一种同轴TSV结构转接板及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种同轴TSV结构转接板及其制作方法，包括步骤：对硅片晶圆进行预处理，所述硅片晶圆具有相对应的正面和反面；在所述正面加工内圈铜柱结构；在所述背面以所述内圈铜柱结构的金属铜柱为中心制作大外径的硅盲孔；在所述硅盲孔的侧壁表面加工形成外圈金属层；在具有所述外圈金属层的所述硅盲孔内填充中间介质层并固化；加工所述正面和所述背面至表面平坦化，在所述正面加工至直到露出所述中间介质层，在所述背面加工至露出所述内圈铜柱结构的所述金属铜柱；在所述正面和所述背面加工同轴TSV孔焊盘、同轴TSV孔互连传输线，形成具有TSV同轴结构的硅转接板；本发明专利技术简化聚合物介质的填充工艺，可控并且重复性好，利于实现批量化生产制作。

A Coaxial TSV Structure Transfer Plate and Its Manufacturing Method

The invention discloses a coaxial TSV structure transfer plate and its fabrication method, including steps: pretreatment of silicon wafer, the silicon wafer has corresponding front and back sides; fabrication of inner ring copper column structure on the front side; fabrication of large outer diameter silicon blind hole on the back side side centered on the copper column structure of inner ring copper column; and fabrication of side wall shape of the silicon blind hole. An outer ring metal layer is formed; an intermediate layer is filled and solidified in the silicon blind hole with the outer ring metal layer; the front and the back surfaces are processed to be flat until the intermediate layer is exposed, and the back surfaces are processed to the copper column exposed to the inner ring copper column structure; and coaxial TSV hole welding is processed on the front and the back surfaces. The invention simplifies the filling process of polymer media, has good controllability and repeatability, and is conducive to mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种同轴TSV结构转接板及其制作方法
本专利技术涉及转接板
，具体涉及一种同轴TSV结构转接板及其制作方法。
技术介绍
随着轻量化、薄型化、小型化、I/0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，硅材料本身的介电损耗较大，随着使用频率的增加，传统的硅通孔互连在传输射频信号时插入损耗较大，且还会出现相邻信号的电磁耦合和干扰。因此，提高垂直互连时射频信号传输性能，是硅转接基板在微波系统应用中的关键技术。在现有的技术中，一般采用高阻硅材料作为衬底，改善在射频电路中的涡流损耗；或采用准同轴TSV(ThroughSiliconVias，硅穿孔)结构来降低微波信号垂直传输时的插入损耗。但现有技术中，同轴TSV结构制作工艺较为复杂，一般制作工艺按TSV孔外圈金属层、中间介质层和内圈铜柱结构的顺序制作，为保证外圈金属层、中间介质层和内圈铜柱结构相邻结构之间状态稳定，中间介质层的材料选择、制作方式、工艺的重复性都存在较大的困难，无法实现工程化批量生产。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种所述同轴TSV结构转接板的制作方法，包括步骤：S1：对硅片晶圆进行预处理，所述硅片晶圆具有相对应的正面和反面；S2：在所述正面加工内圈铜柱结构；S3：在所述背面以所述内圈铜柱结构的金属铜柱为中心制作大外径的硅盲孔；S4：在所述硅盲孔的侧壁表面加工形成外圈金属层；S5：在具有所述外圈金属层的所述硅盲孔内填充中间介质层并固化；S6：加工所述正面和所述背面至表面平坦化，在所述正面加工至直到露出所述中间介质层，在所述背面加工至露出所述内圈铜柱结构的所述金属铜柱；S7：在所述正面和所述背面加工同轴TSV孔焊盘、同轴TSV孔互连传输线，形成具有TSV同轴结构的硅转接板。较佳的，步骤S2包括深硅刻蚀硅盲孔、物理沉积金属种子层、电镀金属铜柱以及表面平坦化磨削抛光；所述深硅刻蚀硅盲孔为在所述硅片晶圆的所述正面旋涂光刻胶，通过紫外光刻，形成所述内圈铜柱结构的光刻胶掩模；通过Bosch工艺的ICP反应离子深硅刻蚀工艺对所述硅片晶圆的正面进行刻蚀，形成盲孔；通过磁控溅射的物理沉积技术，在具有所述盲孔的所述正面溅射金属种子层，并进行电镀所述金属铜柱。较佳的，所述硅盲孔半径R的计算式为：其中，r为所述金属铜柱的半径；Z为同轴线特性阻抗；ε为所述中间介质层的材料相对介电常数。较佳的，所述硅盲孔底部到所述正面的距离至少为所述金属铜柱长度的1/5。较佳的，相邻所述内圈铜柱结构之间的孔中心距离尺寸大于所述硅盲孔直径尺寸。较佳的，所述外圈金属层包括黏附层、阻挡层和导电层三层金属；所述外圈金属层选用TiW/Ni/Au金属体系；所述黏附层选用TiW，所述黏附层厚度为150nm；所述阻挡层选用Ni，所述阻挡层厚度为300nm；所述导电层选用Au，所述导电层厚度至少为1000nm，所述外圈金属层的厚度设置为1-2μm。较佳的，所述步骤S5为填充所述中间介质层过程中，采用除气装置去除所述中间介质层在填充过程中产生的空气气泡，除气后对所述中间介质层进行24小时的静置处理，在完成静置处理后再对所述中间介质层进行固化处理。较佳的，所述中间介质层盖过所述内圈铜柱结构高度，所述中间介质层低于所述硅片晶圆的所述背面。较佳的，在所述步骤S6中，所述正面磨削直到露出所述中间介质层表面，同时去除所述步骤S4过程中在所述硅盲孔底部沉积的沉积金属。一种同轴TSV结构转接板，采用所述的同轴TSV结构转接板的制作方法制得，所述同轴TSV结构转接板包括所述硅片晶圆、所述外圈金属层、所述中间介质层和所述内圈铜柱结构；所述外圈金属层、所述中间介质层和所述内圈铜柱结构在所述硅片晶圆上形成同轴TSV结构，所述中间介质层设置在所述外圈金属层和所述内圈铜柱结构之间；所述中间介质层的厚度与所述外圈金属层、所述内圈铜柱结构匹配设置。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：1，本专利技术同轴TSV结构转接板的制作方法采用正反面工艺，改变常规的同轴TSV结构制作顺序，按内圈铜柱结构、外圈金属层和中间介质层的顺序制作，并通过双面对准光刻工艺和深硅刻蚀工艺，在背部实现一个预制的中间介质层的填充孔，简化聚合物介质的填充工艺，可控并且重复性好，利于实现批量化生产制作；2，本专利技术同轴TSV结构的制作方法采用普通硅片晶圆作为衬底，成本低；实现对中心TSV信号层的完全屏蔽，具有超低的垂直传输损耗。附图说明图1为本专利技术的同轴TSV结构转接板制作方法中步骤S1的示意图；图2为本专利技术的同轴TSV结构转接板制作方法中步骤S2的示意图；图3为本专利技术的同轴TSV结构转接板制作方法中步骤S3的示意图；图4为本专利技术的同轴TSV结构转接板制作方法中步骤S4的示意图；图5为本专利技术的同轴TSV结构转接板制作方法中步骤S5的示意图；图6为本专利技术的同轴TSV结构转接板制作方法中步骤S6的示意图；图7为本专利技术同轴TSV结构转接板的结构正视图；图8为本专利技术同轴TSV结构转接板的结构俯视图。图中数字表示：1-硅晶圆；2-第一内圈铜柱结构；3-第二内圈铜柱结构；4-第一硅盲孔；5-第二硅盲孔；6-第一外圈金属层；7-第二外圈金属层；8-第一中间介质层；9-第二中间介质层；10-第一水平介质层；11-第二水平介质层；12-第一TSV焊盘；13-第二TSV焊盘；14-背面水平介质层；15-背面TSV传输线；16-同轴TSV硅转接板。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例一本专利技术所述的同轴TSV结构转接板，包括外圈金属层、中间介质层和内圈铜柱结构；其中所述外圈金属层厚度范围在1-2μm之间，实现侧壁金属化，所述内圈铜柱结构直径在20-30μm之间，所述中间介质层厚度可调，以实现与所述外圈金属层、所述内圈铜柱结构的50欧姆匹配，所述中间介质层厚度范围一般在10-20μm之间，所述同轴TSV结构的深度为200μm。为制作所述转接板，本专利技术提供一种同轴TSV结构转接板的制作方法，至少包括以下步骤：步骤S1：对硅片晶圆进行预处理，所述硅片晶圆具有相对应的正面和反面；步骤S2：在所述正面加工内圈铜柱结构；步骤S3：在所述背面以所述内圈铜柱结构的金属铜柱为中心制作大外径的硅盲孔；步骤S4：在所述硅盲孔的侧壁表面加工形成外圈金属层；步骤S5：在具有所述外圈金属层的所述硅盲孔内填充中间介质层并固化；步骤S6：加工所述正面和所述背面至表面平坦化，在所述正面加工至直到露出所述中间介质层，在所述背面加工至露出所述内圈铜柱结构的所述金属铜柱；步骤S7：在所述正面和所述背面加工同轴TSV孔焊盘、同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同轴TSV结构转接板的制作方法，其特征在于，包括步骤：S1；对硅片晶圆进行预处理，所述硅片晶圆具有相对应的正面和反面；S2；在所述正面加工内圈铜柱结构；S3；在所述背面以所述内圈铜柱结构的金属铜柱为中心制作大外径的硅盲孔；S4；在所述硅盲孔的侧壁表面加工形成外圈金属层；S5；在具有所述外圈金属层的所述硅盲孔内填充中间介质层并固化；S6；加工所述正面和所述背面至表面平坦化，在所述正面加工至直到露出所述中间介质层，在所述背面加工至露出所述内圈铜柱结构的所述金属铜柱；S7；在所述正面和所述背面加工同轴TSV孔焊盘、同轴TSV孔互连传输线，形成具有TSV同轴结构的硅转接板。

【技术特征摘要】
1.一种同轴TSV结构转接板的制作方法，其特征在于，包括步骤：S1；对硅片晶圆进行预处理，所述硅片晶圆具有相对应的正面和反面；S2；在所述正面加工内圈铜柱结构；S3；在所述背面以所述内圈铜柱结构的金属铜柱为中心制作大外径的硅盲孔；S4；在所述硅盲孔的侧壁表面加工形成外圈金属层；S5；在具有所述外圈金属层的所述硅盲孔内填充中间介质层并固化；S6；加工所述正面和所述背面至表面平坦化，在所述正面加工至直到露出所述中间介质层，在所述背面加工至露出所述内圈铜柱结构的所述金属铜柱；S7；在所述正面和所述背面加工同轴TSV孔焊盘、同轴TSV孔互连传输线，形成具有TSV同轴结构的硅转接板。2.如权利要求1所述的同轴TSV结构转接板的制作方法，其特征在于，所述步骤S2包括深硅刻蚀硅盲孔、物理沉积金属种子层、电镀金属铜柱以及表面平坦化磨削抛光；所述深硅刻蚀硅盲孔为在所述硅片晶圆的所述正面旋涂光刻胶，通过紫外光刻，形成所述内圈铜柱结构的光刻胶掩模；通过Bosch工艺的ICP反应离子深硅刻蚀工艺对所述硅片晶圆的正面进行刻蚀，形成盲孔；通过磁控溅射的物理沉积技术，在具有所述盲孔的所述正面溅射金属种子层，并进行电镀所述金属铜柱。3.如权利要求1所述的同轴TSV结构转接板的制作方法，其特征在于，所述硅盲孔半径R的计算式为：其中，r为所述金属铜柱的半径；Z为同轴线特性阻抗；ε为所述中间介质层的材料相对介电常数。4.如权利要求1所述的同轴TSV结构转接板的制作方法，其特征在于，所述硅盲孔底部到所述正面的距离至少为所述金属铜柱长度的1/5。5.如权利要求1所述的同轴TSV结构转接板的制作方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强文，郭育华，王运龙，刘建军，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