一种硅基微流道基板制备方法与流程

1.本发明涉及一种硅基微流道基板制备方法，属于微电子技术领域。

背景技术：

2.由于芯片集成度的提高，电子模块和系统向大功率、高热流密度方向发展，对微电子散热技术提出了更高的要求。硅材料作为最广泛应用的半导体材料，相对于其他集成基板材料，具有更高的介电常数，具有更小的电尺寸，在相同频段下，同种结构的尺寸更小，通过硅基高密度tsv（硅通孔）垂直互连与多层布线结构，在硅转接板集成的芯片与芯片之间，进一步实现更短的互连长度和更高的集成密度。同时，硅材料具有良好的异质集成特性，可实现不同半导体材料芯片以及其他材料基板的高度融合，实现更加丰富的系统功能特性。另外，硅材料具有较高的热导率，与化合物芯片更接近的热膨胀系数、杨氏模量等材料特性，是良好的半导体散热材料。
3.随着微纳加工技术的发展，硅基板微通道以及微纳复杂结构利用高热容的液态工质将发热芯片的废热带走已成为大功率芯片散热的有效途径。通过在硅基板上，用光刻、刻蚀的方法加工出截面高度和宽度仅有几十到上百微米的流道，然后利用流体在流过这些微流道及时带走热量。该基于体硅工艺的三维集成基板可解决包含体声波滤波器等体硅结构器件大功率射频前端模块的热管理问题。目前微通道结构通常采用mems（微机电系统）加工技术中的高深宽比刻蚀工艺与圆片键合工艺实现，工艺过程复杂，且成本较高，尚未形成可靠的单层硅片微流道结构制备方法。

技术实现要素：

4.本发明提出了一种硅基微流道基板制备方法，采用mems加工技术，以较简易的工艺和较低的成本，实现单层硅片微流道结构的制备，有效解决电子模块和系统的散热问题。可用于大功率芯片散热。
5.本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：本发明所提出的一种硅基微流道基板制备方法包括以下步骤：步骤1：在硅表面光刻、干法刻蚀形成平行沟槽；步骤2：在硅表面沉积金属粘附层和铜种子层，喷胶光刻、湿法腐蚀位于平行沟槽底部的属粘附层和铜种子层；步骤3：采用二氟化氙干法在平行沟槽下方刻蚀平行微流道；步骤4：通过电镀铜填充平行沟槽，并覆盖硅表面，从而封闭微流道结构，完成表面电镀金属铜平坦化；步骤5：在硅表面光刻形成冷却液接口，湿法腐蚀冷却液接口，从而连通平行微流道，完成所述基板的制备。
6.进一步的，所述步骤1中的平行沟槽的宽度范围为10
‑
30 μm，平行沟槽的深宽比大于1。
7.进一步的，所述步骤2中湿法腐蚀沟槽底部金属粘附层和铜种子层的宽度小于沟槽宽度。
8.进一步的，所述步骤3中的平行微流道直径小于步骤1中平行沟槽的间距。
9.进一步的，所述步骤3中的平行微流道半径比步骤1中的平行沟槽深度小20 μm以上。
10.进一步的，所述步骤5中的冷却液接口深度大于或等于平行微流道的深度。
11.进一步的，所述步骤5中的冷却液接口与步骤3中的平行微流道相连通。
12.本发明的有益效果如下：1) 该硅基微流道基板制备方法与硅基铜tsv互连工艺兼容，可广泛应用于电子模块和系统的集成。
13.2) 该硅基微流道基板制备方法采用铜作为芯片与冷却液态工质之间的材料，进一步提升硅基板的散热特性。
14.3) 该硅基微流道基板制备方法，相较于常用的圆片键合工艺制备方法，使用单层硅片加工，工艺简单，加工成本更低。
附图说明
15.图1是一种硅基微流道基板的顶视图。
16.图2是一种硅基微流道基板的图1 a
‑
a’剖面图。
17.图3是一种硅基微流道基板的图1 b
‑
b’剖面图。
18.其中：1、硅；2、沟槽；3、铜种子层；4、微流道；5、金属铜；6、冷却液接口。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
20.本发明提出了一种硅基微流道基板制备方法，具体技术方案详细说明如下：图1
‑
3为一种硅基微流道基板的结构图，该硅基板的制备方法包括以下步骤：1) 在硅1表面光刻平行沟槽2图形，沟槽2宽度范围为10
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30 μm；2) 采用电感耦合等离子体干法刻蚀硅形成多条平行沟槽2，沟槽2的深宽比大于1；3) 去除硅1表面光刻胶；4) 采用溅射或蒸发在硅1表面沉积金属粘附层和铜种子层3；5) 在硅1表面喷胶光刻，光刻胶覆盖沟槽2侧壁，露出沟槽2底部，沟槽2底部露出的宽度小于沟槽2宽度；6) 湿法腐蚀沟槽2底部金属粘附层和铜种子层3；7) 采用二氟化氙干法刻蚀平行微流道4，微流道4直径小于沟槽2的间距，微流道4的半径比沟槽2的深度小20 μm以上；8) 去除硅1表面和沟槽2内的光刻胶；9) 采用电镀工艺在硅1表面和沟槽2内沉积金属铜，封闭平行微流道4；10) 采用机械研磨工艺，完成表面电镀金属铜5平坦化；11) 在硅1表面光刻形成冷却液接口6图形；
12) 湿法腐蚀冷却液接口6铜金属和金属粘附层；13) 采用电感耦合等离子体干法刻蚀硅形成冷却液接口6，冷却液接口6的深度大于或等于微流道4的深度，从而连通平行微流道4；14) 去除硅1表面光刻胶。

技术特征：

1.一种硅基微流道基板制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在硅表面光刻、干法刻蚀形成平行沟槽；步骤2：在硅表面沉积金属粘附层和铜种子层，喷胶光刻、湿法腐蚀位于平行沟槽底部的属粘附层和铜种子层；步骤3：采用二氟化氙干法在平行沟槽下方刻蚀平行微流道；步骤4：通过电镀铜填充平行沟槽，并覆盖硅表面，从而封闭微流道结构，完成表面电镀金属铜平坦化；步骤5：在硅表面光刻形成冷却液接口，湿法腐蚀冷却液接口，从而连通平行微流道，完成所述基板的制备。2.根据权利要求1所述的一种硅基微流道基板制备方法，其特征在于，所述步骤1中的平行沟槽的宽度范围为10
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30 μm，平行沟槽的深宽比大于1。3.根据权利要求1所述的一种硅基微流道基板制备方法，其特征在于，所述步骤2中湿法腐蚀沟槽底部金属粘附层和铜种子层的宽度小于沟槽宽度。4.根据权利要求1所述的一种硅基微流道基板制备方法，其特征在于，所述步骤3中的平行微流道直径小于步骤1中平行沟槽的间距。5.根据权利要求1所述的一种硅基微流道基板制备方法，其特征在于，所述步骤3中的平行微流道半径比步骤1中的平行沟槽深度小20 μm以上。6.根据权利要求1所述的一种硅基微流道基板制备方法，其特征在于，所述步骤5中的冷却液接口深度大于或等于平行微流道的深度。

技术总结

本发明公开了一种硅基微流道基板制备方法，属于微电子技术领域。该基板制备方法包括：步骤1.在硅表面光刻、干法刻蚀形成多条平行沟槽，去除表面光刻胶；步骤2.表面沉积金属粘附层和铜种子层，喷胶光刻、湿法腐蚀沟槽底部金属粘附层和铜种子层；步骤3.采用二氟化氙干法刻蚀平行微流道，去除光刻胶；步骤4.电镀铜填充沟槽，并完成表面电镀金属铜平坦化；步骤5.表面光刻冷却液接口，腐蚀铜金属和金属粘附层，干法刻蚀硅形成冷却液接口，并连通平行微流道，去除表面光刻胶，完成所述基板的制备。本发明以较简易的工艺和较低的成本，实现单层硅片微流道结构的制备，有效解决电子模块和系统的散热问题。的散热问题。的散热问题。