一种用于2.5D封装的TSV转接板及其制备方法技术

本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2.5D封装的TSV转接板及其制备方法。本发明专利技术采用金属辅助化学刻蚀工艺减薄硅片，并且采用金属辅助化学刻蚀工艺形成硅通孔，该方法无需复杂的工艺设备，工艺简单，且硅通孔的深宽比易调。此外，通过在硅衬底背面形成籽晶层，而后在硅通孔内填充导电金属的方法，无需化学机械抛光去除硅通孔上表面的导电金属，从而可以进一步地缩减工艺步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种用于2.5D封装的TSV转接板及其制备方法
本专利技术属于集成电路封装
，具体涉及一种用于2.5D封装的TSV转接板及其制备方法。
技术介绍
随着电子产品向小型化、高性能、高可靠等方向发展，系统集成度也日益提高。在这种情况下，靠进一步缩小集成电路的特征尺寸和互连线的线宽来提高性能的方式受到材料物理特性和设备工艺的限制，传统的摩尔定律已经很难继续发展下去。以TSV为核心的2.5D/3D集成技术已经被广泛认为是未来高密度封装领域的主导技术，是突破摩尔定律的有效途径。与传统的2D封装相比，基于TSV转接板的2.5D封装使多个芯片在转接板上直接实现互连，大大缩短了走线长度，降低了信号延迟与损耗，其相对带宽可达到传统封装的8~50倍。硅基转接板可以制作更小线宽的互连线，布线密度大大提高，使其满足高性能芯片的需求。硅基转接板与芯片均采用硅作为基底材料，二者间的热膨胀系数失配较小，芯片所承受的热应力大幅降低，可靠性得以提高。芯片和基板间较短的互连线路可以改善系统电性能。因此，多个功能芯片通过TSV转接板形成互连的封装形式越来越受到世界各大半导体公司及科研院所的关注。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。对于硅片减薄，通常都是采用机械磨削联合化学机械抛光、湿法刻蚀、干法刻蚀或者干法抛光的工艺方式。然而这些工艺模式都涉及到复杂的工艺设备和工艺步骤，因此工艺成本都比较高。此外，对于传统的TSV制造工艺，在硅通孔内电镀铜之后还需要采用化学机械抛光方法去除硅通孔表面铜材料，这同样将增加工艺步骤；而且化学机械抛光所使用的抛光浆料对环境有害。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单，且硅通孔的深宽比易调的用于2.5D封装的TSV转接板及其制备方法。本专利技术提供的用于2.5D封装的TSV转接板制备方法，具体步骤为：采用金属辅助化学刻蚀方法对硅衬底减薄；在所述硅衬底背面依次形成第三绝缘介质、籽晶层，并粘合第一载体；在所述硅衬底的正面光刻定义硅通孔位置，并刻蚀形成硅通孔；沉积第一绝缘介质，并刻蚀去除所述硅通孔底部的第一绝缘介质；沉积扩散阻挡层，并刻蚀去除所述硅通孔底部的所述扩散阻挡层；刻蚀去除所述硅通孔底部的所述第三绝缘介质；在所述硅通孔中填充导电金属；采用光刻和刻蚀工艺去除所述硅通孔上表面的所述第一绝缘介质和所述扩散阻挡层，沉积第二绝缘介质，随后采用光刻和刻蚀工艺去除所述导电金属表面的第二绝缘介质；在所述导电金属顶部形成粘附层/种子层叠层薄膜，并在所述叠层薄膜上形成微凸点；在所述硅衬底正面粘合第二载体，然后去除所述硅衬底背面的所述籽晶层和所述第一载体，在所述导电金属的底部形成粘附层/种子层叠层薄膜，并在所述叠层薄膜的上形成C4凸点；去除所述第二载体。本专利技术制备方法中，优选为，所述采用金属辅助化学刻蚀方法对硅衬底减薄，具体包括以下步骤：在所述硅衬底的背面生长一层第一金属薄膜作为催化剂，然后在所述硅衬底的正面粘合第三载体；将所述硅衬底放置在氢氟酸和双氧水的混合溶液中进行刻蚀；在所述第一金属薄膜的催化作用下，与所述第一金属薄膜接触的硅材料不断被双氧水氧化以及被氢氟酸刻蚀，通过控制刻蚀速率和刻蚀时间将所述硅衬底减薄到所需要的厚度；蚀刻去除所述第一金属薄膜。本专利技术制备方法中，优选为，所述金属薄膜为Ag、Pt、Au、Pd中的至少一种。本专利技术制备方法中，优选为，所述金属薄膜的厚度范围为20~50nm。本专利技术制备方法中，优选为，采用金属辅助化学刻蚀形成硅通孔。本专利技术制备方法中，优选为，在所述硅衬底（200）的正面生长一层第二金属薄膜（206），并通过光刻和刻蚀工艺定义出硅通孔的位置；将所述硅衬底（200）放置在氢氟酸和双氧水的混合溶液中进行化学刻蚀；在所述金属薄膜（206）的催化作用下，与所述第二金属薄膜（206）接触的硅材料不断被双氧水氧化以及被氢氟酸刻蚀，通过控制刻蚀速率和刻蚀时间，使所述硅衬底（200）被刻蚀穿通，所述第二金属薄膜（206）与底部的所述第三绝缘介质（203）直接接触；蚀刻去除所述第二金属薄膜（206）。本专利技术制备方法中，优选为，所述扩散阻挡层为TaN、TiN、ZrN、MnSiO3中的至少一种。本专利技术制备方法中，优选为，所述导电金属为Cu。本专利技术制备方法中，优选为，所述籽晶层Cu、Ru、Co、CuRu合金、CuCo合金中的至少一种。本专利技术还提供一种用于2.5D封装的TSV转接板，包括：贯通硅衬底的硅通孔；第一绝缘介质和扩散阻挡层，其中，所述第一绝缘介质覆盖硅通孔的侧壁，所述扩散阻挡层覆盖所述第一绝缘介质的表面；第二绝缘介质和第三绝缘介质，其中所述第二绝缘介质覆盖所述硅衬底、所述第一绝缘介质以及扩散阻挡层的上表面，所述第三绝缘介质覆盖所述硅衬底、所述第一绝缘介质以及所述扩散阻挡层的下表面；导电金属、粘附层/种子层所构成的叠层薄膜、微凸点、C4凸点，其中，所述导电金属完全填充所述硅通孔；粘附层/种子层所构成的叠层薄膜覆盖导电金属的上表面以及部分所述第二绝缘介质的表面；所述粘附层/种子层所构成的叠层薄膜覆盖所述导电金属的下表面以及部分所述第三绝缘介质的表面；微凸点位于所述粘附层/种子层所构成的叠层薄膜表面；C4凸点位于所述粘附层/种子层所构成的叠层薄膜表面。本专利技术采用金属辅助化学刻蚀工艺来减薄硅片、制备硅通孔，无需复杂的工艺设备，工艺简单，且硅通孔的深宽比易调。此外，以硅通孔背面的铜材料为籽晶层在硅通孔内电镀铜，无需采用化学机械抛光工艺来去除硅通孔上表面的铜材料，从而可以缩减工艺步骤。附图说明图1是用于2.5D封装的TSV转接板制备方法的流程图。图2~15示出了用于2.5D封装的TSV转接板制备方法的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。但正如本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于2.5D封装的TSV转接板制备方法，其特征在于，具体步骤为：/n采用金属辅助化学刻蚀方法对硅衬底（200）减薄；/n在所述硅衬底（200）背面依次形成第三绝缘介质（203）、籽晶层（204），并粘合第一载体（205）；/n在所述硅衬底（200）的正面光刻定义硅通孔位置，并刻蚀形成硅通孔；/n沉积第一绝缘介质（207），并刻蚀去除所述硅通孔底部的第一绝缘介质（207）；沉积扩散阻挡层（208），并刻蚀去除所述硅通孔底部的所述扩散阻挡层（208）；刻蚀去除所述硅通孔底部的所述第三绝缘介质（203）；/n在所述硅通孔中填充导电金属（209）；采用光刻和刻蚀工艺去除所述硅通孔上表面的所述第一绝缘介质（207）和所述扩散阻挡层（208），沉积第二绝缘介质（210），随后采用光刻和刻蚀工艺去除所述导电金属（209）表面的第二绝缘介质（210）；/n在所述导电金属（209）顶部形成粘附层/种子层叠层薄膜（211），并在所述叠层薄膜上形成微凸点（212）；在所述硅衬底（200）正面粘合第二载体（213），然后去除所述硅衬底（200）背面的所述籽晶层（204）和所述第一载体（205），在所述导电金属（209）的底部形成粘附层/种子层叠层薄膜（214），并在所述叠层薄膜的上形成C4凸点（215）；去除所述第二载体（213）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于2.5D封装的TSV转接板制备方法，其特征在于，具体步骤为：
采用金属辅助化学刻蚀方法对硅衬底（200）减薄；
在所述硅衬底（200）背面依次形成第三绝缘介质（203）、籽晶层（204），并粘合第一载体（205）；
在所述硅衬底（200）的正面光刻定义硅通孔位置，并刻蚀形成硅通孔；
沉积第一绝缘介质（207），并刻蚀去除所述硅通孔底部的第一绝缘介质（207）；沉积扩散阻挡层（208），并刻蚀去除所述硅通孔底部的所述扩散阻挡层（208）；刻蚀去除所述硅通孔底部的所述第三绝缘介质（203）；
在所述硅通孔中填充导电金属（209）；采用光刻和刻蚀工艺去除所述硅通孔上表面的所述第一绝缘介质（207）和所述扩散阻挡层（208），沉积第二绝缘介质（210），随后采用光刻和刻蚀工艺去除所述导电金属（209）表面的第二绝缘介质（210）；
在所述导电金属（209）顶部形成粘附层/种子层叠层薄膜（211），并在所述叠层薄膜上形成微凸点（212）；在所述硅衬底（200）正面粘合第二载体（213），然后去除所述硅衬底（200）背面的所述籽晶层（204）和所述第一载体（205），在所述导电金属（209）的底部形成粘附层/种子层叠层薄膜（214），并在所述叠层薄膜的上形成C4凸点（215）；去除所述第二载体（213）。


2.根据权利要求1所述的用于2.5D封装的TSV转接板制备方法，其特征在于，所述采用金属辅助化学刻蚀方法对硅衬底减薄，具体包括以下步骤：
在所述硅衬底（200）的背面生长一层第一金属薄膜（202）作为催化剂，然后在所述硅衬底（200）的正面粘合第三载体（201）；
将所述硅衬底（200）放置在氢氟酸和双氧水的混合溶液中进行刻蚀；
在所述第一金属薄膜（202）的催化作用下，与所述第一金属薄膜（202）接触的硅材料不断被双氧水氧化以及被氢氟酸刻蚀，通过控制刻蚀速率和刻蚀时间将所述硅衬底（200）减薄到所需要的厚度；
蚀刻去除所述第一金属薄膜（202）。


3.根据权利要求2所述的用于2.5D封装的TSV转接板制备方法，其特征在于，所述金属薄膜为Ag、Pt、Au、Pd中的至少一种。


4.根据权利要求2所述的用于2.5D封装的TSV转接板制备方法，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为20~50nm。


5.根据权利要求1所述的用于2.5D封装的TSV转接板制备方法，其特征在于，采用金属辅助...

【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