CN109019504B - 一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种电阻可调的互联硅通孔的新型制作方法，涉及互联硅通孔的制作方法领域；包括如下步骤：步骤(一)、在高阻硅的上底面和下底面进行氧化；步骤(二)、在电隔离层上刻蚀硅通孔；步骤(三)、在高阻硅上表面电隔离层上表面淀积金属薄膜；步骤(四)、在金属薄膜种子层上表面铺好光刻胶；步骤(五)、制作互联硅通孔信号输入/输出端；步骤(六)、制作形成地层互联层；步骤(七)、对硅通孔的内壁进行电镀；步骤(八)、对高阻硅沿预先设定的划片道进行划片，分隔出互联硅通孔芯片；本发明工艺简单，能够满足惠斯通电桥桥臂电阻的补偿需求，降低了电阻匹配难度，实现了更好的工艺集成。

Description

一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法
技术领域
本发明涉及一种互联硅通孔的制作方法领域，特别是一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法。
背景技术
基于MEMS技术，可以在硅技术封装领域开发出新的信号互联方式。这种方式不仅可以用在微电子领域，而且还可以用在机械、声学、流体、光电子、生物医学等领域。由于压力传感器、加速度计和陀螺仪、投射式微镜、喷墨打印头等快速增长的市场需求，这种新应用(包括传感器和制动器等)通常开发在单独的芯片上。正在形成的新兴市场(包括无线通讯、医疗、卫生、可穿戴市场)等方面。这些新产品的特点是，首先采用硅深反应离子刻蚀(DRIE)在单个芯片上实现高深宽比的形貌，然后进行硅通孔互连，完成3D芯片叠放，形成系统级封装(SiP)器件。
现有技术着重于不将硅通孔通导电阻附加于硅通孔上，这样必须额外匹配电阻，具有体积大，质量重，不易集成等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种互联硅通孔的制作方法领域，工艺简单，能够满足惠斯通电桥桥臂电阻的补偿需求，降低了电阻匹配难度，实现了更好的工艺集成。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，包括如下步骤：
步骤(一)、采用圆柱形状的高阻硅作为衬底材料，在高阻硅的上底面和下底面进行氧化，制备电隔离层；
步骤(二)、在电隔离层上刻蚀硅通孔；
步骤(三)、在高阻硅上表面电隔离层上表面淀积金属薄膜，形成种子层；
步骤(四)、将带有矩形通孔的光刻胶作为模版，在金属薄膜种子层上表面铺好光刻胶；
步骤(五)、在光刻胶通孔露出的金属薄膜种子层上表面进行电镀；金属薄膜种子层沿光刻胶通孔自然生长出互联硅通孔信号输入/输出端；将光刻胶及光刻胶下表面覆盖的金属薄膜种子层去除；
步骤(六)、在高阻硅下表面电隔离层的下表面淀积金属薄膜，形成地层互联层；
步骤(七)、对硅通孔的内壁进行电镀，硅通孔的内壁自然生长出互联硅通孔金属，实现将互联硅通孔信号输入/输出端和地层互联层连通；
步骤(八)、对高阻硅沿预先设定的划片道进行划片，分隔出互联硅通孔芯片。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(一)中，高阻硅的电阻率不小于4000Ωcm；电隔离层厚度为1.8-2.2μm。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(二)中，硅通孔为圆形通孔，直径为200μm。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(三)中，淀积金属薄膜种子层的方法为：采用钛材料或金材料对形成硅通孔的电隔离层上表面进行溅射；形成金属薄膜种子层的厚度为0.05～0.2μm。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(五)中，对露出的金属薄膜种子层上表面进行电镀时，电镀材料采用金材料。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(六)中，所述金属薄膜采用钛材料或金材料。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(七)中，对硅通孔的内壁进行电镀时，电镀材料采用金材料。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(七)中，硅通孔内壁自然生长的互联硅通孔金属厚度为4-5μm。
在上述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，所述步骤(八)中，互联硅通孔芯片为矩形结构；长为9-11mm；宽为2.5-3.5mm；相邻两个互联硅通孔芯片的间距，即划片道的宽度为100μm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明中的互联硅通孔，将电阻特性引入到互联中，能够通过通孔的电阻补偿，避免了附加电阻的使用，将信号输入/输出端引出到所需后端处理电路中，满足惠斯通电桥桥臂电阻的补偿需求，降低了电阻匹配难度，实现了更好的工艺集成；
(2)本发明采用高阻硅为衬底材料，易于与当前的基于硅材料的器件互联，避免了互联中不同材料的热膨胀系数导致的应力集中问题，也避免了不同工艺设备的需求，显著降低了成本，提高了生产可行性；
(3)本发明采用MEMS技术进行一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，通孔外形可以是圆形、方形、多边形等，衬底厚度不限，能够满足不同用户的互联需求；
(4)本发明采用MEMS技术，采用MEMS技术，包括深硅刻蚀工艺、金属薄膜淀积工艺、厚胶光刻工艺、厚金属层电镀工艺等实现硅通孔的互联，能够在一个衬底上同时制作多种互联硅通孔结构，性能一致性易于控制；
(5)本发明利用电镀工艺调制互联硅通孔的电阻特性。调制互联硅通孔电阻特性的电镀工艺时，采用蓝膜保护方法，将不需暴露在电镀液的表面保护起来，提高了电镀效率，进一步提高了电阻调制效果。
附图说明
图1为本发明硅通孔互联侧视图；
图2为本发明简单结构衬底剖视图；
图3为本发明完成互联硅通孔的简单结构剖视图；
图4为本发明完成金属种子层的简单结构剖视图；
图5为本发明完成信号输入/输出端的简单结构剖视图；
图6为本发明形成整体地层互联的简单结构剖视图；
图7为本发明电阻可调的互联硅通孔的整个圆片示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明涉及一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，采用硅衬底来实现通孔互联的制作，利用电镀工艺来控制通孔电阻的阻值；如图1所示为硅通孔互联侧视图，由图可知，采用MEMS技术，包括深硅刻蚀工艺、金属薄膜淀积工艺、厚胶光刻工艺、厚金属层电镀工艺等实现硅通孔的互联，此通孔带有显著的电阻特性，可以用来补偿其所互联器件的电阻特性。
一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，包括如下步骤：
如图2所示为简单结构衬底剖视图，由图可知，步骤(一)、采用圆柱形状的高阻硅01作为衬底材料，高阻硅01晶向不限，高阻硅01厚度不限；在高阻硅01的上底面和下底面进行氧化，制备电隔离层02；其中，高阻硅01的电阻率不小于4000Ωcm；电隔离层02厚度为1.8-2.2μm。
如图3所示为完成互联硅通孔的简单结构剖视图，由图可知，步骤(二)、在电隔离层02上刻蚀硅通孔03；硅通孔03为圆形通孔，直径为200μm。
如图4所示为完成金属种子层的简单结构剖视图，由图可知，步骤(三)、在高阻硅01上表面电隔离层02上表面淀积金属薄膜，形成种子层04；种子层04的厚度与后续工艺中的去种子层工艺相关联，会影响硅通孔电阻值的初步设定值。淀积金属薄膜种子层04的方法为：采用钛材料或金材料对形成硅通孔03的电隔离层02上表面进行溅射；形成金属薄膜种子层04的厚度为0.05～0.2μm。
步骤(四)、利用MEMS厚胶光刻工艺，将带有矩形通孔的光刻胶作为模版，在金属薄膜种子层04上表面铺好光刻胶，在金属薄膜种子层04上形成互联硅通孔信号输入/输出端图形的光刻胶模版。
如图5所示为完成信号输入/输出端的简单结构剖视图，由图可知，步骤(五)、在光刻胶通孔露出的金属薄膜种子层04上表面进行电镀；电镀材料采用金材料。金属薄膜种子层04沿光刻胶通孔自然生长出互联硅通孔信号输入/输出端05；将光刻胶及光刻胶下表面覆盖的金属薄膜种子层04去除；
如图6所示为形成整体地层互联的简单结构剖视图，由图可知，步骤(六)、在高阻硅01下表面电隔离层02的下表面淀积金属薄膜，形成地层互联层07；金属薄膜采用钛材料或金材料。
步骤(七)、对硅通孔03的内壁进行电镀，电镀材料采用金材料；镀金层厚度大于2.5μm；在调制互联硅通孔电阻特性的电镀工艺时，需要采用利用蓝膜或UV膜将不需电镀表面粘贴保护起来，以隔绝电镀液对其的影响。硅通孔03的内壁自然生长出互联硅通孔金属06，硅通孔03内壁自然生长的互联硅通孔金属06厚度为4-5μm。实现将互联硅通孔信号输入/输出端05和地层互联层07连通。
如图7所示为电阻可调的互联硅通孔的整个圆片示意图，由图可知，步骤(八)、对高阻硅01沿预先设定的划片道102进行划片，分隔出互联硅通孔芯片101。互联硅通孔芯片101为矩形结构；长为9-11mm；宽为2.5-3.5mm；相邻两个互联硅通孔芯片101的间距，即划片道102的宽度为100μm。沿着划片道102利用机械或激光切割即可形成所设计的芯片。
本发明通过在硅衬底上，利用MEMS技术实现硅通孔的制作并利用电镀工艺来控制通孔电阻的阻值，将电阻特性附加于互联通孔中，有利于后续电路所需的电阻匹配问题，避免了附加电阻的使用。此方法工艺简单，能够满足惠斯通电桥桥臂电阻的补偿需求，降低了电阻匹配难度，实现了更好的工艺集成。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(一)、采用圆柱形状的高阻硅(01)作为衬底材料，在高阻硅(01)的上底面和下底面进行氧化，制备电隔离层(02)；
步骤(二)、在电隔离层(02)上刻蚀硅通孔(03)；
步骤(三)、在高阻硅(01)上表面电隔离层(02)上表面淀积金属薄膜，形成种子层(04)；
步骤(四)、将带有矩形通孔的光刻胶作为模版，在金属薄膜种子层(04)上表面铺好光刻胶；
步骤(五)、在光刻胶通孔露出的金属薄膜种子层(04)上表面进行电镀；金属薄膜种子层(04)沿光刻胶通孔自然生长出互联硅通孔信号输入/输出端(05)；将光刻胶及光刻胶下表面覆盖的金属薄膜种子层(04)去除；
步骤(六)、在高阻硅(01)下表面电隔离层(02)的下表面淀积金属薄膜，形成地层互联层(07)；
步骤(七)、对硅通孔(03)的内壁进行电镀，硅通孔(03)的内壁自然生长出互联硅通孔金属(06)，实现将互联硅通孔信号输入/输出端(05)和地层互联层(07)连通；
步骤(八)、对高阻硅(01)沿预先设定的划片道(102)进行划片，分隔出互联硅通孔芯片(101)。
2.根据权利要求1所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(一)中，高阻硅(01)的电阻率不小于4000Ωcm；电隔离层(02)厚度为1.8-2.2μm。
3.根据权利要求2所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(二)中，硅通孔(03)为圆形通孔，直径为200μm。
4.根据权利要求3所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(三)中，淀积金属薄膜种子层(04)的方法为：采用钛材料或金材料对形成硅通孔(03)的电隔离层(02)上表面进行溅射；形成金属薄膜种子层(04)的厚度为0.05～0.2μm。
5.根据权利要求4所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(五)中，对露出的金属薄膜种子层(04)上表面进行电镀时，电镀材料采用金材料。
6.根据权利要求5所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(六)中，所述金属薄膜采用钛材料或金材料。
7.根据权利要求6所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(七)中，对硅通孔(03)的内壁进行电镀时，电镀材料采用金材料。
8.根据权利要求7所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(七)中，硅通孔(03)内壁自然生长的互联硅通孔金属(06)厚度为4-5μm。
9.根据权利要求8所述的一种电阻可调的互联硅通孔的制作方法，其特征在于：所述步骤(八)中，互联硅通孔芯片(101)为矩形结构；长为9-11mm；宽为2.5-3.5mm；相邻两个互联硅通孔芯片(101)的间距，即划片道(102)的宽度为100μm。
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