[发明专利]一种基于TSV的三维集成电路封装方法

说明书

本发明公开了一种基于TSV的三维集成电路封装方法，方法包括：提供晶圆器件，在晶圆正面光刻出掩膜层，分别刻蚀出TSV通孔和沉头孔，然后进行TSV电镀和微凸块电镀；采用磨削设备和抛光液对晶圆进行磨削和抛光处理，在将晶圆磨削至预设厚度；在晶圆表面利用磁控溅射方法在淀积出扩散阻挡层及种子层，同时在晶圆背面制作反面铜锡微凸块；利用划片设备进行划片，将晶圆划分为普通芯片和带加强环及沉头孔结构的芯片，再利用堆叠设备将两种芯片分别独自进行逐层堆叠形成3D芯片，然后放入回流炉进行回流，最后获得3D堆叠芯片。本发明对集成电路的关键封装工艺进行优化，减少了晶圆磨削产生的损伤和残余应力，提高了TSV封装体的热机械稳定性和抛光效果。

技术领域

本发明涉及集成电路封装领域，尤其涉及一种基于TSV的三维集成电路封装方法。

背景技术

集成电路封装不仅起到集成电路芯片内键合点与外部进行电气连接的作用，也为集成电路芯片提供了一个稳定可靠的工作环境，对集成电路芯片起到机械或环境保护的作用，从而集成电路芯片能够发挥正常的功能，并保证其具有高稳定性和可靠性。总之，集成电路封装质量的好坏，对集成电路总体的性能优劣关系很大。现有的集成电路封装工艺存在问题如下：

1、传统的封装工艺在对TSV CMP通孔铜碟型凹陷和铜凸起缺陷进行平坦化处理时，抛光效果不好，且抛光时容易产生碎片；

2、在进行超薄晶圆减薄过程中，高速旋转的砂轮所产生的磨削力会对晶圆表面造成表面微裂纹和亚表面损伤，而晶圆亚表面损伤会导致晶圆表面存在一定的残余应力；

3、由于TSV的核心结构由热膨胀系统数差异较大的铜与硅复合构成，在制造过程中温度变化会产生热失配内应力，降低了TSV封装体的热机械稳定性。

如申请号为CN201610040115.2的专利申请公开了一种微纳机电晶圆的圆片级封装方法，在一硅片的正面制作保护MEMS晶圆正面微机械部件的凹槽，在所述硅片中制作贯通硅片的正面和背面的硅通孔，在所述硅通孔侧壁形成绝缘层，得到盖板；在MEMS晶圆正面的电极上制作金属焊盘；将盖板的正面和所述MEMS晶圆的正面键合，其中，金属焊盘与所述硅通孔的位置相对应，且金属焊盘至少覆盖硅通孔的一部分；利用液态金属微孔填充技术对所述硅通孔进行填充，使填充的液态金属与所述金属焊盘键合，该技术方案虽然可以实现从MEMS晶圆电极至盖板背面的电互连，但是这种封装方法无法提高键合芯片组的剪切强度，且会对芯片整体热机械可靠性造成影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于TSV的三维集成电路封装方法，对集成电路的关键封装工艺进行优化，减少了晶圆磨削产生的损伤和残余应力，提高了TSV封装体的热机械稳定性和抛光效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于TSV的三维集成电路封装方法，方法具体包括：步骤一：制作正面铜锡微凸块，提供晶圆器件，在晶圆正面光刻出掩膜层，并分别刻蚀出TSV通孔和沉头孔，然后进行TSV电镀和微凸块的电镀；

步骤二：背面减薄，采用磨削设备和抛光液对晶圆进行磨削和抛光处理，在将晶圆磨削至预设厚度时完成晶圆背面减薄；

步骤三：制作背面铜锡微凸块，在晶圆表面利用磁控溅射方法在淀积出扩散阻挡层及种子层，同时按照步骤一中正面铜锡微凸块的制作方式在晶圆背面制作反面铜锡微凸块；

步骤四：划片和键合，反面铜锡微凸块制作完成后，利用划片设备进行划片，将晶圆划分为普通芯片和带加强环及沉头孔结构的芯片，再利用堆叠设备将两种芯片分别独自进行逐层堆叠形成3D芯片，然后将3D芯片放入回流炉进行回流，最后获得3D堆叠芯片。

进一步的，步骤一具体包括以下子步骤：

S101，一次光刻，在晶圆上使用光刻胶制作掩膜图形，暴露出需要刻制TSV孔的区域；