一種tsv填孔方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TSV填孔方法，包括如下步驟：利用揮發(fā)性的有機(jī)溶劑將液態(tài)的有機(jī)材料單體稀釋成有機(jī)材料單體溶液；將做好硅微孔的芯片進(jìn)行等離子表面清洗；將等離子表面清洗過的芯片放入有機(jī)材料單體溶液中，使有機(jī)材料單體溶液浸滿硅微孔；將芯片從有機(jī)材料單體溶液中取出放入真空設(shè)備中，進(jìn)行抽真空，將硅微孔中的氣泡抽掉，同時(shí)使有機(jī)溶劑從硅微孔中氣化揮發(fā)出來；將吸附在硅微孔的孔壁上的有機(jī)材料單體固化，形成絕緣層；對(duì)芯片進(jìn)行金屬化工藝。本發(fā)明通過上述步驟在硅微孔內(nèi)形成從孔口到孔底，厚度逐漸增大的絕緣層，當(dāng)硅微孔孔口的絕緣層滿足電子性能要求，硅微孔孔內(nèi)的絕緣層一定滿足電氣性能要求。
【專利說明】—種TSV填孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子三維封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種TSV填孔方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維封裝中TSV技術(shù)是目前研發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容，TSV填孔需要在硅表面加工微米級(jí)的高深寬比的微孔，在高深寬比的微孔中首先要做絕緣層，然后做金屬阻擋層，電鍍種子層，然后通過電鍍將孔填滿。在TSV填孔過程中，絕緣層的制作非常困難，現(xiàn)在主要的技術(shù)是PVD沉積，PECVD沉積氧化硅或氮化硅技術(shù)，由于高深寬比的硅微孔，孔口只有幾個(gè)微米直徑，深寬比通常大于5:1，所以無論是PVD方式還是以TEOS為氣源的PECVD設(shè)備都無法獲得在孔內(nèi)厚度均勻一致的絕緣層。通常孔底的絕緣層厚度只有孔口的30%，而且，越靠近底部越薄，如果讓底部滿足使用要求，孔口的厚度會(huì)過厚，影響后續(xù)電鍍工藝。并且，孔口由于邊角處應(yīng)力集中，過厚會(huì)導(dǎo)致薄膜龜裂。因此，現(xiàn)有的絕緣層沉積方法厚度必須適中，這樣底部的膜厚不能太厚，對(duì)于絕緣層的電氣應(yīng)用受到很大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種TSV填孔方法，解決微孔中由于絕緣層厚度差異導(dǎo)致的芯片電氣性能應(yīng)用的限制。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種TSV填孔方法，包括如下步驟:
[0006]利用揮發(fā)性的有機(jī)溶劑將液態(tài)的有機(jī)材料單體稀釋成有機(jī)材料單體溶液；
[0007]將做好硅微孔的芯片進(jìn)行等離子表面清洗；
[0008]將所述等離子表面清洗過的所述芯片放入所述有機(jī)材料單體溶液中，使所述有機(jī)材料單體溶液浸滿所述硅微孔；
[0009]將所述芯片從所述有機(jī)材料單體溶液中取出放入真空設(shè)備中，進(jìn)行抽真空，將所述硅微孔中的氣泡抽掉，同時(shí)使所述有機(jī)材料單體溶液中的所述有機(jī)溶劑從所述硅微孔中氣化揮發(fā)出來；隨著所述有機(jī)溶劑的揮發(fā)，所述有機(jī)材料單體溶液的液面下降、濃度增加，使涂覆在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體越靠近孔底越厚；
[0010]將吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體固化，形成絕緣層；
[0011]對(duì)所述芯片進(jìn)行金屬化工藝。
[0012]進(jìn)一步地，所述利用揮發(fā)性的有機(jī)溶劑將液態(tài)的有機(jī)材料單體稀釋成有機(jī)材料單體溶液中，所述有機(jī)材料單體用所述有機(jī)溶劑稀釋至0.1%_20%。
[0013]進(jìn)一步地，所述有機(jī)材料單體為聚酰亞胺或苯并環(huán)丁烯。
[0014]進(jìn)一步地，所述有機(jī)溶劑為二甲基吡咯烷酮。
[0015]進(jìn)一步地，所述將吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體固化中，所述固化的方法為熱固化或光固化。
[0016]進(jìn)一步地,所述金屬化工藝包括如下步驟:[0017]用PVD方式在所述芯片表面濺射金屬鈦、鈦鎢合金作為粘附層，再濺射銅作為電鍍種子層，然后通過電鍍銅將所述硅微孔填滿。
[0018]進(jìn)一步地,所述金屬化工藝包括如下步驟:
[0019]通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，將所述硅微孔填滿。
[0020]進(jìn)一步地,所述金屬化工藝包括如下步驟:
[0021]通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，形成化學(xué)鍍銅層，然后將所述化學(xué)鍍銅層作為電鍍種子層，通過電鍍銅將所述硅微孔填滿。
[0022]進(jìn)一步地,所述金屬化工藝包括如下步驟:
[0023]通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，形成化學(xué)鍍銅層，然后在所述芯片正面做圖形電鍍將所述硅微孔填滿。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0025]本發(fā)明將芯片放入經(jīng)有機(jī)溶劑稀釋的有機(jī)材料單體溶液中，使硅微孔中浸滿有機(jī)材料單體溶液，通過環(huán)境減壓使得揮發(fā)性的有機(jī)溶劑從硅微孔中氣化揮發(fā)出來，將有機(jī)材料單體留在硅微孔中；在有機(jī)溶劑揮發(fā)過程中，有機(jī)材料單體浸潤過的地方就有有機(jī)材料單體吸附在孔壁上，隨著有機(jī)溶劑的不斷揮發(fā)，液面下降，硅微孔中的有機(jī)溶劑單體的濃度增加，因此，硅微孔孔口的有機(jī)材料單體吸附厚度最薄，到有機(jī)溶劑全部揮發(fā)后，吸附在孔底部的有機(jī)材料單體濃度最高厚度最大，此過程中形成一個(gè)從孔口到孔底，厚度逐漸增大的有機(jī)單體薄膜，升溫固化后，形成一個(gè)覆蓋整個(gè)硅微孔腔體內(nèi)的厚度漸變的連續(xù)薄膜。當(dāng)硅微孔孔口的絕緣層滿足電子性能要求，硅微孔孔內(nèi)的絕緣層一定滿足電氣性能要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種TSV填孔方法的工藝流程圖；
[0027]圖2-圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種TSV填孔方法的步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種TSV填孔方法，包括如下步驟:
[0030]步驟110:利用揮發(fā)性的有機(jī)溶劑將液態(tài)的有機(jī)材料單體稀釋成有機(jī)材料單體溶液；
[0031]具體地，所述有機(jī)材料單體用所述有機(jī)溶劑稀釋至0.1%_20%，使所述有機(jī)材料單體溶液具有很低的表面張力。本實(shí)施例中的有機(jī)材料單體為固化后耐高溫絕緣樹脂材料，首選聚酰亞胺或苯并環(huán)丁烯，這兩種材料具有耐高溫、低介電常數(shù)、高頻損耗低的特點(diǎn)，適合于電路信號(hào)特別是高配信號(hào)傳輸，而且與硅、氧化硅的結(jié)合力高，性能穩(wěn)定。本實(shí)施例中的有機(jī)溶劑為易于揮發(fā)的二甲基吡咯烷酮。
[0032]步驟120:將做好硅微孔的芯片進(jìn)行等離子表面清洗；
[0033]具體地，將如圖2所示的芯片進(jìn)行等離子清洗后，激活芯片表面，使芯片的TSV結(jié)構(gòu)的表面能很聞，具有很聞的浸潤性。
[0034]步驟130:將所述等離子表面清洗過的所述芯片放入所述有機(jī)材料單體溶液中，使所述有機(jī)材料單體溶液浸滿所述硅微孔，如圖3所示；
[0035]具體地，由于有機(jī)材料單體溶液具有很低的表面張力，而且芯片的TSV結(jié)構(gòu)具有很高的浸潤性，所以有機(jī)材料單體溶液非常容易填入硅微孔中，將硅微孔填充滿。
[0036]步驟140:將所述芯片從所述有機(jī)材料單體溶液中取出放入真空設(shè)備中，進(jìn)行抽真空，將所述硅微孔中的氣泡抽掉，同時(shí)使所述有機(jī)材料單體溶液中的所述有機(jī)溶劑從所述硅微孔中氣化揮發(fā)出來；隨著所述有機(jī)溶劑的揮發(fā)，所述有機(jī)材料單體溶液的液面下降、所述有機(jī)材料單體濃度增加，使涂覆在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體越靠近孔底越厚；
[0037]具體地，將芯片放入真空烘箱中抽真空，當(dāng)硅微孔內(nèi)封有氣泡存在時(shí)，在后續(xù)的真空減壓揮發(fā)過程中，由于外部壓力遠(yuǎn)小于氣泡內(nèi)部壓力，氣泡在真空減壓作用下會(huì)破掉，使高度稀釋的有機(jī)材料單體溶液完全填入硅微孔內(nèi)；同時(shí)，通過環(huán)境減壓使得揮發(fā)性的有機(jī)溶劑從硅微孔中氣化揮發(fā)出來，將有機(jī)材料單體留在硅微孔中，在有機(jī)溶劑揮發(fā)過程中，有機(jī)材料單體溶液浸潤過的地方就有有機(jī)材料單體吸附在孔壁上，隨著有機(jī)溶劑的不斷揮發(fā)導(dǎo)致液面下降，硅微孔中的有機(jī)溶劑單體的濃度增加，因此，硅微孔孔口的有機(jī)材料單體吸附厚度最薄，到有機(jī)溶劑全部揮發(fā)后，吸附在硅微孔底部的有機(jī)材料單體濃度最高、厚度最大；此過程中，芯片表面均勻涂覆有機(jī)材料單體，芯片的硅微孔內(nèi)涂覆一層從孔口到孔底，厚度逐漸增大的有機(jī)材料單體。
[0038]步驟150:將吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體固化，形成絕緣層，如圖4所示；
[0039]具體地，采用熱固化或光固化后，在硅微孔內(nèi)形成一個(gè)覆蓋整個(gè)硅微孔腔體內(nèi)的有機(jī)薄膜涂層，而且是孔口最薄，孔底最厚的厚度漸變的連續(xù)薄膜。
[0040]步驟160:對(duì)所述芯片進(jìn)行金屬化工藝，如圖5所示；
[0041]具體地，金屬化工藝可以采用如下4種模式:
[0042](I)用PVD方式在所述芯片表面濺射金屬鈦、鈦鎢合金作為粘附層，再濺射銅作為電鍍種子層，然后通過電鍍銅將所述硅微孔填滿。
[0043]( 2 )通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，將所述硅微孔填滿。
[0044]( 3 )通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，形成化學(xué)鍍銅層，然后將所述化學(xué)鍍銅層作為電鍍種子層，通過電鍍銅將所述硅微孔填滿。
[0045](4)通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，形成化學(xué)鍍銅層，然后在所述芯片正面做圖形電鍍將所述硅微孔填滿。
[0046]步驟170:重復(fù)步驟130-步驟150，形成孔底絕緣層厚度大于孔口絕緣層厚度的分布，直至硅微孔孔壁內(nèi)的絕緣層厚度達(dá)到使用要求。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0048](I)采用本發(fā)明實(shí)施例在硅微孔內(nèi)形成的絕緣層為孔底厚孔口薄，當(dāng)孔口絕緣層滿足電氣性能要求，孔底絕緣層一定滿足電氣性能要求，絕緣性能好，避免了常規(guī)CVD或PVD方法形成的絕緣層的厚度缺陷。
[0049]( 2 )本發(fā)明使用的材料成本低，采用高度稀釋的有機(jī)材料單體，材料使用量極小。
[0050](3)本發(fā)明設(shè)備需求少，不需要PVD，PECVD等價(jià)值千萬的昂貴設(shè)備；本發(fā)明采用的容器、等離子清洗機(jī)、真空烘箱設(shè)備價(jià)格低，設(shè)備成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CVD和PVD設(shè)備成本。[0051](4)本發(fā)明采用的有機(jī)材料單體的絕緣性能良好，對(duì)于高速傳輸具有更好的特性。
[0052]( 5 )本發(fā)明工藝方法簡單，容易操作。
[0053]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)說明，所應(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TSV填孔方法，其特征在于，包括如下步驟: 利用揮發(fā)性的有機(jī)溶劑將液態(tài)的有機(jī)材料單體稀釋成有機(jī)材料單體溶液； 將做好硅微孔的芯片進(jìn)行等離子表面清洗； 將所述等離子表面清洗過的所述芯片放入所述有機(jī)材料單體溶液中，使所述有機(jī)材料單體溶液浸滿所述硅微孔； 將所述芯片從所述有機(jī)材料單體溶液中取出放入真空設(shè)備中，進(jìn)行抽真空，將所述硅微孔中的氣泡抽掉，同時(shí)使所述有機(jī)材料單體溶液中的所述有機(jī)溶劑從所述硅微孔中氣化揮發(fā)出來；隨著所述有機(jī)溶劑的揮發(fā)，所述有機(jī)材料單體溶液的液面下降、濃度增加，使涂覆在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體越靠近孔底越厚； 將吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體固化，形成絕緣層； 對(duì)所述芯片進(jìn)行金屬化工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述利用揮發(fā)性的有機(jī)溶劑將液態(tài)的有機(jī)材料單體稀釋成有機(jī)材料單體溶液中，所述有機(jī)材料單體用所述有機(jī)溶劑稀釋至0.1%-20%。
3.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述有機(jī)材料單體為聚酰亞胺或苯并環(huán)丁烯。
4.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為二甲基吡咯烷酮。
5.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述將吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有機(jī)材料單體固化中，所述固化的方法為熱固化或光固化。
6.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金屬化工藝包括如下步驟: 用PVD方式在所述芯片表面濺射金屬鈦、鈦鎢合金作為粘附層，再濺射銅作為電鍍種子層，然后通過電鍍銅將所述硅微孔填滿。
7.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金屬化工藝包括如下步驟: 通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，將所述硅微孔填滿。
8.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金屬化工藝包括如下步驟: 通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，形成化學(xué)鍍銅層，然后將所述化學(xué)鍍銅層作為電鍍種子層，通過電鍍銅將所述硅微孔填滿。
9.如權(quán)利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金屬化工藝包括如下步驟: 通過化學(xué)鍍銅方式對(duì)所述芯片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，形成化學(xué)鍍銅層，然后在所述芯片正面做圖形電鍍將所述硅微孔填滿。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103762198SQ201310753329
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】于中堯 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所, 華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司