一种高效制备硅转接板的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术能以更高的效率、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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述传统工艺中制备TSV的缺点，本专利技术提出了。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，本专利技术采用以下技术方案实现:—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:I)将硅晶圆上旋涂10 μ m以上正胶或10 μ m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I)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0.2 μπι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°C -1200°C高温氧化或化学沉积技术对硅片表面进行氧化；二氧化娃厚度为0.1-3 μπι。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10-200 μ m。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I)时，旋涂正胶为正胶5-30 μ m或负胶10_60 μ m。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。本专利技术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，本专利技术制备的Cu-TSV与Cu-Pad是无暇连接。与现有的TSV技术相比，本专利技术的有益效果是:本专利技术可在娃晶圆上高效地制备一种娃基转接板，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，本专利技术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，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为本专利技术制备方法的一个【具体实施方式】的流程示意图；图2为本专利技术实施例中硅基转接板结构剖面图；图3为本专利技术实施例制备的硅基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专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，为本专利技术【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，I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。I)将硅晶圆上旋涂正胶15 μ m，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当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁桂甫，张亚舟，孙云娜，汪红，吴凯峰，王慧颖，罗江波，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31