本發(fā)明涉及的是一種針對射頻微系統(tǒng)器件的三維鍵合堆疊互連集成制造方法，屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在射頻微系統(tǒng)器件的三維鍵合堆疊互連集成工藝制造方法中，多層芯片的三維集成主要依賴于鍵合技術(shù)實現(xiàn)。通過鍵合可以將多層芯片在厚度方向上集成為一體，并利用硅穿孔技術(shù)提供不同層芯片間的電性號互連，實現(xiàn)三維集成功能。因此鍵合是三維集成必不可少的工藝過程，鍵合技術(shù)的引入，不但使并行制造技術(shù)方案成功實踐于三維集成提高生產(chǎn)效率，而且同時將芯片擴展到第三維度是系統(tǒng)更復雜、功能更強大。且可以將不同功能，不同材料的芯片進行集成，使傳統(tǒng)的模塊體積大幅縮小，信號傳輸性能大幅提高，如射頻前端，慣性導航、光電探測等應用領(lǐng)域有廣泛的應用。

從集成工藝技術(shù)上來說，要實現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)高密度三維集成，必須實現(xiàn)：不同材料到硅襯底的集成工藝，用于集成功能器件；多層金屬重布線，用于信號互聯(lián)；硅基轉(zhuǎn)接板技術(shù)，用于系統(tǒng)三維堆疊；硅穿孔技術(shù)，用于信號垂直傳輸；器件圓片級封裝蓋帽技術(shù)。三維高密度異構(gòu)集成關(guān)鍵技術(shù)難點在于不同材料功能芯片與硅基集成互聯(lián)的工藝技術(shù)與硅轉(zhuǎn)接板三維堆疊技術(shù)，通過該方法開發(fā)具有高密度集成特征的微系統(tǒng)，最大化地實現(xiàn)片內(nèi)高密度集成、片間集成、多功能集成等。

國內(nèi)已經(jīng)在基于MMCM SiP技術(shù)的三維取得了明顯的進步，基于PCB混合多層、LTCC、HTCC基板的傳統(tǒng)電路板級裝配組件通過引入三維微組裝技術(shù)，實現(xiàn)了射頻前端的小型化，基于MMCM的 SiP技術(shù)取得了明顯的進展。采用了LTCC微波多層基板雙面微組裝技術(shù)以提高組裝密度，通過運用高精度芯片貼裝技術(shù)和芯片金絲鍵合技術(shù)，實現(xiàn)了LTCC微波多層基板雙面高精度芯片貼裝和金絲鍵合，提高了微波組件組裝密度，但是與半導體工藝相給予MCM技術(shù)的精度與體積都無法滿足新的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種針對射頻微系統(tǒng)器件的三維鍵合堆疊互連集成制造方法，設(shè)計三層堆疊，將異質(zhì)芯片集成到一起，大幅提高器件原有的功能，利用硅穿孔技術(shù)實現(xiàn)信號從鍵合界面引出，形成密閉緊湊的芯片結(jié)構(gòu)，真正實現(xiàn)射頻器件的三維異質(zhì)集成。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種針對射頻微系統(tǒng)器件的三維鍵合堆疊互連集成制造方法，包括職下步驟：

1)通過芯片到圓片鍵合、圓片到圓片鍵合、多層介質(zhì)-金屬交替布線實現(xiàn)射頻微系統(tǒng)器件的三維集成，至少包括在傳統(tǒng)硅基平面器件上增加三層異質(zhì)類器件、材料或封帽；

2)高阻硅作為基板或轉(zhuǎn)接板；基板或轉(zhuǎn)接板上通過多層介質(zhì)-金屬交替完成布線用于射頻信號傳輸與控制；

3)異質(zhì)類化合物芯片通過chip to wafer 鍵合實現(xiàn)集成；

4)所有芯片都通過底部焊盤與硅基板或轉(zhuǎn)接板上金屬凸點連接，實現(xiàn)不同層間的信號傳輸；

5)通過帶有硅腔的圓片與硅基板或轉(zhuǎn)接板圓片鍵合實現(xiàn)三層結(jié)構(gòu)堆疊與芯片保護；

6)運用硅穿孔技術(shù)實現(xiàn)整個器件的信號引出。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1）通過采用圓片鍵合技術(shù)實現(xiàn)器件的三維集成，各層間采用相對獨立工藝加工，最后利用鍵合實現(xiàn)，從而提高效率和可靠性；

2）異質(zhì)異構(gòu)類芯片通過芯片到圓片鍵合技術(shù)與硅基板，可以大幅提高集成成芯片的功能和性能；

3）硅基板采用介質(zhì)與金屬交替實現(xiàn)多層布線和信號傳輸，采用硅穿孔實現(xiàn)層間信號傳輸，大幅縮小信號線長度，減小寄生參數(shù)，提高傳輸質(zhì)量；

4）本發(fā)明中，所有工藝采用半導體加工技術(shù)，與傳統(tǒng)MCM技術(shù)相比，該技術(shù)加工精度在微米級，提高器件的性能，同時采用半導體加工技術(shù)，可操作性強，工藝簡化，成本低，可靠性高。

附圖說明

附圖1是三維集成技術(shù)芯片示意圖。

附圖2是硅轉(zhuǎn)接板示意圖。

附圖3是器件與轉(zhuǎn)接板集成示意圖。

附圖4是鍵合后三維射頻微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

針對射頻微系統(tǒng)器件的三維鍵合堆疊互連集成制造方法，其特征是包括如下步驟：

1)通過芯片到圓片鍵合、圓片到圓片鍵合、多層介質(zhì)-金屬交替布線實現(xiàn)射頻微系統(tǒng)器件的三維集成，至少包括在傳統(tǒng)硅基平面器件上增加三層異質(zhì)類器件、材料或封帽；

2)高阻硅作為基板或轉(zhuǎn)接板；基板或轉(zhuǎn)接板上通過多層介質(zhì)-金屬交替完成布線用于射頻信號傳輸與控制；

3)異質(zhì)類化合物芯片通過chip to wafer 鍵合實現(xiàn)集成；

4)所有芯片都通過底部焊盤與硅基板或轉(zhuǎn)接板上金屬凸點連接，實現(xiàn)不同層間的信號傳輸；

5)通過帶有硅腔的圓片與硅基板或轉(zhuǎn)接板圓片鍵合實現(xiàn)三層結(jié)構(gòu)堆疊與芯片保護；

6)運用硅穿孔技術(shù)實現(xiàn)整個器件的信號引出。

所述采用圓片到圓片鍵合，同時利用不同功能、不同材料芯片堆疊技術(shù)，即完成器件的電學功能。

利用硅基轉(zhuǎn)接板與射頻硅穿孔技術(shù)使三維結(jié)構(gòu)的各層之間接觸互連形成良好的電學通路。

所述硅轉(zhuǎn)接板制造采用多層介質(zhì)-金屬交替布線技術(shù)實現(xiàn)芯片的信號傳輸。

所述硅轉(zhuǎn)接板制造采用多層介質(zhì)-金屬交替布線，介質(zhì)采用SiO₂，Si₃N₄，BCB聚合物絕緣層，實現(xiàn)金屬層間電學隔離。

異質(zhì)類化合物芯片通過芯片上的焊盤凸點與硅基轉(zhuǎn)接板連接，實現(xiàn)化合物類器件與硅材料集成。

利用圓片鍵合技術(shù)將硅帽結(jié)構(gòu)集成在器件表面形成封裝保護芯片，避免芯片被外界環(huán)境損壞。

利用硅穿孔技術(shù)實現(xiàn)信號從鍵合界面引出，形成密閉緊湊的芯片結(jié)構(gòu)，真正實現(xiàn)射頻器件的三維異質(zhì)集成。

所述的硅基轉(zhuǎn)接板厚度采用200um。

下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

對照附圖1，該方法設(shè)計是為完成三維集成，實現(xiàn)不同功能與模塊的堆疊，形成完整功能器件，進行鍵合實現(xiàn)多層堆疊，鍵合時一般采用低溫(200℃)的金屬共晶鍵合，可以避免在高溫下導致的器件損壞，利用光刻與金屬沉積方法在封帽表面形成焊盤，以便于后續(xù)電路系統(tǒng)結(jié)合。

對照附圖2，在硅基板上通過干法深刻蝕，再運用沉積工藝與背面減薄工藝形成硅穿孔，同時在硅基板正面采用采用多層介質(zhì)-金屬交替布線，介質(zhì)采用SiO₂，Si₃N₄，BCB聚合物等絕緣層，堆疊鍵合前對硅片外表面進行化學減薄拋光處理，使其結(jié)構(gòu)層的厚度滿足設(shè)計要求，同時使金屬凸點露出，確保層與層之間堆疊是時凸接觸，形成電學通路。

對照附圖3，所有芯片都通過底部焊盤與硅基板或轉(zhuǎn)接板上金屬凸點連接，實現(xiàn)不同層間的信號傳輸。

最后通過帶有硅腔的圓片與硅基板或轉(zhuǎn)接板圓片鍵合實現(xiàn)三層結(jié)構(gòu)堆疊。