[發明專利]一種用于三維系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法

有效

• 申請號: 202010626938.X
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111900127B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 朱寶;陳琳;孫清清;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學;上海集成電路制造創新中心有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/265;H01L21/02;H01L23/48
• 代理公司: 北京得信知識產權代理有限公司 11511
• 代理人: 孟海娟

本發明公開了用于三維系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法。采用離子注入工藝向單晶硅襯底中注入低能離子至較淺深度，然后進行高溫退火在硅襯底內部形成一層硅化合物，從而硅化合物將硅襯底分為上方的頂層硅和下方的體硅。接著在頂層硅表面采用分子束外延的方法生長一定厚度的單晶硅，作為基底。本發明能夠充分利用硅材料，節約成本，同時有利于實現芯片的高密度封裝。

技術領域

本發明涉及集成電路封裝領域，具體涉及一種用于三維系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法。

背景技術

隨著集成電路工藝技術的高速發展，微電子封裝技術逐漸成為制約半導體技術發展的主要因素。為了實現電子封裝的高密度化，獲得更優越的性能和更低的總體成本，技術人員研究出一系列先進的封裝技術。其中三維系統級封裝技術具有良好的電學性能以及較高的可靠性，同時能實現較高的封裝密度，被廣泛應用于各種高速電路以及小型化系統中。硅通孔(Through Silicon Via，簡稱TSV)轉接板技術是三維集成電路中堆疊芯片實現互連的一種新技術，通過在硅圓片上制作出許多垂直互連通孔以及后續重布線(Redistribution Layer，簡稱RDL)來實現不同芯片之間的電互連。此外，TSV轉接板技術又分為有源轉接板和無源轉接板兩種技術，其中有源轉接板帶有有源器件，無源轉接板缺少有源器件。TSV轉接板技術能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大、芯片之間的互連線最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，是目前電子封裝技術中最引人注目的一種技術。

為了滿足封裝總體厚度的要求，對于傳統的TSV制造工藝，其中很重要的一個步驟是硅片減薄。然而對于硅片減薄，通常都是采用機械磨削的方法，這其中相當厚度的硅材料會被去除卻無法回收利用，導致硅材料的大量浪費。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開一種用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法，包括以下步驟：向硅片中注入低能離子至一定深度，并進行退火，使所述離子與硅反應，在硅片內部形成硅化合物，將所述硅片分隔為上面的頂層硅和下面的體硅；在所述頂層硅表面外延生長單晶硅，作為基底；對所述基底進行光刻、刻蝕，形成貫穿所述基底的硅通孔，濕法腐蝕去除所述硅化合物，使所述基底與體硅分離；在所述硅通孔的側壁和所述基底的上下表面依次沉積第一絕緣介質、擴散阻擋層和籽晶層；形成導電金屬，使其完全填充所述硅通孔；采用化學機械拋光工藝去除部分所述導電金屬、所述籽晶層、所述擴散阻擋層和所述第一絕緣介質，僅保留所述硅通孔中的所述導電金屬、所述籽晶層、所述擴散阻擋層和所述第一絕緣介質；形成第二絕緣介質，使其覆蓋所述基底和所述第一絕緣介質的上下表面；形成粘附層/種子層疊層薄膜，使其覆蓋所述導電金屬、所述籽晶層、所述擴散阻擋層和部分所述第二絕緣介質；在粘附層/種子層疊層薄膜表面形成接觸凸點。

本發明的用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法中，優選為，所注入的離子為氧離子，所形成的硅化合物為氧化硅。

本發明的用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法中，優選為，所注入的離子為氮離子，所形成的硅化合物為氮化硅。

本發明的用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法中，優選為，所注入的離子的劑量范圍為3×10¹⁷/cm²～2×10¹⁸/cm²，注入能量范圍為100～200keV。

本發明的用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法中，優選為，對所述硅片進行退火的溫度為500～700℃，時間為1～10h。

本發明的用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法中，優選為，所述硅化合物的厚度為200～400nm。

本發明的用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法中，優選為，所述頂層硅的厚度范圍為100～400nm。

本發明的用于系統級封裝的TSV無源轉接板制備方法中，優選為，所述導電金屬為銅。