CN110854065A - 一种高深宽比tsv硅通孔的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在硅晶片上进行刻孔；步骤2、减薄硅晶片；步骤3、分别从通孔的正反两面进行沉积；步骤4、分别从通孔的正反两面进行金属填充。该高深宽比TSV硅通孔的制备方法，与现有技术将比，在硅晶片上制备通孔后，直接进行减薄处理，然后，从正反两面进行后续的工艺处理，在保证TSV通孔填充的金属均匀的前提下，不仅效率更高，而且能够提高TSV通孔的深宽比，提高线路集成密度，具有更好的填充质量，有利于提高电子器件的集成密度。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，具体涉一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法。
背景技术
随着系统集成芯片的规模越来越大，三维集成技术可有效的减小微系统产品的水平方向占据的电路板面积，同时减小了互连线长度，降低了信号延迟，使得系统具有小尺寸、高性能、低功耗的优点。
TSV(through silicon via)技术是穿透硅通孔技术的缩写，一般简称硅通孔技术，是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种技术解决方案。TSV技术具有小体积、高密度、高集成度、互连延时小等优点，可以替代基于金属腔体或者低温共烧陶瓷LTCC (LowTemperature Cofired Ceramic)的传统混合集成模块，极大地缩小模块的体积，减少重量，是当前射频系统集成化、小型化发展的主流方向。
后通孔( Via last )技术是硅通孔技术中成本较低的方案。主要的工艺步骤包括芯片背面减薄，硅刻蚀，硅背面和侧壁绝缘层制备，焊垫介质层开口，金属填充，植球等工艺。但半导体工业发展一直在追求保证可靠性的前提下，降低成本。后通孔技术也需要进一步降低成本。
目前，主要通过降低3D纵向叠加的高度，并降低TSV所需的孔深，为TSV制造技术的应用减少障碍，降低成本。从降低成本角度看，后通孔( Via last )技术的深孔物理气相沉积，电镀，背面再布线是主要的成本构成。此外，后通孔( Via last )技术形成的硅通孔结构通常是部分填充方式，孔底和焊垫连接部分较薄，容易造成分层、断裂等问题，且无介质层填充保护会导致金属的氧化，腐蚀以及应力造成的失效。
制备通孔时,大的深宽比意味着可以提高电子器件的集成密度,但是,大的深宽比同样会使得填充铜时出现困难,难以填充到通孔的底部,并且填充的区域越深也越容易出现填充不均匀。
发明内容
本发明提供了一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在硅晶片上进行刻孔；
步骤2、减薄硅晶片；
步骤3、分别从通孔的正反两面进行沉积；
步骤4、分别从通孔的正反两面进行金属填充。
所述步骤1、在硅晶片上进行刻孔，采用激光刻蚀法或者深反粒子刻蚀法。
所述步骤2、减薄硅晶片是对晶片进行CMP研磨。
所述步骤3、分别从通孔的正反两面进行沉积，具体过程是，首先，分别从通孔的正反两面沉积绝缘层，然后再从通孔的正反两面沉积阻挡层，最后，再从通孔的正反两面沉积种子层。
所述分别从通孔的正反两面进行金属填充是采用电镀法进行。
所述绝缘层采用的材料为二氧化硅或氮化硅。
所述阻挡层为是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机聚合物。
所述种子层为金属铜。
本发明的有益效果：本发明提供的这种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，与现有技术将比，在硅晶片上制备通孔后，直接进行减薄处理，然后，从正反两面进行后续的工艺处理，在保证TSV通孔填充的金属均匀的前提下，不仅效率更高，而且能够提高TSV通孔的深宽比，提高线路集成密度，具有更好的填充质量，有利于提高电子器件的集成密度。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是TSV硅通孔的结构示意图一。
图2是TSV硅通孔的结构示意图二。
图3是TSV硅通孔的结构示意图三。
图4是TSV硅通孔的结构示意图四。
图5是TSV硅通孔的结构示意图五。
图中：1、硅晶片；2、刻孔；3、绝缘层；4、阻挡层；5、铜。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本实施例提供了一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在硅晶片上进行刻孔；
步骤2、减薄硅晶片；
步骤3、分别从通孔的正反两面进行沉积；
步骤4、分别从通孔的正反两面进行金属填充。
进一步的，在制备TSV硅通孔之前，首先要准备硅晶片1，硅晶片1所采用的硅材料的掺杂浓度为1015～1018cm-3，厚度为50～200μm，并且在硅晶片上制备刻孔2，采用激光刻蚀法或者深反粒子刻蚀法，如图1所示。
进一步的，所述深反应性离子刻蚀工艺可是Bosch 深反应性离子刻蚀（BoschDeep Reactive Ion Etching，Bosch DRIE）工艺；具体包括：首先在半导体硅晶片1形成图案化的光刻胶层（未示出）；以光刻胶层为掩膜，交替地引入刻蚀性气体和保护性气体，从而交替地对硅晶片1进行蚀刻，以及对蚀刻后形成的侧壁进行保护，直至形成预定尺寸的刻孔2；去除所述光刻胶层。
进一步的，如图2所示，所述步骤2、减薄硅晶片是对晶片进行CMP研磨，去除刻孔2底部的硅晶片部分，从而在硅晶片1上形成通孔，这样，就可以为下述的正反两面分别或者同时进行镀膜以及填充金属提供便利。
进一步的，如图3、图4所示，所述步骤3、分别从通孔的正反两面进行沉积，具体过程是，首先，分别从通孔的正反两面沉积绝缘层3，然后再从通孔的正反两面沉积阻挡层4，最后，再从通孔的正反两面沉积种子层。
进一步的，绝缘层3、阻挡层4可以采用电子化学气相沉积法；电子束蒸发法蒸发高熔点材料，比一般电阻加热蒸发热效率高、束流密度大、蒸发速度快，制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可以较准确地控制，可以广泛应用于制备高纯薄膜和导电玻璃等各种光学材料薄膜。
进一步的，种子层可以根据使用的材料选择不同的方法，若填充的为导电金属，可以采用电子束蒸发镀法进行，如果填充的是氧化物导电化合物可以采用电子化学气相沉积法或者电子束蒸发镀法进行。
进一步的，所述分别从通孔的正反两面进行金属填充是采用电子束蒸发镀法进行；电子束蒸发法是真空蒸发镀膜的一种，是在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发材料，使蒸发材料气化并向基板输运，在基底上凝结形成薄膜的方法。在电子束加热装置中，被加热的物质放置于水冷的坩埚中，可避免蒸发材料与坩埚壁发生反应影响薄膜的质量，因此，电子束蒸发沉积法可以制备高纯薄膜，同时在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚，实现同时或分别蒸发，沉积多种不同的物质。
进一步的，所述绝缘层3采用的材料为二氧化硅或氮化硅。
进一步的，所述阻挡层4为是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机聚合物。
进一步的，当使用铜作为填充材料的时候，所述种子层优先的选择为金属材料铜5；种子层的材料构成一般与所要填充在通孔内的材料相同，也可以使用其他材料。
综上所述，该高深宽比TSV硅通孔的制备方法，与现有技术将比，在硅晶片上制备通孔后，直接进行减薄处理，然后，从正反两面进行后续的工艺处理，在保证TSV通孔填充的金属均匀的前提下，不仅效率更高，而且能够提高TSV通孔的深宽比，提高线路集成密度，具有更好的填充质量，有利于提高电子器件的集成密度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在硅晶片上进行刻孔；
步骤2、减薄硅晶片；
步骤3、分别从通孔的正反两面进行沉积；
步骤4、分别从通孔的正反两面进行金属填充。
2.如权利要求1所述的一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于：所述步骤1、在硅晶片上进行刻孔，采用激光刻蚀法或者深反粒子刻蚀法。
3.如权利要求1所述的一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于：所述步骤2、减薄硅晶片是对晶片进行CMP研磨。
4.如权利要求1所述的一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于：所述步骤3、分别从通孔的正反两面进行沉积，具体过程是，首先，分别从通孔的正反两面沉积绝缘层，然后再从通孔的正反两面沉积阻挡层，最后，再从通孔的正反两面沉积种子层。
5.如权利要求1所述的一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于：所述分别从通孔的正反两面进行金属填充是采用电镀法进行。
6.如权利要求4所述的一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于：所述绝缘层采用的材料为二氧化硅或氮化硅。
7.如权利要求4所述的一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于：所述阻挡层为是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机聚合物。
8.如权利要求4所述的一种高深宽比TSV硅通孔的制备方法，其特征在于：所述种子层为金属铜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200228 |