[发明专利]硅圆片通孔金属填充工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子元器件封装技术，特别涉及一种硅圆片通孔金属填充工艺。

背景技术

半导体技术遵循着摩尔定律发展，其集成度每隔18个月便会增加一倍。但是随着半导体技术的发展，摩尔定律已经开始出现瓶颈。随着芯片线宽不断缩小，当线宽达到纳米级别时，材料的物理、化学性能将发生质的变化。同时，单个芯片集成度越来越高，发热越来越严重，将严重影响产品的可靠性。并且，随着芯片线宽的不断缩小，对制造设备的性能要求越来越高，造成产品制造成本的急剧上升。但是人们对于电子产品小型化、轻型化的要求却不可能停止，三维封装技术也随之出现，迅速发展。三维封装技术已经开始运用到一些电子产品中，例如存储器等。

硅通孔(TSV)技术是一种新型的高密度、高速、低功耗的三维封装技术，近年来得到迅速发展。它是通过在芯片与芯片之间或者晶元与晶元之间制作垂直导通，实现芯片之间垂直互连的一种技术。硅通孔的金属填充是TSV技术的一个重要环节。传统的金属填充方法是采用电镀的方式在通孔中填充铜。但是由于铜与硅的热失配，造成产品在使用过程中存在很大的热应力，严重影响产品的可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种硅圆片通孔金属填充工艺。其特征在于所述硅圆片通孔内通过电镀金属Sn或Sn合金，或者经多次电镀Sn及其合金金属，并通过热处理工艺在硅圆片上的通孔内形成的填充金属，填充工艺包括以下步骤：

(1)在硅圆片上刻蚀深孔；

(2)在硅圆片表面形成一层绝缘层；

(3)在绝缘层表面溅射一层粘附层、阻挡层、种子层；

(4)采用光刻工艺暴露出通孔，并利用光刻胶保护硅圆片的其余部分；

(5)通过电镀工艺在孔内通过电镀金属Sn或Sn合金，或者采用多次电镀Sn及其合金金属；

(6)利用光刻胶保护通孔填充金属部分，利用腐蚀工艺去除圆片表面的粘附层，阻挡层和种子层；

(7)在惰性气体的保护下，进行热处理，最终形成硅圆片通孔内的填充金属。

所述步骤(1)的深孔可以是通孔或者是盲孔，孔可以通过反应离子刻蚀的方式形成，深宽比范围为1∶1～20∶1，直径为1um～300um，硅圆片的厚度在30um～600um。

上述步骤(2)中的绝缘层可以是二氧化硅或者氮化硅，通过热氧化或气相沉积的工艺形成绝缘层。

上述步骤(3)中的粘附层的材料为Ti、Ni，阻挡层的材料为W、Ta、TaN，种子层为Cu、Sn、Ni、Au。

上述步骤(5)中可以直接在种子层上先采用Sn或Sn合金电镀液Ag-Sn、Au-Sn、Cd-Sn、Co-Sn、Cu-Sn、Ni-Sn、Sn-Zn、Pb-Sn，Sn-Ag-Cu电镀液，通过电镀形成Sn或Sn合金填充金属，或者在种子层表面先电镀或沉积形成一层Sn的合金金属，如Ag、Au、Cd、Co、Cu、Ni、Zn，然后采用电镀Sn工艺在形成的其它金属上形成一层Sn，通过热处理工艺形成Sn合金。

上述步骤(6)选用不同的腐蚀溶液去除粘附层，阻挡层和种子层。如氯化铁溶液，氢氟酸溶液。

上述步骤(7)中采用的保护气体为氮气或氮氢混合气。

所述通孔内最终形成的金属填充物为柱状或环状结构。

所述硅圆片表面刻蚀的孔为盲孔的条件下，则在步骤(7)之后采用机械磨削及化学机械抛光减薄工艺，对硅圆片进行减薄暴露出金属填充物。

本发明的优点是工艺简单、具有高电导率、高可靠性的硅圆片通孔金属填充的方法，为硅通孔(TSV)技术提供了一条新的解决方案。

附图说明

图1-1(a)～(f)实施例一的工艺流程图；

图1-2(g)～(j)实施例一的工艺流程图是图1-1的接续；

图1-3(k)～(m)实施例一的工艺流程图是图1-2的接续；

图2-1(a)～(f)实施例二的工艺流程图；

图2-2(g)～(j)实施例二的工艺流程图是图2-1的接续；

图2-3(k)～(n)实施例二的工艺流程图是图2-21的接续；

图3(a)～(b)实施例三的部分工艺流程图；

图4(a)～(b)实施例四的部分工艺流程图；

图5(a)～(b)实施例五的部分工艺流程图；

图6(a)实施例六的部分工艺流程图；

图7(a)～(c)实施例七的部分工艺流程图；