[发明专利]一种高效电镀填充硅基TSV的方法

说明书

本发明公开一种高效电镀填充硅基TSV的方法，具体为：在晶圆上刻蚀制备TSV；在刻蚀TSV的晶圆上制备绝缘层；在含有绝缘层的晶圆上制备种子层；接着在晶圆双面贴干膜，单面光刻、显影；去除TSV侧壁端口部位的种子层；在图形化的一面粘贴干膜、另一面光刻显影；再次去除另一端口部位的种子层；再次通过光刻、显影；接着双向同步电镀填充铜，使TSV‑Cu与TSV‑pad一体成型无分离界面；去除干膜光刻胶、种子层。本发明将TSV通孔电镀填充工艺转化为两个类盲孔电镀填充工艺，TSV结构结合牢固且工艺更为灵活、方便，大大降低了高深宽比TSV通孔电镀填充难度，同时有效提高电镀速率，使低成本高效制备TSV成为可能。

技术领域

本发明涉及微电子封装领域，具体地，涉及一种基于通孔高效填充方法，即由通孔中间分成两个盲孔进行双向同步电镀填充TSV的方法，该方法适用于硅基TSV的低成本高效率填充制备。

背景技术

随着半导体工业的飞速发展，对微系统的小型化、多功能集成化的要求日益迫切，具有高速互连、高密度集成、小型化以及同质和异质功能整合等优点硅通孔的三维封装(3D-TSV)，逐步成为半导体封装技术的热门的研究之一。尽管3D-TSV封装技术具有诸多优势，但目前仍存在一些不利因素制约3D-TSV集成封装技术的发展。具体包括：制备工艺繁琐、复杂，设计软件和方法的缺失、功率密度增加导致的热机械可靠性问题、电性能可靠性问题、关键工艺与设备问题以及系统测试难题等。其中，3D-TSV封装涉及的关键工艺技术包括:高深宽比TSV的刻蚀、无缺陷高深宽比TSV电镀填充技术、晶圆减薄技术、多层对准与键合技术等。这些工艺尚不成熟，从而制约了3D-TSV封装技术的应用与发展。

3D-TSV封装技术的热机械可靠性和电性能可靠性是该工艺技术实现批量生产的巨大挑战。3D-TSV封装技术的失效模式主要是热机械载荷引起的，包括焊点的失效、TSV本身的失效、芯片的破裂与疲劳失效、器件界面间的分层、剥离与裂纹等。无论先通孔工艺还是后通孔工艺，Cu-TSV与TSV-pad在传统制程中都是分步完成的。Cu-TSV与TSV-pad间天然存在界面间的残余应力和热应力，且TSV填充是盲孔填充，而电镀完成后所进行的晶圆减薄等后续工艺更会导致残余应力的积累、翘曲，直接影响TSV的热机械稳定性与电性能。与此同时，传统的TSV通孔填充因为深孔端部电镀速率的控制难度较高较难实现无孔洞填充。

发明内容

针对上述传统工艺中填充TSV的缺点或问题，本发明提出一种高效电镀填充硅基TSV的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：首先在晶圆上刻蚀制备TSV；接着在刻蚀TSV的晶圆上制备绝缘层；其次在含有绝缘层的晶圆上制备种子层；接着在晶圆双面贴干膜，单面光刻、显影；再次去除TSV侧壁端口部位的种子层；接着在图形化的一面粘贴干膜、另一面光刻显影；再次去除另一端口部位的种子层；然后再次通过光刻、显影；接着双向同步电镀填充铜，使TSV-Cu与TSV-pad一体成型无分离界面；最后去除干膜光刻胶、种子层。该方法通过预先图形化和控制刻蚀将TSV深孔侧壁两端部位的部分种子层去掉，避免电镀铜在通孔的两端最先封口，将通孔填充转变为双向同步类盲孔填充。该过程大大降低了通孔TSV填充的难度，提高了无孔洞填充良率，增大了填充速率；同时省去晶圆减薄、晶圆拿持等过程，增强了3D-TSV封装的可靠性。

具体的，一种高效电镀填充硅基TSV的方法，所述方法包括以下步骤：

1)在晶圆上旋涂正胶或负胶，烘胶，对烘完胶的晶圆进行光刻与显影；

2)采用深离子刻蚀技术或激光技术，在经过步骤1)处理的晶圆上刻蚀出TSV；

3)采用高温氧化或化学沉积技术，在经过步骤2)处理的晶圆表面进行热氧化或沉积绝缘层；

4)在经过步骤3)处理的晶圆表面，制备种子层；

5)在经过步骤4处理后的晶圆表面双面粘贴干膜光刻胶，再单面进行光刻、显影；