【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种泡沫铜填充垂直硅通孔的方法及应用，属于微电子制造及先进封装。
技术介绍
1、近年来，半导体技术发展飞速，因此对ic性能要求不断提高，如功能多样化、尺寸缩小、功耗及成本降低等。为了满足人类社会信息化与智能化的发展需求，芯片技术即将进入超越摩尔定律的三维集成时代。电子产品的进一步小型化和性能提高，越来越趋向使用三维集成方案。在此需求推动下，硅通孔(tsv)铜互连技术逐渐成为三维集成和先进芯片封装的关键技术之一。
2、硅通孔(tsv)是实现三维集成电路中多层堆叠芯片互连的一种新的且可实现的技术解决方案。它是一种芯片封装整体架构互联的新方法，在内部含有多个平面器件层的叠层，在垂直方向上通过不同尺寸的tsv实现相互连接。采用这种连接方式可以极大缩减芯片体积尺寸，提高芯片的集成密度，改善多层电器件互连性能，进而提高芯片运行速度，降低芯片本身功耗和整体成本。tsv先进封装技术与传统组装方式相比较，具有更多独特的优势，如减少封装各层间的链接长度、提高电性能、降低内阻及功耗，可实现多功能芯片集成等。三维集成技术可将多个系列元器件，诸如逻辑器件、存储器、rf器件和mems等难以兼容的元器件集成到一个系统里面。尽管tsv封装技术具有传统封装技术无法比拟的优势，但依然有诸多不利因素影响tsv技术的发展，包括：缺乏设计软件以及设计方法、热机械以及电性能可靠性问题、系统测试困难等问题。tsv封装技术的热机械以及电性能可靠性是限制tsv技术快速发展的主要因素，同时也是tsv实现批量生产所面临的巨大挑战。tsv封装技术的失效模式主
3、进一步的研究发现，tsv金属层的选材很大程度的影响了tsv封装技术的热机械可靠性和电性能可靠性。目前工业普遍使用的是铜，金属铜材料优势在于导电性好，价格低廉。但是铜的热膨胀系数是17.5ppm/k，而硅的热膨胀系数只有2.5ppm/k，铜与硅之间热膨胀系数存在很大差距，在受热时导致系统内应力急剧增加，导致出现铜挤出现象，其中铜被迫溢出tsv形成突出物。这也造成了在实际生产中经常出现tsv金属层因受热膨胀从而导致器件失效的现象。因此，若能寻找到一种能保持tsv各项特性同时又能抑制铜挤出现象的金属层材料，将对提高tsv的可靠性具有十分有效的帮助。
4、泡沫铜是一种由刚性的铜金属骨架以及内部大量连通或不连通的孔洞组成的新型轻质多功能材料，泡沫铜材料具有密度低、孔隙率高、比表面积大、导电性能好、制备成本低等优点，广泛应用于微电子制造以及先进电子封装领域。目前尚未见到将泡沫铜应用于硅通孔填充的相关报道。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术提供了一种泡沫铜填充垂直硅通孔的方法。本专利技术还提供了泡沫铜在作为垂直硅通孔的填充材料中的应用。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，包括以下步骤：
4、(1)以tsv样品作为发泡容器，在tsv样品的表面填充软质聚氨酯泡沫塑料，制备得到填充聚氨酯泡沫塑料的tsv样品；
5、(2)除油处理：将填充聚氨酯泡沫塑料的tsv样品浸入除油液中进行除油处理；冲洗，烘干；
6、(3)一次粗化处理：上述处理后的tsv样品浸入一次粗化液中进行一次粗化处理；冲洗，烘干；
7、(4)二次粗化处理：上述处理后的tsv样品浸入二次粗化液中进行二次粗化处理；冲洗，烘干；
8、(5)敏化处理：将上述处理后的tsv样品浸入敏化液中进行敏化处理；冲洗，烘干；
9、(6)活化处理：将上述处理后的tsv样品浸入活化液中进行活化处理；冲洗，烘干；
10、(7)一次还原处理：将上述处理后的tsv样品浸入草酸溶液中进行一次还原处理；冲洗，烘干；
11、(8)二次还原处理：将上述处理后的tsv样品浸入甲醛溶液中进行二次还原处理；冲洗，烘干；
12、(9)化学镀铜处理：将上述处理后的tsv样品浸入化学镀液中进行化学镀铜处理；冲洗，烘干；
13、(10)电镀铜处理：将上述处理后的tsv样品浸入电镀液中进行电镀铜处理；冲洗，烘干；
14、(11)高温处理：上述处理后的tsv样品在630～670℃下保温1.5～2.5h，冷却至室温；
15、(12)清洗：上述处理后的tsv样品用无水乙醇或乙醇溶液清洗，然后用去离子水清洗，烘干，即得泡沫铜填充的tsv样品，其中，泡沫铜的孔隙率为50％～90％，孔径为0.2～4mm。
16、进一步地，所述步骤(1)中，tsv样品的结构为：包括硅基底，硅基底上形成有硅通孔，以及与硅通孔连通的沟槽、种子层；所述沟槽设置于硅基底的表面；所述种子层设置于硅通孔及沟槽内壁。
17、进一步地，所述步骤(1)中，在tsv样品的表面填充聚氨酯泡沫塑料的具体方式为：将tsv样品浸润到预聚溶液中，浸润时间为8～12min，取出，发泡成型，即得；所述预聚溶液由a液和b液混合而成；所述a液由异氰酸酯、聚醚多元醇和无机填料(用于调整聚氨酯泡沫的比重)组成；所述b液由水和稳泡剂组成；所述发泡成型的条件为：55～65℃保温3.5～4.5h，优选60℃保温4h。
18、更进一步地，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(tdi)、苯二甲基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、联苯二异氰酸酯、二苯醚二异氰酸酯、联甲苯胺二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种以上。所述聚醚多元醇选自聚四亚甲基醚二醇(聚四氢呋喃)。所述无机填料选自硫酸钡。所述稳泡剂选自非离子表面活性剂、硅油等。
19、更进一步地，所述a液由以下组分组成：甲苯二异氰酸酯53.4g，聚四亚甲基醚二醇400g，硫酸钡50g；所述b液由以下组分组成：水350g，稳泡剂7g。
20、进一步地，所述步骤(2)中，除油液是由以下组分组成的：氢氧化钠，70g/l；磷酸三钠，30g/l；碳酸钠，15g/l；表面活性剂op-10，0.5ml/l；余量为水。
21、进一步地，所述步骤(2)中，除油处理的具体方式为：将填充聚氨酯泡沫塑料的tsv样品浸入除油液中，在35～45℃水浴条件下超声处理3～8min；取出，在50～60℃水浴条件下超声清洗8～12min；取出，在50～60℃温水中浸泡3～8min。
22、进一步地，所述步骤(3)中，一次粗化液是由以下组分组成的：高锰酸钾，5g/l；双氧水(h2o2)，9mol/l；硝酸，5％(体积百分比)；余量为水。
23、进一步地，所述步骤(3)中，一次粗化处理的具体方式为：将tsv样品浸入一次粗化液中，在50～60℃水浴条件下粗化处理15～25min。
24、进一步地，所述步骤(4)中，二次粗化液是由以下组分组成的：氧化铬70g，浓硫酸(1.84g/ml)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，TSV样品的结构为：包括硅基底，硅基底上形成有硅通孔，以及与硅通孔连通的沟槽、种子层；所述沟槽设置于硅基底的表面；所述种子层设置于硅通孔及沟槽内壁。
3.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，在TSV样品的表面填充聚氨酯泡沫塑料的具体方式为：将TSV样品浸润到预聚溶液中，浸润时间为8～12min，取出，发泡成型，即得；所述预聚溶液由A液和B液混合而成；所述A液由异氰酸酯、聚醚多元醇和无机填料组成；所述B液由水和稳泡剂组成。
4.根据权利要求3所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、联苯二异氰酸酯、二苯醚二异氰酸酯、联甲苯胺二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种以上；所述聚醚多元醇选自聚四亚甲基醚二醇；所述无机填料选自硫
5.根据权利要求3所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于，所述A液由以下组分组成：甲苯二异氰酸酯53.4g，聚四亚甲基醚二醇400g，硫酸钡50g；所述B液由以下组分组成：水350g，稳泡剂7g。
6.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，除油液是由以下组分组成的：氢氧化钠，70g/L；磷酸三钠，30g/L；碳酸钠，15g/L；表面活性剂OP-10，0.5ml/L；余量为水；
7.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，除油处理的具体方式为：将填充聚氨酯泡沫塑料的TSV样品浸入除油液中，在35～45℃水浴条件下超声处理3～8min；取出，在50～60℃水浴条件下超声清洗8～12min；取出，在50～60℃温水中浸泡3～8min；
8.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(9)中，化学镀液是由以下组分组成的：硫酸铜，15g/L；硫酸镍，1.1g/L；次磷酸钠，30g/L；葡萄糖，6g/L；聚乙二醇，50mg/L；柠檬酸钠，20g/L；氢氧化钠，6g/L；余量为水；
9.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(9)中，化学镀铜处理的具体方式为：将TSV样品浸入化学镀液中，在50～60℃水浴条件下化学镀铜10～20min；
10.泡沫铜在作为垂直硅通孔的填充材料中的应用，或在制备泡沫铜填充的垂直硅通孔中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，tsv样品的结构为：包括硅基底，硅基底上形成有硅通孔，以及与硅通孔连通的沟槽、种子层；所述沟槽设置于硅基底的表面；所述种子层设置于硅通孔及沟槽内壁。
3.根据权利要求1所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，在tsv样品的表面填充聚氨酯泡沫塑料的具体方式为：将tsv样品浸润到预聚溶液中，浸润时间为8～12min，取出，发泡成型，即得；所述预聚溶液由a液和b液混合而成；所述a液由异氰酸酯、聚醚多元醇和无机填料组成；所述b液由水和稳泡剂组成。
4.根据权利要求3所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于：所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、联苯二异氰酸酯、二苯醚二异氰酸酯、联甲苯胺二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种以上；所述聚醚多元醇选自聚四亚甲基醚二醇；所述无机填料选自硫酸钡；所述稳泡剂选自非离子表面活性剂、硅油。
5.根据权利要求3所述的泡沫铜填充垂直硅通孔的方法，其特征在于，所述a液由以下组分组成：甲苯二异氰酸酯53.4g，聚四亚甲基醚二醇400g...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志文，张春华，刘俐，刘胜，
申请(专利权)人：珠海深圳清华大学研究院创新中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。