无缺陷穿硅通孔结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，包括如下步骤：1）提供第一晶圆，于第一晶圆内形成穿硅通孔；2）于第一晶圆的第一表面上形成第一金属层；3）提供第二晶圆，于第二晶圆的一表面形成第二金属层；4）将第一晶圆与第二晶圆贴置在一起；5）将第二晶圆旋转，以裸露出部分第一金属层；6）将第二晶圆与第一晶圆键合在一起；7）将裸露的第一金属层经由导电介质与电镀夹具相连接，并将电镀夹具置于电镀液中；8）电镀以在穿硅通孔内形成至少填满穿硅通孔的电镀金属层；9）去除导电介质及第二晶圆。本发明专利技术可以使得金属能够逐渐自底向上生长，直至完全填满整个穿硅通孔，可以得到无缺陷的穿硅通孔结构。

【技术实现步骤摘要】
无缺陷穿硅通孔结构的制备方法
本专利技术属于圆片级三维封装
，特别是涉及一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法。
技术介绍
为了满足电子器件高性能和小型化的需求，主流的芯片技术一直遵循摩尔定律不断降低芯片的最小线宽，然而随着最小线宽不断逼近原子级别，芯片的制造成本变得非常高。通过采用系统级(System-in-Package)封装的方法，将各种芯片和无源器件集成在一个封装体内。通过使用三维封装的方法，可进一步降低芯片之间的互联尺寸，实现高密度互联，从而为进一步缩小电子器件的尺寸增添了新的途径。穿硅通孔(TSV)技术是三维封装的核心技术，基于穿硅通孔的(Throughsiliconvia,TSV)的三维封装是较为前沿的封装技术，该技术代替了传统的平面铜互联，能够在Z方向上堆叠芯片，具有互联距离短、封装体积小的优势，并且能够大大提高芯片的速度和功耗特性。目前有许多方案能够实现TSV制造工艺，其中众所周知的方法有中间通孔(viamiddle)、后通孔(vialast)以及中介层(interposer)三种工艺流程。其中前两种方法都是需要再有源芯片上利用深硅刻蚀技术形成TSV，区别是中通孔方案在CMOS和BEOL之间制作TSV，适用于较复杂的BEOL工艺，而后通孔是指将TSV放在BEOL之后制造，优点是不用改变有源芯片的设计，有助于降低设计成本。与中间通孔和后通孔不同的是，中介层的使用可以避免在有源芯片上制造了TSV，这样一来有源芯片的设计成本便会大幅下降，同时对于在有源芯片上刻蚀TSV并填充金属引起可靠性问题以及信号的串扰问题，中介层技术也是一个可选的解决方案。将TSV制作在不含有任何有源电路的硅衬底中，可以在不改变芯片原有设计布局的前提下，实现高密度集成。已经制作完成的有源芯片可以在硅中介层上实现超细节距的电互联，并且可以将不同工艺水平下制造的芯片在同一块中介层上实现混合集成，相比于片上系统(SoC)，能够在满足高密度集成的同时极大地降低成本，是一种未来主流的封装方式。目前用于填充中介层TSV的技术主要分为通孔技术和盲孔技术。盲孔技术的优点是种子层连续存在于TSV的侧壁和底部，因此电镀时间较短，有利于提高TSV的生产效率。但缺点是侧壁的种子层会使得金属横向生长，只有对电镀液进行精细的调配以及使用循环性很好的电镀设备才能实现无缺陷金属填充，这样一来无形中又增加了TSV的制造成本。而普通的通孔填充技术虽然能够形成TSV内金属的“自底向上”生长并且能够同时填充不同孔径的TSV，但仍然无法完全避免侧壁金属横向生长带来的底部空洞问题。鉴于此，需要全面改进现有的通孔TSV填充技术，避免侧壁金属横向生长带来的填充缺陷，提高TSV制作的良率并提高穿硅互联结构的可靠性。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法用于解决现有技术中制备穿硅通孔结构时存在的上述问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，所述无缺陷穿硅通孔结构的制备方法包括如下步骤：1)提供第一晶圆，所述第一晶圆包括相对的第一表面及第二表面；于所述第一晶圆内形成穿硅通孔，所述穿硅通孔贯通所述第一表面及所述第二表面；2)于所述第一晶圆的第一表面上形成第一金属层；3)提供第二晶圆，于所述第二晶圆的一表面形成第二金属层；4)将所述第一晶圆与所述第二晶圆贴置在一起，且所述第一金属层远离所述第一晶圆的表面及所述第二金属层远离所述第二晶圆的表面为贴合面；5)将所述第二晶圆旋转，以裸露出部分所述第一金属层；6)将所述第二晶圆与所述第一晶圆键合在一起，所述贴合面为键合面；7)将裸露的所述第一金属层经由导电介质与电镀夹具相连接，并将所述电镀夹具置于电镀液中；8)将所述电镀夹具、键合后的所述第一晶圆及所述第二晶圆置于真空环境中真空处理后进行电镀，以在所述穿硅通孔内形成至少填满所述穿硅通孔的电镀金属层；9)去除所述导电介质及所述第二晶圆。优选地，步骤1)包括如下步骤：1-1)提供一所述第一晶圆；1-2)于所述第一晶圆的表面形成第一氧化硅层；1-3)于所述第一氧化硅层的表面形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有开口，所述开口定义出所述穿硅通孔的位置形状；1-4)依据所述图形化光刻胶层刻蚀所述第一氧化硅层及所述第一晶圆，以于所述第一晶圆内形成所述穿硅通孔；1-5)去除所述图形化光刻胶层及所述第一氧化硅层。优选地，步骤2)包括如下步骤：2-1)于所述第一晶圆的表面及所述穿硅通孔的侧壁形成第二氧化硅层；2-2)于位于所述第一晶圆第一表面上的所述第二氧化硅层表面及所述穿硅通孔侧壁形成金属材料层；2-3)于所述金属材料层表面形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖位于所述第二氧化层表面的所述金属材料层及位于所述穿硅通孔侧壁的所述金属材料层；2-4)去除位于所述穿硅通孔内的所述光刻胶层；2-5)去除位于所述穿硅通孔内的所述金属材料层，保留于所述第一晶圆的第一表面上的所述金属材料层即为所述第一金属层。优选地，步骤2-5)之后还包括如下步骤：2-6)去除所述光刻胶层的步骤。优选地，步骤2-6)包括如下步骤：2-6-1)利用丙酮对所述第一晶圆的第一表面进行清洗，以去除所述光刻胶层，所述丙酮清洗后，所述第一晶圆的第一表面残留有部分所述光刻胶层；2-6-2)将步骤2-6-1)得到的结构置于氧等离子体或氮等离子体氛围中进行处理，以去除所述第一晶圆第一表面残留的所述光刻胶层。优选地，步骤5)中，将所述第二晶圆围绕其中心旋转90°。优选地，步骤6)中，将所述第二晶圆与所第一晶圆置于真空氛围下进行键合，键合温度介于300℃～400℃之间，键合压力介于2500mbar～3500mbar之间，键合时间介于1h～2h之间。优选地，步骤7)中所述的电镀液包括甲基磺酸铜基础液、加速剂及抑制剂，其中，所述加速剂的浓度介于1ml/L～3ml/L之间，所述抑制剂的浓度介于4ml/L～6ml/L之间。优选地，步骤8)中，电镀后得到的所述电镀金属层自所述第一晶圆第一表面延伸至所述第一晶圆第二表面的上方。优选地，步骤9)包括如下步骤：9-1)采用湿法腐蚀工艺去除所述电介质层；9-2)自所述第二晶圆远离所述第一晶圆的表面对所述第二晶圆进行减薄处理；9-3)采用湿法腐蚀工艺去除减薄后的所述第二晶圆。如上所述，本专利技术的一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，具有以下有益效果：本专利技术的无缺陷穿硅通孔结构的制备方法在保留了穿硅通孔技术优势的前提下，有效避免了传统穿硅通孔技术侧壁种子层金属对填充质量的影响，使得金属能够逐渐自底向上生长，直至完全填满整个穿硅通孔，可以得到无缺陷的穿硅通孔结构。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的无缺陷穿硅通孔结构的制备方法的流程图。图2至图17显示为本专利技术实施例一中提供的无缺陷穿硅通孔结构的制备方法各步骤所得结构的截面结构示意图。元件标号说明10第一晶圆11第一氧化硅层12图形化光刻胶层121开口13第二氧化硅层14第一金属层141金属材料层15光刻胶层16第二晶圆17第三氧化硅层18第二金属层19导电介质20电镀金属层S1～S9步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述无缺陷穿硅通孔结构的制备方法包括如下步骤：1)提供第一晶圆，所述第一晶圆包括相对的第一表面及第二表面；于所述第一晶圆内形成穿硅通孔，所述穿硅通孔贯通所述第一表面及所述第二表面；2)于所述第一晶圆的第一表面上形成第一金属层；3)提供第二晶圆，于所述第二晶圆的一表面形成第二金属层；4)将所述第一晶圆与所述第二晶圆贴置在一起，且所述第一金属层远离所述第一晶圆的表面及所述第二金属层远离所述第二晶圆的表面为贴合面；5)将所述第二晶圆旋转，以裸露出部分所述第一金属层；6)将所述第二晶圆与所述第一晶圆键合在一起，所述贴合面为键合面；7)将裸露的所述第一金属层经由导电介质与电镀夹具相连接，并将所述电镀夹具置于电镀液中；8)将所述电镀夹具、键合后的所述第一晶圆及所述第二晶圆置于真空环境中真空处理后进行电镀，以在所述穿硅通孔内形成至少填满所述穿硅通孔的电镀金属层；9)去除所述导电介质及所述第二晶圆。

【技术特征摘要】
1.一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述无缺陷穿硅通孔结构的制备方法包括如下步骤：1)提供第一晶圆，所述第一晶圆包括相对的第一表面及第二表面；于所述第一晶圆内形成穿硅通孔，所述穿硅通孔贯通所述第一表面及所述第二表面；2)于所述第一晶圆的第一表面上形成第一金属层；3)提供第二晶圆，于所述第二晶圆的一表面形成第二金属层；4)将所述第一晶圆与所述第二晶圆贴置在一起，且所述第一金属层远离所述第一晶圆的表面及所述第二金属层远离所述第二晶圆的表面为贴合面；5)将所述第二晶圆旋转，以裸露出部分所述第一金属层；6)将所述第二晶圆与所述第一晶圆键合在一起，所述贴合面为键合面；7)将裸露的所述第一金属层经由导电介质与电镀夹具相连接，并将所述电镀夹具置于电镀液中；8)将所述电镀夹具、键合后的所述第一晶圆及所述第二晶圆置于真空环境中真空处理后进行电镀，以在所述穿硅通孔内形成至少填满所述穿硅通孔的电镀金属层；9)去除所述导电介质及所述第二晶圆。2.根据权利要求1所述的无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，其特征在于，步骤1)包括如下步骤：1-1)提供一所述第一晶圆；1-2)于所述第一晶圆的表面形成第一氧化硅层；1-3)于所述第一氧化硅层的表面形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有开口，所述开口定义出所述穿硅通孔的位置形状；1-4)依据所述图形化光刻胶层刻蚀所述第一氧化硅层及所述第一晶圆，以于所述第一晶圆内形成所述穿硅通孔；1-5)去除所述图形化光刻胶层及所述第一氧化硅层。3.根据权利要求1所述的无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，其特征在于，步骤2)包括如下步骤：2-1)于所述第一晶圆的表面及所述穿硅通孔的侧壁形成第二氧化硅层；2-2)于位于所述第一晶圆第一表面上的所述第二氧化硅层表面及所述穿硅通孔侧壁形成金属材料层；2-3)于所述金属材料层表面形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖位于所述第二氧化层表面的所述金属材料层及位于所述穿硅通孔侧壁的所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟博，罗乐，徐高卫，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31