本發(fā)明涉及電氣元件，具體涉及一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)加速發(fā)展，電子系統(tǒng)面臨著數(shù)據(jù)海量化、多樣化、傳輸環(huán)境復(fù)雜化的挑戰(zhàn)，體積及功耗成為制約電子系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸。因此亟需改變傳統(tǒng)電子系統(tǒng)分立單機(jī)的模式，實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)高性能、小體積、智能化以及多功能化集成。三維異構(gòu)集成微系統(tǒng)利用硅基微機(jī)電系統(tǒng)(mems)和硅通孔(tsv)技術(shù)，將不同材質(zhì)、不同功能的芯片在三維空間尺度上集成，從而構(gòu)成多功能、小型化、低功耗的電子系統(tǒng)。

2、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(dú)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(shí)現(xiàn)三維堆疊。目前的加工方式存在如下問題：

3、(1)為了保證封裝整體尺寸和降低功耗，在加工時(shí)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；

4、(2)為了給減薄的晶圓提供機(jī)械支撐，通常需要制定超薄晶圓拿持技術(shù)方案，目前常用的是將晶圓與載板作臨時(shí)鍵合。晶圓與載板臨時(shí)鍵合以及分離后晶圓表面的清洗增加了工藝難度和復(fù)雜性；

5、(3)每片轉(zhuǎn)接板的加工是單獨(dú)的，如tsv刻蝕、鈍化層沉積以及通孔金屬填充等工序無法合并為一起，增加了工藝步驟和生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決微系統(tǒng)制備的利用效率、工藝難度的問題，提供一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，通過預(yù)先在轉(zhuǎn)接板晶圓不同深度處注入離子或者照射激光形成損傷層，然后在整個(gè)轉(zhuǎn)接板晶圓上做挖腔、tsv等工藝，完成轉(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。此方法將晶圓分為多份且部分工藝可一次完成，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、成本高等缺點(diǎn)。

2、本發(fā)明提供一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，包括以下步驟：

3、s1、在雙面拋光的硅晶圓中通過離子注入或者激光照射形成第一損傷層和第二損傷層，第一損傷層位于第二損傷層的上方，第一損傷層和第二損傷層將硅晶圓從上到下依次分為轉(zhuǎn)接板a、轉(zhuǎn)接板b和轉(zhuǎn)接板c；

4、s2、將硅晶圓中轉(zhuǎn)接板a一側(cè)朝上，在轉(zhuǎn)接板a中制備第一tsv通孔、第一空腔和位于第一空腔下方與第一損傷層之間的第二tsv通孔；

5、s3、將硅晶圓中轉(zhuǎn)接板c一側(cè)朝上，在轉(zhuǎn)接板c中制備第二空腔，第二空腔的數(shù)量為至少兩個(gè)，通過一部分第二空腔在轉(zhuǎn)接板b的表面制備第三空腔、通過另一部分第二空腔在轉(zhuǎn)接板b中制備第三tsv通孔，然后在轉(zhuǎn)接板c中制備第四tsv通孔；

6、s4、將硅晶圓進(jìn)行退火或者濕法刻蝕使第一損傷層、第二損傷層中產(chǎn)生氣泡或產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)得到獨(dú)立的轉(zhuǎn)接板a、轉(zhuǎn)接板b和轉(zhuǎn)接板c，第二空腔為通孔；在第一空腔中嵌入芯片并使芯片與轉(zhuǎn)接板a互連得到轉(zhuǎn)接板a組件，在轉(zhuǎn)接板b表面表貼芯片并通過金絲與外界信號互連得到轉(zhuǎn)接板b組件，然后將轉(zhuǎn)接板a組件、轉(zhuǎn)接板b組件和轉(zhuǎn)接板c進(jìn)行晶圓級鍵合、切片、與蓋層鍵合、與pcb互連得到微系統(tǒng)，一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法完成。

7、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s1中，硅晶圓的厚度為500μm～800μm，

8、第一損傷層到硅晶圓上表面的距離為100μm～200μm，第二損傷層到硅晶圓上表面的距離為200μm～300μm，第一損傷層和第二損傷層的厚度均為20μm～30μm。

9、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s2包括：

10、s21、將硅晶圓中轉(zhuǎn)接板a一側(cè)朝上，在轉(zhuǎn)接板a中進(jìn)行光刻、刻蝕得到通孔并在通孔側(cè)壁沉積鈍化層、通孔中填充金屬，使用化學(xué)機(jī)械拋光或者金屬刻蝕的方法露出金屬，得到第一tsv通孔；

11、s22、在轉(zhuǎn)接板a的表面光刻、刻蝕得到第一空腔，第一空腔的深度小于轉(zhuǎn)接板a的厚度；去除光刻膠、清洗后在在第一空腔的側(cè)壁和底部沉積鈍化層；

12、s23、在轉(zhuǎn)接板a表面光刻，在第一空腔的底部刻蝕出通孔并在通孔側(cè)壁沉積鈍化層、通孔中填充金屬，使用金屬刻蝕的方法露出第一空腔底部的金屬得到第二tsv通孔。

13、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s21、s23中，刻蝕的方法均包括：反應(yīng)離子刻蝕、電感耦合等離子體刻蝕；第一tsv通孔、第二tsv通孔中均填充金屬cu、刻蝕深度均到達(dá)第一損傷層；

14、步驟s22中，刻蝕得到第一空腔的方法為以下任意一種：rie或icp或濕法腐蝕，刻蝕深度為轉(zhuǎn)接板a的二分之一。

15、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s3包括以下步驟：

16、s31、將硅晶圓的轉(zhuǎn)接板c一側(cè)朝上，在轉(zhuǎn)接板c中光刻、刻蝕得到第二空腔，刻蝕截止至第二損傷層與轉(zhuǎn)接板b相鄰的界面，第二空腔的數(shù)量為至少兩個(gè)，去除光刻膠后進(jìn)行清洗；

17、s32、在轉(zhuǎn)接板c的表面光刻，通過一部分第二空腔留出的窗口在轉(zhuǎn)接板b的表面刻蝕得到第三空腔，第三空腔的深度小于轉(zhuǎn)接板b的厚度，去除光刻膠，清洗后在第三空腔側(cè)壁和底部、第二空腔的側(cè)壁沉積鈍化層；

18、s33、在轉(zhuǎn)接板c表面光刻，通過在另一部分第二空腔預(yù)留的窗口在轉(zhuǎn)接板b中刻蝕出通孔，刻蝕截止至第一損傷層；去除光刻膠并清洗后在通孔側(cè)壁沉積鈍化層、通孔中填充金屬、露出第二空腔底部金屬得到第三tsv通孔；

19、s34、在轉(zhuǎn)接板c表面光刻并在轉(zhuǎn)接板c中刻蝕出截止至第二損傷層的通孔，去除光刻膠、清后在通孔側(cè)壁沉積鈍化層、通孔中填充金屬、露出空腔底部金屬cu得到第四tsv通孔。

20、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，當(dāng)轉(zhuǎn)接板c的厚度和轉(zhuǎn)接板b厚度相同時(shí)，步驟s33、s34可合并到一起，同時(shí)制備第三tsv通孔和第四tsv通孔；第三tsv通孔和第四tsv通孔可為完全相同的tsv，填充金屬后，同時(shí)使用金屬刻蝕的方法使金屬露頭。

21、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s31、s32中，第二空腔、第三空腔的刻蝕方法均為rie或icp或濕法腐蝕，第三空腔的深度為轉(zhuǎn)接板b厚度的三分之一；

22、步驟s33、s34中，刻蝕通孔的方法均為rie或者icp；均填充金屬cu，步驟s33中使用金屬刻蝕的方法露出空腔底部金屬cu，步驟s34中，使用cmp或者金屬刻蝕的方法露出空腔底部金屬cu。

23、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s4包括以下步驟：

24、s41、將硅晶圓進(jìn)行退火或者濕法刻蝕使第一損傷層、第二損傷層中產(chǎn)生氣泡或產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)得到獨(dú)立的轉(zhuǎn)接板a、轉(zhuǎn)接板b和轉(zhuǎn)接板c，第二空腔為通孔；

25、s42、在轉(zhuǎn)接板a中的第一空腔內(nèi)嵌入芯片，芯片和轉(zhuǎn)接板a表面通過rdl進(jìn)行信號互連得到轉(zhuǎn)接板a組件；在轉(zhuǎn)接板b表面表貼芯片并通過金絲與外界信號互連得到轉(zhuǎn)接板b組件；將轉(zhuǎn)接板a組件、轉(zhuǎn)接板b組件和轉(zhuǎn)接板c作晶圓級鍵合，進(jìn)行異質(zhì)集成和信號互連，得到混合模組；

26、s43、將混合模組切割成裸芯片，裸芯片中的轉(zhuǎn)接板c與蓋層鍵合，裸芯片中的轉(zhuǎn)接板a組件底部植球得到bga并通過bga與pcb的互連得到微系統(tǒng)，一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法完成。

27、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，當(dāng)步驟s1中通過離子注入得到第一損傷層和第二損傷層時(shí)，步驟s41中通過在300℃～600℃之間的溫度退火使第一損傷層、第二損傷層中產(chǎn)生氣泡得到獨(dú)立的轉(zhuǎn)接板a、轉(zhuǎn)接板b和轉(zhuǎn)接板c；

28、當(dāng)步驟s1中通過激光照射得到第一損傷層和第二損傷層時(shí)，步驟s41中，通過濕法刻蝕的化學(xué)方法得到微納結(jié)構(gòu)使第一損傷層、第二損傷層中產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)得到獨(dú)立的轉(zhuǎn)接板a、轉(zhuǎn)接板b和轉(zhuǎn)接板c，濕法刻蝕的刻蝕液包括：氫氧化鉀溶液、四甲基氫氧化銨溶液、氫氟酸溶液、氫氟酸與濃硝酸的混合溶液。

29、本發(fā)明所述的一種智能分離的微系統(tǒng)制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟s42中，第一空腔的數(shù)量為至少兩個(gè)，在第一空腔中嵌入芯片c1和c2，使轉(zhuǎn)接板b未設(shè)置第三空腔的表面朝上并表貼芯片c3；

30、晶圓級鍵合時(shí)，轉(zhuǎn)接板a組件位于底部且設(shè)置第一空腔的表面朝上，轉(zhuǎn)接板b組件鍵合連接在轉(zhuǎn)接板a組件上部且第一空腔與第三空腔連通，轉(zhuǎn)接板c鍵合連接在轉(zhuǎn)接板b組件上部。

31、本發(fā)明提出一種基于智能分離技術(shù)的微系統(tǒng)制備工藝，通過預(yù)先在轉(zhuǎn)接板晶圓不同深度處注入離子或者照射激光形成損傷層，完成轉(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，從而提高晶圓利用效率、簡化工藝程序以及降低生產(chǎn)成本。

32、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

33、(1)本發(fā)明可將一片晶圓分離成三片使用，提高了晶圓的利用效率，降低了生產(chǎn)成本；

34、(2)由于晶圓最終被一分為三，無需襯底減薄即可實(shí)現(xiàn)整體封裝的小型化，簡化了工藝流程。同時(shí)，轉(zhuǎn)接板挖腔、tsv等工藝過程均使用厚晶圓，無需臨時(shí)鍵合就能給晶圓提供工藝機(jī)械支撐，因此降低了工藝難度和復(fù)雜性；

35、(3)由于兩片轉(zhuǎn)接板在一面加工，如tsv刻蝕、鈍化層沉積以及通孔金屬填充等工序經(jīng)過合理設(shè)計(jì)能夠合并為一起。相比于單片分別加工的方式，簡化了工藝流程，提高了工藝均一性。