一种用于系统级封装的TSV无源转接板及其制造方法技术方案

发明专利技术属于集成电路封装技术领域，具体为一种用于系统级封装的TSV无源转接板及其制造方法。本发明专利技术通过注入离子在硅片内部形成硅化合物，而后采用湿法腐蚀将顶层硅与体硅分离作为制作无源转接板的基底。本发明专利技术能够充分利用硅材料，节约成本。此外，在硅片中所形成的硅化合物可以作为刻蚀阻挡层，进一步简化了工艺步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种用于系统级封装的TSV无源转接板及其制造方法
本专利技术属于集成电路封装
，具体涉及一种用于系统级封装的TSV无源转接板及其制造方法。
技术介绍
随着集成电路工艺技术的高速发展，微电子封装技术逐渐成为制约半导体技术发展的主要因素。为了实现电子封装的高密度化，获得更优越的性能和更低的总体成本，技术人员研究出一系列先进的封装技术。其中三维系统级封装技术具有良好的电学性能以及较高的可靠性，同时能实现较高的封装密度，被广泛应用于各种高速电路以及小型化系统中。硅通孔（ThroughSiliconVia，简称TSV）转接板技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新技术，通过在硅圆片上制作出许多垂直互连通孔以及后续重布线（RedistributionLayer，简称RDL）来实现不同芯片之间的电互连。此外，TSV转接板技术又分为有源转接板和无源转接板两种技术，其中有源转接板带有有源器件，无源转接板缺少有源器件。TSV转接板技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，是目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。为了满足封装总体厚度的要求，对于传统的TSV制造工艺，其中很重要的一个步骤是硅片减薄。然而对于硅片减薄，通常都是采用机械磨削的方法，这其中相当厚度的硅材料会被去除却无法回收利用，导致硅材料的大量浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、成本较低的用于系统级封装的TSV无源转接板及其制备方法。本专利技术提供的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法，具体步骤为：向硅片中注入离子并进行退火，使所述离子与硅反应形成硅化合物，将所述硅片分隔为上面的顶层硅和下面的体硅，将顶层硅作为基底；对所述基底进行光刻、刻蚀，形成贯穿所述基底的硅通孔，湿法腐蚀去除所述硅化合物，使所述基底与体硅分离；在所述硅通孔的侧壁和所述基底的上下表面依次沉积第一绝缘介质、铜扩散阻挡层和籽晶层；形成导电金属，使其完全填充所述硅通孔；采用化学机械抛光工艺去除部分所述导电金属、所述籽晶层、所述铜扩散阻挡层和所述第一绝缘介质，仅保留所述硅通孔中的所述导电金属、所述籽晶层、所述铜扩散阻挡层和所述第一绝缘介质；形成第二绝缘介质，使其覆盖所述基底和所述第一绝缘介质的上下表面；形成粘附层/种子层叠层薄膜，使其覆盖所述导电金属、所述籽晶层、所述铜扩散阻挡层和部分所述第二绝缘介质；在粘附层/种子层叠层薄膜表面形成接触凸点。本专利技术制备方法中，优选为，所注入的离子为氧离子，所形成的硅化合物为氧化硅。本专利技术制备方法中，优选为，所注入的离子为氮离子，所形成的硅化合物为氮化硅。本专利技术制备方法中，优选为，所注入的离子的剂量范围为3×1017/cm2~2×1018/cm2，注入能量大于5000keV。本专利技术制备方法中，优选为，对所述硅片进行退火的温度为1000~1350℃，时间为1~4h。本专利技术制备方法中，优选为，所述硅化合物的厚度为200~400nm。本专利技术制备方法中，优选为，所述顶层硅的厚度大于50μm。本专利技术制备方法中，优选为，所述导电金属为铜。本专利技术制备方法中，优选为，所述第一绝缘介质为SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种；所述第二绝缘介质为Si3N4、SiON、SiC中的至少一种；所述铜扩散阻挡层为TaN、TiN、ZrN、MnSiO3中的至少一种；所述籽晶层为Cu、Ru、Co、RuCo、CuRu、CuCo中的至少一种。本专利技术还提供上述制备方法得到的用于系统级封装的TSV无源转接板，包括：贯通硅基底的硅通孔；第一绝缘介质，覆盖硅通孔的侧壁；第二绝缘介质，覆盖硅基底的上下表面和所述第一绝缘介质的上下表面；铜扩散阻挡层和籽晶层，形成在所述硅通孔的侧壁上，其中铜扩散阻挡层覆盖第一绝缘介质侧表面，籽晶层覆盖铜扩散阻挡层侧表面；导电金属，完全填充所述硅通孔；粘附层/种子层叠层和接触凸点，其中，粘附层/种子层叠层覆盖所述铜扩散阻挡层、所述籽晶层、所述导电金属的上下表面和部分所述第二绝缘介质，接触凸点位于粘附层/种子层叠层的表面。本专利技术采用向硅片中注入氧离子或者氮离子形成氧化物或者氮化物来剥离硅片从而获得制备TSV转接板的基底，可以充分利用硅材料，节约成本。此外，在硅片中所形成的氧化物或者氮化物可以作为刻蚀硅片的刻蚀阻挡层，减少工艺复杂度。通过腐蚀氧化物或者氮化物使得上下层硅片发生分离，工艺简单。附图说明图1是用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法流程图。图2~10是用于系统级封装的TSV无源转接板制造工艺各步骤的结构示意图。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，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。以下结合附图1~10和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。图1是用于系统级封装的TSV无源转接板制造工艺的流程图，图2~10示出了用于系统级封装的TSV无源转接板制造工艺各步骤的结构示意图。如图1所示，具体制备步骤为：步骤S1：获得基底。首先采用离子注入方式向硅衬底100中注入氧离子101，氧离子101会向下扩散，所得结构如图2所示。氧离子注入剂量范围为3×1017/cm2~2×1018/cm2，注入能量大于5000keV。然后将硅衬底100放入管式炉中退火1~4h，退火温度为1000~1350oC。所注入氧离子与硅发生反应生成氧化硅201，厚度范围为200~400nm，氧化硅201将衬底100分为上面的顶层硅202和下面的体硅200，顶层硅202的厚度大于50μm，所得结构如图3所示。顶层硅202用于制作TSV转接板的基底。在本实施方式中采用氧离子进行离子注入，然而本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法，其特征在于，具体步骤为：/n向硅片（100）中注入离子至一定深度，并进行退火，使所述离子与硅反应，在硅片内部形成硅化合物，将所述硅片（100）分隔为上面的顶层硅和下面的体硅，将顶层硅作为基底（202）；/n对所述基底（202）进行光刻、刻蚀，形成贯穿所述基底（202）的硅通孔，湿法腐蚀去除所述硅化合物，使所述基底（202）与体硅分离；/n在所述硅通孔的侧壁和所述基底的上下表面依次沉积第一绝缘介质（203）、铜扩散阻挡层（204）和籽晶层（205）；/n形成导电金属（206），使其完全填充所述硅通孔；/n采用化学机械抛光工艺去除部分所述导电金属（206）、所述籽晶层（205）、所述铜扩散阻挡层（204）和所述第一绝缘介质（203），仅保留所述硅通孔中的所述导电金属（206）、所述籽晶层（205）、所述铜扩散阻挡层（204）和所述第一绝缘介质（203）；/n形成第二绝缘介质（207），使其覆盖所述基底（202）和所述第一绝缘介质（203）的上下表面；/n形成粘附层/种子层叠层薄膜（208），使其覆盖所述导电金属（206）、所述籽晶层（205）、所述铜扩散阻挡层（204）和部分所述第二绝缘介质（207）；/n在粘附层/种子层叠层薄膜（208）表面形成接触凸点（209）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法，其特征在于，具体步骤为：
向硅片（100）中注入离子至一定深度，并进行退火，使所述离子与硅反应，在硅片内部形成硅化合物，将所述硅片（100）分隔为上面的顶层硅和下面的体硅，将顶层硅作为基底（202）；
对所述基底（202）进行光刻、刻蚀，形成贯穿所述基底（202）的硅通孔，湿法腐蚀去除所述硅化合物，使所述基底（202）与体硅分离；
在所述硅通孔的侧壁和所述基底的上下表面依次沉积第一绝缘介质（203）、铜扩散阻挡层（204）和籽晶层（205）；
形成导电金属（206），使其完全填充所述硅通孔；
采用化学机械抛光工艺去除部分所述导电金属（206）、所述籽晶层（205）、所述铜扩散阻挡层（204）和所述第一绝缘介质（203），仅保留所述硅通孔中的所述导电金属（206）、所述籽晶层（205）、所述铜扩散阻挡层（204）和所述第一绝缘介质（203）；
形成第二绝缘介质（207），使其覆盖所述基底（202）和所述第一绝缘介质（203）的上下表面；
形成粘附层/种子层叠层薄膜（208），使其覆盖所述导电金属（206）、所述籽晶层（205）、所述铜扩散阻挡层（204）和部分所述第二绝缘介质（207）；
在粘附层/种子层叠层薄膜（208）表面形成接触凸点（209）。


2.根据权利要求1所述的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法，其特征在于，所注入的离子为氧离子，所形成的硅化合物为氧化硅。


3.根据权利要求1所述的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法，其特征在于，所注入的离子为氮离子，所形成的硅化合物为氮化硅。


4.根据权利要求1~3中任一项所述的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法，其特征在于，所注入的离子的剂量范围为3×1017/cm2~2×1018/cm2，注入能量大于5000keV。


5.根据权利要求1~3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宝，陈琳，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，上海集成电路制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31