CN111816567B - 一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其中包括如下步骤：晶圆上表面处理、沉积薄膜、一次polyimide厚膜涂布、蚀刻、镀Cu seed层、翻转、研磨、缓坡(阶梯)蚀刻、去除研磨胶带膜、晶圆下表面处理、二次polyimide厚膜涂布、一次涂布光阻、二次涂布光阻、注铜、除polyimide厚膜、除Cu seed层、放置晶圆、切割。本发明双面polyimide制程结合双面厚膜Cu ECP制程可提供超薄晶圆结合双面Cu散热片(柱)，达到制程可行性及成本上的明显巨大优越性；正面polyimide不仅提供元件的完美保护也形成制作结合成为完美的边缘支撑及应力缓冲，使超薄晶圆制作的可行性，量产性及良率皆大幅提升。解决了现有技术中双面厚膜铜散热片或柱结合超薄晶圆制作上难度大，实际操作过程复杂的问题。
Description
技术领域
本发明属于电镀通散热领域，具体涉及一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法。
背景技术
现有技术中双面厚膜铜散热片或柱结合超薄晶圆制作上难度极大，主要困难在超薄晶圆无法承受制程操作中的机械动作以及厚铜金属膜的巨大应力作用。采用玻璃载板技术，虽能克服超薄片的机械限制，但必须在载板背面打开窗口，去除adhesive黏着层的阻隔，才能进行双面涂布、曝光、显影、电镀、蚀刻等制程。
本专利发明采用正反面polyimide厚膜制作成网格或区域均匀平布在正反面以达成强度支撑及应力缓冲的作用，并且结合厚膜电镀铜制程，在正反面皆有安全支撑、缓冲的结构中完成双面涂布、曝光、显影、电镀，去除及蚀刻等完整的制程整合以达成双面厚膜铜与超薄晶圆结合的低电阻，高效散热元件结构。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法。解决了现有技术中双面厚膜铜散热片或柱结合超薄晶圆制作上难度大，实际操作过程复杂的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，包括如下步骤：
S1：晶圆上表面处理
对晶圆上表面进行离子植入、黄光工艺处理，并制作金属触点；
S2：沉积薄膜
使用PEVCD在晶圆上表面沉积SiO2和Si3N4薄膜；
S3：一次polyimide厚膜涂布
在SiO2和Si3N4薄膜上涂布一层polyimide厚膜，并以Mask曝光在金属触点上打开一个面积小于金属触点面积的金属触点窗口；
S4：蚀刻
以金属触点窗口的边界为Mask，使用Dryetch(RIE或plasmaetch)蚀刻掉金属触点窗口内的polyimide厚膜和SiO2和Si3N4薄膜；
S5：镀Cuseed层
将蚀刻后的晶圆用水清洗后，进行加热，完成polyimide厚膜的进一步固化，然后在polyimide厚膜表面、沿金属触点窗口蚀刻的polyimide厚膜和SiO2和Si3N4薄膜内壁以及金属触点上镀上Cuseed层；
S6：翻转
将晶圆上下翻转，并将晶圆上表面贴附在研磨胶带膜上；
S7：研磨
对晶圆1下表面进行打磨；
S8：缓坡(阶梯)蚀刻
采用湿蚀刻加上环状气环或边缘喷洒保护方法，将晶圆的下表面边缘蚀刻成缓坡状或者阶梯状；
S9：去除研磨胶带膜
将与晶圆上表面粘附的研磨胶带膜去除；
S10：晶圆下表面处理
对晶圆下表面进行离子植入、黄光工艺处理，然后在其下表面蒸镀上Cuseed层；
S11：二次polyimide厚膜涂布
在晶圆下表面的Cuseed层上涂布polyimide厚膜；
S12：一次涂布光阻
在晶圆下表面上的polyimide厚膜上涂布光阻，接着将polyimide厚膜蚀刻掉；
S13：二次涂布光阻
将晶圆上下翻转，并在晶圆上表面的polyimide厚膜上涂布光阻，然后对其进行Mask曝光、显影、烘烤加工；
S14：注铜
在晶圆的上下两个表面的光阻之间分别注入铜，待冷却成铜件后，将上下表面的光阻蚀刻掉；
S15：除polyimide厚膜
将晶圆下表面上剩余的polyimide厚膜蚀刻掉；
S16：除Cuseed层
将晶圆上下翻转后将其上下表面的Cuseed层蚀刻掉；
S17：放置晶圆
将晶圆上表面向下放置于切割膜框上；
S18：切割
沿铜件下表面铜件的侧边进行裁剪。
所述SiO2和Si3N4薄膜的沉积厚度为0.5—1.5um。
所述S3涂布的polyimide厚膜厚度大于10um。
所述S5晶圆的加热环境为350℃-400℃，加热时间大于30min。
所述Cuseed层为钛、镍、铜三层，钛层在最下端与polyimide厚膜表面、polyimide厚膜和SiO2和Si3N4薄膜内壁以及金属触点贴合，镍层置于钛层和铜层之间，铜层置于最上端。
所述S7晶圆下表面打磨后厚度控制在200-300um。
所述S8晶圆下表面边缘蚀刻厚度为5-8mm缓坡状或阶梯状，中央Si厚度减薄到50—150um。
所述S11涂布的polyimide厚膜厚度大于20um。
本发明的有益效果：
1、本发明双面polyimide制程结合双面厚膜CuECP制程可提供超薄晶圆结合双面Cu散热片(柱)，达到制程可行性及成本上的明显巨大优越性；
2、本发明正面polyimide不仅提供元件的完美保护也形成制作结合成为完美的边缘支撑及应力缓冲，使超薄晶圆制作的可行性，量产性及良率皆大幅提升；
3、本发明以厚膜Cu做Mask,蚀刻切割道底部的Metalstack，再以DiamondSaw或plasmaetching切除薄Si在切割道的部份，同时解决背面Cu厚膜整片应力过高的挑战且克服超薄晶圆切割的难题；
4、本发明相比传统玻璃载板键合及背面开窗的双面电镀工艺，是达成超薄晶圆双面厚膜Cu电镀的较低成本的解决方法及结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的晶圆上表面处理结构示意图；
图2是本发明实施例的沉积薄膜结构示意图；
图3是本发明实施例的一次polyimide厚膜涂布结构示意图；
图4是本发明实施例的蚀刻结构示意图；
图5是本发明实施例的镀Cuseed层结构示意图；
图6是图5的A处放大结构示意图；
图7是本发明实施例的翻转结构示意图；
图8是本发明实施例的研磨结构示意图；
图9是本发明实施例的缓坡(阶梯)蚀刻结构示意图；
图10是本发明实施例的去除研磨胶带膜结构示意图；
图11是本发明实施例的晶圆下表面处理结构示意图；
图12是图11的B处放大结构示意图；
图13是本发明实施例的二次polyimide厚膜涂布结构示意图；
图14是本发明实施例的一次涂布光阻结构示意图；
图15是本发明实施例的二次涂布光阻结构示意图；
图16是本发明实施例的注铜结构示意图；
图17是本发明实施例的除polyimide厚膜结构示意图；
图18是本发明实施例的除Cuseed层结构示意图；
图19是本发明实施例的放置晶圆结构示意图；
图20是本发明实施例的切割结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，包括如下步骤：
S1：晶圆上表面处理
对晶圆1上表面进行离子植入、黄光工艺处理，并制作金属触点2，如图1所示，其中晶圆1厚度为700um；
S2：沉积薄膜
使用PEVCD在晶圆1上表面沉积SiO2和Si3N4薄膜3，如图2所示，其中薄膜厚度为0.5um；
S3：一次polyimide厚膜涂布
在SiO2和Si3N4薄膜3上涂布一层polyimide厚膜4，并以Mask曝光在金属触点2上打开一个面积小于金属触点2面积的金属触点窗口5，如图3所示，其中polyimide厚膜4厚度为10um，带显影后烘烤固化polyimide厚膜4；
S4：蚀刻
以金属触点窗口5的边界为Mask，使用Dryetch(RIE或plasmaetch)蚀刻掉金属触点窗口5内的polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3，如图4所示；
S5：镀Cuseed层
将蚀刻后的晶圆1用水清洗后，在350℃环境下加热30min，完成polyimide厚膜4的进一步固化，然后在polyimide厚膜4表面、沿金属触点窗口5蚀刻的polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3内壁以及金属触点2上镀上Cuseed层6，如图5、图6所示，其中Cuseed层6为钛、镍、铜三层，钛层在最下端与polyimide厚膜4表面、polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3内壁以及金属触点2贴合，镍层置于钛层和铜层之间，铜层置于最上端；
S6：翻转
将晶圆1上下翻转，并将晶圆1上表面贴附在研磨胶带膜7上，如图7所示；
S7：研磨
对晶圆1下表面进行打磨，将其厚度由700um打磨至200um，如图8所示；
S8：缓坡(阶梯)蚀刻
采用湿蚀刻加上环状气环或边缘喷洒保护方法，将晶圆1的下表面边缘蚀刻成5mm缓坡状，且使得中央Si厚度减薄到50um，如图9所示；
S9：去除研磨胶带膜
将与晶圆1上表面粘附的研磨胶带膜7去除，如图10所示；
S10：晶圆下表面处理
对晶圆1下表面进行离子植入、黄光工艺处理，然后在其下表面蒸镀上Cuseed层6，如图11、图12所示；
S11：二次polyimide厚膜涂布
在晶圆1下表面的Cuseed层6上涂布polyimide厚膜4，如图13所示，其中polyimide厚膜4厚度为20um；
S12：一次涂布光阻
在晶圆1下表面上的polyimide厚膜4上涂布光阻8，接着将polyimide厚膜4蚀刻掉，如图14所示；
S13：二次涂布光阻
将晶圆1上下翻转，并在晶圆1上表面的polyimide厚膜4上涂布光阻8，然后对其进行Mask曝光、显影、烘烤加工，如图15所示；
S14：注铜
在晶圆1的上下两个表面的光阻8之间分别注入铜，待冷却成铜件9后，将上下表面的光阻8蚀刻掉，如图16所示；
S15：除polyimide厚膜
将晶圆1下表面上剩余的polyimide厚膜4蚀刻掉，如图17所示；
S16：除Cuseed层
将晶圆1上下翻转后将其上下表面的Cuseed层6蚀刻掉，如图18所示；
S17：放置晶圆
将晶圆1上表面向下放置于切割膜框10上，如图19所示；
S18：切割
沿铜件9下表面铜件9的侧边进行裁剪，如图20所示。
实施例2
一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，包括如下步骤：
S1：晶圆上表面处理
对晶圆1上表面进行离子植入、黄光工艺处理，并制作金属触点2，如图1所示，其中晶圆1厚度为700um；
S2：沉积薄膜
使用PEVCD在晶圆1上表面沉积SiO2和Si3N4薄膜3，如图2所示，其中薄膜厚度为1.5um；
S3：一次polyimide厚膜涂布
在SiO2和Si3N4薄膜3上涂布一层polyimide厚膜4，并以Mask曝光在金属触点2上打开一个面积小于金属触点2面积的金属触点窗口5，如图3所示，其中polyimide厚膜4厚度为15um，带显影后烘烤固化polyimide厚膜4；
S4：蚀刻
以金属触点窗口5的边界为Mask，使用Dryetch(RIE或plasmaetch)蚀刻掉金属触点窗口5内的polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3，如图4所示；
S5：镀Cuseed层
将蚀刻后的晶圆1用水清洗后，在400℃环境下加热40min，完成polyimide厚膜4的进一步固化，然后在polyimide厚膜4表面、沿金属触点窗口5蚀刻的polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3内壁以及金属触点2上镀上Cuseed层6，如图5、图6所示，其中Cuseed层6为钛、镍、铜三层，钛层在最下端与polyimide厚膜4表面、polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3内壁以及金属触点2贴合，镍层置于钛层和铜层之间，铜层置于最上端；
S6：翻转
将晶圆1上下翻转，并将晶圆1上表面贴附在研磨胶带膜7上，如图7所示；
S7：研磨
对晶圆1下表面进行打磨，将其厚度由700um打磨至300um，如图8所示；
S8：缓坡(阶梯)蚀刻
采用湿蚀刻加上环状气环或边缘喷洒保护方法，将晶圆1的下表面边缘蚀刻成8mm阶梯状，且使得中央Si厚度减薄到150um，如图9所示；
S9：去除研磨胶带膜
将与晶圆1上表面粘附的研磨胶带膜7去除，如图10所示；
S10：晶圆下表面处理
对晶圆1下表面进行离子植入、黄光工艺处理，然后在其下表面蒸镀上Cuseed层6，如图11、图12所示；
S11：二次polyimide厚膜涂布
在晶圆1下表面的Cuseed层6上涂布polyimide厚膜4，如图13所示，其中polyimide厚膜4厚度为30um；
S12：一次涂布光阻
在晶圆1下表面上的polyimide厚膜4上涂布光阻8，接着将polyimide厚膜4蚀刻掉，如图14所示；
S13：二次涂布光阻
将晶圆1上下翻转，并在晶圆1上表面的polyimide厚膜4上涂布光阻8，然后对其进行Mask曝光、显影、烘烤加工，如图15所示；
S14：注铜
在晶圆1的上下两个表面的光阻8之间分别注入铜，待冷却成铜件9后，将上下表面的光阻8蚀刻掉，如图16所示；
S15：除polyimide厚膜
将晶圆1下表面上剩余的polyimide厚膜4蚀刻掉，如图17所示；
S16：除Cuseed层
将晶圆1上下翻转后将其上下表面的Cuseed层6蚀刻掉，如图18所示；
S17：放置晶圆
将晶圆1上表面向下放置于切割膜框10上，如图19所示；
S18：切割
沿铜件9下表面铜件9的侧边进行裁剪，如图20所示。
实施例3
一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，包括如下步骤：
S1：晶圆上表面处理
对晶圆1上表面进行离子植入、黄光工艺处理，并制作金属触点2，如图1所示，其中晶圆1厚度为700um；
S2：沉积薄膜
使用PEVCD在晶圆1上表面沉积SiO2和Si3N4薄膜3，如图2所示，其中薄膜厚度为1.0um；
S3：一次polyimide厚膜涂布
在SiO2和Si3N4薄膜3上涂布一层polyimide厚膜4，并以Mask曝光在金属触点2上打开一个面积小于金属触点2面积的金属触点窗口5，如图3所示，其中polyimide厚膜4厚度为20um，带显影后烘烤固化polyimide厚膜4；
S4：蚀刻
以金属触点窗口5的边界为Mask，使用Dryetch(RIE或plasmaetch)蚀刻掉金属触点窗口5内的polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3，如图4所示；
S5：镀Cuseed层
将蚀刻后的晶圆1用水清洗后，在375℃环境下加热35min，完成polyimide厚膜4的进一步固化，然后在polyimide厚膜4表面、沿金属触点窗口5蚀刻的polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3内壁以及金属触点2上镀上Cuseed层6，如图5、图6所示，其中Cuseed层6为钛、镍、铜三层，钛层在最下端与polyimide厚膜4表面、polyimide厚膜4和SiO2和Si3N4薄膜3内壁以及金属触点2贴合，镍层置于钛层和铜层之间，铜层置于最上端；
S6：翻转
将晶圆1上下翻转，并将晶圆1上表面贴附在研磨胶带膜7上，如图7所示；
S7：研磨
对晶圆1下表面进行打磨，将其厚度由700um打磨至250um，如图8所示；
S8：缓坡(阶梯)蚀刻
采用湿蚀刻加上环状气环或边缘喷洒保护方法，将晶圆1的下表面边缘蚀刻成6mm缓坡状，且使得中央Si厚度减薄到100um，如图9所示；
S9：去除研磨胶带膜
将与晶圆1上表面粘附的研磨胶带膜7去除，如图10所示；
S10：晶圆下表面处理
对晶圆1下表面进行离子植入、黄光工艺处理，然后在其下表面蒸镀上Cuseed层6，如图11、图12所示；
S11：二次polyimide厚膜涂布
在晶圆1下表面的Cuseed层6上涂布polyimide厚膜4，如图13所示，其中polyimide厚膜4厚度为25um；
S12：一次涂布光阻
在晶圆1下表面上的polyimide厚膜4上涂布光阻8，接着将polyimide厚膜4蚀刻掉，如图14所示；
S13：二次涂布光阻
将晶圆1上下翻转，并在晶圆1上表面的polyimide厚膜4上涂布光阻8，然后对其进行Mask曝光、显影、烘烤加工，如图15所示；
S14：注铜
在晶圆1的上下两个表面的光阻8之间分别注入铜，待冷却成铜件9后，将上下表面的光阻8蚀刻掉，如图16所示；
S15：除polyimide厚膜
将晶圆1下表面上剩余的polyimide厚膜4蚀刻掉，如图17所示；
S16：除Cuseed层
将晶圆1上下翻转后将其上下表面的Cuseed层6蚀刻掉，如图18所示；
S17：放置晶圆
将晶圆1上表面向下放置于切割膜框10上，如图19所示；
S18：切割
沿铜件9下表面铜件9的侧边进行裁剪，如图20所示。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：晶圆上表面处理
对晶圆(1)上表面进行离子植入、黄光工艺处理，并制作金属触点(2)；
S2：沉积薄膜
使用PEVCD在晶圆(1)上表面沉积SiO2和Si3N4薄膜(3)；
S3：一次polyimide厚膜涂布
在SiO2和Si3N4薄膜(3)上涂布一层polyimide厚膜(4)，并以Mask曝光在金属触点(2)上打开一个面积小于金属触点(2)面积的金属触点窗口(5)；
S4：蚀刻
以金属触点窗口(5)的边界为Mask，使用Dry etch(RIE或plasma etch)蚀刻掉金属触点窗口(5)内的polyimide厚膜(4)和SiO2和Si3N4薄膜(3)；
S5：镀Cu seed层
将蚀刻后的晶圆(1)用水清洗后，进行加热，完成polyimide厚膜(4)的进一步固化，然后在polyimide厚膜(4)表面、沿金属触点窗口(5)蚀刻的polyimide厚膜(4)和SiO2和Si3N4薄膜(3)内壁以及金属触点(2)上镀上Cu seed层(6)；
S6：翻转
将晶圆(1)上下翻转，并将晶圆(1)上表面贴附在研磨胶带膜(7)上；
S7：研磨
对晶圆1下表面进行打磨；
S8：缓坡(阶梯)蚀刻
采用湿蚀刻加上环状气环或边缘喷洒保护方法，将晶圆(1)的下表面边缘蚀刻成缓坡状或者阶梯状；
S9：去除研磨胶带膜
将与晶圆(1)上表面粘附的研磨胶带膜(7)去除；
S10：晶圆下表面处理
对晶圆(1)下表面进行离子植入、黄光工艺处理，然后在其下表面蒸镀上Cu seed层(6)；
S11：二次polyimide厚膜涂布
在晶圆(1)下表面的Cu seed层(6)上涂布polyimide厚膜(4)；
S12：一次涂布光阻
在晶圆(1)下表面上的polyimide厚膜(4)上涂布光阻(8)，接着将polyimide厚膜(4)蚀刻掉；
S13：二次涂布光阻
将晶圆(1)上下翻转，并在晶圆(1)上表面的polyimide厚膜(4)上涂布光阻(8)，然后对其进行Mask曝光、显影、烘烤加工；
S14：注铜
在晶圆(1)的上下两个表面的光阻(8)之间分别注入铜，待冷却成铜件(9)后，将上下表面的光阻(8)蚀刻掉；
S15：除polyimide厚膜
将晶圆(1)下表面上剩余的polyimide厚膜(4)蚀刻掉；
S16：除Cu seed层
将晶圆(1)上下翻转后将其上下表面的Cu seed层(6)蚀刻掉；
S17：放置晶圆
将晶圆(1)上表面向下放置于切割膜框(10)上；
S18：切割
沿铜件(9)下表面铜件(9)的侧边进行裁剪。
2.根据权利要求1所述的一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，所述SiO2和Si3N4薄膜(3)的沉积厚度为0.5—1.5um。
3.根据权利要求1所述的一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，所述S3涂布的polyimide厚膜(4)厚度大于10um。
4.根据权利要求1所述的一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，所述S5晶圆(1)的加热环境为350℃-400℃，加热时间大于30min。
5.根据权利要求1所述的一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，所述Cuseed层(6)为钛、镍、铜三层，钛层在最下端与polyimide厚膜(4)表面、polyimide厚膜(4)和SiO2和Si3N4薄膜(3)内壁以及金属触点(2)贴合，镍层置于钛层和铜层之间，铜层置于最上端。
6.根据权利要求1所述的一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，所述S7晶圆(1)下表面打磨后厚度控制在200-300um。
7.根据权利要求1所述的一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，所述S8晶圆(1)下表面边缘蚀刻厚度为5-8mm缓坡状或阶梯状，中央Si厚度减薄到50—150um。
8.根据权利要求1所述的一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法，其特征在于，所述S11涂布的polyimide厚膜(4)厚度大于20um。
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