CN112018031A - 一种基于铜纳米粒子填充SiC通孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于铜纳米粒子填充SiC通孔的方法，是以含铜纳米粒子的浆料作为SiC通孔的填充材料。本发明的工艺方法简单易行，不需要额外的复杂工艺，所用铜纳米粒子可以在低温条件下实现很好的烧结效果，且导电性好、耐高温。
Description
技术领域
本发明属于微电子封装工艺领域，具体涉及一种基于铜纳米粒子填充SiC通孔的方法。
背景技术
近年来，MEMS器件正朝着高集成度、微型化、多功能、低功耗等方向发展，对传统的封装方式提出了新的挑战。将不同功能的多个平面器件层进行堆叠，然后通过刻蚀技术制作垂直互连的通孔，实现不同芯片间的电互连。这种3D封装工艺的出现，能够大大减小芯片间互连引线长度、降低引线的寄生效应、提高信号的传输速率以及实现最小化互连线的延迟和功耗。SiC作为继Si和GaAs材料之后的第三代半导体材料的典型代表之一，用其制作的半导体功率器件具有工作温度高、应用频率高、输出功率大、增益高等优点，因此可以采用SiC取代Si作为通孔制作基片。SiC通孔制作一般包括通孔的制作、绝缘层/阻挡层/种子层的沉积、通孔的填充、铜化学机械研磨、晶圆减薄以及晶圆键合等。其中，SiC通孔的制作、绝缘层的沉积以及通孔的填充是SiC通孔工艺中最为关键的三项技术。通常利用ICP刻蚀技术，通过钝化和刻蚀交替的过程，完成SiC通孔的制作，完成后的通孔具有高深宽比结构、光滑均匀且侧壁呈垂直或较小的锥度等优点。为实现通孔内导电的互连，多采用通孔内电镀铜或钨以及生长多晶硅等方法。
在SiC通孔的制备过程中，填孔工序是关键工序，其填充质量直接影响着传输特性、热特性、集成特性，是研究中的重点。目前，因Cu电阻率较小，进而成为SiC通孔填充材料首选。但通常情况下Cu的填充工艺涉及溅射、电镀等步骤，填充过程较为繁琐。
随着纳米技术的发展，研究人员发现纳米材料具有一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料的特殊物理或化学特性，例如力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。铜纳米粒子具有导电性好、耐高温等优点，且SiC制作的功率器件具有工作温度高、应用频率高的优点，若以铜纳米粒子作为SiC通孔的填充材料，以实现半导体芯片的垂直连接，具有重要的研究意义。
发明内容
为解决电镀Cu作为SiC通孔的填充材料所存在的填充过程繁琐问题，本发明的目的在于提供一种基于铜纳米粒子填充SiC通孔的方法，目的在于降低填充过程的复杂度，并且使其在后续键合工艺过程中，在低温条件下就可以实现很好的烧结效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于铜纳米粒子填充SiC通孔的方法，其是以含铜纳米粒子的浆料作为SiC通孔的填充材料。
进一步地，所述浆料的配制方法为：将铜纳米粒子浸入甲酸溶液中并超声分散均匀，再置于真空干燥箱内蒸发剩余甲酸，获得甲酸处理后铜纳米粒子；将异丙醇胺、丁醇、甲醇按质量比1:1:1混合并搅拌均匀，获得混合液；按照甲酸处理后铜纳米粒子与混合液的质量比为2:3，将所述甲酸处理后铜纳米粒子加入到所述混合液中，超声分散均匀，即获得含铜纳米粒子的浆料。
进一步地，所述铜纳米粒子的尺寸为10-30nm。
进一步地，本发明基于铜纳米粒子填充SiC通孔的方法，包括以下步骤：
(1)利用ICP刻蚀技术在SiC基片正面形成盲孔；
(2)在SiC基片正面及所述盲孔的内壁上沉积一层SiO2保护层；
(3)在SiC基片正面的外围区域涂抹光刻胶，使得SiC基片正面的中间位置形成一个方形区域，且所述盲孔位于方形区域内；
(4)在SiC基片的正面反复填充含铜纳米粒子的浆料，保证盲孔内填充满浆料，且在盲孔上方、SiC基片正面形成所需厚度的浆料层；
(5)去除光刻胶，即在SiC基片正面的方形区域内形成铜纳米粒子浆料焊盘；
(6)对SiC基片背面进行研磨、抛光处理，使得其露出填充有铜纳米粒子浆料的盲孔，随后进行清洗并烘干；
在背面非盲孔区域沉积SiO2保护层，并在SiC基片背面的外围区域涂抹光刻胶，使得SiC基片背面中间位置形成一个与步骤(3)尺寸相同、位置对应的方形区域；然后在SiC基片背面反复填充含铜纳米粒子的浆料，使得SiC基片背面形成所需厚度的铜纳米粒子浆料层；随后去除外围光刻胶，即在SiC背面的方形区域内形成铜纳米粒子浆料焊盘，完成SiC通孔的填充。
进一步地，步骤(1)中，所述盲孔的孔径为10～70μm、深度为50～200μm。
进一步地，步骤(4)与步骤(6)所述填充含铜纳米粒子的浆料的方法为：将SiC基片放在烧杯中，在基片表面滴上数滴含铜纳米粒子的浆料，然后将烧杯放入超声清洗机中超声振荡30min，最后将基片取出并放在160℃的干燥箱中干燥15min。
与已有工艺相比，本发明的有益效果体现在：
本发明采用含铜纳米粒子的浆料作为SiC通孔的填充材料，与现有工艺相比省略了Cu的溅射、电镀等繁琐过程，使得工艺流程简单、容易实现。同时，与现有填充材料相比，铜纳米粒子因其所具有的小尺寸效应，可以在低温条件下实现很好的烧结效果，适用于低温键合工艺，且铜纳米粒子导电性好、耐高温，具有高度的产业利用价值。总之，本发明的工艺方法简单易行，不需要额外的复杂工艺，能满足高温条件下导电器件的需求，是对现有技术的一个突破。
附图说明
图1为本发明基于铜纳米粒子填充SiC通孔的流程图，图中标号：1为SiC基片；2为盲孔；3为SiO2保护层；4为光刻胶；5为含铜纳米粒子的浆料。
具体实施方式
下面，结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于铜纳米粒子浆料填充SiC通孔的方法，具体包括以下步骤：
(1)利用ICP刻蚀技术在SiC基片正面中间位置形成孔径为70μm、深度为100μm的盲孔，刻蚀后的结构如图1(a)所示；
其中，ICP刻蚀技术为SiC刻蚀常用技术手段，大体流程为：先在SiC基片表面形成盲孔图案，随后周期性交替通入刻蚀气体SF6/O2，从而得到具有高宽深比的通孔。使用SF6/O2刻蚀SiC主要是F和Si原子的反应，刻蚀产物主要是SiF4，比SiCl4和CCl4更易挥发，且由于刻蚀气体中加入了O2，使得C原子和O结合生成CO和CO2等易挥发物。
(2)在SiC基片正面及盲孔的内壁上沉积一层SiO2保护层，沉积后的结构如图1(b)所示。
(3)在SiC基片正面的外围区域涂抹光刻胶，使得SiC基片正面的中间位置形成一个正方形区域，且盲孔位于正方形区域内，涂抹后的结构如图1(c)所示。
(4)在SiC基片正面反复填充含铜纳米粒子的浆料，保证盲孔内填满浆料，且在盲孔上方、SiC基片正面形成所需厚度的浆料层，如图1(d)所示。
(5)去除光刻胶(使用丙酮清洗去胶)，即在SiC基片正面的正方形区域内形成铜纳米粒子浆料焊盘，如图1(e)所示。
(6)对SiC基片背面进行研磨、抛光处理，使得其露出填充有铜纳米粒子浆料的盲孔，随后进行清洗并烘干；
在背面非盲孔区域沉积SiO2保护层，并在SiC基片背面的外围区域涂抹光刻胶，使得SiC基片背面中间位置形成一个与步骤(3)尺寸相同、位置对应的方形区域；然后在SiC基片背面反复填充含铜纳米粒子的浆料，使得SiC基片背面形成所需厚度的铜纳米粒子浆料层；随后去除外围光刻胶，即在SiC背面的方形区域内形成铜纳米粒子浆料焊盘，完成SiC通孔的填充，如图1(f)所示。
具体的，浆料的配置方法为：将尺寸为10-30nm的铜纳米粒子浸入甲酸溶液中并超声分散均匀，再置于真空干燥箱内蒸发剩余甲酸，获得甲酸处理后铜纳米粒子；将异丙醇胺、丁醇、甲醇按质量比1:1:1混合并搅拌均匀，获得混合液；按照甲酸处理后铜纳米粒子与混合液的质量比为2:3，将甲酸处理后铜纳米粒子加入到混合液中，超声分散均匀，即获得含铜纳米粒子的浆料。
具体的，步骤(4)与步骤(6)填充浆料的方法为：将SiC基片放在烧杯中，在基片表面滴上数滴含铜纳米粒子的浆料，然后将烧杯放入超声清洗机中超声振荡30min，最后将基片取出并放在160℃的干燥箱中干燥15min。
Claims (6)
1.一种基于铜纳米粒子填充SiC通孔的方法，其特征在于：是以含铜纳米粒子的浆料作为SiC通孔的填充材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料的配制方法为：
将铜纳米粒子浸入甲酸溶液中并超声分散均匀，再置于真空干燥箱内蒸发剩余甲酸，获得甲酸处理后铜纳米粒子；
将异丙醇胺、丁醇、甲醇按质量比1:1:1混合并搅拌均匀，获得混合液；按照甲酸处理后铜纳米粒子与混合液的质量比为2:3，将所述甲酸处理后铜纳米粒子加入到所述混合液中，超声分散均匀，即获得含铜纳米粒子的浆料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铜纳米粒子的尺寸为10-30nm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用ICP刻蚀技术在SiC基片正面形成盲孔；
(2)在SiC基片正面及所述盲孔的内壁上沉积一层SiO2保护层；
(3)在SiC基片正面的外围区域涂抹光刻胶，使得SiC基片正面的中间位置形成一个方形区域，且所述盲孔位于方形区域内；
(4)在SiC基片的正面反复填充含铜纳米粒子的浆料，保证盲孔内填满浆料，且在盲孔上方、SiC基片正面形成所需厚度的浆料层；
(5)去除光刻胶，即在SiC基片正面的方形区域内形成铜纳米粒子浆料焊盘；
(6)对SiC基片背面进行研磨、抛光处理，使得其露出填充有铜纳米粒子浆料的盲孔，随后进行清洗并烘干；
在背面非盲孔区域沉积SiO2保护层，并在SiC基片背面的外围区域涂抹光刻胶，使得SiC基片背面中间位置形成一个与步骤(3)尺寸相同、位置对应的方形区域；然后在SiC基片背面反复填充含铜纳米粒子的浆料，使得SiC基片背面形成所需厚度的铜纳米粒子浆料层；随后去除外围光刻胶，即在SiC背面的方形区域内形成铜纳米粒子浆料焊盘，完成SiC通孔的填充。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述盲孔的孔径为10～70μm、深度为50～200μm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(4)与步骤(6)所述填充含铜纳米粒子的浆料的方法为：将SiC基片放在烧杯中，在基片表面滴上数滴含铜纳米粒子的浆料，然后将烧杯放入超声清洗机中超声振荡30min，最后将基片取出并放在160℃的干燥箱中干燥15min。
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- 2020-09-09 CN CN202010942887.1A patent/CN112018031B/zh active Active
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