[發明專利]硅圓片通孔金屬填充工藝

無效

• 申請號: 201210017864.5
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN103219278A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 劉勝;陳照輝;陳潤
• 申請（專利權）人: 劉勝
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 李平

技術領域

本發明涉及一種電子元器件封裝技術，特別涉及一種硅圓片通孔金屬填充工藝。

背景技術

半導體技術遵循著摩爾定律發展，其集成度每隔18個月便會增加一倍。但是隨著半導體技術的發展，摩爾定律已經開始出現瓶頸。隨著芯片線寬不斷縮小，當線寬達到納米級別時，材料的物理、化學性能將發生質的變化。同時，單個芯片集成度越來越高，發熱越來越嚴重，將嚴重影響產品的可靠性。并且，隨著芯片線寬的不斷縮小，對制造設備的性能要求越來越高，造成產品制造成本的急劇上升。但是人們對于電子產品小型化、輕型化的要求卻不可能停止，三維封裝技術也隨之出現，迅速發展。三維封裝技術已經開始運用到一些電子產品中，例如存儲器等。

硅通孔(TSV)技術是一種新型的高密度、高速、低功耗的三維封裝技術，近年來得到迅速發展。它是通過在芯片與芯片之間或者晶元與晶元之間制作垂直導通，實現芯片之間垂直互連的一種技術。硅通孔的金屬填充是TSV技術的一個重要環節。傳統的金屬填充方法是采用電鍍的方式在通孔中填充銅。但是由于銅與硅的熱失配，造成產品在使用過程中存在很大的熱應力，嚴重影響產品的可靠性。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術中存在的缺陷，提供一種硅圓片通孔金屬填充工藝。其特征在于所述硅圓片通孔內通過電鍍金屬Sn或Sn合金，或者經多次電鍍Sn及其合金金屬，并通過熱處理工藝在硅圓片上的通孔內形成的填充金屬，填充工藝包括以下步驟：

(1)在硅圓片上刻蝕深孔；

(2)在硅圓片表面形成一層絕緣層；

(3)在絕緣層表面濺射一層粘附層、阻擋層、種子層；

(4)采用光刻工藝暴露出通孔，并利用光刻膠保護硅圓片的其余部分；

(5)通過電鍍工藝在孔內通過電鍍金屬Sn或Sn合金，或者采用多次電鍍Sn及其合金金屬；

(6)利用光刻膠保護通孔填充金屬部分，利用腐蝕工藝去除圓片表面的粘附層，阻擋層和種子層；

(7)在惰性氣體的保護下，進行熱處理，最終形成硅圓片通孔內的填充金屬。

所述步驟(1)的深孔可以是通孔或者是盲孔，孔可以通過反應離子刻蝕的方式形成，深寬比范圍為1∶1～20∶1，直徑為1um～300um，硅圓片的厚度在30um～600um。

上述步驟(2)中的絕緣層可以是二氧化硅或者氮化硅，通過熱氧化或氣相沉積的工藝形成絕緣層。

上述步驟(3)中的粘附層的材料為Ti、Ni，阻擋層的材料為W、Ta、TaN，種子層為Cu、Sn、Ni、Au。

上述步驟(5)中可以直接在種子層上先采用Sn或Sn合金電鍍液Ag-Sn、Au-Sn、Cd-Sn、Co-Sn、Cu-Sn、Ni-Sn、Sn-Zn、Pb-Sn，Sn-Ag-Cu電鍍液，通過電鍍形成Sn或Sn合金填充金屬，或者在種子層表面先電鍍或沉積形成一層Sn的合金金屬，如Ag、Au、Cd、Co、Cu、Ni、Zn，然后采用電鍍Sn工藝在形成的其它金屬上形成一層Sn，通過熱處理工藝形成Sn合金。

上述步驟(6)選用不同的腐蝕溶液去除粘附層，阻擋層和種子層。如氯化鐵溶液，氫氟酸溶液。

上述步驟(7)中采用的保護氣體為氮氣或氮氫混合氣。

所述通孔內最終形成的金屬填充物為柱狀或環狀結構。

所述硅圓片表面刻蝕的孔為盲孔的條件下，則在步驟(7)之后采用機械磨削及化學機械拋光減薄工藝，對硅圓片進行減薄暴露出金屬填充物。

本發明的優點是工藝簡單、具有高電導率、高可靠性的硅圓片通孔金屬填充的方法，為硅通孔(TSV)技術提供了一條新的解決方案。

附圖說明

圖1-1(a)～(f)實施例一的工藝流程圖；

圖1-2(g)～(j)實施例一的工藝流程圖是圖1-1的接續；

圖1-3(k)～(m)實施例一的工藝流程圖是圖1-2的接續；

圖2-1(a)～(f)實施例二的工藝流程圖；

圖2-2(g)～(j)實施例二的工藝流程圖是圖2-1的接續；

圖2-3(k)～(n)實施例二的工藝流程圖是圖2-21的接續；

圖3(a)～(b)實施例三的部分工藝流程圖；

圖4(a)～(b)實施例四的部分工藝流程圖；

圖5(a)～(b)實施例五的部分工藝流程圖；

圖6(a)實施例六的部分工藝流程圖；

圖7(a)～(c)實施例七的部分工藝流程圖；