CN112864026B - 激光结合hf湿刻蚀加工tgv通孔的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺,包括A、利用激光在玻璃晶圆上预设小孔;B、将玻璃晶圆放入装有HF溶液的容器,将容器放入超声设备中,开启超声设备,利用HF溶液将玻璃晶圆上的小孔腐蚀至需要的直径;C、取出玻璃晶圆,用去离子水清洗干净;D、检测玻璃通孔的孔径和通透性。通过激光诱导作用,可采用HF溶液刻蚀出孔径小于或等于50μm的圆孔,效率高,且通孔内壁光滑,锥度小,通孔密度可大于2500个/cm2,可有效减小玻璃晶圆的尺寸。

Description

激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺
技术领域
本发明涉及,尤其是一种激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺。
背景技术
转接板(Interposer)是三维集成微系统中高密度互联和集成无源元件的载体,是实现三维集成的核心材料。目前数字电路(如DRAM、逻辑芯片)的三维集成普遍应用的是以硅为转接板的通孔技术(Through-Silicon Via,TSV)。然而,对于高频应用,要求转接板材料必须具有低介电损耗和低介电常数,以减少基板的射频功率耗散、增加自谐振频率。但是,由于硅是一种半导体材料,TSV周围的载流子在电场或磁场作用下可以自由移动,对邻近的电路或信号产生影响,降低芯片高频性能。此外,也因为硅的半导体特性,TSV还需要在通孔内制作电隔离层、扩散阻挡层、种子层以及无空隙的铜填充,不仅工艺复杂,而且寄生电容明显,往往难以满足三维集成射频微系统的性能要求。玻璃材料没有自由移动的电荷,介电性能优良,以玻璃替代硅材料的玻璃通孔技术(Through Glass Via,TGV)可以避免TSV的高频损耗问题。此外,TGV技术可以省去铜填充前的前阻挡层和氧化覆膜层制作;同时显著减小镀铜层与基板之间的过孔电容,降低过孔有源和无源电路之间的电磁干扰。这样不仅大幅提高射频微系统的性能、减小体积,而且可大幅降低工艺复杂度和加工成本。因此,对射频微系统而言,玻璃是最合适的转接板材料,而TGV则是理想的射频微系统三维集成解决方案。
TGV技术已有许多在玻璃中成孔的方法,包括机械方法(钻孔、喷砂)、化学方法(湿法、等离子刻蚀)以及激光刻蚀方法等。但是,相对于TSV技术的成熟,由于玻璃性能的特殊性,TGV技术面临的关键问题是难以制作高深宽比的玻璃通孔或沟槽。目前普遍采用的激光打孔TGV孔径大、崩边、侧壁粗糙、倾斜,并且由于是单点操作,在制作数量巨大的通孔时其成本将非常高。例如,基于激光来实现基片的通孔加工,最小孔径约为150μm,最小的孔间距约为50μm,如果要实现良好的隔离传输,按25个阵列孔的射频端口进行设计,则每个传输孔阵列单元的尺寸将达到2mm×2mm以上。总之,目前TGV技术在集成度、实现可接受的侧壁粗糙度、深宽比、可靠性以及总体成本和效率方面还有不少问题,远未成熟。申请号为202010693932.4的发明申请公开了一种飞秒激光结合HF湿蚀刻加工TGV的工艺,需要反复翻面减薄,效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺,解决TGV孔径大,侧壁粗糙,打孔效率低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺,所述工艺由以下步骤构成:
A、利用激光在玻璃晶圆上预设小孔;
B、将玻璃晶圆放入装有HF溶液的容器,所述HF溶液的质量浓度为8%至15%,所述HF溶液的温度为20℃到40℃;将容器放入超声设备中,开启超声设备,所述超声设备发出的超声波频率为40KHZ,在60-120min的腐蚀时间,利用HF溶液将玻璃晶圆上的小孔腐蚀至需要的直径;
C、取出玻璃晶圆,用去离子水清洗干净;
D、检测玻璃通孔的孔径和通透性;
所述工艺能够在120min的腐蚀时间内在玻璃晶圆上得到孔密度大于等于2500个/cm2的通孔,且通孔的孔径大小均匀,通孔内壁光滑、锥度小。
进一步地,步骤C中,清洗在超声设备中进行。
进一步地,步骤D中,利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
本发明的有益效果是:通过激光诱导作用,可采用HF溶液刻蚀出孔径小于或等于50μm的圆孔,效率高,且通孔内壁光滑,锥度小,通孔密度可大于2500个/cm2,可有效减小玻璃晶圆的尺寸。
附图说明
图1是在玻璃晶圆上预设小孔后的示意图;
图2是实施例一制得的TGV表面示意图;
图3是实施例一制得的TGV剖视示意图;
图4是实施例二制得的TGV表面示意图;
图5是实施例三制得的TGV表面示意图;
图6是对比例一制得的TGV表面示意图;
图7是对比例一制得的TGV剖视示意图;
图8是对比例二制得的TGV表面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺,包括以下步骤:
A、利用激光在玻璃晶圆上预设小孔,小孔的直径远小于玻璃通孔的设计直径,如图1所示。
B、将玻璃晶圆放入装有HF溶液的容器,所述HF溶液的质量浓度为8%至15%,所述HF溶液的温度为20℃到40℃;将容器放入超声设备中,开启超声设备,所述超声设备发出的超声波频率为40KHZ,在60-120min的腐蚀时间,利用HF溶液将玻璃晶圆上的小孔腐蚀至需要的直径。
HF溶液对小孔进行腐蚀,使得小孔的直径逐渐增加,腐蚀的同时通过超声设备发出超声波,使得HF溶液对小孔的腐蚀更加均匀,从而使得玻璃通孔的孔壁光滑,锥度较小。
采用质量浓度为8%至15%的HF溶液,兼顾腐蚀效率的同时确保通孔质量。
C、腐蚀完成后,取出玻璃晶圆,先用去离子水清洗干净,再将玻璃晶圆放入去离子水中,并将去离子水放入超声设备中,利用超声波将玻璃通孔内的杂质洗掉。
D、检测玻璃通孔的孔径和通透性,具体可利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
实施例一
利用激光在玻璃晶圆上预设小孔。
准备一个容器,配质量浓度为9%的HF溶液,控制HF溶液的温度在20℃到40℃,将设有小孔的玻璃晶圆放入HF溶液,并将容器放入超声设备中,启动超声设备,发出40KHZ的超声波,腐蚀120min后取出玻璃晶圆。
利用去离子水清洗玻璃晶圆,并将玻璃晶圆放入装有去离子水的容器中,将容器放入超声设备中,利用超声波去除通孔中的杂质。
利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
实施例二
利用激光在玻璃晶圆上预设小孔。
准备一个容器,配质量浓度为12%的HF溶液,控制HF溶液的温度在20℃到40℃,将设有小孔的玻璃晶圆放入HF溶液,并将容器放入超声设备中,启动超声设备,发出40KHZ的超声波,腐蚀90min后取出玻璃晶圆。
利用去离子水清洗玻璃晶圆,并将玻璃晶圆放入装有去离子水的容器中,将容器放入超声设备中,利用超声波去除通孔中的杂质。
利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
实施例三
利用激光在玻璃晶圆上预设小孔。
准备一个容器,配质量浓度为15%的HF溶液,控制HF溶液的温度在20℃到40℃,将设有小孔的玻璃晶圆放入HF溶液,并将容器放入超声设备中,启动超声设备,发出40KHZ的超声波,腐蚀70min后取出玻璃晶圆。
利用去离子水清洗玻璃晶圆,并将玻璃晶圆放入装有去离子水的容器中,将容器放入超声设备中,利用超声波去除通孔中的杂质。
利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
对比例一
利用激光在玻璃晶圆上预设小孔。
准备一个容器,配质量浓度为50%的HF溶液,控制HF溶液的温度在20℃到40℃,将设有小孔的玻璃晶圆放入HF溶液,并将容器放入超声设备中,启动超声设备,发出40KHZ的超声波,腐蚀60min后取出玻璃晶圆。
利用去离子水清洗玻璃晶圆,并将玻璃晶圆放入装有去离子水的容器中,将容器放入超声设备中,利用超声波去除通孔中的杂质。
利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
对比例二
利用激光在玻璃晶圆上预设小孔。
准备一个容器,配质量浓度为5%的HF溶液,控制HF溶液的温度在20℃到40℃,将设有小孔的玻璃晶圆放入HF溶液,并将容器放入超声设备中,启动超声设备,发出40KHZ的超声波,腐蚀180min后取出玻璃晶圆。
利用去离子水清洗玻璃晶圆,并将玻璃晶圆放入装有去离子水的容器中,将容器放入超声设备中,利用超声波去除通孔中的杂质。
利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
上述实施例一至三和对比例一至二中,预设小孔的直径相同。
实施例一中,大概腐蚀120分钟后孔径达到50μm,玻璃晶圆的表面示意图如图2所示,剖视示意图如图3所示。
实施例二中,大概腐蚀90分钟后孔径达到50μm,玻璃晶圆的表面示意图如图4所示。
实施例三中,大概腐蚀70分钟后孔径达到50μm,玻璃晶圆的表面示意图如图5所示。
对比例一中,大概腐蚀60分钟后孔径达到50μm,玻璃晶圆的表面示意图如图6所示,剖视示意图如图7所示。
对比例二中,大概腐蚀180分钟后孔径达到50μm,玻璃晶圆的表面示意图如图8所示。
可以看出,实施例一至三得到的玻璃通孔内壁光滑,锥度小,各个通孔的大小均匀,满足要求。而对比例一种,孔壁大多有裂纹,孔的形状不规则,孔径不统一,难以满足要求。对比例二中,孔径大小不一致,不符合要求,且腐蚀的时间过长,效率低下。
综上,本发明能够加工孔径和锥度可控,孔径均匀的玻璃通孔,打孔效率显著提高,且孔密度大于等于2500个/cm2,极大地提升了孔的密度,有利于减小玻璃晶圆的尺寸。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺,其特征在于,所述工艺由以下步骤构成:
A、利用激光在玻璃晶圆上预设小孔;
B、将玻璃晶圆放入装有HF溶液的容器,所述HF溶液的质量浓度为8%至15%,所述HF溶液的温度为20℃到40℃;将容器放入超声设备中,开启超声设备,所述超声设备发出的超声波频率为40KHZ,在60-120min的腐蚀时间,利用HF溶液将玻璃晶圆上的小孔腐蚀至需要的直径;
C、取出玻璃晶圆,用去离子水清洗干净;
D、检测玻璃通孔的孔径和通透性;
所述工艺能够在120min的腐蚀时间内在玻璃晶圆上得到孔密度大于等于2500个/cm2的通孔,且通孔的孔径大小均匀,通孔内壁光滑、锥度小。
2.如权利要求1所述的激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺,其特征在于,步骤C中,清洗在超声设备中进行。
3.如权利要求1所述的激光结合HF湿刻蚀加工TGV通孔的工艺,其特征在于,步骤D中,利用光学显微镜nikon-MM-400L将孔放大50到500倍观察孔径的大小和通透性。
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