一种无需临时键合的超薄硅转接板的制作方法技术

本发明专利技术提供一种无需临时键合与解键合工艺的超薄硅转接板的制作方法，用于解决现有技术中设备成本高昂、工艺步骤多、胶体残留污染的问题。根据本发明专利技术提供的制作方法，超薄硅转接板形成在普通硅片的硅腔内，拿持及后续再布线层工艺、芯片贴装均可像普通硅晶圆一样进行操作，免去临时键合和解键合昂贵而繁杂的工艺步骤。本发明专利技术基于湿法腐蚀制作的硅腔底部平面具有光滑的表面，无须进行表面研磨抛光工艺步骤，结合喷胶和激光直写光刻工艺可以完成再布线层的制作，大大降低了工艺成本。本发明专利技术基于激光加工制作的硅通孔具有倾斜侧壁，有利于在硅通孔侧壁表面形成高质量的通孔阻挡层，并有利于在通孔内形成覆盖完整、连续的通孔侧壁金属层。

Manufacturing method of ultra thin silicon transfer board without temporary bonding

The invention provides a fabrication method of ultra-thin silicon transfer plate without temporary bonding and unbonding process, which is used to solve the problems of high cost of equipment, multiple process steps and colloid residue pollution in the prior art. According to the fabrication method provided by the invention, the ultra-thin silicon transfer plate is formed in the silicon cavity of the ordinary silicon wafer, and the holding and subsequent wiring layer process and chip mounting can be operated like the ordinary silicon wafer, thus eliminating the expensive and complicated process steps of temporary bonding and unbonding. The bottom plane of silicon cavity fabricated by wet etching method has smooth surface and does not need to carry out surface grinding and polishing process steps. Combined with spraying glue and laser direct writing lithography process, the fabrication of the re-wiring layer can be completed, thus greatly reducing the process cost. The silicon through hole made by laser processing has an inclined side wall, is favorable for forming a high quality through hole barrier layer on the side wall of the silicon through hole, and is favorable for forming a complete and continuous through hole side wall metal layer in the through hole.

【技术实现步骤摘要】
一种无需临时键合的超薄硅转接板的制作方法
本专利技术属于三维高密度封装互连
，涉及一种硅转接板结构及其圆片级制作方法。
技术介绍
随着轻量化、薄型化、小型化、I/O端数的增加以及功能多样化的发展，传统的二维集成技术已不能满足高密度的要求，信号失真、延迟等问题日趋严重，系统集成设计师开始越来越多转向三维集成(3DIntegration)、系统级集成技术。硅是圆片级、三维集成中较为理想的衬底材料，具有良好的机械性能和热学性能，是重要的半导体材料。硅材料的加工工艺成熟，可进行各种微机械加工，可很容易通过多种方式加工出背槽结构和穿硅通孔。因此，硅转接板，就是利用硅通孔结构实现芯片间电信号的垂直互连，缩短了电信号的传输路径，并可通过淀积多层薄膜和基板堆叠的方式来提高系统集成度。但是，普通硅材料的电阻率较低，在射频电路中应用时会在衬底内产生涡流，引起损耗，采用高阻硅材料可以改善损耗但成本相对较高。因此，工程运用上往往需要对硅晶圆厚度进行减薄，一般厚度减薄至200μm以下。对于这种超薄晶圆的拿持、后续工艺处理，尤其是6寸以上大面积晶圆，就需要进行临时键合与解键合工艺。首先在减薄晶圆的底部通过有机物胶与载片晶圆进行加热加压的临时性粘合，然后完成晶圆的减薄以及减薄晶圆表面的再布线工艺等，最后还需进行减薄晶圆与载片的分离，往往通过加热滑移分离的机械解键合或者激光解键合。临时键合和解键合工艺，需要比较昂贵的设备，同时增加了工艺步骤，另外有机物胶可能造成残留，污染晶圆背部。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种无需临时键合与解键合工艺的超薄硅转接板的制作方法，用于解决现有技术中设备成本高昂、工艺步骤多、胶体残留污染的问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种无需临时键合的超薄硅转接板的制作方法，具体包括如下步骤：步骤1：准备一厚度为D的硅片晶圆；步骤2：利用湿氧氧化工艺在所述步骤1制得的硅片晶圆的正反两面各沉积一层二氧化硅掩模，所述二氧化硅掩模的厚度为1μm；在所述硅片晶圆的正反两面的二氧化硅掩模上旋涂一层第一光刻胶掩模；根据所需的图案对所述硅片晶圆正面的第一光刻胶掩模进行光刻，形成光刻区域，所述光刻区域图案的宽度为W1；利用二氧化硅腐蚀液去除所述光刻区域覆盖的二氧化硅掩模，形成图案化的二氧化硅掩模；清除所述硅片晶圆正反两面残余的第一光刻胶掩模；步骤3：利用湿法腐蚀硅工艺在所述步骤2制得的硅片晶圆的正面形成一硅腔；所述硅腔的截面呈倒梯形，所述硅腔的顶部开口宽度为W1，硅腔底面的宽度为W2；所述硅腔底面下方剩余的硅片晶圆形成厚度为d的转接板功能区域，未经湿法腐蚀硅工艺区域的硅片晶圆厚度仍为D；其中，厚度d的范围在50-200μm之间；宽度W1大于宽度W2，厚度d小于厚度D；步骤4：采用皮秒激光加工工艺在所述硅腔底面形成倒梯形的硅通孔；步骤5：利用等离子体增强的化学气相沉积技术在所述硅通孔的侧壁表面形成二氧化硅阻挡层；步骤6：利用磁控溅射的物理沉积技术在所述二氧化硅阻挡层的表面形成正面金属层；步骤7：采用喷胶技术在所述硅片晶圆的正面，所述硅腔底面和硅腔侧壁的正面金属层表面喷涂所需图案的光刻胶；利用激光直写光刻技术对所述硅腔底面的光刻胶进行光刻，形成图案化的第二光刻胶掩模；步骤8：采用电镀的方法对所述第二光刻胶掩模进行金属图形的加厚，在所述硅腔底面形成正面再布线层；步骤9：利用去胶溶液去除所述第二光刻胶掩模，并利用干法刻蚀技术去除所述正面金属层；步骤10：在所述硅片晶圆的背面，利用磁控溅射的物理沉积技术形成背面金属层；步骤11：在所述硅片晶圆的背面，利用喷胶和对准光刻技术形成所需图案的背面光刻胶掩模；步骤12：利用电镀的方法对所述背面光刻胶掩模进行金属图形的加厚，形成背面再布线层；步骤13：利用去胶溶液去除所述背面光刻胶掩模，利用干法刻蚀技术去除所述背面金属层；步骤14：在所述硅片晶圆的背面，利用晶圆植球技术形成转接板微球；步骤15：保留所述硅腔底面所在区域的硅片晶圆，去除周边区域的硅片晶圆，制得超薄硅转接板。本专利技术相对于现有技术的有益效果在于：1.与现有的基于临时键合与解键合制作的超薄硅通孔转接板相比，本专利技术具有低成本、高可靠性的优势，无需临时键合和解键合技术必须的昂贵设备。2.本专利技术的超薄硅转接板形成在普通硅片的硅腔内，拿持及后续再布线层工艺、芯片贴装均可像普通硅晶圆一样进行操作，免去临时键合和解键合昂贵而繁杂的工艺步骤。3.本专利技术基于湿法腐蚀制作的硅腔底部平面具有光滑的表面，无须进行表面研磨抛光工艺步骤，结合喷胶和激光直写光刻工艺可以完成再布线层的制作，大大降低了工艺成本。4.本专利技术基于激光加工制作的硅通孔具有倾斜侧壁，有利于在硅通孔侧壁表面形成高质量的通孔阻挡层，并有利于在通孔内形成覆盖完整、连续的通孔侧壁金属层。5.划切的超薄硅转接板，尺寸面积较小，可以直接拿持进行后续的堆叠键合操作，实现更高密度、小体积的系统集成；本专利技术的超薄硅转接板结构的晶圆级制作方法还具有工艺难度低、适合于工业化生产的优点。附图说明图1为本专利技术的超薄硅转接板制作方法中步骤1的硅片晶圆的示意图。图2为步骤2中制作二氧化硅掩模和第一光刻胶掩模的示意图。图3为步骤3中制作硅腔的示意图。图4为步骤4中制作硅通孔的示意图。图5为步骤5中制作二氧化硅阻挡层的示意图。图6为步骤6中制作正面金属层的示意图。图7为步骤7中制作第二光刻胶掩模的示意图。图8为步骤8中制作正面再布线层的示意图。图9为步骤9中去除第二光刻胶掩模和正面金属层的示意图。图10为步骤10中制作背面金属层的示意图。图11为步骤11中制作背面光刻胶掩模的示意图。图12为步骤12中制作背面再布线层的示意图。图13为步骤13中去除背面光刻胶掩模和背面金属层的示意图。图14为步骤14中形成转接板微球的结构示意图。图15为划切前划片街区硅片晶圆的俯视示意图。图16为制得的超薄硅转接板的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，包括：硅片晶圆1，二氧化硅掩模2，第一光刻胶掩模3，硅腔4，硅腔侧壁5，硅腔底面6，硅通孔7，二氧化硅阻挡层8，正面金属层9，第二光刻胶掩模10，正面再布线层11，背面金属层12，背面光刻胶掩模13，背面再布线层14，转接板微球15，划片街区16，超薄硅转接板17，芯片18。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：一种无需临时键合的超薄硅转接板的制作方法，适用于制作超薄硅转接板，制得的超薄硅转接板的厚度范围在50-200μm之间，面积25mm×25mm，布线线宽1μm以上，具有孔径30μm以上的硅通孔，所述硅通孔只作侧壁金属化、无实心孔特征。作为具体的实施例，在本实施例中，以制作厚度150μm，面积25mm×25mm，布线线宽20μm，硅通孔孔径60μm的超薄硅转接板为实例进行说明。在本实施例中，超薄硅转接板硅片布置芯片线路的一面称为正面，与芯片线路相背的另一面称为反面。超薄硅转接板的制作方法具体包括如下步骤：如图1所示，步骤1：准备一厚度为D的硅片晶圆1。具体的，取一晶向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无需临时键合的超薄硅转接板的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：准备一厚度为D的硅片晶圆(1)；步骤2：利用湿氧氧化工艺在所述步骤1制得的硅片晶圆(1)的正反两面各沉积一层二氧化硅掩模(2)，所述二氧化硅掩模(2)的厚度为1μm；在所述硅片晶圆(1)的正反两面的二氧化硅掩模(2)上旋涂一层第一光刻胶掩模(3)；根据所需的图案对所述硅片晶圆(1)正面的第一光刻胶掩模(3)进行光刻，形成光刻区域，所述光刻区域图案的宽度为W1；利用二氧化硅腐蚀液去除所述光刻区域覆盖的二氧化硅掩模(2)，形成图案化的二氧化硅掩模(2)；清除所述硅片晶圆(1)正反两面残余的第一光刻胶掩模(3)；步骤3：利用湿法腐蚀硅工艺在所述步骤2制得的硅片晶圆(1)的正面形成一硅腔(4)；所述硅腔(4)的截面呈倒梯形，所述硅腔(4)的顶部开口宽度为W1，硅腔底面(6)的宽度为W2；所述硅腔底面(6)下方剩余的硅片晶圆(1)形成厚度为d的转接板功能区域，未经湿法腐蚀硅工艺区域的硅片晶圆(1)厚度仍为D；其中，厚度d的范围在50‑200μm之间；宽度W1大于宽度W2，厚度d小于厚度D；步骤4：采用皮秒激光加工工艺在所述硅腔底面(6)形成倒梯形的硅通孔(7)；步骤5：利用等离子体增强的化学气相沉积技术在所述硅通孔(7)的侧壁表面形成二氧化硅阻挡层(8)；步骤6：利用磁控溅射的物理沉积技术在所述二氧化硅阻挡层(8)的表面形成正面金属层(9)；步骤7：采用喷胶技术在所述硅片晶圆(1)的正面，所述硅腔底面(6)和硅腔侧壁(5)的正面金属层(9)表面喷涂所需图案的光刻胶；利用激光直写光刻技术对所述硅腔底面(6)的光刻胶进行光刻，形成图案化的第二光刻胶掩模(10)；步骤8：采用电镀的方法对所述第二光刻胶掩模(10)进行金属图形的加厚，在所述硅腔底面(6)形成正面再布线层(11)；步骤9：利用去胶溶液去除所述第二光刻胶掩模(10)，并利用干法刻蚀技术去除所述正面金属层(9)；步骤10：在所述硅片晶圆(1)的背面，利用磁控溅射的物理沉积技术形成背面金属层(12)；步骤11：在所述硅片晶圆(1)的背面，利用喷胶和对准光刻技术形成所需图案的背面光刻胶掩模(13)；步骤12：利用电镀的方法对所述背面光刻胶掩模(13)进行金属图形的加厚，形成背面再布线层(14)；步骤13：利用去胶溶液去除所述背面光刻胶掩模(13)，利用干法刻蚀技术去除所述背面金属层(12)；步骤14：在所述硅片晶圆(1)的背面，利用晶圆植球技术形成转接板微球(15)；步骤15：保留所述硅腔底面(6)所在区域的硅片晶圆(1)，去除周边区域的硅片晶圆(1)，制得超薄硅转接板(17)。...

【技术特征摘要】
1.一种无需临时键合的超薄硅转接板的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：准备一厚度为D的硅片晶圆(1)；步骤2：利用湿氧氧化工艺在所述步骤1制得的硅片晶圆(1)的正反两面各沉积一层二氧化硅掩模(2)，所述二氧化硅掩模(2)的厚度为1μm；在所述硅片晶圆(1)的正反两面的二氧化硅掩模(2)上旋涂一层第一光刻胶掩模(3)；根据所需的图案对所述硅片晶圆(1)正面的第一光刻胶掩模(3)进行光刻，形成光刻区域，所述光刻区域图案的宽度为W1；利用二氧化硅腐蚀液去除所述光刻区域覆盖的二氧化硅掩模(2)，形成图案化的二氧化硅掩模(2)；清除所述硅片晶圆(1)正反两面残余的第一光刻胶掩模(3)；步骤3：利用湿法腐蚀硅工艺在所述步骤2制得的硅片晶圆(1)的正面形成一硅腔(4)；所述硅腔(4)的截面呈倒梯形，所述硅腔(4)的顶部开口宽度为W1，硅腔底面(6)的宽度为W2；所述硅腔底面(6)下方剩余的硅片晶圆(1)形成厚度为d的转接板功能区域，未经湿法腐蚀硅工艺区域的硅片晶圆(1)厚度仍为D；其中，厚度d的范围在50-200μm之间；宽度W1大于宽度W2，厚度d小于厚度D；步骤4：采用皮秒激光加工工艺在所述硅腔底面(6)形成倒梯形的硅通孔(7)；步骤5：利用等离子体增强的化学气相沉积技术在所述硅通孔(7)的侧壁表面形成二氧化硅阻挡层(8)；步骤6：利用磁控溅射的物理沉积技术在所述二氧化硅阻挡层(8)的表面形成正面金属层(9)；步骤7：采用喷胶技术在所述硅片晶圆(1)的正面，所述硅腔底面(6)和硅腔侧壁(5)的正面金属层(9)表面喷涂所需图案的光刻胶；利用激光直写光刻技术对所述硅腔底面(6)的光刻胶进行光刻，形成图案化的第二光刻胶掩模(10)；步骤8：采用电镀的方法对所述第二光刻胶掩模(10)进行金属图形的加厚，在所述硅腔底面(6)形成正面再布线层(11)；步骤9：利用去胶溶液去除所述第二光刻胶掩模(10)，并利用干法刻蚀技术去除所述正面金属层(9)；步骤10：在所述硅片晶圆(1)的背面，利用磁控溅射的物理沉积技术形成背面金属层(12)；步骤11：在所述硅片晶圆(1)的背面，利用喷胶和对准光刻技术形成所需图案的背面光刻胶掩模(13)；步骤12：利用电镀的方法对所述背面光刻胶掩模(13)进行金属图形的加厚，形成背面再布线层(14)；步骤13：利用去胶溶液去除所述背面光刻胶掩模(13)，利用干法刻蚀技术去除所述背面金属层(12)；步骤14：在所述硅片晶圆(1)的背面，利用晶圆植球技术形成转接板微球(15)；步骤15：保留所述硅腔底面(6)所在区域的硅片晶圆(1)，去除周边区域的硅片晶圆(1)，制得超薄硅转接板(17)。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：取一晶向为100的矩形硅片晶圆(1)，对所述硅片晶圆(1)进行双面抛光，抛光后的硅片晶圆(1)厚度为D。3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述二氧化硅掩模(2)的图形为矩形，宽度为W1。4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强文，郭育华，王运龙，刘建军，宋夏，邱颖霞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34