金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，其特征是，包括以下步驟：第一步：在硅轉(zhuǎn)接板上刻蝕盲孔；第二步：在硅轉(zhuǎn)接板的表面和盲孔的內(nèi)表面沉積絕緣層和銅層；第三步：將Cu顆粒摻雜的液態(tài)釬料填充到盲孔中，Cu顆粒的摻雜量為50%～90%，Cu顆粒的粒徑為1微米～50微米；第四步：回流后形成金屬間化合物；第五步：去除轉(zhuǎn)接板正面的銅層和部分絕緣層；第六步：在硅轉(zhuǎn)接板的正面制作RDL層和微凸點(diǎn)；第七步：在硅轉(zhuǎn)接板的背面進(jìn)行減薄工藝，露出金屬間化合物的底部；第八步：在硅轉(zhuǎn)接板的背面制作背面RDL層和背面微凸點(diǎn)，從而完成轉(zhuǎn)接板的制作。本發(fā)明可有效防止裂紋的出現(xiàn)，提高產(chǎn)品的可靠性；同時(shí)，極大的減少了工藝時(shí)間。
【專利說明】金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]硅通孔(TSV)填充技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)2.0T/3D芯片堆疊的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。目前主流的填充方法以電鍍技術(shù)為主，還包括CVD技術(shù)、導(dǎo)電膠填充技術(shù)和液態(tài)釬料填充技術(shù)等。電鍍技術(shù)相對(duì)來說價(jià)格較高，主要是電鍍?cè)O(shè)備極其昂貴，極大的增加了轉(zhuǎn)接板制造的成本。電鍍工藝要求較高，電鍍時(shí)間較長(zhǎng)，而且需要嚴(yán)格控制電鍍填充過程，以保證填充后不在孔內(nèi)部形成孔洞。同時(shí)還需要控制填充后表面銅層的厚度，以減少后續(xù)平坦化工藝的難度。CVD技術(shù)主要用于填充鎢材料，可以實(shí)現(xiàn)小孔徑通孔的填充，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，填充時(shí)間長(zhǎng)，成本高，而且鎢的導(dǎo)電性稍差。用導(dǎo)電膠做為填充物，其缺點(diǎn)是導(dǎo)電膠電導(dǎo)率偏低，與釬料接頭的體積電阻率相比還有很大差距，并且導(dǎo)熱性和粘附力性能較差，這就限制了導(dǎo)電膠在轉(zhuǎn)接板制備中的應(yīng)用。釬料填充技術(shù)是利用低熔點(diǎn)釬料在真空環(huán)境下填充硅通孔，最大的優(yōu)勢(shì)是成本低廉，填充速度快；但缺點(diǎn)是釬料導(dǎo)電性較差，與硅材料的CTE相差較大，導(dǎo)致應(yīng)力問題突出，而且釬料熔點(diǎn)低，在后續(xù)工藝制程過程中存在隱患。
[0003]中國(guó)專利CN 201210041014.9公開了一種三維封裝用金屬間化合物填充的垂直通孔互連結(jié)構(gòu)及制備方法，是一種改進(jìn)釬料填充的方法，利用熱擴(kuò)散將釬料轉(zhuǎn)化為金屬間化合物做為填充物，然而該方法存在弊端。TSV絕緣層制備完后，需要應(yīng)用PVD技術(shù)在側(cè)壁上沉積非常厚的銅材料，才能與填充的釬料完全反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為金屬間化合物；而且，當(dāng)釬料與銅材料形成一定厚度的金屬間化合物后，嚴(yán)重阻礙了釬料與銅材料的進(jìn)一步反應(yīng)，從而使得金屬間化合物轉(zhuǎn)化時(shí)間非常漫長(zhǎng)。熱擴(kuò)散時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)降低金屬間化合物的力學(xué)性能，容易產(chǎn)生微裂紋，降低產(chǎn)品的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，可有效防止裂紋的出現(xiàn)，提高產(chǎn)品的可靠性；同時(shí)，極大的減少了工藝時(shí)間。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，其特征是，包括以下步驟:
第一步:在硅轉(zhuǎn)接板上刻蝕盲孔；
第二步:在硅轉(zhuǎn)接板的表面和盲孔的內(nèi)表面沉積絕緣層和銅層，絕緣層的厚度為10nm?10 μ m，銅層的厚度為10 nm?10 μ m ;
第三步:將Cu顆粒摻雜的液態(tài)釬料填充到盲孔中，Cu顆粒的摻雜量為50%?90%，Cu顆粒的粒徑為I微米?50微米；
第四步:回流后形成金屬間化合物，回流過程中:升溫至220?300°C，并在220°C以上停留30秒后，再降溫至常溫；
第五步，將硅轉(zhuǎn)接板(I)表面的銅層(8 )去除，保留絕緣層(8 );
第六步:在硅轉(zhuǎn)接板的正面制作RDL層和微凸點(diǎn)；
第七步:在硅轉(zhuǎn)接板的背面進(jìn)行減薄工藝，露出金屬間化合物的底部；
第八步:在硅轉(zhuǎn)接板的背面制作背面RDL層和背面微凸點(diǎn)，從而完成轉(zhuǎn)接板的制作。
[0006]所述絕緣層的材料為氧化硅、氮化硅、多晶硅、聚酰亞胺或特氟龍塑料。
[0007]所述液態(tài)釬料采用Sn、SnPb> SnAg> SnAgCu 或 SnCu。
[0008]所述RDL層和背面RDL層的材質(zhì)為銅。
[0009]所述微凸點(diǎn)的材質(zhì)為Sn、SnAg> Cu+Sn或者Cu/SnAg。
[0010]本發(fā)明所述的金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，先在硅通孔上制備絕緣層和金屬層，然后將摻雜Cu顆粒的液態(tài)釬料填充到硅通孔中，回流后形成金屬間化合物。該工藝的優(yōu)勢(shì)是在液態(tài)釬料中摻雜Cu顆粒，可以快速的與釬料成分接觸，從而發(fā)生劇烈反應(yīng)，形成金屬間化合物，極大的減少了形成金屬間化合物的工藝時(shí)間。而且，熱擴(kuò)散時(shí)間的減少，增加了金屬間化合物的力學(xué)性能，可有效的防止裂紋的出現(xiàn)，提高產(chǎn)品的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為在硅轉(zhuǎn)接板上刻蝕得到盲孔的示意圖。
[0012]圖2為得到絕緣層和銅層的示意圖。
[0013]圖3為在盲孔中填充液態(tài)釬料的不意圖。
[0014]圖4為得到金屬間化合物的示意圖。
[0015]圖5為正面銅層和絕緣層的去除。
[0016]圖6為正面得到RDL層和微凸點(diǎn)的示意圖。
[0017]圖7為硅轉(zhuǎn)接板背面減薄后的示意圖。
[0018]圖8為得到背面RDL層和微凸點(diǎn)的示意圖。
[0019]圖中序號(hào):硅轉(zhuǎn)接板1、盲孔2、RDL層3、微凸點(diǎn)4、金屬間化合物5、背面RDL層6、背面微凸點(diǎn)7、絕緣層8、銅層9。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0021]實(shí)施例一:一種金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，包括以下步驟:
第一步:如圖1所示，在硅轉(zhuǎn)接板I上刻蝕盲孔2 ;
第二步:如圖2所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的表面和盲孔2的內(nèi)表面采用CVD技術(shù)沉積絕緣層8，再采用PVD技術(shù)沉積銅層9 ;所述絕緣層8的材料可以選擇氧化硅、氮化硅、多晶硅、聚酰亞胺、特氟龍塑料等，絕緣層8的厚度為10 nm，銅層9的厚度為10 nm ;
第三步:如圖3所示，將Cu顆粒摻雜的液態(tài)釬料填充到盲孔2中，液態(tài)釬料采用Sn、SnPb, SnAg, SnAgCu, SnCu等，Cu顆粒的摻雜量為50%，Cu顆粒的粒徑為I微米；
第四步:如圖4所示，回流后形成金屬間化合物5，回流過程中:升溫至220?300°C，并在220°C以上停留30秒后，再降溫至常溫；
第五步，如圖5所示，將硅轉(zhuǎn)接板I表面的銅層8去除，保留絕緣層8 ;銅層8采用機(jī)械研磨或者化學(xué)機(jī)械研磨的方式去除；
第六步:如圖6所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的正面制作RDL層3和微凸點(diǎn)4 ;所述RDL層3和微凸點(diǎn)4通過光刻、顯影、電鍍、去膠等工藝制成，RDL層3的材質(zhì)為銅，微凸點(diǎn)4的材質(zhì)為Sn、SnAg、Cu+Sn 或者 Cu/SnAg ；
第七步:如圖7所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的背面進(jìn)行減薄工藝，露出金屬間化合物5的底部；第八步:如圖8所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的背面制作背面RDL層6和背面微凸點(diǎn)7，從而完成轉(zhuǎn)接板的制作；所述背面RDL層6和微凸點(diǎn)7通過光刻、顯影、電鍍、去膠等工藝制成，RDL層3的材質(zhì)為銅，微凸點(diǎn)4的材質(zhì)為Sn、SnAg> Cu+Sn或者Cu/SnAg。
[0022]實(shí)施例二:一種金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，包括以下步驟:
第一步:如圖1所示，在硅轉(zhuǎn)接板I上刻蝕盲孔2 ;
第二步:如圖2所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的表面和盲孔2的內(nèi)表面采用CVD技術(shù)沉積絕緣層8，再采用PVD技術(shù)沉積銅層9 ;所述絕緣層8的材料可以選擇氧化硅、氮化硅、多晶硅、聚酰亞胺、特氟龍塑料等，絕緣層8的厚度為10 μm，銅層9的厚度為10 μπι ;
第三步:如圖3所示，將Cu顆粒摻雜的液態(tài)釬料填充到盲孔2中，液態(tài)釬料采用Sn、SnPb, SnAg, SnAgCu, SnCu等，Cu顆粒的摻雜量為90%，Cu顆粒的粒徑為50微米；
第四步:如圖4所示，回流后形成金屬間化合物5，回流過程中:升溫至220?300°C，并在220°C以上停留30秒后，再降溫至常溫；
第五步，如圖5所示，將硅轉(zhuǎn)接板I表面的銅層8去除，保留絕緣層8 ;銅層8采用機(jī)械研磨或者化學(xué)機(jī)械研磨的方式去除；
第六步:如圖6所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的正面制作RDL層3和微凸點(diǎn)4 ;所述RDL層3和微凸點(diǎn)4通過光刻、顯影、電鍍、去膠等工藝制成，RDL層3的材質(zhì)為銅，微凸點(diǎn)4的材質(zhì)為Sn、SnAg、Cu+Sn 或者 Cu/SnAg ；
第七步:如圖7所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的背面進(jìn)行減薄工藝，露出金屬間化合物5的底部；第八步:如圖8所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的背面制作背面RDL層6和背面微凸點(diǎn)7，從而完成轉(zhuǎn)接板的制作；所述背面RDL層6和微凸點(diǎn)7通過光刻、顯影、電鍍、去膠等工藝制成，RDL層3的材質(zhì)為銅，微凸點(diǎn)4的材質(zhì)為Sn、SnAg> Cu+Sn或者Cu/SnAg。
[0023]實(shí)施例三:一種金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，包括以下步驟:
第一步:如圖1所示，在硅轉(zhuǎn)接板I上刻蝕盲孔2 ;
第二步:如圖2所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的表面和盲孔2的內(nèi)表面采用CVD技術(shù)沉積絕緣層8，再采用PVD技術(shù)沉積銅層9 ;所述絕緣層8的材料可以選擇氧化硅、氮化硅、多晶硅、聚酰亞胺、特氟龍塑料等，絕緣層8的厚度為100 nm，銅層9的厚度為100 nm ；
第三步:如圖3所示，將Cu顆粒摻雜的液態(tài)釬料填充到盲孔2中，液態(tài)釬料采用Sn、SnPb, SnAg, SnAgCu, SnCu等，Cu顆粒的摻雜量為60%，Cu顆粒的粒徑為10微米；
第四步:如圖4所示，回流后形成金屬間化合物5，回流過程中:升溫至220?300°C，并在220°C以上停留30秒后，再降溫至常溫；
第五步，如圖5所示，將硅轉(zhuǎn)接板I表面的銅層8去除，保留絕緣層8 ;銅層8采用機(jī)械研磨或者化學(xué)機(jī)械研磨的方式去除；
第六步:如圖6所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的正面制作RDL層3和微凸點(diǎn)4 ;所述RDL層3和微凸點(diǎn)4通過光刻、顯影、電鍍、去膠等工藝制成，RDL層3的材質(zhì)為銅，微凸點(diǎn)4的材質(zhì)為Sn、SnAg、Cu+Sn 或者 Cu/SnAg ；
第七步:如圖7所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的背面進(jìn)行減薄工藝，露出金屬間化合物5的底部；第八步:如圖8所示，在硅轉(zhuǎn)接板I的背面制作背面RDL層6和背面微凸點(diǎn)7，從而完成轉(zhuǎn)接板的制作；所述背面RDL層6和微凸點(diǎn)7通過光刻、顯影、電鍍、去膠等工藝制成，RDL層3的材質(zhì)為銅，微凸點(diǎn)4的材質(zhì)為Sn、SnAg> Cu+Sn或者Cu/SnAg。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，其特征是，包括以下步驟: 第一步:在硅轉(zhuǎn)接板(I)上刻蝕盲孔(2)； 第二步:在硅轉(zhuǎn)接板(I)的表面和盲孔(2)的內(nèi)表面沉積絕緣層(8)和銅層(9)，絕緣層(8)的厚度為10 nm?10 μ m，銅層(9)的厚度為10 nm?10 μ m ; 第三步:將Cu顆粒摻雜的液態(tài)釬料填充到盲孔(2 )中，Cu顆粒的摻雜量為50%?90%，Cu顆粒的粒徑為I微米?50微米； 第四步:回流后形成金屬間化合物(5)，回流過程中:升溫至220?300°C，并在220°C以上停留30秒后，再降溫至常溫； 第五步，將硅轉(zhuǎn)接板(I)表面的銅層(8 )去除，保留絕緣層(8 ); 第六步:在硅轉(zhuǎn)接板(I)的正面制作RDL層(3)和微凸點(diǎn)(4)； 第七步:在硅轉(zhuǎn)接板(I)的背面進(jìn)行減薄工藝，露出金屬間化合物(5)的底部； 第八步:在硅轉(zhuǎn)接板(I)的背面制作背面RDL層(6)和背面微凸點(diǎn)(7)，從而完成轉(zhuǎn)接板的制作。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，其特征是:所述絕緣層(8 )的材料為氧化硅、氮化硅、多晶硅、聚酰亞胺或特氟龍塑料。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，其特征是:所述液態(tài)釬料采用 Sn、SnPb、SnAg、SnAgCu 或 SnCu。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，其特征是:所述RDL層(3 )和背面RDL層(6 )的材質(zhì)為銅。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬間合物填充材料的轉(zhuǎn)接板的制造工藝，其特征是:所述微凸點(diǎn)(4)的材質(zhì)為Sn、SnAg> Cu+Sn或者Cu/SnAg。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104465504SQ201410753225
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】何洪文, 孫鵬, 曹立強(qiáng) 申請(qǐng)人:華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司