[发明专利]实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法

权利要求书

1.一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在GaN芯片的背面蚀刻制作第一开放微流道结构；

2)将内嵌第一垂直微流道和第一金属化硅通孔的第一基板组装在带有第二开放微流道的金属封装壳体上；所述第一垂直微流道和第一金属化硅通孔分别沿着第一基板的厚度方向设置；将第一GaN芯片通过键合在第一基板远离金属封装壳体的一面上，使得第一GaN芯片的第一开放微流道与第一基板的第一垂直微流道密闭连接；

3)将其他微电子功能芯片集成至第一基板远离金属封装壳体的一面上；

4)将内嵌第二垂直微流道和第二金属化硅通孔电学互连的硅支撑块键合于第一基板远离金属封装壳体的一面上；所述支撑块位于GaN芯片的两侧；所述第二垂直微流道和第二金属化硅通孔分别沿着支撑块的厚度方向设置；所述第二垂直微流道和第一垂直微流道连通；

5)将内嵌第三垂直微流道和第三金属化硅通孔电学互连的第二基板堆叠键合在支撑块之上；所述第三垂直微流道和第三金属化硅通孔分别沿着第二基板的厚度方向设置；所述第三垂直微流道和第二垂直微流道连通；

6)将第二GaN芯片键合在第二基板远离第一基板的一面上，使得第二GaN芯片的开放微流道与第二基板的第三垂直微流道密闭连接；

7)将其他微电子功能芯片集成至第二基板远离第一基板的一面上。

2.根据权利要求1所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：所述第一基板采用如下方法制作：

(1)提供第一衬底，在所述第一衬底的上表面上形成具有一定深度的开放流道结构；

(2)提供第二衬底，在第二衬底的下表面上形成一定深度的开放流道结构，且其结构与第一衬底的开放流道的结构相对应；

(3)把第一衬底和第二衬底键合连接，使得第一衬底和第二衬底的开放微流道结构拼合形成所述第一垂直微流道；

(4)在所述第一基板上制作用以实现电学垂直互联的第一金属化硅通孔，其沿着第一基板的厚度方向设置；

(5)在所述第一基板的上下表面形成致密的绝缘层，同时在基板上的第一金属化硅通孔的侧壁形成环状绝缘层；

(6)在所述第一金属化硅通孔中填充导电材料形成导电柱，导电柱的上下两个端面分别设置第一金属互连层和第二金属互联层；

(7)在第一基板的上下表面分别制作第一垂直微流道的输入/输出端口。

3.根据权利要求2所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：在步骤(3)和步骤(4)之间还包括一子步骤：通过机械减薄、研磨、化学抛光等工艺在所述第一基板上下表面进行减薄工艺，以此减少第一基板整体厚度。

4.根据权利要求2所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：所述开放流道为直线型、扰流柱型、蛇形中的一种。

5.根据权利要求2所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：所述第一衬底、第二衬底、支撑块可选择为双抛高阻硅材料。

6.根据权利要求2所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：所述第一衬底、第二衬底通过圆片级键合工艺键合。

7.根据权利要求6所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：所述圆片级键合工艺为圆片级硅-硅键合、聚合物键合。

8.根据权利要求2所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：所述第一金属化硅通孔内由外到内依次设置绝缘层、扩散阻挡层和导电金属层，所述扩散阻挡层和金属导电层形成垂直互联结构；导电金属层包括种子层和加厚金属层。