[发明专利]一种全硅基双面集成结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全硅基双面集成结构，该结构包括：位于顶层的硅桥、位于中间层的双面器件和TSV芯片、位于底层的硅转接板；其中双面器件和TSV芯片的上表面均与硅桥下表面通过微凸点实现机械及电气互联，下表面均与硅转接板上表面通过微凸点实现机械及电气互联。本申请的全硅基双面集成结构在缩小芯片集成面积的同时，摒弃了有机材料的使用，在同等电流通路截面积情况下，增大了散热面积，减小了封装结构引入的热阻，具有更强的散热能力；同时提高了器件之间的键合强度，实现将信号从双面器件两面的引出，更利于器件高密度的集成。

技术领域

本发明属于集成电路封装领域，尤其涉及一种全硅基双面集成结构及其制备方法。

背景技术

异构集成能够将来自不同Fab厂，采用不同工艺加工，且具有不同的材料、功能以及尺寸的晶圆集成到一个系统或子系统中。

MOS芯片、二极管芯片等双面器件受其加工工艺的限制，电极分布在芯片两面；以MOS芯片为例，栅极和源极分布在芯片上表面，而漏极一般分布于芯片的下表面，其平板分布结构如图1所示。针对此类双面器件，目前最常用的集成方案如图2所示，芯片下表面的电极通过导电银浆将键合到基板上实现电学互联，芯片上表面的电极则采用金丝键合实现电极与基板的电学互联。然而上述双面器件的集成方案具有双面器件集成面积较大、引入有机材料、焦耳热损耗较大以及键合强度弱的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种全硅基双面集成结构及其制备方法，该结构通过TSV芯片和硅桥实现双面器件的集成，在缩小芯片集成面积的同时，摒弃了有机材料的使用；在同等电流通路截面积情况下，减小了封装结构引入的热阻，实现将信号从芯片两面的引出。

为达此目的，本发明第一方面提出以下技术方案：一种全硅基双面集成结构，所述结构包括：位于顶层的硅桥、位于中间层的双面器件和TSV芯片、位于底层的硅转接板；

所述双面器件和TSV芯片的上表面均与硅桥下表面通过微凸点实现机械及电气互联，下表面均与硅转接板上表面通过微凸点实现机械及电气互联。

优选的，所述硅桥为单面布线结构，其下表面依次设置金属布线层、绝缘层及UBM层。

优选的，所述TSV芯片的上下表面均依次设置金属布线层和绝缘层，其内部设置TSV。

优选的，所述硅转接板的上下表面均依次设置金属布线层、绝缘层以及UBM层，其内部设置TSV。

本发明第二方面提出以下技术方案：一种全硅基双面集成结构的制备方法，所述方法：

S1：制备硅桥，在硅转接板的一个表面上按照设计好的电路版图制备金属布线层，接着在金属布线层上依据设计依次制备绝缘层和UBM层，最后在UBM层上生长金属微凸点，得到硅桥；

S2：制备TSV芯片，在硅转接板上制备TSV，之后在硅转接板上下表面上按照设计好的电路版图制备金属布线层，最后在金属布线层上依据设计制备绝缘层；

S3：制备硅转接板，在硅转接板上制备TSV，之后在硅转接板上下表面上按照设计好的电路版图制备金属布线层，接着在金属布线层表面依据设计制备绝缘层，最后在绝缘层开孔上制备UBM层，并在UBM层上生长金属微凸点；

S4：将双面器件及TSV芯片通过热压回流焊接倒装到硅桥上，后将带TSV芯片和双面器件的硅桥通过热压回流焊接倒装到硅转接板上。

本发明的有益效果是：(1)本申请提出的全硅基双面集成结构采用硅转接板和阵列TSV芯片实现双面器件上表面焊盘的引出，其互联线宽小、长度短，总体面积占比小，利于高密度集成；(2)本申请提出的全硅基双面集成结构采用直径为100um的微凸点矩形阵列实现器件之间的键合，其键合强度大，优于采用金丝键合的强度；(3)本申请全硅基双面集成结构中，当高密度电流通过微凸点阵列、硅桥面电极以及TSV阵列引出时，相比于现有技术中的金丝，其整体温升小、温度均匀性好，具有更强的通流能力。