一种硅基气密性密封结构及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种硅基气密性密封结构及其制造方法，该密封结构包括具备完整通孔填充第一金属、表面钝化、背面带有焊盘的硅基板，硅基板正面填充带有开口的聚合物介质层，开口内填充第二金属；聚合物介质层上表面设置金属布线层和绝缘层，所述第二金属布线层与第二金属接触形成电连接；第二绝缘层上表面贴装芯片；芯片的引脚和第二金属布线层通过键合丝形成电连接；第二金属布线层和第二金属之间直接接触形成电连接；第二金属和第一金属直接接触形成电连接；盖板通过密封材料与硅基板密封形成空腔。本发明可有效的缩小封装尺寸、提升结构强度、简化生产工艺。
【专利说明】一种硅基气密性密封结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种硅基气密性密封结构及其制造方法，属于集成电路封装【技术领域】。
【背景技术】
[0002]硅通孔技术(TSV)是目前集成电路的主要发展方向，因其高频特性出色，能减小传输延时、降低噪声、封装尺寸小、热膨胀可靠性高等优点受到业界的重视，可应用范围也较广。
[0003]硅通孔技术(TSV)受到设备能力的限制，尤其高深宽比通孔的侧壁绝缘层、阻挡层溅射是相当困难的，为此业界通常会将硅基板做的比较薄，以便于后期的通孔填充工艺；且出于结构强度方面的考虑，通孔的节距一般都会设置的较大。且由于此类硅基板厚度薄、通孔间节距大，硅通孔技术的实际应用受到了限制，使得此类结构封装尺寸较大、结构强度差，许多研究结果仅仅能应用于实验室内，不能满足小尺寸、多引出端集成电路的封装需求。
[0004]因此，目前急需研究一种高结构强度的硅基气密性密封结构。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硅基气密性密封结构及其制造方法。
[0006]按照本发明提供的技术方案，一种娃基气密性密封结构，包括娃基板，娃基板上制作有通孔，在硅基板表面淀积第一绝缘层，在通孔内壁淀积种子层金属，然后在通孔内填充第一金属，所述第一金属的背面淀积第一金属布线层；其特征在于:硅基板正面填充聚合物介质层，所述聚合物介质层对应每一个有填充第一金属的位置制作有开口，开口内填充第二金属；聚合物介质层上表面设置第二金属布线层和第二绝缘层，所述第二金属布线层与第二金属接触形成电连接；第二绝缘层上表面贴装芯片；芯片的引脚和第二金属布线层通过键合丝形成电连接；第二金属布线层和第二金属之间直接接触形成电连接；第二金属和第一金属直接接触形成电连接；盖板通过密封材料与硅基板密封形成空腔。
[0007]一种硅基气密性密封结构的制造方法，包括以下步骤:
1:提供具备完整通孔填充、表面钝化、背面带有焊盘的硅基板；
2:在硅基板正面涂覆聚合物介质层，通过光刻工艺在聚合物上制作开口，所述开口对应硅基板上每一个有填充第一金属的位置；
3:在硅基板正面聚合物介质层的开口内使用溅射工艺淀积种子层、电镀工艺填充第二金属；
4:在硅基板正面聚合物介质层上使用PECVD淀积钝化层、使用溅射工艺淀积金属布线层，金属布线层和第二金属之间直接接触形成电连接；
5:在硅基板正面贴装芯片、键合丝，芯片的引脚和金属布线层通过键合丝形成电连接；
6:在聚合物介质层上贴装密封材料，将盖板与硅基板以及金锡焊料通过合金烧结的方式进行焊接，在盖板与硅基板之间形成空腔。
[0008]所述密封材料为预成型的焊料片。
[0009]本发明的优点是:它可有效的缩小封装尺寸、提升结构强度、简化生产工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是一种硅基气密性密封结构示意图。
[0011]图2是图1所示硅基气密性密封结构局部放大图。
[0012]图3是硅基板刻蚀出通孔并制备完绝缘层的结构示意图。
[0013]图4是硅基板正面选择性填充聚合物后的结构示意图。
[0014]图5是聚合物开口内制备种子层金属及填充金属后的结构示意图。
[0015]图6是聚合物之上制备在布线层及绝缘层后的结构示意图。
[0016]图7是聚合物之上粘接芯片、引线键合后的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0018]如图1，2所示，本发明的硅基气密性密封结构包括硅基板1，硅基板I上制作有通孔，在硅基板I表面淀积第一绝缘层2，在通孔内壁淀积种子层金属6，然后在通孔内填充第一金属5,所述第一金属5的背面淀积第一金属布线层4 ;娃基板I正面填充聚合物介质层3，所述聚合物介质层3对应每一个有填充第一金属5的位置制作有开口，开口内填充第二金属8 ;聚合物介质层3上表面设置第二金属布线层12和第二绝缘层11，所述第二金属布线层12与第二金属8接触形成电连接；第二绝缘层11上表面贴装芯片14 ;芯片14的引脚和第二金属布线层12通过键合丝13形成电连接；第二金属布线层12和第二金属8之间直接接触形成电连接；第二金属8和第一金属5直接接触形成电连接；盖板10通过密封材料9与硅基板I密封形成空腔15。盖板10可设置为任意形状。第三绝缘层7选择性的分布在硅基板I底部表面。
[0019]图3至图7给出了本发明一种硅基气密性密封结构的制造方法的具体流程。
[0020]本发明首先需要在硅基圆片利用深反应离子刻蚀形成通孔、PECVD制备绝缘层、通孔通过电镀填充金属等工艺，形成一块具备完整通孔填充、表面钝化、带有焊盘的硅基板1，如图3所示。硅基板I设置通孔，种子层金属6设置在通孔内壁。第一绝缘层2设置在硅基板I表面和通孔内壁。第三绝缘层7设置在硅基板I底面。通孔内填充第一金属5，硅基板第一金属5的背面淀积第一金属布线层4形成焊盘。
[0021]在圆片正面通过光刻等工艺制作具有开口的聚合物介质层3，所述开口对应每一个有填充金属5的位置，如图4所示。
[0022]在圆片正面聚合物介质层3的开口内使用溅射工艺淀积种子层、电镀工艺填充第二金属8，如图5所示。通孔填充金属第一金属5、第二金属8设置在硅基板通孔及聚合物通孔内。
[0023]在圆片正面聚合物介质层3上使用PECVD淀积钝化层，形成第二绝缘层11、使用溅射工艺淀积第二金属布线层12，如图6所示。第二绝缘层11设置在聚合物表面，第二金属布线层12设置在空腔内聚合物表面。
[0024]在圆片正面贴装芯片14、键合丝13，贴装密封材料(预成型焊料片)9，如图7所示。芯片14的引出端通过键合丝13与聚合物表面第二金属布线层12连接。所述密封材料9设置在硅基板I与盖板10的结合面上。
[0025]所述硅基板I与盖板10通过合金焊料烧结以形成空腔15，如图1所示。所述空腔15内聚合物表面的第二金属布线层12以及硅基板背面的第一金属布线层4通过通孔内金属连接。由于空腔15内部填充聚合物提高了结构强度。
[0026]以下简述一个具体实例:采用单晶硅做为载体，在硅基板底面制作通孔，然后在通孔内壁制备绝缘层、种子层和填充金属，接着在底面选择性的制备绝缘层；完成底面制作工艺后，在硅基板正面使用光刻工艺选择性的制作出带有通孔的聚合物层，然后在聚合物通孔内壁制备种子层金属、填充金属(同时在硅基板与盖板的焊接面制作金属焊环)，之后再在聚合物表面制备金属布线层以及绝缘层；在聚合物表面粘接芯片，然后使用引线键合工艺将芯片的引出端和聚合物表面的金属布线层导通；所述通孔内填充金属上表面直接与聚合物表面再布线层接触，所述通孔内填充金属下表面直接与硅基板底面再布线层接触。最终将带有金属化表面的盖板与硅基板以及金锡焊料通过合金烧结的方式进行焊接。
[0027]所述硅基气密性密封结构，其内部芯片粘接芯片同样可以使用倒扣焊工艺来实现电信号的传输。
【权利要求】
1.一种娃基气密性密封结构，包括娃基板(I )，娃基板(I)上制作有通孔，在娃基板(I)表面淀积第一绝缘层(2)，在通孔内壁淀积种子层金属(6)，然后在通孔内填充第一金属(5)，所述第一金属(5)的背面淀积第一金属布线层(4);其特征在于:硅基板(I)正面填充聚合物介质层(3 )，所述聚合物介质层(3 )对应每一个有填充第一金属(5 )的位置制作有开口，开口内填充第二金属(8);聚合物介质层(3)上表面设置第二金属布线层(12)和第二绝缘层(11)，所述第二金属布线层(12)与第二金属(8)接触形成电连接；第二绝缘层(11)上表面贴装芯片(14);芯片(14)的引脚和第二金属布线层(12)通过键合丝(13)形成电连接；第二金属布线层(12)和第二金属(8)之间直接接触形成电连接；第二金属(8)和第一金属(5 )直接接触形成电连接；盖板(10 )通过密封材料(9 )与硅基板(I)密封形成空腔(15 )。
2.根据权利要求1所述的一种娃基气密性密封结构，其特征在于:所述娃基板(I)的背面淀积有第三绝缘层(7)。
3.—种硅基气密性密封结构的制造方法，其特征是，包括以下步骤: (I)提供具备完整通孔填充、表面钝化、背面带有焊盘的硅基板； (2 )在硅基板正面涂覆聚合物介质层，通过光刻工艺在聚合物上制作开口，所述开口对应硅基板上每一个有填充第一金属的位置； (3)在硅基板正面聚合物介质层的开口内使用溅射工艺淀积种子层、电镀工艺填充第二金属； (4)在硅基板正面聚合物介质层上使用PECVD淀积钝化层、使用溅射工艺淀积金属布线层，金属布线层和第二金属之间直接接触形成电连接； (5)在硅基板正面贴装芯片、键合丝，芯片的引脚和金属布线层通过键合丝形成电连接； (6)在聚合物介质层上贴装密封材料，将盖板与硅基板以及密封材料通过合金烧结的方式进行焊接，在盖板与硅基板之间形成空腔。
4.根据权利要求3所述的一种硅基气密性密封结构的制造方法，其特征是，步骤(6)所述密封材料为预成型的焊料片。
【文档编号】H01L23/538GK103681619SQ201310700474
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】吉勇, 燕英强, 丁荣峥, 李欣燕 申请人:中国电子科技集团公司第五十八研究所