CN103413768A - 一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，属于半导体封装技术领域。其工艺过程如下：基体（110）内刻蚀盲孔（111）和与盲孔（111）连接的基体底部开口（112），盲孔（111）的内和基体（110）的上表面设置绝缘层Ⅰ（210）和金属层Ⅰ（310），金属层Ⅰ（310）上方设置若干层金属层Ⅲ（330）和介电层（400），并通过介电层开口（401）实现电气连通；基体底部开口（112）内填充绝缘层Ⅱ（220），并设置金属层Ⅱ（320），所述金属层Ⅱ（320）通过绝缘层Ⅱ开口图形（221）与金属层Ⅰ（310）实现电气连通。本发明降低了工艺难度和工艺成本，具备规模化生产能力，并且可实现转接板的高密度技术，有利于应用该硅基转接板结构的电子器件的推广。

Description

一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术

近年来，随着电子封装技术的高速发展，一些新的封装形式不断出现，在一些高速处理芯片，如中央位处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、芯片组(Chipset)等的封装形式主要以倒装方式进行，目前的倒装的转接板主要有：1）BT类树脂转接板；2）陶瓷转接板；3）带有硅通孔的硅基基板。其中BT类树脂基板和陶瓷基板在金属布线中受工艺限制，其线宽线距较大，在高密度封装结构的设计中无法满足应用要求。

带有硅通孔的硅基基板采用硅通孔中填充金属的方式，以圆片的方式进行金属布线，可以实现精细线宽和线距结构，可实现高密度的转接能力，但该结构在实际生产过程中却存在以下几个难点：

1）通孔形成。通常的通孔形成方式是利用深反应离子刻蚀的方法，因而形成效率较低，且因刻蚀过程控制因素，形成的通孔壁为扇贝结构，导致后续绝缘层的沉积厚薄不均；

2）绝缘层沉积困难。为保证硅与通孔金属之间的绝缘性，需在通孔壁沉积一层绝缘层，但因通孔尺寸小而深、长宽比又高达10:1以上，绝缘层的沉积非常困难；

3）通孔金属填充困难。由于通孔金属填充是预先在通孔内沉积种子层金属，然后采用电镀工艺进行金属填充，由于电镀金属的沉积特性，使这种方式很难避免通孔内空洞缺陷的产生；

4）竖直状通孔给上述通孔内操作增加了困难。竖直状通孔使通孔的深处绝缘层、种子层沉积不均匀，甚至存在无沉积层的状况，影响产品的可靠性。

基于上述四方面的原因，利用硅通孔技术的现有硅基转接板技术还不具备规模化生产能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述硅通孔硅基转接板技术的不足，提供一种具备规模化生产能力的晶圆级转接板的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其工艺过程如下：

步骤一、提供基体； 

步骤二、在基体的上表面涂覆光刻胶，通过光刻工艺形成光刻胶开口图形； 

步骤三、通过刻蚀工艺对应于光刻胶开口图形在基体上形成倒梯形的盲孔，再利用去胶工艺去除光刻胶； 

步骤四、在盲孔内和基体的上表面生长或沉积绝缘层Ⅰ； 

步骤五、在上述盲孔内和基体的上方依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅰ，并在盲孔内形成金属层盲孔Ⅰ，在金属层Ⅰ周围涂覆介电层，介电层填充金属层盲孔Ⅰ，并在金属层Ⅰ上通过光刻工艺形成介电层开口； 

步骤六、在介电层表面依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅲ，金属层Ⅲ与金属层Ⅰ通过介电层开口连接，实现电气连通； 

步骤七、在金属层Ⅲ的周围覆盖保护层Ⅰ，通过光刻工艺于金属层Ⅲ的表面形成保护层Ⅰ开口图形； 

步骤八、提供载体圆片，载体圆片通过键合胶与上述结构的保护层Ⅰ键合；

步骤九、通过化学机械研磨减薄上述基体的下表面； 

步骤十、在上述基体的下表面涂覆光刻胶，通过光刻工艺形成光刻胶开口图形； 

步骤十一、对应于光刻胶开口图形，通过刻蚀工艺去除步骤九中盲孔下方剩余的基体，并去除盲孔底部的绝缘层Ⅰ露出金属层Ⅰ，形成深度不大于30微米的基体底部开口，再利用去胶工艺去除光刻胶； 

步骤十二、在基体底部开口内和基体的下表面生长或沉积绝缘层Ⅱ，并通过光刻工艺形成绝缘层Ⅱ开口图形； 

步骤十三、在绝缘层Ⅱ开口图形内和绝缘层Ⅱ表面依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅱ，并形成金属层盲孔Ⅱ； 

步骤十四、所述金属层Ⅱ的表面设置保护层Ⅱ，并通过光刻工艺形成保护层Ⅱ开口图形，所述保护层Ⅱ开口图形内设置焊球或金属凸点结构； 

步骤十五、通过解除键合的方法去除载体圆片和键合胶； 

所述用于电子器件封装的硅基转接板，包括基体，所述基体内设置盲孔和与盲孔连接的基体底部开口，所述盲孔呈倒梯形，所述基体底部开口的开口尺寸不小于盲孔底部的尺寸，所述盲孔的内壁沉积绝缘层Ⅰ，所述绝缘层Ⅰ向上延伸并覆盖基体的上表面，所述绝缘层Ⅰ的表面设置金属层Ⅰ，所述金属层Ⅰ从基体的上方向盲孔内延伸，并于盲孔的底部相连接，所述金属层Ⅰ于盲孔内形成金属层盲孔Ⅰ， 

所述金属层Ⅰ的周围涂覆介电层，所述介电层填充金属层盲孔Ⅰ，并于金属层Ⅰ的上方形成介电层开口，所述介电层的表面设置金属层Ⅲ，所述金属层Ⅲ通过介电层开口与金属层Ⅰ实现电气连通，所述金属层Ⅲ的周围覆盖保护层Ⅰ，所述保护层Ⅰ于金属层Ⅲ的表面形成保护层Ⅰ开口图形，

所述基体底部开口内沉积绝缘层Ⅱ并形成绝缘层Ⅱ开口图形，所述绝缘层Ⅱ与绝缘层Ⅰ于盲孔的底部相连接、且沿基体底部开口向下延伸并覆盖基体的下表面，所述绝缘层Ⅱ表面设置金属层Ⅱ，所述金属层Ⅱ填充绝缘层Ⅱ开口图形、并与金属层Ⅰ于盲孔的底部实现电气连通，所述金属层Ⅱ的表面设置保护层Ⅱ，并形成保护层Ⅱ开口图形，所述保护层Ⅱ开口图形内设置焊球或金属凸点结构，所述金属层Ⅱ于基体底部开口内形成金属层盲孔Ⅱ，所述金属层盲孔Ⅱ内填充保护层Ⅱ。

进一步的，在步骤九中，减薄后的基体的下表面至盲孔的底部距离为10～30微米。

进一步的，制备多层金属层Ⅲ，需要重复步骤六，并在不同的金属层Ⅲ之间形成不同的介电层和介电层开口，不同的金属层Ⅲ通过介电层开口连接，实现电气连通。

进一步的，所述盲孔的横截面呈圆形、方形或多边形。

进一步的，所述基体底部开口的横截面呈圆形、方形或多边形。

进一步的，所述基体底部开口的深度为L，L不大于30微米。

本发明的有益效果是：

本发明的晶圆级转接板的制备方法，在基体内刻蚀倒梯形的盲孔和与盲孔连接的基体底部开口，可极大程度的降低工艺难度和工艺成本，具备规模化生产能力，并且可实现转接板的高密度技术，有利于应用该硅基转接板结构的电子器件的推广。

附图说明

图1为本发明一种用于电子器件封装的硅基转接板结构的基体与盲孔位置关系的示意图。

图2为图1的局部放大A-A剖视图。

图2至18为本发明一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法的示意图。

其中：

基体110

盲孔111

基体底部开口112

绝缘层Ⅰ210

绝缘层Ⅱ220

绝缘层Ⅱ开口图形221

金属层Ⅰ310

金属层盲孔Ⅰ311

金属层Ⅱ320

金属层盲孔Ⅱ321

金属层Ⅲ330

介电层400

介电层开口401

保护层Ⅰ510

保护层Ⅰ开口图形511

保护层Ⅱ520

保护层Ⅱ开口图形521

光刻胶G1、G2

光刻胶开口图形G11 、G21

载体圆片T1

键合胶T2。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明一种用于电子器件封装的硅基转接板的实施例结构，包括基体110，所述基体110的材质为硅。

所述基体110内设置盲孔111和与盲孔111连接的基体底部开口112。所述盲孔111呈倒梯形，其横截面呈圆形、方形或多边形。盲孔111小且深，倒梯形的盲孔111有利于用深反应离子刻蚀的方法成形，且刻蚀过程易于控制，形成内壁光滑的盲孔111，有利于后续绝缘层、种子层的均匀沉积。

所述基体底部开口112的横截面也呈圆形、方形或多边形，其开口尺寸不小于盲孔111底部的尺寸。图中示意，基体底部开口112的开口尺寸大于盲孔111底部的尺寸，以方便后续结构的成形。

所述盲孔111的内壁沉积绝缘层Ⅰ210，所述绝缘层Ⅰ210向上延伸并覆盖基体110的上表面，所述绝缘层Ⅰ210的表面设置金属层Ⅰ310，所述金属层Ⅰ310从基体110的上方向盲孔111内延伸，并于盲孔111的底部相连接。为避免盲孔111内金属空洞缺陷的产生、减小金属层Ⅰ310的金属应力，需要减薄金属层Ⅰ310的厚度，金属层Ⅰ310可以于盲孔111内形成金属层盲孔Ⅰ311。

所述金属层Ⅰ310的周围涂覆介电层400，所述介电层400填充金属层盲孔Ⅰ311，并于金属层Ⅰ310的上方形成介电层开口401。所述介电层400的表面设置金属层Ⅲ330，所述金属层Ⅲ330通过介电层开口401与金属层Ⅰ310实现电气连通。所述金属层Ⅲ330的周围覆盖保护层Ⅰ510，所述保护层Ⅰ510于金属层Ⅲ330的表面形成保护层Ⅰ开口图形511。

所述金属层Ⅰ310上方也可以设置多层金属层Ⅲ330，不同的所述金属层Ⅲ330之间设置不同的介电层400和介电层开口401。不同的所述金属层Ⅲ330、金属层Ⅲ330与金属层Ⅰ310通过介电层开口401连接。最顶层的所述金属层Ⅲ330的周围覆盖保护层Ⅰ510，所述保护层Ⅰ510于金属层Ⅲ330的表面形成保护层Ⅰ开口图形511。

基体底部开口112的深度为L，L不大于30微米。所述基体底部开口112内沉积绝缘层Ⅱ220并形成绝缘层Ⅱ开口图形221，所述绝缘层Ⅱ220与绝缘层Ⅰ210于盲孔111的底部相连接、且沿基体底部开口112向下延伸并覆盖基体110的下表面，所述绝缘层Ⅱ220表面设置金属层Ⅱ320，所述金属层Ⅱ320填充绝缘层Ⅱ开口图形221、并与金属层Ⅰ310于盲孔111的底部实现电气连通。所述金属层Ⅱ320的表面设置保护层Ⅱ520，并形成保护层Ⅱ开口图形521，所述保护层Ⅱ开口图形521内设置焊球或金属凸点结构（图中未示出焊球或金属凸点结构），硅基转接板结构通过焊球或金属凸点结构与电路板连接。

为避免基体底部开口112内金属空洞缺陷的产生、减小金属层Ⅱ320的金属应力，需要减薄金属层Ⅱ320的厚度，金属层Ⅱ320可以于基体底部开口112内形成金属层盲孔Ⅱ321，所述金属层盲孔Ⅱ321内填充保护层Ⅱ520。

本发明的金属层Ⅰ310、金属层Ⅱ320和金属层Ⅲ330均包括粘结层、电镀种子层和再布线金属层。

本发明一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其工艺过程如下：

步骤一、提供基体110；如图3所示。

步骤二、在基体110的上表面涂覆光刻胶G1，通过光刻工艺形成光刻胶开口图形G11；如图4所示。

步骤三、通过刻蚀工艺对应于光刻胶开口图形G11在基体110上形成倒梯形的盲孔111，再利用去胶工艺去除光刻胶G1；如图5所示。

步骤四、在盲孔111内和基体110的上表面生长或沉积绝缘层Ⅰ210；如图6所示。

步骤五、在上述盲孔111内和基体110的上方的绝缘层Ⅰ210上依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅰ310，并在盲孔111内形成金属层盲孔Ⅰ311，在金属层Ⅰ310周围涂覆介电层400，介电层400填充金属层盲孔Ⅰ311，并在金属层Ⅰ310上通过光刻工艺形成介电层开口401；如图7至图8所示。

步骤六、在介电层400表面依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅲ330，金属层Ⅲ330与金属层Ⅰ310通过介电层开口401连接，实现电气连通；若制备多层金属层Ⅲ330，需要重复此步骤，并在不同的金属层Ⅲ330之间形成介电层400和介电层开口401，不同的金属层Ⅲ330通过介电层开口401连接，实现电气连通；如图9所示。

步骤七、在金属层Ⅲ330的周围覆盖保护层Ⅰ510，通过光刻工艺于金属层Ⅲ330的表面形成保护层Ⅰ开口图形511；如图10所示。

步骤八、提供载体圆片T1，载体圆片T1通过键合胶T2与上述结构的保护层Ⅰ510键合；如图11所示。

步骤九、通过化学机械研磨减薄上述基体110的下表面，减薄后的基体110的下表面至盲孔111的底部距离为10～30微米；如图12所示。

步骤十、在上述基体110的下表面涂覆光刻胶G2，通过光刻工艺形成光刻胶开口图形G21；如图13所示。

步骤十一、对应于光刻胶开口图形G21，通过刻蚀工艺去除步骤九中盲孔111下方剩余的基体110，并去除盲孔111底部的绝缘层Ⅰ210露出金属层Ⅰ310，形成深度不大于30微米的基体底部开口112，再利用去胶工艺去除光刻胶G2；如图14所示。

步骤十二、在基体底部开口112内和基体110的下表面生长或沉积绝缘层Ⅱ220，并通过光刻工艺形成绝缘层Ⅱ开口图形221；如图15所示。

步骤十三、在绝缘层Ⅱ开口图形221内和绝缘层Ⅱ220表面依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅱ320，并形成金属层盲孔Ⅱ321；如图16所示。

步骤十四、所述金属层Ⅱ320的表面设置保护层Ⅱ520，并通过光刻工艺形成保护层Ⅱ开口图形521，所述保护层Ⅱ开口图形521内设置焊球或金属凸点结构（在图中未示出焊球或金属凸点结构）；如图17所示。

步骤十五、通过解除键合的方法去除载体圆片T1和键合胶T2；如图18所示。

本发明的绝缘层Ⅰ210、绝缘层Ⅱ220、介电层400、保护层Ⅰ510和保护层Ⅱ520均起到绝缘、防氧化、支撑等作用，其材质可以相同，也可以根据实际情况采用不同的材质，三者在电子器件的内部没有绝对的边界区分，任何类似的结构均落入本专利的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其工艺过程如下：

步骤一、提供基体（110）； 

步骤二、在基体（110）的上表面涂覆光刻胶（G1），通过光刻工艺形成光刻胶开口图形（G11）； 

步骤三、通过刻蚀工艺对应于光刻胶开口图形（G11）在基体（110）上形成倒梯形的盲孔（111），再利用去胶工艺去除光刻胶（G1）； 

步骤四、在盲孔（111）内和基体（110）的上表面生长或沉积绝缘层Ⅰ（210）； 

步骤五、在上述盲孔（111）内和基体（110）的上方依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅰ（310），并在盲孔（111）内形成金属层盲孔Ⅰ（311），在金属层Ⅰ（310）周围涂覆介电层（400），介电层（400）填充金属层盲孔Ⅰ（311），并在金属层Ⅰ（310）上通过光刻工艺形成介电层开口（401）； 

步骤六、在介电层（400）表面依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅲ（330），金属层Ⅲ（330）与金属层Ⅰ（310）通过介电层开口（401）连接，实现电气连通； 

步骤七、在金属层Ⅲ（330）的周围覆盖保护层Ⅰ（510），通过光刻工艺于金属层Ⅲ（330）的表面形成保护层Ⅰ开口图形（511）； 

步骤八、提供载体圆片（T1），载体圆片（T1）通过键合胶（T2）与上述结构的保护层Ⅰ（510）键合；

步骤九、通过化学机械研磨减薄上述基体（110）的下表面； 

步骤十、在上述基体（110）的下表面涂覆光刻胶（G2），通过光刻工艺形成光刻胶开口图形（G21）； 

步骤十一、对应于光刻胶开口图形（G21），通过刻蚀工艺去除步骤九中盲孔（111）下方剩余的基体（110），并去除盲孔（111）底部的绝缘层Ⅰ（210）露出金属层Ⅰ（310），形成深度不大于30微米的基体底部开口（112），再利用去胶工艺去除光刻胶（G2）； 

步骤十二、在基体底部开口（112）内和基体（110）的下表面生长或沉积绝缘层Ⅱ（220），并通过光刻工艺形成绝缘层Ⅱ开口图形（221）； 

步骤十三、在绝缘层Ⅱ开口图形（221）内和绝缘层Ⅱ（220）表面依次通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成金属层Ⅱ（320），并形成金属层盲孔Ⅱ（321）； 

步骤十四、所述金属层Ⅱ（320）的表面设置保护层Ⅱ（520），并通过光刻工艺形成保护层Ⅱ开口图形（521），所述保护层Ⅱ开口图形（521）内设置焊球或金属凸点结构； 

步骤十五、通过解除键合的方法去除载体圆片（T1）和键合胶（T2）； 

所述用于电子器件封装的硅基转接板，包括基体（110），所述基体（110）内设置盲孔（111）和与盲孔（111）连接的基体底部开口（112），所述盲孔（111）呈倒梯形，所述基体底部开口（112）的开口尺寸不小于盲孔（111）底部的尺寸，所述盲孔（111）的内壁沉积绝缘层Ⅰ（210），所述绝缘层Ⅰ（210）向上延伸并覆盖基体（110）的上表面，所述绝缘层Ⅰ（210）的表面设置金属层Ⅰ（310），所述金属层Ⅰ（310）从基体（110）的上方向盲孔（111）内延伸，并于盲孔（111）的底部相连接，所述金属层Ⅰ（310）于盲孔（111）内形成金属层盲孔Ⅰ（311）， 

所述金属层Ⅰ（310）的周围涂覆介电层（400），所述介电层（400）填充金属层盲孔Ⅰ（311），并于金属层Ⅰ（310）的上方形成介电层开口（401），所述介电层（400）的表面设置金属层Ⅲ（330），所述金属层Ⅲ（330）通过介电层开口（401）与金属层Ⅰ（310）实现电气连通，所述金属层Ⅲ（330）的周围覆盖保护层Ⅰ（510），所述保护层Ⅰ（510）于金属层Ⅲ（330）的表面形成保护层Ⅰ开口图形（511），

所述基体底部开口（112）内沉积绝缘层Ⅱ（220）并形成绝缘层Ⅱ开口图形（221），所述绝缘层Ⅱ（220）与绝缘层Ⅰ（210）于盲孔（111）的底部相连接、且沿基体底部开口（112）向下延伸并覆盖基体（110）的下表面，所述绝缘层Ⅱ（220）表面设置金属层Ⅱ（320），所述金属层Ⅱ（320）填充绝缘层Ⅱ开口图形（221）、并与金属层Ⅰ（310）于盲孔（111）的底部实现电气连通，所述金属层Ⅱ（320）的表面设置保护层Ⅱ（520），并形成保护层Ⅱ开口图形（521），所述保护层Ⅱ开口图形（521）内设置焊球或金属凸点结构，所述金属层Ⅱ（320）于基体底部开口（112）内形成金属层盲孔Ⅱ（321），所述金属层盲孔Ⅱ（321）内填充保护层Ⅱ（520）。

2.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其特征在于：在步骤九中，减薄后的基体（110）的下表面至盲孔（111）的底部距离为10～30微米。

3.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其特征在于：制备多层金属层Ⅲ（330），需要重复步骤六，并在不同的金属层Ⅲ（330）之间形成不同的介电层（400）和介电层开口（401），不同的金属层Ⅲ（330）通过介电层开口（401）连接，实现电气连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其特征在于：所述盲孔（111）的横截面呈圆形、方形或多边形。

5.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其特征在于：所述基体底部开口（112）的横截面呈圆形、方形或多边形。

6.根据权利要求1或5所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板的制备方法，其特征在于：所述基体底部开口（112）的深度为L，L不大于30微米。

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