專(zhuān)利名稱(chēng)：具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于芯片封裝技術(shù)中的三維堆疊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板及其制作方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，先進(jìn)的封裝技術(shù)已在IC制造行業(yè)出現(xiàn)，特別是3D封裝首先突破傳統(tǒng)的平面封裝的概念，組裝效率高達(dá)200%以上。在3D封裝技術(shù)中，在單個(gè)封裝體內(nèi)可以堆疊多個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)容量的倍增，業(yè)界稱(chēng)之為疊層式3D封裝。其次，通過(guò)將芯片直接互連，互連線(xiàn)長(zhǎng)度顯著縮短，信號(hào)傳輸?shù)酶烨宜芨蓴_更小。再次，通過(guò)將多個(gè)不同功能芯片堆疊在一起，使單個(gè)封裝體能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能，從而形成系統(tǒng)芯片封裝新思路。另外，采用3D 封裝的芯片還有功耗低、速度快等優(yōu)點(diǎn)，這使電子信息產(chǎn)品的尺寸和重量減小了數(shù)十倍。通過(guò)垂直堆疊芯片建立3D封裝結(jié)構(gòu)，硅通孔(TSV)能夠提供更高的封裝集成度。3D TSV互連可以減小物理尺寸，節(jié)省有用的空間，縮短互連長(zhǎng)度，減小信號(hào)延遲以加快運(yùn)行速度。2008 國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線(xiàn)圖確立的最終目標(biāo)是在單一系統(tǒng)上進(jìn)行異質(zhì)集成，TSV互連在這個(gè)目標(biāo)中扮演著重要角色，它可以提供低成本、可靠的通孔制備技術(shù)，和適合的通孔填充材料的選擇，以及全新的電學(xué)和熱學(xué)問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案。使用TSV技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D集成目前已經(jīng)成為半導(dǎo)體行業(yè)較為關(guān)注的最先進(jìn)的互連技術(shù)之一。通過(guò)使用TSV可以實(shí)現(xiàn)較短的互連，使芯片上的信息傳遞距離大大縮短(縮小 1000倍)。采用TSV互連還可以增添大量的溝道或通道(比2D芯片多100倍)，用于信息的傳遞。這樣，低效引線(xiàn)鍵合就被更短、更健壯的TSV電極所代替。采用3D集成制作垂直封裝的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠減少尺寸和重量，并且可以把不同技術(shù)集成在同一封裝中，縮短了互連從而加快了信號(hào)的傳遞速度，降低了寄生效應(yīng)和功耗。在過(guò)去的幾年中，為了更多地了解3D集成在各類(lèi)封裝和應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，研究人員做了大量的工作，同時(shí)不斷尋找工藝和集成解決方案，加速該技術(shù)的順利應(yīng)用。TSV 技術(shù)在應(yīng)用方面存在的主要問(wèn)題仍是集成成本。對(duì)于傳統(tǒng)的硅通孔的制作和填充方式，一般包括深反應(yīng)離子刻蝕(de印reactive ion etching, DRIE)技術(shù)刻蝕TSV盲孔，熱氧化或CVD法生長(zhǎng)絕緣層，PVD或MOCVD法制作黏附層、阻擋層及種子層，最后通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍法填充導(dǎo)電材料。此方式不但成本高，而且可靠性能差。為了降低制作成本，提高可靠性，眾多研究者嘗試和改進(jìn)了各種制孔和填充技術(shù)。 比利時(shí)IMEC的研究者Yarm Civale采用先在硅基底上刻蝕環(huán)形TSV孔，然后用聚合物材料填充環(huán)形孔，再刻蝕環(huán)形孔中心處的硅材料，最后填充金屬互連材料。Yarm Civale用此方式一方面用聚合物代替了 S^2作為絕緣層，解決了 S^2與金屬互連材料的熱失配問(wèn)題，另一方面他用填充環(huán)形孔的方式解決了傳統(tǒng)噴涂聚合物的方式制作側(cè)壁絕緣層時(shí)層厚不均勻現(xiàn)象(參見(jiàn) Yann Civale, Bivragh Majeed, Deniz S. Tezcan, et al.，"Spin-onDielectric Liner TSV for 3D Wafer Level Packaging Applications，，, 2010IEEE)。但是此方式需要兩步DRIE刻蝕硅，成本高。美國(guó)專(zhuān)利US7，906，431，B2也提出采用先在硅基底上刻蝕環(huán)形TSV孔，再填充聚合物材料，再把環(huán)形聚合物材料內(nèi)剩余的硅刻蝕掉，最后填充金屬材料制作金屬互連。此方法同樣需要兩步DRIE刻蝕硅，成本高。而美國(guó)專(zhuān)利US 20100148370A1則先在硅基底上刻蝕TSV孔，然后填充聚合物材料，再刻蝕聚合物材料，在側(cè)壁保留一定厚度的絕緣層，最后填充金屬互連材料。這種方法在刻蝕聚合物材料時(shí)需要精確控制刻蝕深度，當(dāng)刻蝕到焊盤(pán)時(shí)立即停止，刻蝕精度要求高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種新的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板及其制作方法，以解決三維堆疊芯片制作工藝中存在的制作成本高、工藝復(fù)雜等問(wèn)題。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，包括如下結(jié)構(gòu)基板；鈍化層，其形成在該基板的下表面；金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其形成在該鈍化層的下表面，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)焊盤(pán)和一個(gè)金屬凸點(diǎn)，該焊盤(pán)埋于鈍化層的內(nèi)部， 在焊盤(pán)的下表面上形成該金屬凸點(diǎn)，該金屬凸點(diǎn)的一部分埋于鈍化層的內(nèi)部，另一部分露出于鈍化層的下表面；金屬互連線(xiàn)，其從基板的上表面延伸到下表面，貫穿整個(gè)基板，并穿過(guò)鈍化層和焊盤(pán)，直至金屬凸點(diǎn)的內(nèi)部，以便所述金屬凸點(diǎn)通過(guò)該金屬互連線(xiàn)與基板上方的器件進(jìn)行電性互連；種子層，其形成在金屬互連線(xiàn)的外圍側(cè)壁上。所述基板的材料可以是玻璃、硅或有機(jī)材料，所述鈍化層的材料可以是聚酰亞胺， 所述焊盤(pán)的材料可以是鋁。金屬凸點(diǎn)是合金焊料構(gòu)成的，也可以是純金屬構(gòu)成的，或者是由純金屬上長(zhǎng)有合金焊料的形式構(gòu)成的，所述合金焊料為錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料，所述純金屬是錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦中的一種。金屬互連線(xiàn)的材料可以是銅，也可以是銀、錫、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦或其合金，金屬互連線(xiàn)可以是環(huán)形或柱形。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，包括如下步驟步驟P01，選擇基板；步驟P02，在基板的下表面制作鈍化層和金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)焊盤(pán)和一個(gè)金屬凸點(diǎn)，使該焊盤(pán)埋于鈍化層的內(nèi)部，并且在焊盤(pán))的下表面上形成該金屬凸點(diǎn)，使該金屬凸點(diǎn)的一部分置于鈍化層的內(nèi)部，另一部分露出于鈍化層的下表面；步驟P03，采用激光燒蝕技術(shù)在基板上制作孔，該孔貫穿整個(gè)基板)，并穿過(guò)鈍化層和焊盤(pán)，到達(dá)金屬凸點(diǎn)的內(nèi)部；步驟P04，在所述孔的內(nèi)壁上濺射種子層，并對(duì)孔進(jìn)行電鍍，形成金屬互連線(xiàn)。其中所述步驟P02包括在基板的下表面上旋涂部分鈍化層材料，然后濺射形成焊盤(pán)，再旋涂部分鈍化層材料，使焊盤(pán)埋于鈍化層內(nèi)部。其中所述步驟P02還包括在焊盤(pán)的下方制作凸點(diǎn)開(kāi)口，濺射金屬凸點(diǎn)的種子層， 最后電鍍形成金屬凸點(diǎn)?；宓牟牧峡梢詾椴Ａ?、硅或有機(jī)材料，鈍化層的材料可以是聚酰亞胺。并且，可
7以濺射鋁形成焊盤(pán)。金屬凸點(diǎn)的種子層材料是銅，并且通過(guò)電鍍銅形成金屬凸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，包括如下結(jié)構(gòu)基板； 鈍化層，其形成在基板的下表面；金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其部分嵌入鈍化層中，部分突出于鈍化層的下表面，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括金屬焊盤(pán)、底層金屬層、金屬柱和焊料；金屬互連線(xiàn)，其穿透基板、金屬焊盤(pán)、底層金屬層及部分金屬柱；種子層，其形成在所述金屬互連線(xiàn)的外圍側(cè)壁上；絕緣層，其形成在所述種子層的外圍側(cè)壁以及基板的上表面。在絕緣層的上表面還可以包括表面鈍化層，表面鈍化層中形成有再分布層和金屬焊盤(pán)?；宓牟牧峡梢允遣ＡА⒐杌蛴袡C(jī)材料，鈍化層的材料可以是聚酰亞胺，焊盤(pán)的材料可以是鋁，底層金屬層的材料可以是一層鎳和一層銅，金屬柱的材料可以是銅，焊料的材料可以是錫銀銅合金，金屬互連線(xiàn)的材料可以是銅，種子層可以是由一層鈦層和一層銅層構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，包括如下步驟步驟S01，選擇基板；步驟S02，在基板的下表面制作鈍化層和金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括焊盤(pán)、底層金屬層、金屬柱和焊料，所述制作鈍化層和金屬凸點(diǎn)的步驟包括 在基板的下表面上旋涂鈍化層的材料，然后濺射金屬形成焊盤(pán)，再濺射金屬形成底層金屬層，之后再用電鍍的方法制作金屬柱以及焊料，最后再旋涂鈍化層材料并通過(guò)回流的方法得到金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使焊盤(pán)以及底層金屬層的一部分位于鈍化層的內(nèi)部，金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的其他部分露出于鈍化層的下表面；步驟S03，在基板上，用臨時(shí)鍵合膠粘結(jié)臨時(shí)鍵合承載板；步驟S04，對(duì)基板的上表面進(jìn)行減薄并拋光；步驟S05，在基板上制作TSV孔，TSV孔穿過(guò)基板到達(dá)臨時(shí)鍵合膠層的表面；步驟S06，用旋涂法在TSV孔中填充聚合物材料，旋涂時(shí)，使基板的上表面也覆蓋有所述聚合物材料；步驟S07，從基板的上表面，并在具有金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的位置進(jìn)行激光鉆孔，得到孔，孔的深度到達(dá)金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的金屬柱的內(nèi)部，并且在孔的側(cè)壁保留所述聚合物材料層，該側(cè)壁的聚合物材料層與基板的上表面的聚合物材料層共同構(gòu)成絕緣層；步驟S08，在孔內(nèi)填充金屬材料，該填充金屬材料的步驟包括濺射種子層和電鍍金屬以形成金屬互連線(xiàn)；步驟S09，對(duì)轉(zhuǎn)接板的上表面進(jìn)行平整化操作，拋光表面；步驟 S10，在絕緣層的上表面制作表面鈍化層、再分布層和金屬焊盤(pán)；步驟S11，拆除臨時(shí)鍵合承載板，完成轉(zhuǎn)接板的制作。基板的材料可以是玻璃、硅或有機(jī)材料，鈍化層的材料可以是聚酰亞胺。可以濺射鋁形成焊盤(pán)，濺射一層鎳和一層銅形成底層金屬層，電鍍銅形成金屬柱，電鍍錫銀銅合金形成焊料。鍵合承載板可以為玻璃晶圓，在TSV孔中填充的聚合物材料可以是聚酰亞胺。步驟S08中先后選用鈦和銅作為種子層材料，并且電鍍銅形成金屬互連線(xiàn)。表面鈍化層的材料可以是聚酰亞胺。(三)有益效果本發(fā)明所揭示的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其制作方法可以有效的降低制作成本，簡(jiǎn)化工藝步驟，提高良率，并且操作方便，生產(chǎn)效率高。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1所揭示的應(yīng)用于三維堆疊芯片的金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1所揭示的應(yīng)用于三維堆疊芯片的金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2所揭示的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的示意圖；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2所揭示的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)接板的制作方法的流程圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例2在基板上制作金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的工藝示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例2臨時(shí)鍵合承載板的工藝示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例2在基板上進(jìn)行制孔的工藝示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例2用聚合物材料進(jìn)行填孔的工藝示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例2在基板上進(jìn)行二次制孔的工藝示意圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例2在孔的內(nèi)部填充金屬材料的工藝示意圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例2基板上表面進(jìn)行平整化操作的工藝示意圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例2制作再分布層的工藝示意圖；圖13是本發(fā)明實(shí)施例2拆除臨時(shí)鍵合用承載板的工藝示意具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。<實(shí)施例1>首先，參照?qǐng)D1來(lái)介紹本發(fā)明所揭示的應(yīng)用于三維堆疊芯片的金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的實(shí)施例1。該實(shí)施例1是將本發(fā)明應(yīng)用于轉(zhuǎn)接板(interposer)時(shí)的具體結(jié)構(gòu)。在如圖1所示的轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)中，包括一基板101。在本實(shí)施例中，所述基板101的材料為玻璃，但也可以是硅或有機(jī)材料。在該基板101的下表面有一層鈍化層102。該鈍化層102的材料在本實(shí)施例中是聚酰亞胺。在該鈍化層102的下表面?zhèn)扔幸粋€(gè)金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)， 該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)焊盤(pán)104，其埋于鈍化層102內(nèi)部，在焊盤(pán)104的下表面有一個(gè)金屬凸點(diǎn)103。在本實(shí)施例中，該焊盤(pán)104是由金屬鋁構(gòu)成的。在本實(shí)施例中，金屬凸點(diǎn)103 的材料是可以是錫銀銅合金焊料，但是，該合金焊料也可以是錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料。此外，該金屬凸點(diǎn)103也可以是由純金屬構(gòu)成的，例如錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、 鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦。該金屬凸點(diǎn)103的一部分置于鈍化層102之內(nèi)，另一部分露出于鈍化層102的下表面。一金屬互連線(xiàn)105從基板101的上表面延伸到下表面，貫穿整個(gè)基板101，并穿過(guò)鈍化層102和焊盤(pán)104，直至金屬凸點(diǎn)103內(nèi)部，以便金屬凸點(diǎn)103通過(guò)該金屬互連線(xiàn)105 與基板101上面的半導(dǎo)體器件(圖中未示出)進(jìn)行電性互連。所述金屬互連線(xiàn)105的材料優(yōu)選為銅，但也可以是銀、錫、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦或其合金。所述的金屬互連線(xiàn)105可以是環(huán)形或柱形。環(huán)形金屬互連線(xiàn)是在制作金屬互連線(xiàn)時(shí)，只在孔的側(cè)壁制作一薄層金屬層；而柱形金屬互連線(xiàn)是在制作互連線(xiàn)時(shí)，孔被金屬完全填充。本實(shí)施例1中，采用柱形互連線(xiàn)。
在金屬互連線(xiàn)105的外側(cè)壁上(靠近基板材料的一側(cè))包圍有一種子層106，該種子層106是在金屬互連線(xiàn)105的制作過(guò)程中形成的。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)施例1圖1所述的結(jié)構(gòu)，下面參照?qǐng)D2對(duì)所述的應(yīng)用于三維堆疊芯片的金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的實(shí)施例1的制作方法進(jìn)行說(shuō)明，由此也可以進(jìn)一步的理解如上所述的應(yīng)用于三維堆疊芯片的金屬垂直互連結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例的制作方法是將本發(fā)明應(yīng)用于轉(zhuǎn)接板(interposer)時(shí)的具體制作方法步驟P01，選擇4英寸玻璃作為基板101。步驟P02，采用標(biāo)準(zhǔn)的凸點(diǎn)制作工藝制作金屬凸點(diǎn)。即首先在基板101的表面上旋涂3微米厚的聚酰亞胺作為鈍化層102，然后濺射金屬形成焊盤(pán)104。在該實(shí)施例1中，濺射鋁形成焊盤(pán)104，焊盤(pán)104的尺寸為直徑100微米的圓形。接著，再旋涂3微米厚的聚酰亞胺，把焊盤(pán)104埋于鈍化層102內(nèi)部。之后，在焊盤(pán)104的下方制作60微米的凸點(diǎn)開(kāi)口， 濺射種子層。在本實(shí)施例1中，分別濺射鎳、鈦和銅作為金屬凸點(diǎn)103的種子層，厚度分別為0.5微米、0.5微米和1微米。最后，電鍍金屬，并進(jìn)行回流工藝完成金屬凸點(diǎn)(10 的制作。在本實(shí)施例1中，電鍍金屬銅得到銅柱，其直徑和高度分別是80微米和50微米。步驟P03，采用激光燒蝕技術(shù)在基板101上制作直徑為50微米的孔，孔從基板101 上表面延伸到下表面，并穿透鈍化層102和焊盤(pán)104，直到金屬凸點(diǎn)103的內(nèi)部為止，金屬凸點(diǎn)103被燒蝕的深度控制在10-30微米左右。步驟P04，分別濺射厚度0. 2微米的金屬鈦和1微米的金屬銅作為種子層106，最后電鍍金屬填充孔以形成金屬互連線(xiàn)105，完成轉(zhuǎn)接板的制作。在本實(shí)施例1中，電鍍銅形成金屬互連線(xiàn)105。最后完成的轉(zhuǎn)接板即如圖1所示。<實(shí)施例2>圖3描繪了本發(fā)明實(shí)施例2的應(yīng)用于三維堆疊芯片的金屬垂直互連結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，該實(shí)施例2也是將本發(fā)明應(yīng)用于轉(zhuǎn)接板(interposer)時(shí)的具體結(jié)構(gòu)。在如圖3所示的轉(zhuǎn)接板中，包括基板206。在本實(shí)施例2中，該基板206是200微米厚的4英寸硅片?？蛇x的，所述基板206的材料也可以是玻璃或有機(jī)材料。在基板206 的下表面上有一個(gè)鈍化層205。在鈍化層205中有一個(gè)金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的一部分嵌入鈍化層205的內(nèi)部，另一部分突出于鈍化層205的下表面。具體來(lái)說(shuō)，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括焊盤(pán)204、底層金屬層203、金屬柱202和焊料201。 其中，本實(shí)施例2中的焊盤(pán)204的材料是鋁，底層金屬層203的材料是一層鎳和一層銅，金屬柱202的材料是銅，焊料201可以錫銀銅合金焊料。但是，與實(shí)施例1類(lèi)似的，焊料201 也可以是錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料，金屬柱202也可以是由其它金屬材料構(gòu)成，例如錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦。該轉(zhuǎn)接板還包括金屬互連線(xiàn)702，在本實(shí)施例中，該金屬互連線(xiàn)702是銅。所述金屬互連線(xiàn)702穿透基板206、金屬焊盤(pán)204、底層金屬層203及部分金屬柱202，到達(dá)金屬柱 202的內(nèi)部。該金屬互連線(xiàn)702的外圍側(cè)壁以及基板的上表面具有一個(gè)絕緣層501。在所述金屬互連線(xiàn)702與絕緣層501之間還具有一個(gè)種子層701，該種子層201是在該轉(zhuǎn)接板的制造過(guò)程中形成的。在基板206上表面的絕緣層501之上還包括表面鈍化層903、再分布層 901和金屬焊盤(pán)902。該表面鈍化層903用于再分布層901和金屬焊盤(pán)902與基底206之間的電絕緣，金屬互連線(xiàn)702通過(guò)再分布層901與金屬焊盤(pán)902相連接，最終可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接
10板的三維互連。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)施例2的圖3所述的結(jié)構(gòu)，下面參照?qǐng)D4至圖13對(duì)實(shí)施例2的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法進(jìn)行說(shuō)明，由此也可以進(jìn)一步的理解如上所述的應(yīng)用于三維堆疊芯片的金屬垂直互連結(jié)構(gòu)。該轉(zhuǎn)接板的制作方法包括以下步驟，如圖4所示。步驟S01，選擇基板，在本實(shí)施例中，基板206選擇4英寸硅晶圓，晶圓厚度選擇 200微米。可選的，所述基板206的材料也可以是玻璃或有機(jī)材料。 步驟S02，在基板206上制作鈍化層205和金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括焊盤(pán)204、底層金屬層203、金屬柱202和焊料201。具體來(lái)說(shuō)，首先，在基板206的下表面上旋涂構(gòu)成鈍化層205的聚合物材料，然后濺射金屬形成焊盤(pán)204，再濺射金屬形成底層金屬層 203，之后，再用電鍍的方法制作金屬柱202以及焊料201，最后再旋涂鈍化層材料并通過(guò)回流的方法得到金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使焊盤(pán)204以及底層金屬層203的一部分位于鈍化層205的內(nèi)部，金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的其他部分露出于鈍化層205的下表面。在本實(shí)施例中，鈍化層205的材料是聚酰亞胺，焊盤(pán)204的材料是鋁，底層金屬層203的材料是一層鎳和一層銅，金屬柱 202是由銅構(gòu)成的銅柱，焊料201可以是錫銀銅合金焊料。但是，與實(shí)施例1類(lèi)似的，焊料 201也可以是錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料，金屬柱202也可以是由其它金屬材料構(gòu)成，例如錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦。此外，在本實(shí)施例中， 金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)大小為直徑100微米，銅柱202的高度為50微米，焊料201的高度為20微米， 如圖5所示。步驟S03，在基板206上，用臨時(shí)鍵合膠301粘結(jié)一臨時(shí)鍵合承載板302。在本實(shí)施例中，臨時(shí)鍵合承載板302選擇4英寸玻璃晶圓，臨時(shí)鍵合膠選擇苯并環(huán)丁烯(BCB)，如圖 6所示。步驟S04，對(duì)基板206的上表面(未鍵合臨時(shí)鍵合承載板302的一面)進(jìn)行減薄并拋光，使基板206減薄到100微米。在本實(shí)施例中，減薄基板采用化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備。步驟S05，在基板上制作TSV孔401。在本實(shí)施例中，為了節(jié)約加工成本，制作TSV 孔采用激光鉆孔的方法，但是為了精確控制TSV孔的大小和形狀，此步驟也可以選擇干法刻蝕。在本實(shí)施例中，TSV孔徑選擇60微米，刻蝕時(shí)要刻穿基板206到達(dá)臨時(shí)鍵合膠層301 的表面，如圖7所示。步驟S06，用旋涂的方法在TSV孔中填充聚合物材料。在本實(shí)施例中，填充的聚合物材料選擇聚酰亞胺(Polyimide)材料。旋涂時(shí)，使基板206的上表面也覆蓋有所述聚合物材料，其厚度要求大于5微米，如圖8所示。步驟S07，從基板206的上表面，并從具有金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的位置進(jìn)行激光鉆孔，得到孔601，孔601的深度到達(dá)金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的金屬柱202的內(nèi)部。在本實(shí)施例中，激光鉆孔的深度要求深入到銅柱內(nèi)部10到20微米處，孔徑為40微米，并在孔601側(cè)壁保留所述聚合物材料層，使該側(cè)壁的聚合物材料層與基板206的上表面的聚合物材料層共同構(gòu)成絕緣層501。在本實(shí)施例中，孔601側(cè)壁的絕緣層501的厚度為10微米，如圖9所示。步驟S08，在孔601內(nèi)填充金屬材料。在本實(shí)施例中，金屬材料的填充包括兩個(gè)分步驟，第一步是濺射種子層701，先后選用鈦和銅作為種子材料，其中，鈦的厚度為150納米，銅的厚度為1000納米；第二步是電鍍金屬材料以形成金屬互連線(xiàn)702。在本實(shí)施例中， 該金屬互連結(jié)702的材料為銅。電鍍工藝要求無(wú)缺陷，完全填滿(mǎn)，如圖10所示?？蛇x的，填孔的方法也可以選用化學(xué)鍍。步驟S09，對(duì)轉(zhuǎn)接板的上表面進(jìn)行平整化操作，拋光表面801。在本實(shí)施例中，采用化學(xué)機(jī)械拋光的方法進(jìn)行平整化操作，如圖11所示。步驟S10，制作表面鈍化層903、再分布層901和金屬焊盤(pán)902，其中表面鈍化層 903材料選用聚酰亞胺，如圖12所示。該表面鈍化層903用于再分布層901和金屬焊盤(pán)902 與基底206之間的電絕緣，金屬互連線(xiàn)702通過(guò)再分布層901與金屬焊盤(pán)902相連接，最終可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接板的三維互連。步驟S11，拆除臨時(shí)鍵合承載板302，完成轉(zhuǎn)接板的制作，如圖13所示。該臨時(shí)鍵合承載板302的拆除方法是先加熱臨時(shí)鍵合承載板302，使臨時(shí)鍵合膠301軟化，然后在基板206和臨時(shí)鍵合承載板302上施加一個(gè)平行于鍵合面方向的力，使基板206和臨時(shí)鍵合承載板302錯(cuò)開(kāi)并分離。以上所述的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其特征在于，包括基板(101)；鈍化層(102)，其形成在該基板(101)的下表面；金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其形成在該鈍化層(102)的下表面，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)焊盤(pán) (104)和一個(gè)金屬凸點(diǎn)(103)，該焊盤(pán)(104)埋于鈍化層(102)的內(nèi)部，在焊盤(pán)(104)的下表面上形成該金屬凸點(diǎn)(103)，該金屬凸點(diǎn)(103)的一部分埋于鈍化層(102)的內(nèi)部，另一部分露出于鈍化層(102)的下表面；金屬互連線(xiàn)(105)，其從基板(101)的上表面延伸到下表面，貫穿整個(gè)基板(101)，并穿過(guò)鈍化層(102)和焊盤(pán)(104)，直至金屬凸點(diǎn)(103)的內(nèi)部，以便所述金屬凸點(diǎn)(103)通過(guò)該金屬互連線(xiàn)(10 與基板(101)上方的器件進(jìn)行電性互連；種子層(106)，其形成在金屬互連線(xiàn)(10 的外圍側(cè)壁上。
2.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述基板(101)的材料為玻璃、硅或有機(jī)材料。
3.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述鈍化層(102)的材料是聚酰亞胺。
4.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述焊盤(pán)(104)的材料是招。
5.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述金屬凸點(diǎn)(103)是合金焊料構(gòu)成的。
6.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述金屬凸點(diǎn)(103)的是純金屬構(gòu)成的。
7.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述金屬凸點(diǎn)(103)是由純金屬上長(zhǎng)有合金焊料的形式構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求5或7所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中該合金焊料為錫銀、 錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料。
9.如權(quán)利要求5或6所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中構(gòu)成所述的構(gòu)成金屬凸點(diǎn)(10 的純金屬是錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦中的一種。
10.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中金屬互連線(xiàn)(105)的材料是銅。
11.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中金屬互連線(xiàn)(105)的材料是銀、錫、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦或其合金。
12.如權(quán)利要求1所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中金屬互連線(xiàn)(105)是環(huán)形或柱形。
13.一種具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟(POl)，選擇基板(101)；步驟(P02)，在基板(101)的下表面制作鈍化層(102)和金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)焊盤(pán)(104)和一個(gè)金屬凸點(diǎn)(103)，使該焊盤(pán)(104)埋于鈍化層(102)的內(nèi)部， 并且在焊盤(pán)(104)的下表面上形成該金屬凸點(diǎn)(103)，使該金屬凸點(diǎn)(103)的一部分置于鈍化層(102)的內(nèi)部，另一部分露出于鈍化層(102)的下表面；步驟(P03)，采用激光燒蝕技術(shù)在基板(101)上制作孔，該孔貫穿整個(gè)基板(101)，并穿過(guò)鈍化層(102)和焊盤(pán)(104)，到達(dá)金屬凸點(diǎn)(103)的內(nèi)部；步驟(P04)，在所述孔的內(nèi)壁上濺射種子層(106)，并對(duì)孔進(jìn)行電鍍，形成金屬互連線(xiàn) (105)。
14.如權(quán)利要求13所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述步驟 (P02)包括在基板(101)的下表面上旋涂部分鈍化層材料，然后濺射形成焊盤(pán)(104)，再旋涂部分鈍化層材料，使焊盤(pán)(104)埋于鈍化層(10 內(nèi)部。
15.如權(quán)利要求14所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述步驟 (P02)還包括在焊盤(pán)(104)的下方制作凸點(diǎn)開(kāi)口，濺射金屬凸點(diǎn)(103)的種子層，最后電鍍形成金屬凸點(diǎn)(103)。
16.如權(quán)利要求13-15中的任一項(xiàng)所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述基板(101)的材料為玻璃、硅或有機(jī)材料。
17.如權(quán)利要求13-15中的任一項(xiàng)所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述鈍化層(10 的材料是聚酰亞胺。
18.如權(quán)利要求14所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中濺射鋁形成焊盤(pán)(104)。
19.如權(quán)利要求15所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述金屬凸點(diǎn)(10 的種子層材料是銅，并且通過(guò)電鍍銅形成金屬凸點(diǎn)(103)。
20.一種具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其特征在于包括如下結(jié)構(gòu)基板(206)；鈍化層005)，其形成在基板Q06)的下表面；金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其部分嵌入鈍化層(205)中，部分突出于鈍化層(205)的下表面，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括金屬焊盤(pán)004)、底層金屬層003)、金屬柱(202)和焊料O01)；金屬互連線(xiàn)(702)，其穿透基板006)、金屬焊盤(pán)004)、底層金屬層(20 及部分金屬柱(202)；種子層(701)，其形成在所述金屬互連線(xiàn)(702)的外圍側(cè)壁上；絕緣層(501)，其形成在所述種子層(701)的外圍側(cè)壁以及基板O06)的上表面。
21.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其特征在于在絕緣層 (501)的上表面包括表面鈍化層(903)。
22.如權(quán)利要求21所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述表面鈍化層 (903)中形成有再分布層(902)和金屬焊盤(pán)(901)。
23.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其特征在于其中所述基板O06)的材料為玻璃、硅或有機(jī)材料。
24.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述鈍化層(205)的材料是聚酰亞胺。
25.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述焊盤(pán)Q04)的材料是鋁。
26.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述底層金屬層 (203)的材料是一層鎳和一層銅。
27.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述金屬柱Q02)的材料是銅。
28.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述焊料O01)的材料是錫銀銅合金。
29.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述金屬互連線(xiàn) (702)的材料是銅。
30.如權(quán)利要求20所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板，其中所述種子層是(701) 由一層鈦層和一層銅層構(gòu)成。
31.一種具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其特征在于包括如下步驟 步驟(SOl)，選擇基板Q06)；步驟(S02)，在基板Q06)的下表面制作鈍化層(205)和金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括焊盤(pán)004)、底層金屬層003)、金屬柱(202)和焊料001)，所述制作鈍化層(205) 和金屬凸點(diǎn)O06)的步驟包括在基板Q06)的下表面上旋涂鈍化層O05)的材料，然后濺射金屬形成焊盤(pán)004)，再濺射金屬形成底層金屬層003)，之后再用電鍍的方法制作金屬柱Q02)以及焊料001)， 最后再旋涂鈍化層材料并通過(guò)回流的方法得到金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使焊盤(pán)O04)以及底層金屬層(203)的一部分位于鈍化層(205)的內(nèi)部，金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的其他部分露出于鈍化層(205) 的下表面；步驟(S03)，在基板(206)上，用臨時(shí)鍵合膠(301)粘結(jié)臨時(shí)鍵合承載板(302)； 步驟(S04)，對(duì)基板Q06)的上表面進(jìn)行減薄并拋光；步驟(S05)，在基板(206)上制作TSV孔(401)，TSV孔(401)穿過(guò)基板(206)到達(dá)臨時(shí)鍵合膠層(301)的表面；步驟(S06)，用旋涂法在TSV孔中填充聚合物材料，旋涂時(shí)，使基板(206)的上表面也覆蓋有所述聚合物材料；步驟(S07)，從基板Q06)的上表面，并在具有金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的位置進(jìn)行激光鉆孔，得到孔(601)，孔(601)的深度到達(dá)金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的金屬柱(202)的內(nèi)部，并且在孔(601)的側(cè)壁保留所述聚合物材料層，該側(cè)壁的聚合物材料層與基板O06)的上表面的聚合物材料層共同構(gòu)成絕緣層(501)；步驟(S08)，在孔(601)內(nèi)填充金屬材料，該填充金屬材料的步驟包括濺射種子層 (701)和電鍍金屬以形成金屬互連線(xiàn)(702)；步驟(S09)，對(duì)轉(zhuǎn)接板的上表面進(jìn)行平整化操作，拋光表面(801)； 步驟(SlO)，在絕緣層(501)的上表面制作表面鈍化層(903)、再分布層(901)和金屬焊盤(pán)(902)；步驟(Sll)，拆除臨時(shí)鍵合承載板(302)，完成轉(zhuǎn)接板的制作。
32.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述基板 (206)的材料為玻璃、硅或有機(jī)材料。
33.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述鈍化層(20 的材料是聚酰亞胺。
34.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中濺射鋁形成焊盤(pán)(204)。
35.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中濺射一層鎳和一層銅形成底層金屬層(203)。
36.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中電鍍銅形成金屬柱(202)。
37.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中電鍍錫銀銅合金形成焊料001)。
38.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中鍵合承載板(302)為玻璃晶圓。
39.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中在TSV孔中填充的聚合物材料是聚酰亞胺。
40.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中步驟 (S08)中先后選用鈦和銅作為種子層(701)材料，并且電鍍銅形成金屬互連線(xiàn)(702)。
41.如權(quán)利要求31所述的具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板的制作方法，其中所述表面鈍化層(903)的材料是聚酰亞胺。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有金屬垂直互連結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板及其制作方法，該轉(zhuǎn)接板包括基板、鈍化層、金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)和金屬互連線(xiàn)，其中鈍化層形成在該基板的下表面，金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)成在該鈍化層的下表面。金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)焊盤(pán)和一個(gè)金屬凸點(diǎn)，焊盤(pán)埋于鈍化層的內(nèi)部，在焊盤(pán)的下表面上形成該金屬凸點(diǎn)，金屬凸點(diǎn)的一部分埋于鈍化層的內(nèi)部，另一部分露出于鈍化層的下表面；金屬互連線(xiàn)從基板的上表面延伸到下表面，貫穿整個(gè)基板，并穿過(guò)鈍化層和焊盤(pán)，直至金屬凸點(diǎn)的內(nèi)部，以便所述金屬凸點(diǎn)通過(guò)該金屬互連線(xiàn)與基板上方的器件進(jìn)行電性互連。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有非常高的制孔良率，從而解決了金屬垂直互連結(jié)構(gòu)填孔成本高和工藝復(fù)雜等問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L23/48GK102420200SQ20111036233
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者于大全, 戴風(fēng)偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所