【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体封装，具体涉及一种利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法。
技术介绍
1、目前，3d封装领域采用硅通孔(tsv)等通孔连接技术来实现芯片与芯片之间、晶圆与晶圆之间的垂直方向互连，从而提高电子元器件的集成度。以硅通孔为例，其结构由内到外依次为电镀金属、种子层、阻挡层、绝缘层、硅基底。硅通孔的制作包括通孔的形成和通孔的金属化等环节。通孔的金属化，通常是以电镀的方法进行的；由于硅基板本身基体的导电性较差，所以先在其表面沉淀一层薄薄的种子层再进行电镀；对于铜填充的硅通孔，由于铜原子在tsv制造工艺流程中可能会穿透二氧化硅绝缘层，导致封装器件产品性能的下降甚至失效，所以在电镀铜和绝缘层之间加工阻挡层；绝缘层的作用是将硅板和填充的导电材料之间进行隔离绝缘。
2、然而，在电镀过程中，沉积速率慢，电镀时间太长。为了导电在通孔内壁溅射种子层，使工艺复杂化。电镀时孔内外表面电流密度分布不均，孔内物质传输困难，出现空洞等问题。为了优化电镀质量，相关技术人员使用抑制剂、促进剂和整平剂来改善，但效果有限且随着电镀时间增加需要更多添加剂。也有采用不同的电流条件，例如反向脉冲和周期性反向脉冲，但仍然不能摆脱电镀需要种子层，沉积速率慢的缺陷。因此，需要一种能够快速填充通孔的填充方法。
技术实现思路
1、本专利技术为改善传统电镀法的孔壁需要种子层、沉积速率慢的问题，提供一种利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种利用激
3、s1：利用光刻工艺和刻蚀工艺在硅片表面刻蚀出通孔；
4、s2：在通孔内先后形成绝缘层和阻挡层；
5、s3：在保护气氛围下，在硅片上表面和硅通孔内放置金属纳米颗粒；利用激光辐照金属纳米颗粒的热压效应，使金属纳米颗粒向孔内填充并且相互团聚熔合互连，从而实现通孔的填充。所采用的金属纳米颗粒包括同种金属纳米颗粒、金属混合纳米颗粒；其中，金属混合纳米颗粒包括金属纳米颗粒与其他金属纳米颗粒混合、金属纳米颗粒与非金属纳米颗粒混合。金属纳米颗粒的金属材质可以为金、银、铜或铝中任一种。
6、优选地，还包括s4：利用化学机械抛光去除多余的金属。
7、本专利技术的技术原理及研究过程如下：
8、鉴于使用电镀法填充通孔的诸多问题，本专利技术系一种干法金属化的方法，对其进行替代。金属纳米颗粒表面能高，易于与其他原子结合，具有增强的扩散能力，烧结温度低，是填充通孔的良好材料。激光热影响区小，易于精确控制，除了具有光热效应外，也具有光压作用，是实现纳米连接的重要手段。因此，使用金属纳米颗粒填充通孔，然后用飞秒激光辐照。激光的温度会促进金属纳米颗粒的团聚熔合，并且光压也会促进金属纳米颗粒向孔内填充。为了防止金属纳米颗粒在空气中氧化，需要将该过程处于氮气等保护气氛围下。激光辐照时可大面积辐照，也可用掩膜版精确控制激光辐照位置。最后用化学机械抛光去除多余的金属。
9、相较于现有技术，本专利技术具有以下优点和有益效果：
10、本专利技术的有益效果是不需要电镀前的制作种子层工艺，利用飞秒激光辐照的填充时间短。本专利技术还提供了一种干法金属化的方法，金属纳米颗粒中也可添加其他优良特性(如导电性能好、导热性能高、热膨胀系数低)的纳米颗粒，这为改善填充金属的性能提供了新的途径。在用途上，不仅适用于硅通孔的金属化，也适用于布线的金属化。
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1.一种利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：还包括步骤S4：利用化学机械抛光去除多余的金属。
3.根据权利要求2所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：所述基板材质为硅或玻璃。
4.根据权利要求3所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：采用激光辐照的方法，激光为单光束或者多光束，激光辐照是在平行于硅片上表面的平面内移动。
5.根据权利要求4所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：所采用的金属纳米颗粒包括同种金属纳米颗粒、金属混合纳米颗粒；其中，金属混合纳米颗粒包括金属纳米颗粒与其他金属纳米颗粒混合、金属纳米颗粒与非金属纳米颗粒混合。
6.根据权利要求5所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：所述金属纳米颗粒的金属材质为金、银、铜或铝中任一种。
7.根据权利要求6所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在
8.根据权利要求7所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：所述惰性气体包括氮气或氩气。
9.根据权利要求8所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：所述激光选择不使用掩膜版进行大面积辐照或使用掩膜版进行精确定位辐照。
...【技术特征摘要】
1.一种利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：还包括步骤s4：利用化学机械抛光去除多余的金属。
3.根据权利要求2所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：所述基板材质为硅或玻璃。
4.根据权利要求3所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：采用激光辐照的方法，激光为单光束或者多光束，激光辐照是在平行于硅片上表面的平面内移动。
5.根据权利要求4所述利用激光辐照金属纳米颗粒进行通孔填充的方法，其特征在于：所采用的金属纳米颗粒包括同种金属纳米颗粒、金属混合纳米颗粒；其...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒雨，桂成群，万辉，曹皓，陈硕，王德铭，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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