[發明專利]晶圓級植球印刷填充通孔的轉接板結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201110061446.1
• 申請日: 2011-03-15
• 公開（公告）號: CN102683309B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 于大全;王惠娟
• 申請（專利權）人: 上海國增知識產權服務有限公司
• 主分類號: H01L23/485
• 分類號: H01L23/485;H01L21/768
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31313
• 代理人: 張東梅

技術領域

本發明涉及微電子封裝技術領域，特別涉及一種利用植球印刷來實現硅通孔或玻璃通孔填充的轉接板結構及其制作方法，以有效完成三維封裝或者MEMS封裝中采用TSV技術的互連結構。

背景技術

隨著人們對電子產品的要求向小型化、多功能、環保型等方向的發展，人們努力尋求將電子系統越做越小，集成度越來越高，功能越做越多，越來越強，由此產生了許多新技術、新材料和新設計，其中疊層芯片封裝技術以及系統級封裝(System-in-Package，SiP)技術就是這些技術的典型代表。

三維封裝技術，是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個封裝體內于垂直方向疊放兩個以上芯片的封裝技術，它起源于快閃存儲器(NOR/NAND)及SDRAM的疊層封裝。而硅穿孔(Through Silicon Via，TSV)是實現三維封裝中的關鍵技術之一。這歸因于TSV相對于傳統的互聯方式，可實現全硅封裝，與半導體CMOS工藝相兼容，且可等比例增大元器件密度，減小互連延時問題，實現高速互聯。

硅基片TSV有其獨特之處：1)硅基片通孔孔徑遠小于印刷電路板通孔孔徑；2)硅基片通孔的深寬比遠大于印刷電路板通孔的深寬比；3)硅基片通孔的密度遠大于印刷電路板通孔的密度。基于以上特點，硅基片微型通孔的加工有別于傳統的通孔加工方法，因此其研究對MEMS和半導體工藝的發展起著極其重要的作用。

傳統TSV的制作工藝為：1)采用深刻蝕的方法在硅基片或者硅轉接板上刻蝕深孔；2)通過熱氧化或者沉積的方法在硅深孔的表面形成SiO₂或SiN絕緣層，用于電學隔離；3)在絕緣層的表面再沉積用于粘附和阻擋金屬擴散的的阻擋層，如TiN，Ti，Ta；4)在阻擋層的表面再形成一層薄 的金屬銅層，用于電鍍填銅時的種子層；5)在深孔中填充金屬，用于導電連接，一般這種金屬為金屬銅，填充方法為電鍍；6)對電鍍過量的金屬研磨拋光，平整化；7)對硅片背面減薄露出TSV以形成通孔；8)制作金屬重新分布層和凸點。

但是，由于采用的工藝很多都是難以控制，對最終的產品的成品率也存在影響，甚至很多工藝仍然存在諸多問題，其中高深寬比的通孔銅種子層制作是一個關鍵難題。如果沉積種子層在孔底部覆蓋率差，會造成電鍍銅時出現空洞，形成不了通孔或嚴重影響可靠性。采用PECVD方法難以形成好的臺階覆蓋率的種子層，ALD也存在沉積速度極慢不易產業化的缺點。另外有Alchimer公司研發一種全新的eG方法來形成質量好的種子層，主要通過電化學的方法來完成制程，原理復雜。而在填銅方面常規方法都是采用電鍍填銅，但由于需要在深孔中填銅，一方面對種子層有很高的要求，另一方面也對電鍍溶液和電流等控制有極嚴格的要求，而且在同一塊板上同時對大小孔填充難以同時形成無孔洞無氣泡的銅芯。另外，對于大孔徑的通孔來說，電鍍時間很長，成本高，效率低。

由于這種傳統的方法復雜，存在很多困難，對產品的成品率和可靠性造成極大的影響。各種新的工藝，材料以及填充方法也逐步被提出和討論，例如采用金屬鎢，導電膠來填充TSV孔，采用化學鍍或者電化學鍍的方法來形成種子層以及填充金屬，另外就是與本發明相關的采用直接在孔中填充金屬纖料或者金屬球的方法來完成填空，這種方法在大孔徑的情況下能夠有很好的應用。如專利US6589594B1提到，采用沉積釬料或其他導體材料進入硅通孔，回流后形成互連；而US 2006/0009029A1也提到，在硅孔中填入導電球體，施加壓力形成互連；US2010/0144137A1利用毛細作用，互連上下結構同時完成填孔。但是這些方法均在工藝復雜，制備時間長和制作成本高的缺點。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種利用植球印刷來實現硅通孔或玻璃通孔填充的轉接板結構及其制作方法，以有效完成三維封裝或者 MEMS封裝中采用TSV技術的互連結構。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種轉接板結構，包括：垂直于該轉接板表面的通孔；覆蓋于該通孔的側壁的至少一層絕緣層和一層金屬層；嵌入于該通孔中的一個金屬球或者金屬球缺；覆蓋于該通孔垂直方向一側金屬球或者金屬球缺表面的釬料，且該釬料高出轉接板表面；以及形成于該轉接板內部金屬球缺表面與釬料之間以及釬料與轉接板側壁金屬層之間的金屬間化合物；其中，所述該轉接板通孔垂直方向另一側的金屬平面與該轉接板平面在同一水平面，并通過重新布線和凸點與外部連接。