CN113174620B - 一种镀液流速加强型tsv金属柱的电镀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法。本发明的电镀方法包括以下步骤：在基材上形成通孔，在基材的表面制作钝化层，并在钝化层上形成种子层；制作辅助载具，并在所述辅助载具表面对应制作焊接点，然后在载具表面制作微流道槽；把所述辅助载具与基材结合成为复合片，把复合片放置在电镀机中电镀，电镀液通过喷射方式向基材表面喷射液体；电镀完成后基材的两面及通孔内均形成金属层，对去除辅助载后的转接板进行双面抛光，得到带有TSV金属柱的转接板。本发明用通孔工艺代替原来的盲孔工艺，在基材的表面形成种子层以实现深TSV通孔的导电，通过背面吸药液的方式，加快TSV孔内的药液更换，实现深孔的侧壁电镀。

Description

一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法。
背景技术
毫米波射频技术在半导体行业发展迅速，其在高速数据通信、汽车雷达、机载导弹跟踪系统以及空间光谱检测和成像等领域都得到广泛应用，预计2018年市场达到11亿美元，成为新兴产业。新的应用对产品的电气性能、紧凑结构和系统可靠性提出了新的要求，对于无线发射和接收系统，目前还不能集成到同一颗芯片上（SOC），因此需要把不同的芯片包括射频单元、滤波器、功率放大器等集成到一个独立的系统中实现发射和接收信号的功能。
但是射频芯片需要在转接板的底部做接地互联，因此需要在转接板上挖空腔才能把射频芯片以及辅助芯片嵌进转接板，有些芯片厚度较大，则对转接板的厚度也有较高的要求，但是转接板往往受限于TSV技术的深度，不能做的太厚，这样就极大的限制了射频模组的应用范围。而导致TSV不能做的太深的原因则主要是深孔TSV底部是盲孔结构，药液很难进入，且电镀时很难进行药水的交换，不利于电镀的进行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法。本发明用通孔工艺代替原来的盲孔工艺，在基材的双面形成种子层以实现深TSV通孔的导电，然后通过在基材表面临时焊接模具的方式为基材TSV孔提供空腔区域，通过背面吸药液的方式，加快TSV孔内的药液更换，这样能够实现深孔的侧壁电镀。
为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，包括以下步骤：
步骤S1，在基材的一面制作TSV盲孔，减薄所述基材的另一面使TSV盲孔底部露出形成通孔，在所述基材的表面制作钝化层，并在所述钝化层上形成种子层；
步骤S2，制作辅助载具，参照基材上所述通孔的分布情况，在所述辅助载具表面对应制作焊接点，然后通过刻蚀或者腐蚀工艺在载具表面制作微流道槽；
步骤S3，通过焊接或者粘接的方式把所述辅助载具与基材结合成为复合片，把复合片放置在电镀机中电镀，电镀液通过喷射方式向基材表面喷射液体；
步骤S4，电镀完成后，所述基材的上下表面及通孔侧壁均形成有金属层，去除辅助载具得到转接板，对所述转接板进行双面抛光，得到带有TSV金属柱的厚度不小于300 μm的转接板。
进一步地，所述TSV盲孔通过光刻刻蚀工艺形成在所述基材表面，孔直径为10-100μm，孔深度为300-1000 μm，并且孔深度与孔直径的比值不小于10。
进一步地，所述钝化层为氧化硅层、氮化硅层或热氧化层，厚度为0.01-100 μm。
进一步地，所述种子层通过物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺形成在所述钝化层上。
进一步地，所述种子层是一层或多层，采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡和镍中的一种或多种制成，厚度为0.001-100 μm。
进一步地，所述基材和/或辅助载具采用晶圆，300 μm <基材厚度≤2000 μm。
进一步地，所述基材和/或辅助载具采用无机材料或有机材料，300 μm <基材厚度≤2000 μm。
进一步地，所述无机材料为玻璃、石英、碳化硅或氧化铝，所述有机材料为环氧树脂或聚氨酯。
进一步地，所述微流道槽通过刻蚀或腐蚀工艺形成在所述辅助载具表面，槽深度为10-500 μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法用通孔工艺代替原来的盲孔工艺，在基材的双面形成种子层以实现深TSV通孔的导电，然后通过在基材表面临时焊接模具的方式为基材TSV孔提供空腔区域，通过背面吸药液的方式，加快TSV孔内的药液更换，这样能够实现深孔的侧壁电镀。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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1a是本发明实施例1中刻蚀有TSV盲孔的基材的结构示意图。
图1b是本发明实施例1中形成有通孔的基材的结构示意图。
图1c是本发明实施例1中形成有钝化层的基材的结构示意图。
图1d是本发明实施例1中形成有种子层的基材的结构示意图。
图1e是本发明实施例1中带有焊接点的辅助载具的结构示意图。
图1f是本发明实施例1中带有微流道槽的辅助载具的结构示意图。
图1g是本发明实施例1中复合片电镀时电镀液的流向结构示意图。
图1h是本发明实施例1中电镀后带有金属层的复合片的结构示意图。
图1i是本发明实施例1中去除辅助载具后转接板的结构示意图。
图1j是本发明实施例1中转接板双面抛光后的结构示意图。
附图标记说明：101-基材；102-TSV盲孔；102’-通孔；103-钝化层；104-种子层；105-辅助载具；106-焊接点；107-微流道槽；108-金属层。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明的各实施方式中提到的有关于步骤的标号，仅仅是为了描述的方便，而没有实质上先后顺序的联系。各具体实施方式中的不同步骤，可以进行不同先后顺序的组合，实现本发明的发明目的。
实施例1
一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，包括以下步骤：
步骤S1，在基材101的上表面制作TSV盲孔102，减薄基材101的下表面使TSV盲孔102底部露出形成通孔102’，在基材101的上下表面和通孔102’侧壁制作钝化层103，并在钝化层103制作种子层104；
如图1a所示，通过光刻刻蚀工艺在基材101的上表面制作TSV盲孔102，孔直径为10μm，孔深度为300 μm；
如图1b所示，减薄基材101的下表面使TSV盲孔102底部露出形成通孔102’；
如图1c所示，在基材101的上下表面和通孔102’侧壁沉积氧化硅形成钝化层103，钝化层103的厚度为0.01 μm；
如图1d所示，通过物理溅射工艺在钝化层103上制作种子层104，种子层104的厚度为0.001 μm，种子层104是一层铜；
此步骤的基材为晶圆，采用4寸、6寸、8寸或12寸，本实施例中为8寸，初始厚度为500 μm，也可以采用其他材质，如包括玻璃、石英、碳化硅、氧化铝等在内的无机材料，或者环氧树脂、聚氨酯等有机材料，其主要功能是提供支撑作用。
步骤S2，制作辅助载具105，参照基材通孔102’分布情况，在辅助载具105表面制作焊接点106，然后通过刻蚀或者腐蚀工艺在载具表面制作微流道槽107；
如图1e所示，制作辅助载具105，参照基材通孔102’分布情况，在辅助载具105表面相应制作焊接点106；
此步骤的辅助载具105为晶圆，采用4寸、6寸、8寸或12寸等，具体尺寸与基材相适应，厚度为200 μm，也可以采用其他材质，如包括玻璃、石英、碳化硅、氧化铝在内的无机材料，或者环氧树脂、聚氨酯等有机材料，其主要功能是提供支撑作用。
如图1f所示，通过刻蚀工艺在辅助载具105表面制作微流道槽107，槽深度为10 μm；
步骤S3，如图1g所示，通过焊接的方式把辅助载具105跟基材101结合成为复合片，把复合片放置在电镀机中电镀，电镀液通过喷射方式向基材表面喷射液体，促进孔内镀液的交换，增加深孔电镀能力。
步骤S4，电镀完成后，所述基材101的上下表面及通孔102’侧壁均形成有金属层108，去除辅助载具105得到转接板，对所述转接板进行双面抛光，得到带有TSV金属柱的厚度为300 μm的转接板。
如图1h所示，电镀完成后，在晶圆两面形成有金属层108；
如图1i所示，通过热解方式去除辅助载具105得到转接板；
如图1j所示，对转接板进行双面抛光，得到带有TSV的厚度为300 μm的转接板。
实施例2
一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，包括以下步骤：
步骤S1，在基材101的上表面制作TSV盲孔102，减薄基材101的下表面使TSV盲孔102底部露出形成通孔102’，在基材101的上下表面和通孔102’侧壁制作钝化层103，并在钝化层103制作种子层104；
通过光刻刻蚀工艺在基材101的上表面制作TSV盲孔102，孔直径为50 μm，深度为1000 μm；
减薄基材101的下表面使TSV盲孔102底部露出形成通孔102’；
在基材101的上下表面和通孔102’侧壁沉积氮化硅形成钝化层103，钝化层103的厚度为10 μm；
通过磁控溅射工艺在钝化层103上制作种子层104，种子层厚度为10 μm，其是一层，金属材质是镍；
此步骤的基材为玻璃，厚度为1000 μm，其主要功能是提供支撑作用。
步骤S2，制作辅助载具105，参照基材通孔102’分布情况，在辅助载具105表面制作焊接点106，然后通过刻蚀工艺在载具表面制作微流道槽107；
制作辅助载具105，参照基材通孔102’分布情况，在辅助载具105表面制作焊接点106；
此步骤的辅助载具105为玻璃，初始厚度为1500 μm，其主要功能是提供支撑作用。
通过腐蚀工艺在辅助载具105表面制作微流道槽107，槽深度为200 μm；
步骤S3，通过粘接的方式把辅助载具105跟基材101结合成为复合片，把复合片放置在电镀机中电镀，电镀液通过喷射方式向基材表面喷射液体，促进孔内镀液的交换，增加深孔电镀能力；
步骤S4，电镀完成后，所述基材101的上下表面及通孔102’侧壁均形成有金属层108，通过机械移除方式去除辅助载具105得到转接板，对所述转接板进行双面抛光，得到带有TSV金属柱的厚度为1000 μm的转接板。
实施例3
一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，包括以下步骤：
步骤S1，在基材101的上表面制作TSV盲孔102，减薄基材101的下表面使TSV盲孔102底部露出形成通孔102’，在基材101的上下表面和通孔102’所在的表面制作钝化层103，并在钝化层103制作种子层104；
通过光刻刻蚀工艺在基材101的上表面制作TSV盲孔102，孔直径为100 μm，深度为1000 μm；
减薄基材101的下表面使TSV盲孔102底部露出形成通孔102’；
在基材101的上下表面和通孔102’所在的表面直接热氧化形成钝化层103，钝化层103的厚度为100 μm；
通过蒸镀工艺在钝化层103上制作种子层104，种子层厚度为100 μm，其是三层，从上至下依次为铜、钯、镍；
此步骤的基材为环氧树脂，初始厚度为2000 μm，其主要功能是提供支撑作用；
步骤S2，制作辅助载具105，参照基材通孔102’分布情况，在辅助载具105表面制作焊接点106，然后通过刻蚀工艺在辅助载具105表面制作微流道槽107；
制作辅助载具105，参照基材通孔102’分布情况，在辅助载具105表面制作焊接点106；
此步骤的载具为环氧树脂，厚度为1000 μm，其主要功能是提供支撑作用。
通过刻蚀工艺在载具表面制作微流道槽107，槽深度为500 μm；
步骤S3，通过粘接的方式把辅助载具105跟基材101结合成为复合片，把复合片放置在电镀机中电镀，电镀液通过喷射方式向基材101表面喷射液体，促进孔内镀液的交换，增加深孔电镀能力。
步骤S4，电镀完成后，所述基材101的上下表面及通孔102’侧壁均形成有金属层108，通过机械移除方式去除辅助载具105得到转接板，对所述转接板进行双面抛光，得到带有TSV金属柱的厚度为1000 μm的转接板。
对本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在基材（101）的一面制作TSV盲孔（102），减薄所述基材（101）的另一面使TSV盲孔（102）底部露出形成通孔（102’），在所述基材（101）的表面制作钝化层（103），并在所述钝化层（103）上形成种子层（104）；
步骤S2，制作辅助载具（105），参照基材上所述通孔（102’）的分布情况，在所述辅助载具（105）表面对应制作焊接点（106），然后通过刻蚀或者腐蚀工艺在载具表面制作微流道槽（107）；
步骤S3，通过焊接或者粘接的方式把所述辅助载具（105）与基材（101）结合成为复合片，把复合片放置在电镀机中电镀，电镀液通过喷射方式向基材表面喷射液体；
步骤S4，电镀完成后，所述基材（101）的上下表面及通孔（102’）侧壁均形成有金属层（108），去除辅助载具（105）得到转接板，对所述转接板进行双面抛光，得到带有TSV金属柱的厚度不小于300 μm的转接板。
2.根据权利要求1所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述TSV盲孔（102）通过光刻刻蚀工艺形成在所述基材（101）表面，孔直径为10-100 μm，孔深度为300-1000 μm，并且孔深度与孔直径的比值不小于10。
3.根据权利要求1所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述钝化层（103）为氧化硅层、氮化硅层或热氧化层，厚度为0.01-100 μm。
4.根据权利要求1所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述种子层（104）通过物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺形成在所述钝化层（103）上。
5.根据权利要求1所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述种子层（104）是一层或多层，采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡和镍中的一种或多种制成，厚度为0.001-100 μm。
6.根据权利要求1所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述基材（101）和/或辅助载具（105）采用晶圆，300 μm <基材厚度≤2000 μm。
7.根据权利要求1所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述基材（101）和/或辅助载具（105）采用无机材料或有机材料，300 μm <基材厚度≤2000 μm。
8.根据权利要求7所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述无机材料为玻璃、石英、碳化硅或氧化铝，所述有机材料为环氧树脂或聚氨酯。
9.根据权利要求1所述的镀液流速加强型TSV金属柱的电镀方法，其特征在于，所述微流道槽（107）通过刻蚀或腐蚀工艺形成在所述辅助载具（105）表面，槽深度为10-500 μm。
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