间形成互连窗口；

8)对临时载片上芯片正面进行光刻和溅射种子层，由电镀金属制备相应的所述引线之间的金属布线层，完成微机电系统(mems)芯片与集成电路(ic)芯片之间的电学互连；

9)对临时载片上芯片正面淀积一定厚度的聚合物作为电隔离保护，进行光刻并通过氧等离子体刻蚀所述淀积的聚合物以获得金属布线层与外界的引线接口；

10)将临时载片上芯片正面粘贴到另一硅衬片上，并剥离掉临时载片；

11)对硅衬片上芯片背面进行光刻，刻蚀所述隔离槽下部以及隔离槽之间的残余硅并淀积一定厚度的聚合物做保护，形成多器件混合集成柔性微系统。

进一步地，步骤3)在对所述粘贴了芯片的硅片表面甩胶后，粘贴临时载片前，可以使用cmp对芯片背面减薄至适当厚度。

本发明的有益效果是：

(一)本发明公开的技术方案可以实现多种不同器件的柔性混合集成，形成一个具有完整功能的柔性微系统。

(二)与现有的柔性电子柔性化技术方案相比，本发明采用硅基芯片作为功能单元，因而电路具有优良的电学性能；本发明所用的芯片不需要减薄至很薄，从而能保证了复杂结构芯片的结构强度与正常工作。

附图说明

图1是本发明类扇出多器件混合集成柔性微系统结构示意图。

图2是本发明实施例中形成转移载片上定位图形的纵剖面结构示意图。

图3是本发明实施例中将芯片正面粘接到转移在片上的纵剖面结构示意图。

图4是本发明实施例中将芯片背面粘接到临时载片上的纵剖面结构示意图。

图5是本发明实施例中将芯片与转移载片分离后的纵剖面结构示意图。

图6是本发明实施例中在阵列芯片正面刻蚀柔性槽并淀积柔性材料后的纵剖面结构示意图。

图7是本发明实施例中在柔性材料表面完成金属布线层后的剖面结构示意图。

图8是本发明实施例中在金属布线层表面淀积柔性材料并刻蚀柔性材料暴露出金属布线层上与外部电互联的焊盘后的剖面结构示意图。

图9是本发明实施例中剥离掉芯片背面的临时载片并刻蚀掉柔性槽下面和柔性槽内残留的硅衬底后的剖面结构示意图。

图10是本发明实施例中在芯片背面淀积柔性材料后的剖面结构示意图。

具体实施方式

下文通过具体实施例并配合附图，对本发明做详细的说明。所述实施例的示例在所附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本实施例提供了一种类扇出多器件混合集成柔性微系统的结构，参见图1，包括至少两种芯片(其它实施例中也可以采用一种芯片)，1是一种芯片，21与22是另一种阵列芯片2分成的两个芯片，各芯片之间由柔性材料3连接。芯片正面是进行过微加工且需要电互联的表面，芯片之间的电互联由芯片正面的金属布线层4完成，芯片与金属布线层表面均有柔性材料3包裹保护，金属布线层4中需要与外部进行电学接触的焊点41表面的柔性材料3会被去除，形成孔5，从而暴露出焊点41。

本实施例的类扇出多器件混合集成柔性微系统的加工步骤为：

(1)在转移载片01的表面加工定位图形6，如图2所示。可以采用在转移载片01表面溅射或蒸发一层金属，然后进行光刻、腐蚀、去胶的方法制备定位图形6。

(2)使用粘接材料7将芯片1与阵列芯片2粘接到转移载片01的表面，如图3。其中阵列芯片2由两个连接在一起的相同芯片21与22组成，芯片正面向下。

(3)使用另一种粘接材料8将芯片背面粘接到临时载片02上，如图4。

(4)将转移载片01与粘接材料7去除，使芯片1的正面与阵列芯片2的正面露出，如图5。

(5)在阵列芯片2正面光刻并刻蚀出隔离槽9，使芯片2分为两个相同的芯片21与22，然后淀积柔性材料3，如图6。

(6)刻蚀芯片正面上电互联用焊盘上的柔性材料3并加工金属，形成金属布线层4，金属布线层可以通过光刻、淀积种子层、电镀金属、剥离光刻胶的方法加工，结果如图7。

(7)在金属布线层4表面再淀积柔性材料，然后光刻并刻蚀柔性材料，形成孔5，露出金属布线层上与外部电互联的焊盘41，如图8。

(8)在芯片正面粘贴硅衬片03，并去除临时载片02与粘接材料8，然后通过光刻、刻蚀去除隔离槽9下面以及内部残留的硅，阵列芯片2被完全分为两个由柔性材料连接的相同芯片21与22，如图9。

(9)去除硅衬片03，并在芯片1、21、22背面淀积柔性材料3，最终形成由柔性材料3包裹并连接在一起的芯片1、21、22，芯片之间的电互联由金属布线层4完成。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。