CN105070682B - 一种高效制备硅转接板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高效制备硅基转接板的方法，步骤：1)旋涂光刻胶、光刻、显影；2)刻蚀；3)氧化；4)溅射Ti/Cu等种子层；5)键合干膜光刻胶、光刻、显影；6)填充TSV；7)去胶、种子层，制备的Cu‑TSV与Cu‑Pad是无暇连接。本发明能以更高的效率、更低的成本制备硅基转接板，结合牢固，且制备工艺更为灵活。
Description
技术领域
本发明涉及微电子封装领域，具体地，涉及一种Cu-TSV与TSV-Pad同时连续生成的高效硅基转接板的制备方法。
背景技术
硅通孔的三维封装(3D-TSV)具有高速互连、高密度集成、小型化，同时提供同质和异质的功能整合等优点，成为近年来半导体技术最热门的研究方向。尽管3D-TSV封装技术具有诸多优势，但目前仍存在一些不利因素制约3D-TSV技术的发展。具体包括:设计软件和方法的缺失、功率密度增加而引发的热机械问题、关键工艺与设备问题以及系统测试难题等。其中，3D-TSV封装涉及的关键工艺技术包括:高深宽比(TSV直径/TSV深度)TSV的刻蚀、无缺陷的深孔TSV电镀、硅片减薄技术、多层对准与键合技术等。这些工艺尚未完全成熟，从而制约了3D封装技术的应用与发展。
可靠性对于3D-TSV封装技术是个巨大的挑战。3D-TSV封装技术的失效模式主要是热机械载荷引起的，包括焊点的失效、TSV本身的失效、芯片的破裂与疲劳失效、界面间的分层与裂纹等。无论先通孔工艺还是后通孔工艺，Cu-TSV与TSV Pad是分步完成的。Cu-TSV与TSV-Pad间存在界面间的热应力，且TSV填充是盲孔填充，电镀完成后需要进行晶圆减薄工艺。在晶圆减薄过程，残余应力的积累，将直接影响TSV的热机械稳定性与电性能。
发明内容
针对上述传统工艺中制备TSV的缺点，本发明提出了一种高效制备硅转接板的方法。通过干膜光刻胶抑制铜沉积在TSV-Pad以外的种子层表面。TSV铜柱和Pad在填孔过程同时形成，从而使得Cu-TSV与TSV-Pad无暇连接。省去晶圆减薄、晶圆拿持等过程，同时增强了3D-TSV封装的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高效制备硅转接板的方法，按以下步骤完成：
所述方法包括以下步骤：
1)将硅晶圆上旋涂10μm以上正胶或10μm以上负胶，用烘箱或热板烘胶，对烘完胶的硅片进行光刻与显影；
2)采用深反应离子刻蚀技术在经过步骤1)处理的硅片上刻蚀出不同直径与深度的硅通孔TSV；
3)在经过步骤2)处理的硅片表面进行氧化，所氧化的厚度为0.2μm以上；
4)在经过步骤3)处理的硅片表面和通孔内表面溅射Ti/Cu的种子层；
5)在硅片表面键合干膜光刻胶，再进行光刻与显影；
6)采用电镀技术填充硅通孔TSV；
7)将步骤6)中制备好的硅通孔TSV硅片，用氢氧化钠溶液去胶并用去离子水清洗，使用氨水和双氧水的混合液去除Cu种子层并用去离子水清洗，制备的Cu-TSV与Cu-Pad是无暇连接。
优选地，在执行所述步骤3)，采用800℃-1200℃高温氧化或化学沉积技术对硅片表面进行氧化；二氧化硅厚度为0.1-3μm。
优选地，在执行所述步骤5)时，采用热压工艺在硅表面键合干膜光刻胶。
优选地，在执行所述步骤5)时，干膜光刻胶的厚度为10-200μm。
优选地，在执行所述步骤6)时，采用两个铜板或含磷铜版作为阳极。
优选地，在执行所述步骤6)时，Cu-TSV与TSV-Pad同时电镀成型。
优选地，在执行所述步骤7)时，氢氧化钠水溶液的质量浓度为5％～40％，氨水和双氧水的混合液中氨水与双氧水体积比为40:1～1:1之间。
优选地，在执行所述步骤1)时，旋涂正胶为正胶5-30μm或负胶10-60μm。
优选地，在执行所述步骤4)时，采用溅射方法沉积Ti/Cu种子层。
本发明中所用的添加剂包括加速剂、抑制剂、平衡剂，电镀前将三种添加剂添加到镀液中，用来控制电镀Cu的速度，制备无孔洞Cu-TSV。制备的Cu-TSV的深宽比为0.5～30。特别地，本发明制备的Cu-TSV与Cu-Pad是无暇连接。
与现有的TSV技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可在硅晶圆上高效地制备一种硅基转接板，该Cu-TSV与Cu-Pad无界面，直接结合，Cu-TSV与Cu-Pad的结合力较好，热机械稳定性较好，TSV的导电性能也较好，制备过程灵活性强。
与传统TSVs制备工艺相比，本发明将干膜光刻胶工艺和通孔制备工艺结合在一起，去除了晶圆背面减薄、晶圆支撑、晶圆的键合、解键合、绝缘层和种子层的二次制备等传统工艺的必要步骤，大大简化了工艺步骤，减低了工艺成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明制备方法的一个具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明实施例中硅基转接板结构剖面图；
图3为本发明实施例制备的硅基TSVs转接板，其中(a)TSVs转接板俯视图，(b)TSVs转接板剖面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，为本发明具体实施方式的流程示意图。以下实施例参照该流程进行。
如图2所示，1为硅片，2为干膜光刻胶，3为铜种子层，4为电镀填充的铜柱，5为电镀填充的Cu-Pad。首先将键合有干膜光刻胶的硅片电镀填充铜柱和Pad，然后去除干膜光刻胶、种子层，具体步骤按照以下实施例参照流程进行。
实施例1：
本实施例中，采用溅射技术在氧化层上沉积Ti/Cu等阻挡层和种子层，采用热压技术将干膜光刻胶和硅晶圆键合，采用电镀技术对硅通孔和Pad区域进行填充。
1)将硅晶圆上旋涂正胶15μm，用烘箱烘胶，对烘完胶的硅片进行光刻与显影；
2)采用深反应离子刻蚀技术在经过步骤1)处理的硅片上刻蚀出TSV(直径为25μm，深宽比为6)；
3)采用高温氧化(800℃-1200℃)在经过步骤2)处理的硅片表面进行氧化，所氧化的厚度为0.2μm；
4)在经过步骤3)处理的硅片表面溅射Ti/Cu的种子层；
5)在硅片表面键合干膜光刻胶，再进行光刻与显影；
6)采用电镀技术填充TSV；
7)将步骤6)中制备好的硅基转接板，用丙酮与酒精去胶并用去离子水清洗，使用氨水和双氧水的混合液(氨水与双氧水体积比在40:1～1:1之间)去除Cu种子层并用去离子水清洗。
实施例2
本实施例中，前面的步骤同实施例1，不同的是这里选用负胶作为涂层。
1)将硅晶圆上旋涂负胶10μm，用热板烘胶，对烘完胶的硅片进行光刻与显影；
2)采用深反应离子刻蚀技术在经过步骤1)处理的硅片上刻蚀出TSV(直径为25μm，深宽比为6)；
3)采用化学沉积技术在经过步骤2)处理的硅片表面进行氧化，所氧化的厚度在0.21μm以上；
4)在经过步骤3)处理的硅片表面溅射Ti/Cu的种子层；
5)在硅片表面键合干膜光刻胶，再进行光刻与显影；
6)采用电镀技术填充TSV；
7)将步骤6)中制备好的硅基转接板，用丙酮与酒精去胶并用去离子水清洗，使用氨水和双氧水的混合液(氨水与双氧水体积比在40:1～1:1之间)去除Cu种子层并用去离子水清洗。
实施例3
本实施例中，前面的步骤同实施例2，不同的是这里的电镀、填充了高深宽比的TSV(深宽比为10)，采用化学沉积技术沉积氧化硅绝缘薄膜。
1)将硅晶圆上旋涂负胶20μm，用程控烘箱烘胶，对烘完胶的硅片进行光刻与显影；
2)采用深反应离子刻蚀技术在经过步骤1)处理的硅片上刻蚀出TSV(直径为15μm，深宽比为10)；
3)采用化学沉积技术在经过步骤2)处理的硅片表面进行氧化，所氧化的厚度为0.22μm；
4)在经过步骤3)处理的硅片表面溅射Ti/Cu的种子层；
5)在硅片表面粘贴干膜光刻胶，再进行光刻与显影；
6)采用电镀技术填充TSV，电镀前抽真空的时间增长1.2倍；
7)将步骤6)中制备好的硅基转接板，用丙酮与酒精去胶并用去离子水清洗，使用氨水和双氧水的混合液(氨水与双氧水体积比在40:1～1:1之间)去除Cu种子层并用去离子水清洗。
如下图3所示，为利用本专利的新型工艺制备的TSVs硅基转接板，图(a)为俯视图，(b)为TSVs转接板剖面图。从图中可以看出，本发明除了工艺步骤简化、制备成本低之外，所制备的硅基TSVs转接板，Pad成型较好，硅通孔中的铜与Pad之间为同时电镀成型，无界面存在，有利于提高转接板的机械性能。
通过以上实施例的具体描述，进一步阐述了本发明的目的、技术方案和实施效果。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种硅基转接板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将硅晶圆上旋涂10μm以上正胶或10μm以上负胶，用烘箱或热板烘胶，对烘完胶的硅片进行光刻与显影；
2)采用深反应离子刻蚀技术在经过步骤1)处理的硅片上刻蚀出不同直径与深度的硅通孔TSV；
3)在经过步骤2)处理的硅片表面进行氧化，所氧化的厚度为0.2μm以上；
4)在经过步骤3)处理的硅片表面溅射Ti/Cu的种子层；
5)在硅片表面键合干膜光刻胶，再进行光刻与显影；
6)采用电镀技术填充硅通孔TSV；
7)将步骤6)中制备好的硅通孔TSV硅片，用氢氧化钠溶液去胶并用去离子水清洗，使用氨水和双氧水的混合液去除Cu种子层并用去离子水清洗，制备的Cu-TSV与Cu-Pad是无暇连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤3)，采用800℃-1200℃高温氧化或化学沉积技术对硅片表面进行氧化；二氧化硅厚度为0.2-2μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤5)时，采用热压工艺在硅表面键合干膜光刻胶。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤5)时，干膜光刻胶的厚度为20-200μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤6)时，采用两个铜板或含磷铜版作为阳极。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤6)时，Cu-TSV与TSV-Pad同时电镀成型。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤7)时，氢氧化钠水溶液的质量浓度为5％～40％，氨水和双氧水的混合液中氨水与双氧水体积比在40:1～1:1之间。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤1)时，旋涂正胶为正胶5-30μm或负胶10-60μm。
9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤4)时，采用溅射方法沉积Ti/Cu种子层。
10.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，在电镀前，将加速剂、抑制剂、平衡剂添加到镀液中，用来控制电镀Cu的速度，制备无孔洞Cu-TSV，制备的Cu-TSV的深宽比为0.5～30。
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2015
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