简易硅基垂直互连封装方法、装置及基板制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种简易硅基垂直互连封装方法、装置及基板，该方法包括：对垂直互连硅基板进行加工前准备工艺；在硅基板上涂胶、光刻、各向异性刻蚀通孔以及制作绝缘层，以在硅基板上形成通孔，且硅基板的上下表面以及通孔内表面覆盖绝缘层；在硅基板下表面制作键合区域，以及将硅基板下表面与被封装芯片键合；在硅基板上表面及通孔中制作互连金属层；将硅基板上表面的互连金属层图形化，以在互连金属层上制作出金属互连线和/或金属互连区。本发明专利技术实施例需要的光刻掩模板数量相较于传统TSV互连方案更少，且无需干法刻蚀通孔等工艺，降低了设备成本和工艺复杂度，在成本和工艺复杂度上都更具优势。更具优势。更具优势。

【技术实现步骤摘要】
简易硅基垂直互连封装方法、装置及基板


[0001]本专利技术涉及硅基垂直互连
，具体而言，涉及一种简易硅基垂直互连封装方法、装置及基板。

技术介绍

[0002]垂直互连工艺是数字IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片、模拟IC芯片、分立器件、MEMS(Micro
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Electro
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Mechanical System，微机电系统)器件等芯片封装时常用的封装工艺。垂直互连具有封装密度高、封装可靠性高、信号质量高等显著优势。常见的垂直互连工艺包括硅通孔互连(Through Silicon Via，TSV)、玻璃通孔互连(Through Glass Via，TGV)等。垂直互连工艺在高密度的芯片封装、异质集成、光电微系统、传感微系统的SiP(System In a Package，系统级封装)封装中，都有广泛的应用。
[0003]硅通孔互连(TSV)是目前应用广泛的垂直互连方法。典型的硅通孔互连结构包括：垂直穿孔、导体填充、绝缘层以及金属顶帽等。尽管TSV垂直互连具备诸多优点，但也存在两个较为显著的不足：第一，当前的TSV封装基板大多需要十分复杂的工艺进行加工，这推高了TSV垂直互连方案的成本，限制了垂直互连工艺的广泛应用。第二，当前的TSV封装基板在加工时需要较为精细的工艺参数控制，导致实现高良率的TSV封装基板加工较为困难。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种简易硅基垂直互连封装方法，所述方法包括：对垂直互连硅基板进行加工前准备工艺；在所述硅基板上涂胶、光刻、各向异性刻蚀通孔以及制作绝缘层，以在所述硅基板上形成通孔，且所述硅基板的上下表面以及所述通孔内表面覆盖绝缘层；在所述硅基板下表面制作键合区域，以及将所述硅基板下表面与被封装芯片键合；在所述硅基板上表面及所述通孔中制作互连金属层；将所述硅基板上表面的互连金属层图形化，以在所述互连金属层上制作出金属互连线和/或金属互连区。
[0005]可选地，所述在所述硅基板上各向异性刻蚀通孔，包括：在光刻得到的图像化光刻胶的保护下进行各向异性刻蚀通孔；或者，在光刻后制作硬掩模的保护下进行各向异性刻蚀通孔。
[0006]可选地，所述在所述硅基板上表面及所述通孔中制作互连金属层，包括：在各项异性刻蚀得到的通孔斜面及所述硅基板上表面溅射、沉积或蒸镀方法制作互连金属层。
[0007]可选地，所述在所述硅基板下表面制作键合区域，包括：在所述硅基板下表面涂胶、光刻、金属镀膜以及剥离，形成硅基板下表面的键合区域；在所述硅基板下表面进行金属镀膜、光刻以及刻蚀，形成硅基板下表面的键合区域。
[0008]可选地，所述将所述硅基板下表面与被封装芯片键合，包括：采用W2W、D2D或D2W的键合方式将所述硅基板下表面与被封装芯片键合。
[0009]可选地，所述将所述硅基板上表面的互连金属层图形化，以在所述互连金属层上制作出金属互连线和/或金属互连区，包括：在所述硅基板上表面涂胶、光刻以及金属刻蚀，
以在所述互连金属层上制作出金属互连线和/或金属互连区；或者，在所述硅基板上表面采用大马士革工艺制作所述金属互连线和/或所述金属互连区；或者，在所述硅基板上表面采用3D打印设备刻蚀出所述金属互连线和/或所述金属互连区。
[0010]可选地，所述方法还包括：对制作有所述金属互连线和/或金属互连区的硅基板进行切片。
[0011]本专利技术实施例提供一种简易硅基垂直互连封装装置，所述装置包括：准备模块，用于对垂直互连硅基板进行加工前准备工艺；通孔刻蚀模块，用于在所述硅基板上涂胶、光刻、各向异性刻蚀通孔以及制作绝缘层，以在所述硅基板上形成通孔，且所述硅基板的上下表面以及所述通孔内表面覆盖绝缘层；键合模块，用于在所述硅基板下表面制作键合区域，以及将所述硅基板下表面与被封装芯片键合；金属层制作模块，用于在所述硅基板上表面及所述通孔中制作互连金属层；互连图形化模块，用于将所述硅基板上表面的互连金属层图形化，以在所述互连金属层上制作出金属互连线和/或金属互连区。
[0012]本专利技术实施例提供一种简易硅基垂直互连封装基板，所述硅基垂直互连封装基板采用上述简易硅基垂直互连封装方法制作得到。
[0013]可选地，各向异性刻蚀得到的通孔为V型通孔。
[0014]本专利技术实施例提供的简易硅基垂直互连封装方法、装置及基板，需要的光刻掩模板数量相较于传统TSV互连方案更少，且无需干法刻蚀通孔等工艺，降低了设备成本和工艺复杂度，在成本和工艺复杂度上都更具优势。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例中简易硅基垂直互连基板的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例中一种简易硅基垂直互连封装方法的示意性流程图；
[0018]图3为本专利技术实施例中简易垂直互连封装基板的主要制造工艺流程示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例中一种简易硅基垂直互连封装装置的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]典型的硅通孔互连结构包括：垂直穿孔、导体填充、绝缘层以及金属顶帽等。
[0022]其中，垂直穿孔：整个TSV结构的核心部分，通过在硅片内部进行加工，形成从表面到背面的垂直孔洞，用于连接上下层的线路。导体填充：在穿孔中注入导体材料(如铜或钨)，填充整个孔洞。导体填充通常通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)完成。绝缘层：在导体填充完成后，需要在穿孔周围涂覆一层绝缘材料，以隔离上下层的导体及防止短路。金属顶帽：在绝缘层上方，再加工一层金属顶帽，作为上下层连接的接触点；通常，顶
帽和导体填充共同形成一个联结点，以连接芯片上的其他电路组件。
[0023]具体而言，典型的TSV垂直互连基板工艺主要包括以下步骤：深反应离子刻蚀(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)制作TSV孔，等离子增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)制作介电层，物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)制作阻挡层和种子层，电镀铜(Cu)填孔，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)去除多余的金属；另外由于芯片堆叠集成的需要，对于3D IC/Si集成而言，还有晶圆的减薄和薄晶键合等关键工艺。每一步工艺都有较高的技术难度。由于TSV本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简易硅基垂直互连封装方法，其特征在于，所述方法包括：对垂直互连硅基板进行加工前准备工艺；在所述硅基板上涂胶、光刻、各向异性刻蚀通孔以及制作绝缘层，以在所述硅基板上形成通孔，且所述硅基板的上下表面以及所述通孔内表面覆盖绝缘层；在所述硅基板下表面制作键合区域，以及将所述硅基板下表面与被封装芯片键合；在所述硅基板上表面及所述通孔中制作互连金属层；将所述硅基板上表面的互连金属层图形化，以在所述互连金属层上制作出金属互连线和/或金属互连区。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述硅基板上各向异性刻蚀通孔，包括：在光刻得到的图像化光刻胶的保护下进行各向异性刻蚀通孔；或者，在光刻后制作硬掩模的保护下进行各向异性刻蚀通孔。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述硅基板上表面及所述通孔中制作互连金属层，包括：在各项异性刻蚀得到的通孔斜面及所述硅基板上表面溅射、沉积或蒸镀方法制作互连金属层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述硅基板下表面制作键合区域，包括：在所述硅基板下表面涂胶、光刻、金属镀膜以及剥离，形成硅基板下表面的键合区域；在所述硅基板下表面进行金属镀膜、光刻以及刻蚀，形成硅基板下表面的键合区域。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述硅基板下表面与被封装芯片键合，包括：采用W2W、D2D或D2W的键合方式将所述硅基板下表面与被封装芯片键合。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述硅基板上表面的互连金属层图形...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭天放，乔昱阳，夏阳，李秧，
申请(专利权)人：北京细胞膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：