CN105575938A - 一种硅基转接板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅基转接板及其制备方法，硅基转接板包括绝缘层、第一聚合物层和第一再布线层，第一聚合物层形成于绝缘层上，第一再布线层形成于第一聚合物层上，绝缘层开设有缺口，缺口的位置与第一再布线层地线位置至少部分重叠，以形成一不完整结构的绝缘层，本发明改善了转接板的信号传输特性，减小了信号的传输损耗，对高频信号的改善尤其明显，提高了传输线的信号完整性，提升了硅基转接板的整体性能，仅通过在绝缘层开设的缺口就提升了硅基转接板的传输性能，结构和工艺流程简单、易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种硅基转接板及其制备方法。
背景技术
随着微电子技术的不断发展，用户对系统的小型化、多功能、低功耗、高可靠性的要求越来越高，尤其是近年来便携式手持终端市场需求的井喷，如手提电脑、智能手机和平板电脑等，要求更高速的信号传输和处理能力，对系统的集成度和性能也提出了更高的要求，为了满足高互连密度，缩短互连路径，系统集成师们开始越来越多地转向2.5D/3D集成电路、系统级集成技术。
硅转接板作为2.5D封装的典型应用，利用硅通孔结构可以实现芯片间电信号的垂直互连，缩短了电信号的传输路径；同时，作为芯片的载体，转接板的双面都可以集成不同种类、不同功能的芯片，实现芯片的堆叠，是2.5D系统集成技术的有效支撑，是目前重要的封装技术，可以广泛应用于微电子领域。
再布线技术(RDL)是硅基转接板上的关键技术，再布线层的结构和分布对转接板上信号传输结构的电学特性影响很大，典型的硅基转接板结构如图1示。从图中可以看出，由于硅衬底的半导体特性，为了减少电场能量进入到硅衬底101，减小信号线与衬底的耦合，转接板上有一个完整的绝缘层结构，该结构由热氧化的方法制作SiO2层。该结构的硅基转接板虽然工艺流程简单，但对信号传输特性改善效果一般，尤其对高频信号，传输损耗仍然较大，因此，本领域亟需一种具有更优传输特性的硅基转接板。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种硅基转接板及其制备方法。
(二)技术方案
本发明提供了一种硅基转接板，包括：绝缘层103、第一聚合物层和第一再布线层202，其中，所述第一聚合物层形成于所述绝缘层103上，所述第一再布线层202形成于所述第一聚合物层上，所述绝缘层开设有缺口，所述缺口的位置与第一再布线层地线位置至少部分重叠，以形成一不完整结构的绝缘层103。
本发明还提供了一种制备上述任一硅基转接板的方法，包括：步骤A：制作硅基转接板的基板；步骤B：在所述基板的一表面上形成第一聚合物层201和第一再布线层202；步骤C：在所述第一聚合物层201和第一再布线层202上形成第二聚合物层203和焊盘204；步骤D：在所述基板的另一表面上形成第三聚合物层301、第二再布线层302、第四聚合物层303和铜柱凸点304，完成硅基转接板的制备。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的硅基转接板具有以下有益效果：
(1)由于硅基转接板的绝缘层并非一完整结构的绝缘层，其与第一再布线层地线位置相对处具有缺口，从而改善了转接板的信号传输特性，减小了信号的传输损耗，对高频信号的改善尤其明显，提高了传输线的信号完整性，提升了硅基转接板的整体性能；
(2)本发明仅通过在绝缘层开设的缺口就提升了硅基转接板的传输性能，结构和工艺流程简单、易于实现。
附图说明
图1为典型的硅基转接板结构的示意图；
图2为本发明第一实施例的硅基转接板的示意图；
图3(a)为本发明第一实施例的硅基转接板和现有技术硅基转接板的插入损耗S21对比图；图3(b)为本发明第一实施例的硅基转接板和现有技术硅基转接板的输入回波损耗S11对比图；
图4至图21为本发明第三实施例的制备硅基转接板方法中执行相应步骤后器件纵剖面的示意图。
【符号说明】
101-硅衬底；102-通孔；103-绝缘层；104-扩散阻挡层；105-缺口；106-地线；107-信号线；108-种子层；109-深孔；110-填充物；
201-第一聚合物层；202-第一再布线层；203-第二聚合物层；204-焊盘；205-临时键合胶；206-载板；
301-第三聚合物层；302-第二再布线层；303-第四聚合物层；304-铜柱凸点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图2所示，本发明第一实施例的硅基转接板，其包括：基板、第一聚合物层(polymer)、第一再布线层202(RDL)、第二聚合物层(polymer)、焊盘、第三聚合物层(polymer)、第二再布线层302(RDL)、第四聚合物层(polymer)和铜柱凸点304。
其中，基板包括硅衬底101，硅衬底101形成有垂直的通孔102(TSV，ThroughSiliconVia)，在硅衬底的上表面以及通孔的侧壁形成有绝缘层103，在通孔侧壁的绝缘层103上形成有扩散阻挡层和种子层，通孔102内充满填充物。
优选地，该绝缘层103为SiO2；该填充物为金属，例如但不限于铜；该扩散阻挡层的材料为钛(Ti)、钽(Ta)或其氮化物或者至少其中二者的组合，种子层的材料为Cu。
第一聚合物层形成于硅衬底上表面的绝缘层103上，第一再布线层202形成于第一聚合物层上，第一再布线层202包括地线106和信号线107，其中的信号线107与通孔内的填充物接触，第二聚合物层形成于第一聚合物层和第一再布线层202上，且第二聚合物层与第一再布线层地线106和信号线107对应位置开有第一过孔，焊盘形成于该第一过孔内且与第一再布线层的地线106和信号线107接触。在图2中，硅基转接板采用GSG传输结构，但本发明不限于此，还可以采用GS、GSSG等传输结构。
其中，上述基板绝缘层与第一再布线层地线位置正对处具有缺口105，以形成一不完整结构的绝缘层103。
优选地，该缺口的宽度等于与其位置正对的第一再布线层地线的宽度，或者，大于或小于与其位置正对的第一再布线层地线的宽度。
优选地，第一再布线层202可以为多层再布线层结构，以形成多层再布线层的硅基转接板。
第三聚合物层形成于硅衬底的下表面，第二再布线层302形成于第三聚合物层上，第二再布线层302与通孔内的填充物接触，第四聚合物层形成于第三聚合物层和第二再布线层302上，在第四聚合物层上开有第二过孔，铜柱凸点304形成于第四聚合物层上，并且铜柱凸点304与经通孔内填充物与第一再布线层信号线107连通的第二再布线层302接触。
优选地，第二再布线层302可以为多层再布线层结构，以形成多层再布线层的硅基转接板。
本发明第一实施例的硅基转接板，由于基板的绝缘层103并非一完整结构的绝缘层103，其与第一再布线层地线位置正对处具有缺口105，改善了转接板的传输特性，减小了信号的传输损耗，对高频信号尤其明显，提高了传输线的信号完整性，提升了硅基转接板的整体性能。
如图3(a)和图3(b)所示，对于第一再布线层的长度为2mm的GSG传输线，本发明第一实施例的硅基转接板的插入损耗S21明显高于现有技术硅基转接板的插入损耗S21，输入回波损耗S11明显低于现有技术硅基转接板的输入回波损耗S11，本发明第一实施例的硅基转接板传输性能明显提高。由此可见，现有技术中为了减少电场能量进入到硅衬底101，减小信号线和衬底的耦合，一般通过一个完整的绝缘层结构实现信号线和衬底的隔离，但本发明第一实施例的绝缘层带有缺口的硅基转接板，传输性能反而比具有完整结构绝缘层的硅基转接板更优，进一步提高了硅基转接板的传输性能。
本发明的第二实施例的硅基转接板，为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
其中，上述基板绝缘层的缺口105与第一再布线层地线106并非位置正对，而是错开一定距离，该缺口105与第一再布线层地线106部分重叠。
优选地，该缺口的宽度等于与其部分重叠的第一再布线层地线的宽度，或者，大于或小于与其部分重叠的第一再布线层地线的宽度。
本发明第二实施例的硅基转接板，同样地，由于基板的绝缘层103并非一完整结构的绝缘层103，而是具有与第一再布线层地线106部分重叠的缺口105，改善了转接板的传输特性，减小了信号的传输损耗，对高频信号尤其明显，提高了传输线的信号完整性，提升了硅基转接板的整体性能。
请参照图4至图21，本发明第三实施例提供了一种制备上述硅基转接板的方法，该方法包括：
步骤A：制作硅基转接板的基板。
步骤A具体包括：
子步骤A1：硅衬底备片，清洗，制作对准标记。参见图4。
子步骤A2：形成硅衬底深孔109。参见图5。
优选地，通过刻蚀工艺形成所述硅衬底深孔109。
子步骤A3：在硅衬底的一表面上和硅衬底深孔侧壁生长绝缘层103。参见图6。
优选地，通过热氧化工艺实现SiO2绝缘层的生长。
子步骤A4：在绝缘层103上形成扩散阻挡层104和种子层108。参见图7。
优选地，在绝缘层103上依次形成钛(Ti)、钽(Ta)或其氮化物或者至少其中二者的组合材料的扩散阻挡层104和铜种子层108。
子步骤A5：将填充物110填充至硅衬底101。参见图8.
优选地，采用电镀工艺将铜填充至硅衬底101。
子步骤A6：去除硅衬底该表面绝缘层上的种子层108以及多余的填充物110，填充物110略突出于硅衬底该表面的绝缘层103。参见图9。
子步骤A7：在硅衬底该表面的绝缘层103上形成绝缘层缺口105。参见图10。
优选地，采用刻蚀工艺形成该绝缘层缺口105。
步骤B：在基板的一表面上形成第一聚合物层201和第一再布线层202。
步骤B具体包括：
子步骤B1：在基板硅衬底的该表面上和该表面的绝缘层103上形成第一聚合物层201。参见图11。
优选地，经过旋涂工艺和固化处理程序，形成该第一聚合物层201。
子步骤B2：在第一聚合物层201和填充物110上形成第一再布线层202，第一再布线层的信号线与填充物110接触，第一再布线层的地线与上述绝缘层缺口105位置相对。参见图12。
优选地，第一再布线层的地线与上述绝缘层缺口105可以位置正对，也可以错开一定距离，二者部分重叠。
步骤C：在第一聚合物层201和第一再布线层202上形成第二聚合物层203和焊盘204。
步骤C具体包括：
子步骤C1：在第一聚合物层201和第一再布线层202上形成第二聚合物层203。参见图13。
子步骤C2：在第二聚合物层203上形成焊盘204。参见图14。
子步骤C2具体包括：
子分步骤C2a：在第二聚合物层的与第一再布线层地线106和信号线107的对应位置开设第一过孔。
子分步骤C2b：焊盘204形成于该第一过孔内且与第一再布线层的地线106和信号线107接触。
子步骤C3：基板临时键合至载板206。参见图15。
优选地，在第二聚合物层203和焊盘204上旋涂临时键合胶205，并利用临时键合胶205键合在载板上。
步骤D：在基板的另一表面上形成第三聚合物层301、第二再布线层302、第四聚合物层303和铜柱凸点304，完成硅基转接板的制备。
步骤D具体包括：
子步骤D1：从基板硅衬底的另一表面方向减薄硅衬底，使得硅衬底深孔109从该另一表面方向露出，形成硅衬底通孔102。参见图16。
子步骤D2：在硅衬底的该另一表面形成第三聚合物层301。参见图17。
子步骤D2具体包括：
子分步骤D2a：进一步从硅衬底的该另一表面方向减薄硅衬底，消除减薄应力，使硅衬底通孔的背端略突出于该另一表面。
优选地，采用刻蚀工艺减薄硅衬底。
子分步骤D2b：在硅衬底的该另一表面及硅衬底通孔的背端形成第三聚合物层301，硅衬底通孔重新成为深孔109，实现该另一表面的绝缘。
优选地，经过旋涂工艺和固化处理程序，形成该第三聚合物层301。
子步骤D3：在第三聚合物层301上形成第二再布线层302。如图18。
子步骤D3具体包括：
子分步骤D3a：从硅衬底的该另一表面方向刻蚀第三聚合物层301，使得子分步骤D2b形成的深孔109从该另一表面方向露出，再次形成硅衬底通孔102。
子分步骤D3b：第二再布线层302形成于第三聚合物层301上，第二再布线层302与通孔内的填充物110接触。
子步骤D4：在第三聚合物层301和第二再布线层302上形成第四聚合物层303，在第四聚合物层的需加工铜柱凸点的位置形成第四聚合物开口。参见图19。
优选地，经过旋涂工艺和固化处理程序形成第四聚合物层303；利用光刻工艺形成第四聚合物开口；第四聚合物层303为光敏聚合物层。
子步骤D5：在第四聚合物层上加工铜柱凸点304，铜柱凸点304与经通孔内填充物110与第一再布线层信号线107连通的第二再布线层302接触。参见图20。
子步骤D5具体包括：
子分步骤D5a：第四聚合物层表面沉积种子层并进行厚胶光刻。
子分步骤D5b：采用移植或电镀方式加工铜柱凸点304。
子步骤D6：去除临时键合胶205、拆卸载板206，经划片形成硅基转接板芯片。参见图21。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和步骤的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
综上所述，本发明提供的硅基转接板及其制备方法，由于基板的绝缘层具有缺口，改善了转接板的传输特性，减小了信号的传输损耗，对高频信号尤其明显，提高了传输线的信号完整性，提升了硅基转接板的整体性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅基转接板，其特征在于，包括：绝缘层(103)、第一聚合物层和第一再布线层(202)，其中，
所述第一聚合物层形成于所述绝缘层(103)上，所述第一再布线层(202)形成于所述第一聚合物层上，所述绝缘层开设有缺口，所述缺口的位置与第一再布线层地线位置至少部分重叠，以形成一不完整结构的绝缘层(103)。
2.如权利要求1所述的硅基转接板，其特征在于，所述绝缘层与所述第一再布线层地线位置正对处具有所述缺口(105)；或者，
所述绝缘层的缺口(105)与所述第一再布线层地线(106)错开一定距离，所述缺口(105)与所述第一再布线层地线(106)部分重叠。
3.如权利要求1所述的硅基转接板，其特征在于，所述缺口的宽度等于、大于或小于与其位置相对的所述第一再布线层地线的宽度。
4.如权利要求1所述的硅基转接板，其特征在于，还包括：基板、第二聚合物层、焊盘、第三聚合物层、第二再布线层(302)、第四聚合物层和铜柱凸点(304)，其中，
所述基板包括硅衬底(101)，所述硅衬底(101)形成有垂直的通孔(102)，在所述硅衬底的一个表面以及所述通孔的侧壁形成有所述绝缘层(103)，在所述通孔侧壁的绝缘层(103)上形成有扩散阻挡层和种子层，所述通孔(102)内充满填充物；
第一再布线层(202)信号线(107)与所述通孔内的填充物接触，所述第二聚合物层形成于所述第一聚合物层和所述第一再布线层(202)上，且所述第二聚合物层与所述第一再布线层地线(106)和信号线(107)对应位置开有第一过孔，所述焊盘形成于所述第一过孔内且与所述第一再布线层地线(106)和信号线(107)接触；
所述第三聚合物层形成于所述硅衬底的另一个表面，所述第二再布线层(302)形成于所述第三聚合物层上，所述第二再布线层(302)与所述通孔内的填充物接触，所述第四聚合物层形成于所述第三聚合物层和第二再布线层(302)上，在所述第四聚合物层上开有第二过孔，所述铜柱凸点(304)形成于所述第四聚合物层上，并且所述铜柱凸点(304)与经通孔内填充物与第一再布线层信号线(107)连通的第二再布线层(302)接触。
5.如权利要求4所述的硅基转接板，其特征在于，所述第一再布线层(202)和/或第二再布线层(302)为多层再布线层结构，以形成多层再布线层的硅基转接板。
6.一种制备权利要求1-5中任一权利要求所述的硅基转接板的方法，其特征在于，包括：
步骤A：制作硅基转接板的基板；
步骤B：在所述基板的一表面上形成第一聚合物层(201)和第一再布线层(202)；
步骤C：在所述第一聚合物层(201)和第一再布线层(202)上形成第二聚合物层(203)和焊盘(204)；
步骤D：在所述基板的另一表面上形成第三聚合物层(301)、第二再布线层(302)、第四聚合物层(303)和铜柱凸点(304)，完成硅基转接板的制备。
7.如权利要求6所述的硅基转接板，其特征在于，步骤A具体包括：
子步骤A1：硅衬底备片，清洗，制作对准标记；
子步骤A2：形成硅衬底深孔(109)；
子步骤A3：在所述硅衬底的一表面上和所述硅衬底深孔侧壁生长绝缘层(103)；
子步骤A4：在所述绝缘层(103)上形成扩散阻挡层(104)和种子层(108)；
子步骤A5：将填充物(110)填充至所述硅衬底(101)；
子步骤A6：去除所述硅衬底该表面所述绝缘层上的所述种子层(108)以及多余的填充物(110)，填充物(110)略突出于所述硅衬底该表面的绝缘层(103)；以及
子步骤A7：在硅衬底该表面的所述绝缘层(103)上形成绝缘层缺口(105)。
8.如权利要求7所述的硅基转接板，其特征在于，步骤B具体包括：
子步骤B1：在基板硅衬底的该表面上和该表面的所述绝缘层(103)上形成所述第一聚合物层(201)；以及
子步骤B2：在所述第一聚合物层(201)和填充物(110)上形成所述第一再布线层(202)，第一再布线层信号线与所述填充物(110)接触，第一再布线层地线与所述绝缘层缺口位置正对或者错开一定距离，使所述缺口(105)与所述第一再布线层地线(106)部分重叠。
9.如权利要求8所述的硅基转接板，其特征在于，步骤C具体包括：
子步骤C1：在所述第一聚合物层(201)和所述第一再布线层(202)上形成第二聚合物层(203)；
子步骤C2：在所述第二聚合物层(203)上形成焊盘(204)；其中，在所述第二聚合物层的与所述第一再布线层地线和信号线的对应位置开设第一过孔；所述焊盘(204)形成于所述第一过孔内且与所述第一再布线层地线(106)和信号线(107)接触；以及
子步骤C3：所述基板临时键合至载板(206)。
10.如权利要求9所述的硅基转接板，其特征在于，步骤D具体包括：
子步骤D1：从所述基板硅衬底的另一表面方向减薄所述硅衬底，使得硅衬底深孔(109)从该另一表面方向露出，形成硅衬底通孔(102)；
子步骤D2：在所述硅衬底的该另一表面形成第三聚合物层(301)；其中，从所述硅衬底的该另一表面方向减薄所述硅衬底，消除减薄应力，使所述硅衬底通孔的背端略突出于该另一表面；在所述硅衬底的该另一表面及所述硅衬底通孔的背端形成所述第三聚合物层(301)，所述硅衬底通孔重新成为深孔(109)，实现该另一表面的绝缘；
子步骤D3：在所述第三聚合物层(301)上形成第二再布线层(302)；其中，从所述硅衬底的该另一表面方向刻蚀所述第三聚合物层(301)，使上述子步骤D2形成的深孔(109)从该另一表面方向露出，再次形成所述硅衬底通孔(102)；所述第二再布线层(302)形成于所述第三聚合物层(301)上，所述第二再布线层(302)与所述通孔内的填充物(110)接触；
子步骤D4：在所述第三聚合物层(301)和第二再布线层(302)上形成第四聚合物层(303)，在所述第四聚合物层的需加工铜柱凸点的位置形成第四聚合物开口；
子步骤D5：在所述第四聚合物层上加工所述铜柱凸点(304)，所述铜柱凸点(304)与经通孔内填充物(110)与第一再布线层信号线(107)连通的第二再布线层(302)接触；其中，所述第四聚合物层表面沉积种子层并进行厚胶光刻，采用移植或电镀方式加工所述铜柱凸点(304)；以及
子步骤D6：去除临时键合胶(205)、拆卸载板(206)，经划片形成硅基转接板芯片。
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