[发明专利]一种RFID芯片与超级电容三维集成系统及其制备方法

说明书

本发明公开一种RFID芯片与超级电容三维集成系统及其制备方法。该RFID芯片与超级电容三维集成系统包括：硅衬底(200)；RFID芯片(201)，其位于所述硅衬底(200)正面；超级电容，其位于所述硅衬底(200)背面，位置与所述RFID芯片(201)相对应，但不相互接触；硅通孔结构，其贯穿所述硅衬底(200)，位于所述RFID芯片(201)的两侧；其中，所述RFID芯片(201)的芯片正电极(2021)和芯片负电极(2022)分别通过两侧的所述硅通孔结构与所述超级电容的电容接触正电极(2131)和电容接触负电极(2132)电气连通；封装基板218，其与所述电容接触正电极(2131)和所述电容接触负电极(2132)电气连接。

技术领域

本发明属于集成电路封装领域，具体涉及一种RFID芯片与超级电容三维集成系统及其制备方法。

背景技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。为了管理RFID芯片的睡眠模式，微型电池因其相对高的能量密度成为很好的选择。然而，考虑到对于数据传输有源模式的能量管理，微型电池在功率密度和循环寿命方面存在缺陷。相反，超级电容因具有高功率密度和循环寿命，可以保证数据的高速和稳定传输。传统地，可以将超级电容和RFID芯片置于同一块封装基板上，通过金属引线键合的方式将超级电容和RFID芯片电气连通。然而这种封装模式，不仅会占用大量的基板面积，影响封装密度；还会因为采用较长的金属引线降低数据传输速度以及能量供应效率。因此，为了缩小RFID芯片的尺寸和保证能量的局部传输，有必要采用与CMOS兼容的工艺，将超级电容与RFID芯片集成到同一个晶圆上。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种RFID芯片与超级电容三维集成系统，包括：硅衬底；RFID芯片，其位于所述硅衬底正面；超级电容，其位于所述硅衬底背面，位置与所述RFID芯片相对应，但不相互接触；硅通孔结构，其贯穿所述硅衬底，位于所述RFID芯片的两侧；其中，所述RFID芯片的芯片正电极和芯片负电极分别通过两侧的所述硅通孔结构与所述超级电容的电容接触正电极和电容接触负电极电气连通；封装基板，其与所述电容接触正电极和所述电容接触负电极电气连接。

本发明的RFID芯片与超级电容三维集成系统中，优选为，所述硅通孔结构，包括：硅通孔；第一绝缘介质、第一铜扩散阻挡层和导电铜柱，其中，所述第一绝缘介质覆盖所述硅通孔的侧壁和除所述RFID芯片表面外的硅衬底的上表面；所述第一铜扩散阻挡层覆盖所述第一绝缘介质；所述导电铜柱覆盖两侧的所述第一铜扩散层，且完全填充所述硅通孔，其顶部与所述第一铜扩散阻挡层的顶部齐平；第三绝缘介质、铜扩散阻挡层/籽晶层叠层和铜薄膜，其中，所述第三绝缘介质在所述导电铜柱、所述芯片正电极和所述芯片负电极的表面形成开口；所述铜扩散阻挡层/籽晶层叠层分别覆盖芯片正电极及其左侧区域表面，和芯片负电极及其右侧区域表面；铜薄膜分别覆盖两侧的铜扩散阻挡层/籽晶层叠层表面；左侧的铜扩散阻挡层/籽晶层叠层和铜薄膜电气连接左侧的导电铜柱和芯片正电极；右侧的铜扩散阻挡层/籽晶层叠层和铜薄膜电气连接右侧的导电铜柱和芯片负电极。

本发明的RFID芯片与超级电容三维集成系统中，优选为，所述超级电容，包括：硅纳米孔结构；第二绝缘介质，其覆盖所述硅纳米孔结构表面；集流体，其覆盖所述第二绝缘介质表面；赝电容材料，其覆盖所述集流体表面；固态电解质，其覆盖所述赝电容材料表面，且完全填充硅纳米孔；其中，集流体和赝电容材料在硅纳米孔结构的中间区域呈现断裂状态，使得超级电容分成两个电极区域；第二绝缘介质还覆盖除导电铜柱底部以外的硅衬底背面区域；两侧的集流体还覆盖导电铜柱底部区域；电容接触正电极和电容接触负电极，其分别位于两侧导电铜柱下方的集流体表面。

本发明的RFID芯片与超级电容三维集成系统中，优选为，所述集流体为TaN/Ru叠层、TaN/Co叠层、TaN/Ta/Cu叠层中的至少一种。