CN103187350A - 带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄夹具及减薄工艺方法 - Google Patents

带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄夹具及减薄工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄夹具及减薄工艺方法，夹具圆片上设有可容纳减薄硅圆片上铜凸点的沟槽，夹具圆片上设有用于减薄硅圆片与夹具圆片对准标记。在硅圆片的通孔进行局部电镀封孔后进行正面填孔电镀并在硅圆片的正面形成铜凸点。根据硅片上铜凸点的分布，采用刻蚀、腐蚀、或者机械加工在夹具圆片上刻蚀出沟槽，利用对准标记将带有电镀铜凸点的硅圆片与夹具圆片对准固定，对硅圆片正反面采用机械磨削及化学机械抛光工艺对硅圆片进行减薄。本发明的优点是避免了硅圆片上铜凸点在减薄时受到直接的挤压而产生的应力集中，可有效避免带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄时的易发生的圆片破裂的问题，提高硅圆片减薄的成品率。

Description

带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄夹具及减薄工艺方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造设备及工艺，特别是涉及一种带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄夹具及减薄工艺方法。
背景技术
三维封装是半导体封装技术发展的趋势。三维封装要求在硅圆片制作通孔，通过电镀、沉积等工艺在通孔中填充金属以实现垂直电互连，同时，需要将两层或两层以上芯片堆叠进行系统级封装，这就要求将圆片减薄到100μm甚至100μm以下。圆片减薄是通过机械磨削的方式对圆片进行切削，机械切削会在圆片表面形成一定厚度的损伤层。通过化学机械抛光工艺，可以将圆片表面的损伤层去除。圆片较厚时，圆片自身抵抗破坏的能力较大；而圆片较薄时，圆片自身抵抗破坏的能力就会变弱，因此处理不当容易造成圆片破裂的问题。
由于减薄过程中需要对减薄圆片施加一定的压力，而且要求被减薄的圆片表面具有一定的平整度。在硅圆片通孔电镀时，极容易在硅圆片通孔处形成铜凸点，在圆片减薄过程中容易造成凸点位置的应力集中，进而产生裂纹，甚至造成圆片的破裂。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄夹具及减薄工艺方法。本发明实现带有通孔电镀铜凸点的硅圆片的减薄，能够有效避免减薄时圆片破裂的问题，可以应用于集成电路、MEMS器件、光电器件的三维堆叠封装。
本发明的带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄的夹具包括夹具圆片，其特征在于夹具圆片上设有可容纳硅圆片上铜凸点的沟槽，夹具圆片的材料为硅片或者金属圆片，夹具圆片上设有用于减薄硅圆片与夹具圆片对准用的标记。
本发明减薄工艺方法，其特征在于所述工艺包含以下步骤：
A在硅圆片的通孔背部进行局部电镀封孔，封孔工艺完成后，进行填孔电镀，电镀过程容易导致在硅圆片的正面形成铜凸点；
B根据硅圆片通孔上的铜凸点制作掩模板，经掩模板确定夹具圆片上的沟槽形状及分布状况；
C采用光刻工艺将掩模板上的图形转移到减薄夹具圆片上，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺刻蚀出沟槽，并刻蚀制作对准标记；
D利用对准标记将带有电镀铜凸点的硅圆片与夹具圆片对准，然后进行固定；
E采用机械方式从背面对带铜凸点硅圆片进行机械磨削，完成机械磨削后，利用化学机械抛光去除机械磨削造成的损伤层；
F完成带铜凸点硅圆片背部减薄后，进行带铜凸点硅圆片正面的减薄，采用机械方式从正面对带铜凸点硅圆片进行机械磨削，完成机械磨削后，利用化学机械抛光工艺去除机械磨削造成的损伤层。
所述步骤C中通过刻蚀、腐蚀或机械加工的方法制作而成的夹具圆片上的沟槽的宽度大于硅圆片上铜凸点的直径，深度大于硅圆片上铜凸点的高度，其截面为方形或半圆型或倒梯形。减薄夹具圆片为硅材料，夹具圆片上的沟槽通过干法刻蚀或湿法刻蚀制作而成，或者夹具圆片为金属材料不锈钢或金属铜，夹具圆片上的沟槽可通过腐蚀或机械加工制作而成，夹具圆片的表面经过抛光处理。
所述步骤D中的对准标记将硅圆片固定在夹具圆片上，所述步骤E通过机械磨削、化学机械抛光方法完成硅圆片减薄。
本发明的优点是避免了硅圆片上铜凸点在减薄时受到直接的挤压而产生的应力集中，可有效避免带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄时的易发生的圆片破裂的问题，提高硅圆片减薄的成品率，所提供的夹具及其减薄方法简单易行，成本低廉。
附图说明
图1圆片减薄夹具俯视图；
图2带有通孔电镀铜凸点的硅圆片俯视图；
图3带有通孔电镀铜凸点的硅圆片剖面图；
图3a硅圆片剖面图的局部放大图；
图4带有通孔电镀铜凸点的硅圆片剖面图；
图4a硅圆片剖面图的局部放大图；
图5利用减薄夹具进行带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄剖面图(采用粘结剂固定方式)；
图6利用减薄夹具进行带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄剖面图(采用真空吸附固定方式)；
图7减薄后带有通孔电镀铜凸点的硅圆片的剖面图；
图8带有通孔电镀铜凸点的硅圆片与夹具圆片(沟槽为倒梯形)固定剖面图；
图9带有通孔电镀铜凸点的硅圆片与夹具圆片(沟槽为半圆型)固定剖面图。
图中：1夹具圆片，2沟槽，3硅圆片，4铜凸点，5电镀铜柱，6背面填充铜，7背面局部填充铜产生的突起，8背面填充铜产生的突起，9高分子粘结剂，10真空吸附通孔，11机械磨削盘。
具体实施方式
实施例一
下面结合附图进一步说明本实施例：
参见图夹具圆片1上设有可容纳硅圆片上铜凸点4的沟槽2，夹具圆片1的材料为硅片或者金属圆片，夹具圆片上设有用于减薄硅圆片3与夹具圆片1对准用的标记。
本实施例减薄工艺包步骤如下：
A电镀带通孔的硅圆片3，采用置底向上电镀的方式电镀硅圆片3中的通孔，先电镀硅圆片3背部，将背部的通孔封上，封孔工艺可为局部电镀封孔，在背不形成填充通孔的铜金属6，由于电镀工艺的影响容易在通孔的开口形成局部凸点，即背面局部填充铜产生的突起7，如图3、图3a所示，可为整个硅圆片3背部电镀封孔，在背不形成填充通孔的铜金属6，由于电镀工艺的影响容易在通孔的开口形成局部凸点，即背面填充铜产生的突起8，如图4、图4a所示。通孔背部封孔工艺完成后，进行正面填孔电镀，电镀完成后容易在硅圆片的正面形成铜凸点4。
B夹具圆片1采用硅片，通过制作掩模板，设计夹具圆片上沟槽2的形状，在设计掩模板时，需结合减薄的硅圆片3上铜凸点4的分布形状，铜凸点4的大小，间距等综合考虑，保证夹具圆片1上的沟槽2的形状与减薄的硅圆片3上铜凸点4的形状一致，沟槽2的宽度大于铜凸点4的直径，沟槽2的深度大于铜凸点4的高度，如图1、图2所示。
C采用光刻工艺将掩模板上的图形转移到夹具圆片1上，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺刻蚀出沟槽2，同时刻蚀制作对准标记，如图1所示。夹具圆片1为硅材料，夹具圆片1上的沟槽2通过干法刻蚀或湿法刻蚀制作而成，或者夹具圆片1为金属材料不锈钢或金属铜，夹具圆片1上的沟槽2可通过腐蚀或机械加工制作而成，夹具圆片的表面经过抛光处理。
D利用对准标记将带有电镀铜凸点的硅圆片3与夹具圆片1对准，然后进行固定。固定的方式为采用高分子粘结剂9临时粘接，保证减薄的硅圆片3上的铜凸点4容纳在夹具圆片1的沟槽2中，如图5所示。
E利用机械磨削盘11从背面对带铜凸点的硅圆片3进行机械磨削，参见图5，进行完机械磨削后，利用化学机械抛光去除机械磨削造成的损伤层。夹具圆片1保证的硅圆片3在铜凸点4位置在减薄过程中不会由于应力集中产生裂纹，而导致硅圆片3的破裂。如图4所示。
F完成硅圆片3的背部减薄后，进行硅圆片3的正面的减薄。利用机械磨削盘11从正面对带铜凸点的圆片3进行机械磨削，进行完机械磨削后，利用化学机械抛光工艺，去除机械磨削造成的损伤层，如图7所示。
实施例二
实施例二与实施例一相同，所不同的是硅圆片3与夹具圆片1的固定方式为真空吸附，通过夹具圆片1上的真空吸附通孔10将硅圆片3与夹具圆片1固定，如图6所示。
实施例三
实施例三与实施例一相同，所不同的是夹具圆片1采用不锈钢材料，通过机械加工制作出夹具圆片1。夹具圆片1上沟槽2的形状，加工的方法包括：腐蚀，激光切割，磨削，铣削。为了保证夹具圆片1的平整度，夹具圆片1需要经过抛光处理，如图1、图2所示。
实施例四
实施例三与实施例一相同，所不同的是夹具圆片1上沟槽的的形状为倒梯形，如图8所示。或者夹具圆片1上沟槽的的形状为半圆形，如图9所示。

Claims (6)

1.一种带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄的夹具，包括夹具圆片，其特征在于夹具圆片上设有可容纳减薄硅圆片上铜凸点的沟槽，夹具圆片的材料为硅片或者金属圆片，夹具圆片上设有用于减薄硅圆片与夹具圆片对准用的标记。
2.一种带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄工艺方法，其特征在于所述工艺依次包含以下步骤：
A在硅圆片的通孔背部进行电镀封孔，封孔工艺完成后，进行填孔电镀，电镀过程中在硅圆片的正面形成铜凸点；
B根据硅圆片通孔上的铜凸点制作掩模板，经掩模板确定夹具圆片上的沟槽形状及分布状况；
C采用光刻工艺将掩模板上的图形转移到夹具圆片上，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺刻蚀出沟槽，并刻蚀制作对准标记；
D利用对准标记将带有电镀铜凸点的硅圆片与夹具圆片对准，然后进行固定；
E采用机械方式从背面对带铜凸点硅圆片进行机械磨削，完成机械磨削后，利用化学机械抛光去除机械磨削造成的损伤层；
F完成带铜凸点硅圆片背部减薄后，进行带铜凸点硅圆片正面的减薄，采用机械方式从正面对带铜凸点硅圆片进行机械磨削，完成机械磨削后，利用化学机械抛光工艺去除机械磨削造成的损伤层。
3.根据权利要求2所述的带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄工艺方法，其特征在于所述步骤C中通过刻蚀、腐蚀或机械加工的方法制作而成的夹具圆片上的沟槽的宽度大于硅圆片上铜凸点的直径，深度大于硅圆片上铜凸点的高度，其截面为方形或半圆型或倒梯形。
4.根据权利要求2所述的带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄工艺方法，其特征在于所述步骤C中减薄夹具圆片为硅材料，夹具圆片上的沟槽通过干法刻蚀或湿法刻蚀制作而成，或者夹具圆片为金属材料不锈钢或金属铜，夹具圆片上的沟槽可通过腐蚀或机械加工制作而成，夹具圆片的表面经过抛光处理。
5.根据权利要求2所述的带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄工艺方法，其特征在于所述步骤D中的对准标记将硅圆片固定在夹具圆片上，所述步骤E通过机械磨削、化学机械抛光方法完成硅圆片减薄。
6.根据权利要求2所述的带有通孔电镀铜凸点的硅圆片减薄工艺方法，其特征在于所述步骤D中的硅圆片与夹具的固定方式为真空吸附或临时键合，真空吸附方式在夹具圆片上设有真空吸附的通孔，临时键合方式所用的粘接剂为高分子粘接材料。
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