本发明专利技术涉及一种采用ＢＣＢ辅助键合以实现穿硅通孔封装的制作工艺，其特征在于本发明专利技术利用有机物ＢＣＢ低温键合的支撑晶圆辅助下将晶圆减薄后制作ＴＳＶ封装（Ｔｈｒｏｕｇｈ?Ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｖｉａ，穿硅通孔）的方法，所述的ＴＳＶ封装的制作工艺步骤是：在裸支撑晶圆上溅射金属层，再涂覆一层ＢＣＢ后进行光刻；ＴＳＶ晶圆正面ＤＲＩＥ刻蚀出ＴＳＶ阵列；支撑晶圆带有ＢＣＢ的一面与ＴＳＶ晶圆正面经对准后在键合机中进行ＢＣＢ低温键合；将ＴＳＶ晶圆减薄后制作ＴＳＶ后续工艺。本发明专利技术提供的ＴＳＶ封装制作工艺具有较高的可靠性，采用的设备和工艺均为半导体加工的常规工艺和设备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采用BCB辅助键合以实现穿硅通孔(Through silicon viaTSV) 封装的制作工艺，更确切地说本专利技术涉及一种利用有机物BCB低温键合的支撑晶圆辅助下 将晶圆减薄后制作TSV的方法，属于圆片级TSV三维互连封装
技术介绍
为了满足超大规模集成电路(VLSI)发展的需要，新颖的3D堆叠式封装技术应运 而生。它用最小的尺寸和最轻的重量，将不同性能的芯片和多种技术集成到单个封装体 中，是一种通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间 制造垂直电学导通，实现芯片之间互连 的封装互连技术，与以往的IC封装键合和使用凸点的工艺技术不同的是所述的工艺采用 TSV(Through Silicon Via，穿硅通孔)代替了 2D_Cu互连，能够使芯片在三维方向堆叠的 密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。因此，业内人士将TSV 称为继引线键合(Wire Bonding)、载带自动焊(TAB)和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技 术。通常，晶圆TSV结构的制作方式主要为(1)通孔制备。采用DRIE在晶圆上制备高 深宽比的垂直Si通孔；(2)通孔电镀。在通孔侧壁上淀积SiO2绝缘层后，通过预先制作的 金属种子层电镀金属Cu使金属充满整个Si通孔；(3)化学机械抛光(CMP)。通孔电镀后部 分金属Cu露出TSV，导致晶圆表面凹凸不平，采用CMP将过量的Cu研磨掉后继续研磨晶圆 可以获得不同厚度TSV圆片；(4)圆片与圆片或芯片与圆片之间的精确对准后的键合工艺。以上所述的晶圆TSV结构的实现需要经过一系列的半导体制作工艺，在只有几百 微米厚度的晶圆中制作TSV穿硅通孔，需要经过光刻、DRIE、溅射、电镀、PVD、CMP和键合等 一系列工艺，往往会导致晶圆应力较大而容易破碎，因此制作工艺成本高、产率低。为了克 服晶圆易碎导致产率低的难题，近两年出现了一种键合支撑圆片的新工艺，即将制作TSV 的晶圆与另一张裸晶圆键合在一起，对TSV晶圆起到支撑保护的作用，这样TSV晶圆再经过 一系列复杂工艺时强度提高，避免了易碎现象的产生，待TSV制作完成后采用CMP工艺将支 撑晶圆去除。在支撑晶圆键合方面，目前国内外普遍采用金属键合或者光刻胶将两个晶圆 键合在一起。金属键合是将两张均溅射有金属面的晶圆相互键合，该方法金属键合强度高， 此外还可作为电镀TSV的种子层，但是溅射金属成本较高，并且键合温度极高。而光刻胶键 合工艺简单，但键合强度低，后续工艺中晶圆之间容易脱落，并且由于键合时光刻胶的流动 性，易导致键合界面厚度高低不均，对后续工艺产生不利影响。
技术实现思路
为了保证键合支撑晶圆的键合质量，本专利技术的目的在于提出了 一种采用BCB辅助 晶圆键合以实现TSV封装互连的工艺。在所述的工艺中使用的BCB (干刻蚀型苯丙环丁烯) 作为键合材料，该材料是美国Dow Chemical公司的干刻蚀型BCB预聚体溶液专利产品，其 中BCB聚合度为40 50%，溶剂(1，3，5_三甲基苯)的存在使其呈液体状态。干刻蚀型BCB的固体含量(即BCB树脂)为46%，一定温度固化之后BCB完全聚合、交联。该方法因 采用BCB晶圆键合，其工艺简单，键合强度较高，可以研磨得到更薄的TSV晶圆，并且仅在支 撑晶圆上溅射金属，而不需要在TSV晶圆上溅射金属层，降低了工艺成本。 本专利技术的技术方案是①在裸支撑晶圆的一面溅射一层抗氧化性较好的Au层。然 后在Au层这一面涂一层均勻的BCB，通过光刻BCB使即将键合TSV通孔位置处的BCB去除。 ②TSV晶圆正面以SiO2作掩膜，DRIE刻蚀出未穿透的TSV阵列，TSV通孔为圆形，孔径大约 为15 80 μ m，阵列的排列方式如孔间距、孔直径以及孔数目等，由实际具体的设计方案所 决定。TSV阵列未刻穿主要目的是为了节省DRIE的工艺成本，待BCB键合后通过成本较低 的CMP工艺研磨掉未刻穿的部分。TSV阵列未刻穿需控制DRIE的刻蚀时间得以实现，即由 于DRIE的刻蚀速率保持稳定，可通过计算刻蚀时间以获得相应的刻蚀深度。③将裸支撑晶 圆涂覆有BCB的一面与TSV晶圆的正面进行对准，使TSV通孔开口处与裸支撑晶圆上去掉 BCB的位置对准后在键合机中升温加压进行键合。④升温加压键合后，用CMPC (化学机械抛 光)的方法，将TSV晶圆背面进行研磨，使TSV上的阵列图形露出，BCB作为键合介质将TSV 晶圆与裸支撑晶圆键合在一起。本专利技术的有益效果能够在较低温度下实现高质量的晶圆键合效果，工艺简单，可 以得到质量高、厚度薄的TSV晶圆，不仅降低制作晶圆TSV的工艺成本，而且提高了晶圆TSV 封装互连的成品率。附图说明图1是溅射金属层后的支撑晶圆的截面构造图。图2是BCB涂于金属层上经光刻后的截面构造图。图3是DRIE刻蚀圆形孔状的TSV阵列后的晶圆正面的俯视图。图4是支撑晶圆与TSV晶圆对准键合前的截面构造图。图5是支撑晶圆与TSV晶圆BCB键合后的截面构造图。图6是键合后TSV晶圆背面经CMP露出TSV后的截面构造图。具体实施例方式为了能使本专利技术的优点和积极效果得到充分体现，下面结合附图和实施例对本发 明进一步地说明。在图1中，在裸支撑晶圆101的一面溅射一层抗氧化性能较强的Au层102，厚度大 约为100 200nm。此金属层的作用是提供TSV电镀Cu时的种子层。在图2中，裸支撑晶圆101的金属层102上涂覆一层BCB103，BCB厚度大约为2 4 μ m。BCB经光刻成型，使即将键合TSV通孔位置处104的BCB去除。在图3中，以SiO2作掩膜，采用DRIE刻蚀TSV晶圆201的正面形成TSV阵列图形 202，但没有完全将TSV晶圆刻穿，留有一定的厚度。在图4中，将裸支撑晶圆101与TSV晶圆201进行对准，使TSV202孔径处与去掉 BCB位置104对准。在图5中，支撑晶圆101与TSV晶圆201对准后在键合机中进行升温加压键合，键 合过程为从室温经20 30min升温至230°C，键合压力50 lOOmbar，保温65min，然后缓慢冷却至室温。 在图6中，键合后将TSV晶圆201背面进行CMP研磨，以使TSV202露出，BCB103作为键合介质将TSV晶圆与支撑晶圆键合在一起，裸支撑晶圆101上的金属层102露出以作 为下一步电镀TSV的种子层，为后续的TSV的电镀、CMP、制作互连线等后续工艺提供了稳固 可靠的保障，待TSV制作完成后采用CMP工艺将支撑晶圆去除掉。权利要求一种采用BCB辅助键合以实现穿硅通孔封装的制作工艺，其特征在于所述的制作工艺是利用BCB低温键合的裸支撑晶圆辅助下将晶圆减薄后制作的，具体工艺步骤是(1)在裸支撑晶圆上首先溅射一层Au层，然后涂覆层BCB，BCB经光刻后成型，使即将键合TSV通孔位置处的BCB去除；(2)以SiO2为掩膜，采用DRIE方法刻蚀TSV晶圆，正面形成TSV阵列图形；(3)将裸支撑晶圆涂覆有BCB的一面与步骤2所述的TSV晶面的正面进行对准，使TSV通孔开口处与裸支撑晶圆上去掉BCB的位置对准后，在键合机中进行升温加压键合；(4)升温加压键合后，用CMP方法将TSV晶圆背面进行研磨，使TSV上的阵列图形露出，BCB本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用ＢＣＢ辅助键合以实现穿硅通孔封装的制作工艺，其特征在于所述的制作工艺是利用ＢＣＢ低温键合的裸支撑晶圆辅助下将晶圆减薄后制作的，具体工艺步骤是：（１）在裸支撑晶圆上首先溅射一层Ａｕ层，然后涂覆层ＢＣＢ，ＢＣＢ经光刻后成型，使即将键合ＴＳＶ通孔位置处的ＢＣＢ去除；（２）以ＳｉＯ↓［２］为掩膜，采用ＤＲＩＥ方法刻蚀ＴＳＶ晶圆，正面形成ＴＳＶ阵列图形；（３）将裸支撑晶圆涂覆有ＢＣＢ的一面与步骤２所述的ＴＳＶ晶面的正面进行对准，使ＴＳＶ通孔开口处与裸支撑晶圆上去掉ＢＣＢ的位置对准后，在键合机中进行升温加压键合；（４）升温加压键合后，用ＣＭＰ方法将ＴＳＶ晶圆背面进行研磨，使ＴＳＶ上的阵列图形露出，ＢＣＢ作为键合介质将ＴＳＶ晶圆与裸支撑晶圆键合在一起；裸支撑晶圆上的金属层作为下一步电镀ＴＳＶ的种子层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈骁，罗乐，徐高卫，袁媛，
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：31[中国|上海]
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