[发明专利]一种用于微波频段的穿硅同轴线的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微波频段的穿硅同轴线的制造方法，属于高密度封装领域。 

背景技术

同轴线(Coaxial line)是常见的信号传输线，它是由二根同轴的圆柱导体所组成的传输线，中心的芯是传送高电平的，被绝缘介质包覆；绝缘介质外面与芯共轴的筒状金属层传输低电平，同时起到屏蔽作用。它既是一种双导体传输线，可传输TEM波，又是一种同轴圆柱波导，可传输TE波和TM波，TEM波为基模，TE和TM波为高次模。同轴线以TEM波工作，具有宽频带特性，可用于从直流直至毫米波段。 

为了实现高密度三维竖直封装，基于穿硅通孔(Through Silicon Via，TSV)的垂直互连技术越来越受到越来越广泛的重视和研究。TSV是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。它也被称为继键合(Wire Bonding)、TAB和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技术。采用三维封装的主要优势为：具有最小的尺寸和重量，将不同种类的技术集成到单个封装中，用短的垂直互连代替长的2D互连，降低寄生效应和功耗等。TSV与常规封装技术相比，其制作可以集成到制造工艺的不同阶段，目前比较流行的两种方法为先通孔(via first)与后通孔(via last)工艺。 

然而，TSV在硅片内的长度通常达到几十微米，甚至几百微米，而硅的介电常数较大，在微波频段应用中，信号在硅中损耗很大，极大地影响了微波系统的性能。而如果将硅中的传输线改成同轴线形式，利用同轴线外圈与芯共轴的金属层的屏蔽作用，将有效降低信号在硅中的损耗，还能有效降低衬底噪声。与TSV的研究一片火热不同，由于穿硅同轴线的制造有很大难度，国内对于穿硅同轴线的研究几近空白，而国外的相关报道也较少。根据目前 的资料，穿硅同轴线一般采用2种方法：其一，在一片已经刻蚀出TSV(TSV侧壁已沉积一层金属屏蔽层)的硅片和一片完整硅片表面分别溅射金种子层，并在高温下实现金/金键和再电镀的方法来制备穿硅同轴线。但是金/金直接键合温度较高(＞260℃)，可能会影响某些半导体器件的性能，而且这种键合方法对硅片表面的平整度要求较高。其二，是在已刻出的TSV(TSV侧壁已沉积一层金属屏蔽层)中填充可光刻厚膜材料，光刻出同轴线信号线图形再电镀的方法。但是这种方法受厚膜材料的光刻能力和光刻精度限制，制备高深宽比的同轴线比较困难。而本发明正是基于对这些问题的研究设计出了高深宽比(＞10)、低键合温度(200℃)的穿硅同轴线。 

发明内容

为了降低高密度三维封装中信号在通过硅片时微波性能所受影响，避免穿硅传输线的损耗过大，本发明提供一种用于微波频段使用的穿硅同轴线的制造方法。所述的方法能在硅片上利用MEMS工艺制造同轴线，不仅能实现穿硅片的互连，而且能有效降低微波信号从微波传输线穿过硅片时产生的损耗，从而保证系统的性能。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在硅片1的A面氧化层上光刻出同轴线图形，使用深反应离子体刻蚀工艺(DRIE)刻蚀出同轴线孔，但是不把硅片刻穿；在硅片2的A面上溅射种子层，再覆盖一层1～2μm的光敏BCB，经过光刻得到同轴线的电镀图形，然后使用BCB键合工艺将硅片(1)和(2)的A面对准并低温键合；使用化学机械抛光(CMP)工艺将硅片1的B面研磨至露出通孔，电镀同轴线；最后将硅片2从B面磨掉，去除种子层金属。 

由此可见，本发明提供的制作方法特征在于： 

①使用深反应离子刻蚀工艺形成深度小于硅片厚度(＜400μm)的高纵深比(＞10)垂直硅同轴线通孔； 

②使用光敏BCB光刻显影工艺形成电镀掩模层； 

③穿硅同轴线是由两个硅片键合以后电镀形成； 

④利用BCB键合工艺将2片硅片键合为一； 

⑤使用化学机械抛光(CMP)工艺将硅片减薄和去除种子层，直至暴露同轴线； 

⑥制成的穿硅同轴线由中心信号传输线和周围的环形屏蔽金属地层同时电镀形成。