高温压阻特性试样及含有TSV的异形硅转接板制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高温压阻特性试样及含有TSV的异形硅转接板制备方法，本发明专利技术使用的方法在制造异形结构时避免了传统的机械划片或激光划片时对硅晶圆可能造成的破裂，通过上表面深刻蚀与下表面减薄相结合的方法，实现了异形结构的自动释放分离。同时，本发明专利技术面向高温应用提出了与硅通孔TSV工艺兼容的耐高温欧姆接触电极结构硅/二硅化钛/钛/氮化钛/钛/铜，可以用于300℃以上的高温压阻特性的测量。此外，本发明专利技术提出的含有TSV的异形硅转接板有利于入射光纤与硅光器件的端面耦合器对准，实现电

【技术实现步骤摘要】
高温压阻特性试样及含有TSV的异形硅转接板制备方法


[0001]本专利技术属于电子
，尤其涉及高温压阻特性试样及含有TSV的异形硅转接板制备方法。

技术介绍

[0002]随着传统的硅基集成电路产业发展遵循的摩尔定律遇到瓶颈，以硅通孔（TSV）三维异构集成为代表的先进封装技术成为进一步提升集成电路集成度和系统功能的重要技术。近年来，为了满足物联网、大数据、人工智能时代对电子系统更强算力、更高传输速率、更灵敏感知的迫切需求，人们不再局限于只是把集成电路芯片进行三维堆叠，开始把集成电路芯片与硅基光电子芯片、传感芯片等不同功能、不同结构甚至不同形状的芯片在晶圆上进行三维异构集成起来（EIC
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PIC
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MEMS），形成具有更加强大功能的晶上系统（SOW，System
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on
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Wafer）。
[0003]在电
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光
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感的三维异构集成过程中常常遇到需要根据器件的形状和工作需求设计不同形状的硅转接板，但是由于硅是一种晶体，极易沿着解理面劈裂。在制造异形硅转接板时，如果直接用机械刀或者激光对硅晶圆进行沿着不规则的形状进行划片切割，缺陷和受力不均非常容易造成硅晶圆破裂。
[0004]除了在三维异构集成的硅转接板中需要对硅晶圆进行异形切割，在制备硅的压阻特性试样时也常常需要用到异形硅结构。参照金属和橡胶等的拉伸试验国家标准《GB/T4338
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2006金属材料高温拉伸试验方法》、《GB/T528
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2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》等中对拉伸试样的规定，为了防止试样在夹具口附近断裂，试样通常需要做成哑铃状。在使用拉伸法测量硅的压阻特性时，将试样做成哑铃状既能保持较宽的两端受力稳固，又能保证在相同作用力的条件下中间狭窄处的力敏电阻条产生更大的应变，进而产生足够大的电阻值变化。但是制备哑铃状的压阻特性试样时同样面临对晶圆进行异形切割破裂的风险。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种高温压阻特性试样及含有TSV的异形硅转接板制备方法，以实现晶圆的异形切割。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供一种高温压阻特性试样制备方法，包括：器件制造步骤：在晶圆的上表面的器件层上光刻并刻蚀出力敏电阻的形状，基于所述力敏电阻的形状进行离子注入并退火，形成力敏电阻；第一耐高温电极及互连线制造步骤：在所述晶圆上下表面沉积第一钝化层，光刻并刻蚀所述力敏电阻的欧姆接触区域上的第一钝化层，露出器件层的硅，从而生长耐高温欧姆接触电极及互连线；第一上表面外形槽深刻蚀步骤：在晶圆的上表面光刻并深刻蚀出第一外形槽和通孔，其中所述第一外形槽和通孔的深度为所需的试样深度；
第一下表面减薄释放步骤：对晶圆的上表面进行保护，对晶圆的下表面进行减薄，直至所述高温压阻特性试样被释放，去除上表面的保护，得到所需的高温压阻特性试样。
[0007]进一步地，利用等离子体增强化学气相淀积法沉积二氧化硅/氮化硅层来沉积第一钝化层。
[0008]进一步地，所述第一耐高温电极及互连线制造步骤中，光刻并刻蚀所述第一钝化层露出力敏电阻的欧姆接触区域的硅，重掺杂并退火；用自对准的方法在欧姆接触区域的硅上生长难熔金属硅化物；利用物理气相淀积和剥离的方法生长耐高温的金属电极及互连线。
[0009]进一步地，所述耐高温的金属电极及互连线的材料包括含有扩散阻挡材料的钛/铂/金、钛/氮化钛/铂/金、钛/氮化钛/钛/铜，其中所述扩散阻挡材料为铂或氮化钛或氮化钽。
[0010]进一步地，对晶圆的上表面进行保护，具体为在晶圆的上表面施加第一保护层，所述第一保护层是耐腐蚀的保护胶或耐腐蚀的夹具。
[0011]进一步地，通过湿化学腐蚀或化学机械抛光对所述晶圆的下表面进行减薄。
[0012]根据本申请实施例的第二方面，提供一种含有TSV的异形硅转接板制备方法，包括：硅通孔TSV制造步骤：在晶圆上表面光刻并深刻蚀垂直盲孔，在所述盲孔中生长种子层金属并电镀填充铜柱；第二耐高温电极及互连线制造步骤：在所述晶圆上表面沉积钝第二化层，并制作具有重布线功能的电极和互连线与相应的所述铜柱连通；第二上表面外形槽深刻蚀步骤：在所述晶圆的上表面光刻并深刻蚀出异形硅转接板的第二外形槽；第二下表面减薄释放步骤：对所述晶圆的上表面进行保护，对晶圆的下表面进行减薄至所述第二外形槽的底部，异形结构被释放分离，同时所述垂直盲孔的盲端被打开上下贯通，其中所述第二外形槽的深度等于所述垂直盲孔的深度。
[0013]进一步地，所述硅通孔TSV制造步骤包括：在晶圆上表面光刻并深刻蚀垂直盲孔，并在盲孔的侧壁沉积二氧化硅绝缘层；在所述盲孔中生长耐高温种子层金属；在所述盲孔中电镀填充铜柱，并用化学机械抛光的方法平整晶圆的上表面。
[0014]进一步地，所述第二下表面减薄释放步骤包括：所述晶圆的上表面施加第二保护层；减薄所述晶圆的下表面，当晶圆下表面减薄至所述外形槽的底部时，异形硅转接板被释放，且盲孔的盲端同时被打开，所述铜柱形成上下贯通的TSV；去除所述第二保护层，得到分离的含有TSV的异形硅转接板。
[0015]根据本申请实施例的第三方面，提供一种含有TSV的异形硅转接板的三维异构集成系统，该系统通过将第二方面所述的方法制备得到的含有TSV的异形硅转接板以及硅光器件、电子器件封装在基板上形成，其中所述硅光器件为在所述第二耐高温电极及互连线制造步骤之前在晶圆上制作得到，或者所述硅光器件通过贴装或倒装焊接于所述含有TSV的异形硅转接板上。
[0016]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：第一，本专利技术使用的方法在制造异形结构时避免了传统的机械划片或激光划片时对硅晶圆可能造成的破裂，通过上表面深刻蚀与下表面减薄相结合的方法，实现了异形结构的自动释放分离；第二，本专利技术提出了异形结构释放工艺，在晶圆下表面减薄工艺中一步同时完成了多个异形高温压阻特性试样的释放分离或者硅通孔的盲孔打开和异形结构的释放分离；第三，本专利技术面向高温应用提出了耐高温欧姆接触电极结构硅/二硅化钛/钛/氮化钛/钛/铜（Si/TiSi2/Ti/TiN/Ti/Cu）和耐高温互连线结构钛/氮化钛/钛/铜（Ti/TiN/Ti/Cu），可以用于300℃以上的高温压阻特性的测量以及含有TSV的异形硅转接板的制备。
[0017]第四，本专利技术提出的含有TSV的异形硅转接板有利于入射光纤与硅光器件的端面耦合器对准，实现电
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光
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感的三维异构集成系统。
[0018]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0020]图1为一种高温压阻特性试样制备方法的流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温压阻特性试样制备方法，其特征在于，包括：器件制造步骤：在晶圆的上表面的器件层上光刻并刻蚀出力敏电阻的形状，基于所述力敏电阻的形状进行离子注入并退火，形成力敏电阻；第一耐高温电极及互连线制造步骤：在所述晶圆上下表面沉积第一钝化层，光刻并刻蚀所述力敏电阻的欧姆接触区域上的第一钝化层，露出器件层的硅，从而生长耐高温欧姆接触电极及互连线；第一上表面外形槽深刻蚀步骤：在晶圆的上表面光刻并深刻蚀出第一外形槽和通孔，其中所述第一外形槽和通孔的深度为所需的试样深度；第一下表面减薄释放步骤：对晶圆的上表面进行保护，对晶圆的下表面进行减薄，直至所述高温压阻特性试样被释放，去除上表面的保护，得到所需的高温压阻特性试样。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用等离子体增强化学气相淀积法沉积二氧化硅/氮化硅层来沉积第一钝化层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一耐高温电极及互连线制造步骤中，光刻并刻蚀所述第一钝化层露出力敏电阻的欧姆接触区域的硅，重掺杂并退火；用自对准的方法在欧姆接触区域的硅上生长难熔金属硅化物；利用物理气相淀积和剥离的方法生长耐高温的金属电极及互连线。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐高温的金属电极及互连线的材料包括含有扩散阻挡材料的钛/铂/金、钛/氮化钛/铂/金、钛/氮化钛/钛/铜，其中所述扩散阻挡材料为铂或氮化钛或氮化钽。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对晶圆的上表面进行保护，具体为在晶圆的上表面施加第一保护层，所述第一保护层是耐腐蚀的保护胶或耐腐蚀的夹具。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过湿化学腐蚀或化学机械抛光对所述晶圆的下表面进行减薄。7.一种含有TSV的异形硅转接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冠东，王伟豪，李洁，王传智，曹荣，张汝云，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：