專利名稱：微機電系統(tǒng)芯片穿透硅通孔封裝技術(shù)的制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶圓級微機電系統(tǒng)芯片穿透硅通孔封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在晶圓級微機電系統(tǒng)(英文簡稱MEMS)芯片穿透硅通孔(英文簡稱TSV)封裝技 術(shù)中，在金屬線路表面及側(cè)壁，球柵陣列(英文簡稱BGA)焊墊側(cè)壁和BGA焊墊上表面涂覆 鎳層和金層.是通過電化學(xué)方法采用氰化合物材料在鎳金屬層上涂覆金金屬層，其中涂覆 的鎳層及金層，用作金屬線路的保護層和BGA焊墊的保護層和可焊層。該保護層和可焊層 中的金在后續(xù)流程的回流焊時，由于金層很薄，在高溫接觸的一瞬間，金迅速與錫形成“界 面合金共化物”(如AuSn、AuSn2, AuSn3等)而熔入錫中。故所形成的焊點，實際上是著落 在鎳表面上，并形成良好的Ni-Sn合金共化物Ni3Sn4，而表現(xiàn)固著強度(BGA)焊接是發(fā)生在 鎳面上，金層只是為了保護鎳面，防止其鈍化(氧化)。若金層太厚，會使進入焊錫的金量增 多，一旦超過3%，焊點將變脆性反而降低其粘接強度；在所述封裝技術(shù)中，線路及BGA焊墊的浸金過程是一種置換反應(yīng)，反應(yīng)持續(xù)進行 直到金完全覆蓋化學(xué)鍍鎳層為止。金層阻止鎳層被氧化，保證鎳層良好的可焊性。在浸金 過程中，鍍金層表面狀態(tài)如孔隙率、表面缺陷等均對鍍層可焊性影響較大。由于傳統(tǒng)置換 鍍金層孔隙率較高，與鎳基體附著力差，因而鍍層的焊接性能差。此外，鎳基體在置換鍍金 過程中的過度腐蝕，是導(dǎo)致可焊性差的重要原因之一，有可能導(dǎo)致后續(xù)元件的焊接失效，即 通常稱為“黑盤”、“黑墊”問題，給生產(chǎn)廠、供應(yīng)商等帶來較大的損失。金是一種昂貴的金屬，成本高，所用的氰化物溶液劇毒，對人體損害大，環(huán)境污染 嚴(yán)重，不易處理，氰化合物對環(huán)境及人體造成危害是公認的事實。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種微機電系統(tǒng)芯片穿透硅通孔封裝技術(shù)的制作 工藝，可提高芯片的可焊性，有效降低制備成本，且利于環(huán)保。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種微機電系統(tǒng)芯片穿透硅通孔封裝技術(shù)的制作工藝，以晶圓的集成電路(英文 簡稱IC)面為晶圓正面，按下述工藝步驟進行①.前制程在玻璃一面形成與晶圓正面的IC相匹配的高分子樹脂類光刻膠面， 通過鍵合機將所述玻璃的光刻膠面與晶圓正面鍵合在一起；②.晶圓減薄對晶圓從背面研磨減薄至設(shè)定尺寸厚度，再對晶圓背面進行等離 子蝕刻以去除研磨時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；③.曝光顯影在晶圓背面涂覆光刻膠后烘烤，按設(shè)計對晶圓背面的光刻膠曝光 后顯影，將晶圓背面需要蝕刻的地方上涂覆的光刻膠顯影掉；④.晶圓蝕刻將晶圓放入等離子蝕刻機，將晶圓背面需要蝕刻的地方蝕刻掉而 形成溝槽，不需要蝕刻的地方由于表面涂覆有光刻膠保護而不會被蝕刻掉，該溝槽將晶圓正面部分的導(dǎo)電塊暴露出來；⑤.涂覆絕緣層采用電泳的方式在晶圓背面涂覆高分子聚合材料，形成絕緣層 后進行烘烤；⑥.激光鉆孔通過激光擊穿處于晶圓溝槽處的絕緣層和導(dǎo)電塊，使擊穿部位的 導(dǎo)電塊從絕緣層中暴露出來；⑦.濺鍍鋁將鋁濺鍍在整個晶圓背面形成一層導(dǎo)電鋁層，使步驟⑥后露出的導(dǎo) 電塊與導(dǎo)電鋁層相連通，從而晶圓內(nèi)部IC的導(dǎo)電塊通過濺鍍鋁的方式連通引導(dǎo)到晶圓背⑧.曝光顯影通過電泳的方式在導(dǎo)電鋁層的表面涂覆一層光刻膠，按設(shè)計對光 刻膠曝光顯影后形成需要的線路和球柵陣列(BGA)焊墊的圖形，圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面 的光刻膠被顯影掉，從而露出圖形部分的導(dǎo)電鋁層；⑨.化學(xué)鍍前處理將晶圓浸入前處理液中，該前處理液成份為高濃度硅溶膠 NS-35 (此為業(yè)內(nèi)專有名稱術(shù)語，故此不再詳述)，使圖形部分的導(dǎo)電鋁層在后序的化學(xué)鍍 鋅時有一個良好的結(jié)合表面；⑩.二次化學(xué)鍍鋅在露出的圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面均勻電鍍一層鋅，用硝酸 剝蝕及清洗后再次電鍍一層鋅，從而在導(dǎo)電鋁層表面形成一定厚度的鋅層，由于一次鍍鋅 達不到良好結(jié)合力的效果，一般使用二次鍍鋅方式，在鋁與后序的鎳層之間起到良好過渡 層的作用；Q).堿性化學(xué)鍍鎳在堿性環(huán)境下在鋅層表面鍍上一層鎳，從而在鋅層表面形成堿 性鍍鎳層；酸性化學(xué)鍍鎳在酸性環(huán)境下在堿性鍍鎳層表面形成酸性鍍鎳層，化學(xué)鍍鎳具 有良好的深鍍均鍍能力，鍍層結(jié)構(gòu)致密可以起到對鍍層保護的作用，在堿性鍍鎳層上進行 酸性化學(xué)鍍鎳，鍍層均勻性及結(jié)合力較好； .電鍍鎳在酸性鍍鎳層表面電鍍形成一定厚度的電鍍鎳層，由于化學(xué)鍍鎳的鍍 層厚度受限，通過電鍍鎳方式使鎳鍍層達到一定厚度，同時鍍層更加致密，結(jié)合力更好；O.電鍍純錫在電鍍鎳層表面電鍍形成一定厚度的純錫層，起到保護鎳金屬層不 被氧化的目的；去光刻膠步驟⑧后圖形部分的導(dǎo)電鋁層通過步驟⑨ 后已被鋅、鎳和純 錫鍍層覆蓋，通過甲酸將非圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面的光刻膠去除掉，露出非圖形部分的 導(dǎo)電鋁層； .鋁層蝕刻將晶圓放入一定濃度的氫氧化鈉溶液中，非圖形部分的導(dǎo)電鋁層被 去除，露出圖形部分的導(dǎo)電鋁層的側(cè)面，鎳與氫氧化鈉溶液不發(fā)生反映，圖形部分的各金屬 層被保留下來；化學(xué)鍍前處理將晶圓浸入前處理液中，該前處理液成份為高濃度硅溶膠 NS-35，使圖形部分的導(dǎo)電鋁層在后序的化學(xué)鍍鋅時有一個良好的結(jié)合表面；⑩.化學(xué)鍍錫在露出的圖形部分的導(dǎo)電鋁層側(cè)面均勻電鍍形成錫層，防止導(dǎo)電鋁 層側(cè)面氧化；防焊層涂布及曝光顯影通過旋轉(zhuǎn)的方式在純錫層和錫層的表面涂覆一層防 焊油墨，并通過曝光顯影方式將非線路部分的防焊油墨顯影掉，從而將線路覆蓋保護，將BGA焊墊暴露出來；球柵陣列成型將無鉛錫膏涂在鋼網(wǎng)上，通過刮刀印刷的方式將鋼網(wǎng)上的無鉛 錫膏印在球柵陣列焊墊處，用回流焊方式將錫膏熔融成錫球成型；后續(xù)切割測試包裝將晶圓按設(shè)計切割后測試并真空包裝。本發(fā)明的有益效果是采用電鍍和化學(xué)鍍工藝，利用無氰化合物材料在金屬線路 和BGA焊墊的鎳金屬層上涂覆錫金屬層來取代用氰化合物材料而涂覆的金層，并作為保護 層和可焊層，由于鎳金屬層的隔離保護，可以有效減少錫晶須的發(fā)生，線路及BGA焊墊表面 為錫層，具有優(yōu)良的可焊性，既節(jié)約成本，又利于環(huán)保。
具體實施例方式實施例一種微機電系統(tǒng)芯片穿透硅通孔封裝技術(shù)的制作工藝，以晶圓的集成電 路(IC)面為晶圓正面，按下述工藝步驟進行①.前制程在玻璃一面形成與晶圓正面的IC相匹配的高分子樹脂類光刻膠面， 通過鍵合機將所述玻璃的光刻膠面與晶圓正面鍵合在一起；②.晶圓減薄對晶圓從背面研磨減薄至設(shè)定尺寸厚度，再對晶圓背面進行等離 子蝕刻以去除研磨時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；③.曝光顯影在晶圓背面涂覆光刻膠后烘烤，按設(shè)計對晶圓背面的光刻膠曝光 后顯影，將晶圓背面需要蝕刻的地方上涂覆的光刻膠顯影掉；④.晶圓蝕刻將晶圓放入等離子蝕刻機，將晶圓背面需要蝕刻的地方蝕刻掉而 形成溝槽，不需要蝕刻的地方由于表面涂覆有光刻膠保護而不會被蝕刻掉，該溝槽將晶圓 正面部分的導(dǎo)電塊暴露出來；⑤.涂覆絕緣層采用電泳的方式在晶圓背面涂覆高分子聚合材料，形成絕緣層 后進行烘烤；⑥.激光鉆孔通過激光擊穿處于晶圓溝槽處的絕緣層和導(dǎo)電塊，使擊穿部位的 導(dǎo)電塊從絕緣層中暴露出來；⑦.濺鍍鋁將鋁濺鍍在整個晶圓背面形成一層導(dǎo)電鋁層，使步驟⑥后露出的導(dǎo) 電塊與導(dǎo)電鋁層相連通，從而晶圓內(nèi)部IC的導(dǎo)電塊通過濺鍍鋁的方式連通引導(dǎo)到晶圓背 面；⑧.曝光顯影通過電泳的方式在導(dǎo)電鋁層的表面涂覆一層光刻膠，按設(shè)計對光 刻膠曝光顯影后形成需要的線路和球柵陣列(BGA)焊墊的圖形，圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面 的光刻膠被顯影掉，從而露出圖形部分的導(dǎo)電鋁層；⑨.化學(xué)鍍前處理將晶圓浸入前處理液中，該前處理液成份為高濃度硅溶膠 NS-35 (此為業(yè)內(nèi)專有名稱術(shù)語，故此不再詳述)，使圖形部分的導(dǎo)電鋁層在后序的化學(xué)鍍 鋅時有一個良好的結(jié)合表面；⑩.二次化學(xué)鍍鋅在露出的圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面均勻電鍍一層鋅，用硝酸 剝蝕及清洗后再次電鍍一層鋅，從而在導(dǎo)電鋁層表面形成一定厚度的鋅層，由于一次鍍鋅 達不到良好結(jié)合力的效果，一般使用二次鍍鋅方式，在鋁與后序的鎳層之間起到良好過渡 層的作用；CD.堿性化學(xué)鍍鎳在堿性環(huán)境下在鋅層表面鍍上一層鎳，從而在鋅層表面形成堿性鍍鎳層； .酸性化學(xué)鍍鎳在酸性環(huán)境下在堿性鍍鎳層表面形成酸性鍍鎳層，化學(xué)鍍鎳具 有良好的深鍍均鍍能力，鍍層結(jié)構(gòu)致密可以起到對鍍層保護的作用，在堿性鍍鎳層上進行 酸性化學(xué)鍍鎳，鍍層均勻性及結(jié)合力較好；電鍍鎳在酸性鍍鎳層表面電鍍形成一定厚度的電鍍鎳層，由于化學(xué)鍍鎳的鍍 層厚度受限，通過電鍍鎳方式使鎳鍍層達到一定厚度，同時鍍層更加致密，結(jié)合力更好；O.電鍍純錫在電鍍鎳層表面電鍍形成一定厚度的純錫層，起到保護鎳金屬層不 被氧化的目的；去光刻膠步驟⑧后圖形部分的導(dǎo)電鋁層通過步驟⑨ Θ,后已被鋅、鎳和純 錫鍍層覆蓋，通過甲酸將非圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面的光刻膠去除掉，露出非圖形部分的 導(dǎo)電鋁層；鋁層蝕刻將晶圓放入一定濃度的氫氧化鈉溶液中，非圖形部分的導(dǎo)電鋁層被 去除，露出圖形部分的導(dǎo)電鋁層的側(cè)面，鎳與氫氧化鈉溶液不發(fā)生反映，圖形部分的各金屬 層被保留下來；化學(xué)鍍前處理將晶圓浸入前處理液中，該前處理液成份為高濃度硅溶膠 NS-35，使圖形部分的導(dǎo)電鋁層在后序的化學(xué)鍍鋅時有一個良好的結(jié)合表面；⑩.化學(xué)鍍錫在露出的圖形部分的導(dǎo)電鋁層側(cè)面均勻電鍍形成錫層，防止導(dǎo)電鋁 層側(cè)面氧化；Θ.防焊層涂布及曝光顯影通過旋轉(zhuǎn)的方式在純錫層和錫層的表面涂覆一層防 焊油墨，并通過曝光顯影方式將非線路部分的防焊油墨顯影掉，從而將線路覆蓋保護，將 BGA焊墊暴露出來；球柵陣列成型將無鉛錫膏涂在鋼網(wǎng)上，通過刮刀印刷的方式將鋼網(wǎng)上的無鉛 錫膏印在球柵陣列焊墊處，用回流焊方式將錫膏熔融成錫球成型；后續(xù)切割測試包裝將晶圓按設(shè)計切割后測試并真空包裝。
權(quán)利要求
一種微機電系統(tǒng)芯片穿透硅通孔封裝技術(shù)的制作工藝，其特征是以晶圓的集成電路面為晶圓正面，按下述工藝步驟進行①.前制程在玻璃一面形成與晶圓正面的集成電路相匹配的高分子樹脂類光刻膠面，通過鍵合機將所述玻璃的光刻膠面與晶圓正面鍵合在一起；②.晶圓減薄對晶圓從背面研磨減薄至設(shè)定尺寸厚度，再對晶圓背面進行等離子蝕刻；③.曝光顯影在晶圓背面涂覆光刻膠后烘烤，按設(shè)計對晶圓背面的光刻膠曝光后顯影，將晶圓背面需要蝕刻的地方上涂覆的光刻膠顯影掉；④.晶圓蝕刻將晶圓放入等離子蝕刻機，將晶圓背面需要蝕刻的地方蝕刻掉而形成溝槽，該溝槽將晶圓正面部分的導(dǎo)電塊暴露出來；⑤.涂覆絕緣層采用電泳的方式在晶圓背面涂覆高分子聚合材料，形成絕緣層后進行烘烤；⑥.激光鉆孔通過激光擊穿處于晶圓溝槽處的絕緣層和導(dǎo)電塊，使擊穿部位的導(dǎo)電塊從絕緣層中暴露出來；⑦.濺鍍鋁將鋁濺鍍在整個晶圓背面形成一層導(dǎo)電鋁層，使步驟⑥后露出的導(dǎo)電塊與導(dǎo)電鋁層相連通；⑧.曝光顯影通過電泳的方式在導(dǎo)電鋁層的表面涂覆一層光刻膠，按設(shè)計對光刻膠曝光顯影后形成需要的線路和球柵陣列焊墊的圖形，圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面的光刻膠被顯影掉，從而露出圖形部分的導(dǎo)電鋁層；⑨.化學(xué)鍍前處理將晶圓浸入前處理液中，該前處理液成份為高濃度硅溶膠NS-35；⑩.二次化學(xué)鍍鋅在露出的圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面均勻電鍍一層鋅，用硝酸剝蝕及清洗后再次電鍍一層鋅，從而在導(dǎo)電鋁層表面形成一定厚度的鋅層；堿性化學(xué)鍍鎳在堿性環(huán)境下在鋅層表面鍍上一層鎳，從而在鋅層表面形成堿性鍍鎳層；酸性化學(xué)鍍鎳在酸性環(huán)境下在堿性鍍鎳層表面形成酸性鍍鎳層；電鍍鎳在酸性鍍鎳層表面電鍍形成一定厚度的電鍍鎳層；電鍍純錫在電鍍鎳層表面電鍍形成一定厚度的純錫層；去光刻膠通過甲酸將非圖形部分的導(dǎo)電鋁層表面的光刻膠去除掉；鋁層蝕刻將晶圓放入一定濃度的氫氧化鈉溶液中，非圖形部分的導(dǎo)電鋁層被去除，露出圖形部分的導(dǎo)電鋁層的側(cè)面；化學(xué)鍍前處理將晶圓浸入前處理液中，該前處理液成份為高濃度硅溶膠NS-35；化學(xué)鍍錫在露出的圖形部分的導(dǎo)電鋁層側(cè)面均勻電鍍形成錫層；防焊層涂布及曝光顯影通過旋轉(zhuǎn)的方式在純錫層和錫層的表面涂覆一層防焊油墨，并通過曝光顯影方式將非線路部分的防焊油墨顯影掉；球柵陣列成型將無鉛錫膏涂在鋼網(wǎng)上，通過刮刀印刷的方式將鋼網(wǎng)上的無鉛錫膏印在球柵陣列焊墊處，用回流焊方式將錫膏熔融成錫球成型；后續(xù)切割測試包裝將晶圓按設(shè)計切割后測試并真空包裝。F2009100315212C0000021.tif,F2009100315212C0000022.tif,F2009100315212C0000023.tif,F2009100315212C0000024.tif,F2009100315212C0000025.tif,F2009100315212C0000026.tif,F2009100315212C0000027.tif,F2009100315212C0000028.tif,F2009100315212C0000029.tif,F2009100315212C0000031.tif,F2009100315212C0000032.tif
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微機電系統(tǒng)芯片穿透硅通孔封裝技術(shù)的制作工藝，采用電鍍和化學(xué)鍍工藝，利用無氰化合物材料在金屬線路和BGA焊墊的鎳金屬層上涂覆錫金屬層來取代用氰化合物材料而涂覆的金層，并作為保護層和可焊層，由于鎳金屬層的隔離保護，可以有效減少錫晶須的發(fā)生，線路及BGA焊墊表面為錫層，具有優(yōu)良的可焊性，既節(jié)約成本，又利于環(huán)保。
文檔編號B81C1/00GK101870447SQ20091003152
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者陳闖 申請人:昆山西鈦微電子科技有限公司