一种采用非对准键合工艺来制作TSV的电镀方法技术

本发明专利技术涉及一种采用非对准键合工艺来制作TSV的电镀方法，其特征是利用晶圆带有两条平行切边的特点，将TSV晶圆与支撑晶圆带有金层的面相对、圆心重合但晶圆不重合后进行Au-Au键合。键合后用铜导电胶带与电镀引线夹具连接实现TSV电镀填充。其工艺步骤为：在已刻蚀出TSV的TSV晶圆的背面和裸支撑晶圆的一面上分别先后溅射一层TiW和Au层；将TSV晶圆的Au层面与裸支撑晶圆的Au层面相对并且完全重合，然后将其中一片晶圆以圆心为中心旋转90度，另一片不动，然后在保证圆心重合后升温加压进行Au-Au键合。然后用铜导电胶带分别贴住露出的四个切边部位的种子层，引到键合晶圆的正面，电镀引线夹具导电胶带接触实现TSV电镀填充，并将导电胶带撕掉去除。

【技术实现步骤摘要】
一种采用非对准键合工艺来制作TSV的电镀方法
本专利技术涉及一种新颖的制作穿硅通孔(ThroughSiliconVia，TSV)所使用的电镀方法，该方法操作十分简便，成本低，具有较高的可靠性和实用性，属于圆片级TSV三维堆叠式互连封装

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最新的封装互连技术，与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，所述的技术采用TSV(ThroughSiliconVia，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(WireBonding)、载带自动焊(TAB)和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技术。在制作TSV结构的过程中，电镀工艺是最重要最复杂的一个环节，成本也占到了整个TSV工艺的40％以上。目前TSV电镀主要有盲孔电镀和通孔电镀两种方式。盲孔电镀是刻蚀出没有穿透晶圆的深孔，用PVD方法(物理气相沉积)制作种子层，使种子层连续沉积到盲孔的侧壁和底部，然后电镀铜填充盲孔。盲孔电镀的优点就是电镀时间短，但对电镀液的要求极高，对于每种不同形状的盲孔，电镀液的配方也是不相同的，工艺较为复杂且成本较高。通孔电镀则是首先将深孔在晶圆上打穿后，在其底部制作好种子层，电镀铜由下而上填充通孔而完成的。通孔电镀工艺整体来说比较简单，而且电镀填充铜十分致密，可靠性较高，但缺点是底部种子层的制作较为复杂，电镀时间长。目前由于受盲孔电镀技术条件的限制，通孔电镀是制造TSV的主要方式。通孔电镀制作种子层的方法主要是采用晶圆背面电镀堵孔，即晶圆背面溅射金属后电镀晶圆，以使金属将通孔背面堵住，然后由下而上填充TSV。该方面可靠性差，每个孔被堵的程度不同，电镀每个通孔时的进程也不一致，标准化较差，因此不利于产业化应用。最近，出现了一种裸支撑晶圆的新方法，是将TSV晶圆背面和一张裸晶圆上溅射一层Au，相互对准重合后进行Au-Au键合，中间的Au层作为种子层，从而可以实现电镀铜填充TSV。由于键合了裸支撑晶圆，TSV晶圆的强度提高，在后续的工艺中不易破碎，可靠性提高，待工艺完成后，可以将裸支撑晶圆与TSV晶圆分离。目前这种采用裸支撑晶圆键合来电镀TSV的方法，有一个主要问题是由于键合的两张晶圆尺寸相同，键合时必须完全重合才能刚好放入电镀的夹具中，因此两张键合片之间的Au种子层作为键合介质被完全遮住，外接的阴极就不能与种子层连接而无法实现TSV电镀。目前国外某些实验室采用的是方法是将TSV晶圆的最外圈通过湿法腐蚀去除掉，然后与裸晶圆键合，由于TSV晶圆尺寸小于裸晶圆，因此可以露出裸晶圆最外圈上的Au层，然后与电镀槽阴极相连接实现TSV的电镀填充。但这种方法使得TSV晶圆尺寸发生了变化，对后续工艺产生不利影响，并且采用湿法腐蚀去除TSV晶圆最外圈所需要的时间过长，降低了生产效率。另一种方法是在裸晶圆上制作一个细长槽，把细长导线放入槽内固定，导线的一端在晶圆外侧，然后裸支撑晶圆溅射Au层后与TSV晶圆的Au层键合，露出的导线与阴极相连进行电镀填充。这种方法可靠性较差，工艺琐碎，实验阶段可以采用，但不适用于标准化生产。于是，引导出本专利技术非对称键合工艺的构思提供一种制作TSV的电镀方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用非对准键合工艺来制作TSV的电镀方法，本专利技术旨在解决电镀TSV时种子层与阴极互连的问题，本专利技术利用了晶圆具有的上、下两条平行切边的特殊结构，提出了一种TSV晶圆与裸支撑晶圆非对准键合的工艺。本专利技术的技术方案是：在整个晶圆当中有上、下两个平行切边，该切边的作用是在半导体工艺中便于固定晶圆和对准操作。电镀晶圆所采用的引线夹具是在晶圆周围均匀分布的四个夹具，用于固定电镀时的晶圆并且作为阴极与晶圆的种子层实现电学互连，四个夹具与晶圆中心距离相等，且相邻的引线夹具与晶圆中心的连线互成90度，以保证电镀时电流密度在键合晶圆上均匀分布。该
技术实现思路
是在TSV晶圆与裸支撑晶圆Au-Au键合时，放弃过去采用的两片晶圆完成重合的对准键合，改为将任意一片晶圆以圆心为中心旋转90度，另一片不动，然后两片晶圆的带有金层的面相对，其圆心重合后进行Au-Au键合。键合后的晶圆正面有两条平行的切边，背面也有两条平行的切边，并且正面与背面的切边是相互垂直的。每片晶圆的两个切边处露出了另一片晶圆的金种子层，用铜导电胶带分别贴住露出的四个部位的种子层，然后四个胶带引到键合晶圆的正面，电镀引线夹具便可以与这四个导电胶带接触实现TSV电镀填充。综上所述，本专利技术的特征在于：①所述的非对准键合工艺是利用晶圆带有两条平行切边的结构特点，将TSV晶圆与支撑晶圆带有金层的面相对、圆心重合但晶圆不重合后进行Au-Au键合。键合后用铜导电胶带与电镀引线夹具连接实现TSV电镀填充；②所述的方法是采用裸支撑晶圆和TSV晶圆非重合的Au-Au键合以露出种子层的方法，具体步骤是：(1)在已刻蚀出TSV的TSV晶圆的背面和裸支撑晶圆的一面上分别先后溅射一层TiW和Au层；(2)将TSV晶圆的Au层面与裸支撑晶圆的Au层面相对并且完全重合，然后将任意一片晶圆以圆心为中心旋转90度，另一片不动，可以观察到每片晶圆的两个切边位置露出了另一片晶圆的Au种子层，并且保证了电流密度在键合晶圆中均匀分布，然后在保证圆心重合后置于键合机中升温加压进行Au-Au键合；(3)用铜导电胶带分别贴住露出的四个切边部位的种子层，然后导电胶带引到键合晶圆的正面，电镀引线夹具与导电胶带接触实现TSV电镀填充。待电镀完成后，将导电胶带撕掉去除。③所述的在已刻蚀出TSV的TSV晶圆的背面和裸支撑晶圆的一面上分别先后溅射一层TiW和Au层，TiW层的作用是增加粘附力，Au层是用于进行Au-Au键合以及作为TSV电镀Cu时的种子层，厚度分别为40-60nm和150-250nm；④所述的非对准键合，是将任意一片晶圆以圆心为中心旋转90度，另一片不动，然后在保证圆心重合后金层面相对进行Au-Au键合；⑤所述的裸支撑晶圆与TSV晶圆在键合机中进行升温加压键合的工艺参数是从室温升温至250-300℃，键合压力2500～3000mbar，峰值加压保温后缓慢冷却至室温；⑥从室温升温至250-300℃的时间为10-20min，峰值加压保温的时间为1.5-2h；⑦采用的铜导电胶带的厚度厚度为0.01-0.03mm；⑧TSV的通孔为圆形，孔径介于15-80μm之间。本专利技术的有益效果：该专利技术工艺极为简单而能够实现高质量、高效率的晶圆TSV电镀填充效果，可操作性强，适合于工业化生产，不仅降低制作晶圆TSV的工艺成本，而且提高了晶圆TSV电镀填充的成品率。附图说明图1是裸支撑晶圆和TSV晶圆正面的俯视图。图2是TSV晶圆与裸支撑晶圆键合后的键合片俯视图。图3是键合片电镀填充TSV时的截面构造图。具体实施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专利技术进一步地说明。在图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用裸支撑晶圆非对准键合工艺来制作TSV方法，其特征在于所述的非对准键合工艺是利用晶圆带有两条平行切边的结构特点，将TSV晶圆与支撑晶圆带有金层的面相对、圆心重合但晶圆不重合后进行Au?Au键合；键合后用铜导电胶带与电镀引线夹具连接实现TSV电镀填充。

【技术特征摘要】
1.一种采用裸支撑晶圆非对准键合工艺来制作TSV方法，其特征在于所述的非对准键合工艺是利用晶圆带有两条平行切边的结构特点，将TSV晶圆与支撑晶圆带有金层的面相对、圆心重合但晶圆不重合后进行Au-Au键合；键合后用铜导电胶带与电镀引线夹具连接实现TSV电镀填充。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于是采用裸支撑晶圆和TSV晶圆非重合的Au-Au键合以露出种子层的方法，具体步骤是：(1)在已刻蚀出TSV的TSV晶圆的背面和裸支撑晶圆的一个面上分别先后溅射一层TiW和Au层；(2)将TSV晶圆的Au层面与裸支撑晶圆的Au层面相对并且完全重合，然后将任意一片晶圆以圆心为中心旋转90度，另一片不动，每片晶圆的两个切边位置露出了另一片晶圆的Au种子层，使电流密度在键合晶圆中均匀分布，然后在保证圆心重合后置于键合机中升温加压进行Au-Au键合；(3)用铜导电胶带分别贴住露出的四个切边部位的种子层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈骁，罗乐，汤佳杰，徐高卫，
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：