CN104465498A - 硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅通孔侧壁均匀涂覆绝缘层的方法，通过清洗工序洁净晶圆表面及硅通孔内部，预先在晶圆表面及晶圆硅通孔内旋转涂布可溶解高性能聚合物材料的有机溶剂，再用旋转涂布的方式涂布高性能聚合物材料，使高性能聚合物材料在有机溶剂的作用下扩散均匀，实现硅通孔侧壁均匀涂布绝缘层。该方法能够实现在标准旋涂设备上，用一般工艺常温下在晶圆表面和晶圆硅通孔侧壁及底部形成均匀的绝缘层，解决微米量级硅通孔三维均匀涂布难题，大大节省了设备成本，并提高了硅通孔绝缘层的均匀性，及绝缘层与其接触材料的结合力。

Description

硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片的晶圆级芯片尺寸封装(waferlevel chip scale packaging,WLCSP)工艺领域，具体是涉及一种硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法。
背景技术
晶圆级芯片尺寸封装(wafer level chip scalepackaging,WLCSP)是IC封装方式的一种，它是一种先将整片晶圆进行封装，再切割得到单颗芯片的封装方法。利用硅通孔技术将位于金属芯片正面的引脚即PIN脚从晶圆的背面裸露出来，再将其电性引到晶圆的背面，可以实现芯片封装后面积尺寸不变，且拥有极短的电性传输距离，使芯片运行转速加快，功率降低。
硅通孔技术(TSV)开出的硅通孔在引出金属线前，需要对硅通孔内壁进行绝缘处理以确保电互连的稳定。目前，TSV行业普遍使用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)设备来实现无机绝缘层的涂覆，但PECVD设备价格昂贵，且其无机绝缘工艺的温度较高，无法适用于影像传感器要求工艺温度小于200度以下的技术指标。而现有常用的旋涂设备对绝缘材料的粘度要求严格，并且喷涂方式很难保证整个硅通孔内壁均能涂布均匀，实现良好绝缘。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，是一种针对绝缘材料的粘度等特性，开发出的利用现有常用的旋涂设备和工艺实现硅通孔内壁均匀涂布的方法，能够解决微米级硅通孔三维均匀涂布的难题，且可以大大节省设备成本，提高硅通孔绝缘层的均匀性，及绝缘层与其接触材料的结合力。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，步骤如下：
a、提供一具有深宽比大于等于2:1的微米量级硅通孔的待涂布晶圆和一旋转涂布机台，将晶圆安置于旋转涂布机台的作业平台上，并使晶圆表面上硅通孔的孔口向上；
b、在晶圆表面的中央位置添加一定量清洗剂与稀释剂的混合液，静置一段时间，使混合液浸润晶圆表面和硅通孔内的侧壁与底部；
c、启动旋转涂布机台，使晶圆以设定的第一转速旋转数秒，甩去晶圆表面的部分清洗剂并带走晶圆表面和硅通孔内的脏污，再静置数秒，静置期间补充一定量的混合液；
d、循环步骤c数次后，以设定的第一转速旋转甩去晶圆上的混合液；
e、在晶圆表面的中央位置添加一定浓度的有机溶剂，以第一转速旋转晶圆数秒，使有机溶剂均匀分布到硅通孔内的侧壁与底部，再静置数秒；
f、循环步骤e数次，完成对晶圆表面、硅通孔内的侧壁与底部的预处理；
g、在晶圆表面的中央位置添加具有一定粘度和绝缘性能的高性能聚合物材料并静置；
h、待高性能聚合物材料向外扩展一定范围后，使晶圆以大于第一转速的第二转速旋转一段时间，铺展开高性能聚合物材料；
i、以大于第二转速的第三转速旋转一段时间，以调整晶圆表面、硅通孔内的侧壁与底部的高性能聚合物材料的厚度；
j、去除有机溶剂和高性能聚合物材料中的部分溶剂，并固化高性能聚合物材料。
作为本发明的进一步改进，步骤e中所述的有机溶剂可溶解所述高性能聚合物材料，且所述有机溶剂可通过加热方式蒸发去除。
作为本发明的进一步改进，所述有机溶剂为丙二醇单甲醚酸酯。
作为本发明的进一步改进，步骤a～j的工艺温度为常温。
作为本发明的进一步改进，步骤j采用快速加热方式去除所述有机溶剂和高性能聚合物材料中的部分溶剂，采用变温加热方式固化所述高性能聚合物材料。
作为本发明的进一步改进，所述高性能聚合物材料为酚醛树脂、稀释剂、增粘剂、交联剂、成膜剂与白炭黑的组合物或可作为钝化材料的光刻胶。
作为本发明的进一步改进，所述清洗剂为异丙醇，所述稀释剂为丙酮，所述清洗剂与稀释剂的混合配比为1:7～1:5。
作为本发明的进一步改进，所述第一转速为小于50rpm的转速，所述第二转速为50rpm～600rpm的转速，所述第三转速为大于600rpm的转速。
作为本发明的进一步改进，步骤d中，循环步骤c的次数为3～20次。
作为本发明的进一步改进，步骤f中，循环步骤e的次数为10～40次。
本发明的有益效果是：本发明提供一种硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，通过清洗工序洁净晶圆表面及硅通孔内部，并在涂覆绝缘材料前涂布一层可溶解所述绝缘材料且易被去除的有机溶剂，本发明能够实现在常用标准旋涂设备上，用一般工艺在晶圆表面和晶圆硅通孔的侧壁及底部形成均匀的绝缘层，解决微米级硅通孔三维均匀涂布的难题，达到大大节省设备成本，提高了硅通孔绝缘层的均匀性及绝缘层与其接触材料的结合力的目的。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，步骤如下：
a、提供一具有深宽比大于等于2:1的微米量级硅通孔的待涂布晶圆和一旋转涂布机台，将晶圆安置于旋转涂布机台的作业平台上，并使晶圆表面上硅通孔的孔口向上；具体实施时，将包含有硅通孔的待涂布晶圆，孔口向上放置于旋转涂布机台的作业平台上，开启真空吸附，确保晶圆旋转过程不会滑落。其中，旋转涂布机台为现有技术中常用的旋涂设备；硅通孔指用于芯片金属PIN脚背部导通的、微米量级且深宽比大于或等于2:1的硅通孔。
b、在晶圆表面的中央位置添加一定量清洗剂与稀释剂的混合液，静置数分钟，使混合液浸润晶圆表面和硅通孔内的侧壁与底部；该步骤中的清洗剂与稀释剂的配比可视浸润和清洗效果合理调节，且通过静置几分钟，能够使混合液完全浸润晶圆表面、硅通孔的侧壁及硅通孔的底部。
c、启动旋转涂布机台，使晶圆以设定的第一转速旋转数秒，甩去晶圆表面的部分清洗剂并带走晶圆表面和硅通孔内的脏污，再静置数秒，静置期间补充一定量的混合液；该步骤中，通过再静置数秒，补充混合液，能够晶圆表面和硅通孔内壁重新浸润。
d、循环步骤c 3～20次后，以设定的第一转速旋转甩去晶圆上的混合液；达到充分清洗晶圆表面和硅通孔内壁的目的。
e、在晶圆表面的中央位置添加一定浓度的有机溶剂，静置数秒，以使有机溶剂浸润晶圆表面、硅通孔的侧壁及硅通孔的底部；以第一转速旋转晶圆数秒，使有机溶剂均匀分布到硅通孔内的侧壁与底部，并产生一定的结合力，再静置数秒；
f、循环步骤e 10～40次，以保证有机溶剂能完全涂满晶圆表面，尤其是硅通孔侧壁，完成对晶圆表面、硅通孔内的侧壁与底部的预处理。
g、在晶圆表面的中央位置添加具有一定粘度和绝缘性能的高性能聚合物材料并静置一段时间；以使高性能聚合物材料自然铺开一定程度。
h、待高性能聚合物材料向外扩展一定范围后，使晶圆以大于第一转速的第二转速旋转一段时间，铺展开高性能聚合物材料；在有机溶剂的作用下，高性能聚合材料能够更有效地覆盖硅通孔的侧壁和底部。
i、以大于第二转速的第三转速旋转一段时间，以调整晶圆表面、硅通孔内的侧壁与底部的高性能聚合物材料的厚度；通过高速旋转可甩掉一定量的高性能聚合材料，调整晶圆表面、硅通孔侧壁及硅通孔底部高性能聚合物材料的厚度。
j、去除有机溶剂和高性能聚合物材料中的部分溶剂，并固化高性能聚合物材料。具体实施时，可短时间软烤去除有机溶剂及高性能聚合物材料中的部分溶剂，再先后通过变速升温、恒温、变速降温的方式硬烤固化绝缘层。
上述步骤b，c，e，g，h，i中涉及的静置时间与旋转时间，可根据材料的粘稠度及涂覆在晶圆上的厚度等调整。
优选的，步骤e中所述的有机溶剂可溶解所述高性能聚合物材料，且所述有机溶剂可通过加热方式蒸发去除。
优选的，所述有机溶剂为丙二醇单甲醚酸酯(PGMEA)。
优选的，a～j步骤的工艺温度为常温。与无机绝缘工艺的温度较高相比，该工艺可在常温下完成，因此，能够更好的适用于影像传感器要求工艺温度小于200度以下的技术指标。
优选的，步骤j采用快速加热方式去除所述有机溶剂和高性能聚合物材料中的部分溶剂，采用变温加热方式固化所述高性能聚合物材料。
优选的，所述高性能聚合物材料为酚醛树脂、稀释剂、增粘剂、交联剂、成膜剂与白炭黑的组合物或可作为钝化材料的光刻胶。酚醛树脂、稀释剂、增粘剂、交联剂、成膜剂与白炭黑的组合物的配比可参考发明专利CN102925024A。
优选的，所述清洗剂为异丙醇，所述稀释剂为丙酮，所述清洗剂与稀释剂的混合配比为1:7～1:5。
优选的，所述第一转速为小于50rpm的转速。
优选的，所述第二转速为50rpm～600rpm的转速。
优选的，所述第三转速为大于600rpm的转速。
综上，本发明硅通孔侧壁均匀涂覆绝缘层的方法是针对绝缘材料即高性能聚合物材料的粘度等特性，开发出的利用标准旋涂设备和工艺便可完成的涂布方式。该方法通过清洗工序洁净晶圆表面及硅通孔内部，预先在晶圆表面及晶圆硅通孔内旋转涂布可溶解高性能聚合物材料的有机溶剂，再用旋转涂布的方式涂布高性能聚合物材料，使高性能聚合物材料在有机溶剂的作用下扩散均匀，实现硅通孔侧壁均匀涂布绝缘层。该方法能够实现在标准旋涂设备上，用一般工艺在晶圆表面和晶圆硅通孔侧壁及底部形成均匀的绝缘层，解决微米量级硅通孔三维均匀涂布难题，大大节省了设备成本，并提高了硅通孔绝缘层的均匀性，及绝缘层与其接触材料的结合力。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于，步骤如下：
a、提供一具有深宽比大于等于2:1的微米量级硅通孔的待涂布晶圆和一旋转涂布机台，将晶圆安置于旋转涂布机台的作业平台上，并使晶圆表面上硅通孔的孔口向上；
b、在晶圆表面的中央位置添加一定量清洗剂与稀释剂的混合液，静置一段时间，使混合液浸润晶圆表面和硅通孔内的侧壁与底部；
c、启动旋转涂布机台，使晶圆以设定的第一转速旋转数秒，甩去晶圆表面的部分清洗剂并带走晶圆表面和硅通孔内的脏污，再静置数秒，静置期间补充一定量的混合液；
d、循环步骤c数次后，以设定的第一转速旋转甩去晶圆上的混合液；
e、在晶圆表面的中央位置添加一定浓度的有机溶剂，以第一转速旋转晶圆数秒，使有机溶剂均匀分布到硅通孔内的侧壁与底部，再静置数秒；
f、循环步骤e数次，完成对晶圆表面、硅通孔内的侧壁与底部的预处理；
g、在晶圆表面的中央位置添加具有一定粘度和绝缘性能的高性能聚合物材料并静置一段时间；
h、待高性能聚合物材料向外扩展一定范围后，使晶圆以大于第一转速的第二转速旋转一段时间，铺展开高性能聚合物材料；
i、以大于第二转速的第三转速旋转一段时间，以调整晶圆表面、硅通孔内的侧壁与底部的高性能聚合物材料的厚度；
j、去除有机溶剂和高性能聚合物材料中的部分溶剂，并固化高性能聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：步骤e中所述的有机溶剂可溶解所述高性能聚合物材料，且所述有机溶剂可通过加热方式蒸发去除。
3.根据权利要求2所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：所述有机溶剂为丙二醇单甲醚酸酯。
4.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：步骤a～j的工艺温度为常温。
5.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：步骤j采用快速加热方式去除所述有机溶剂和高性能聚合物材料中的部分溶剂，采用变温加热方式固化所述高性能聚合物材料。
6.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：所述高性能聚合物材料为酚醛树脂、稀释剂、增粘剂、交联剂、成膜剂与白炭黑的组合物或可作为钝化材料的光刻胶。
7.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：所述清洗剂为异丙醇，所述稀释剂为丙酮，所述清洗剂与稀释剂的混合配比为1:7～1:5。
8.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：所述第一转速为小于50rpm的转速，所述第二转速为50rpm～600rpm的转速，所述第三转速为大于600rpm的转速。
9.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：步骤d中，循环步骤c的次数为3～20次。
10.根据权利要求1所述的硅通孔内壁均匀涂覆绝缘层的方法，其特征在于：步骤f中，循环步骤e的次数为10～40次。
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GR01 Patent grant
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