[发明专利]硅晶圆微盲孔金属填充方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造及封装领域，具体涉及一种硅晶圆微盲孔金属填充方法及装置。

背景技术

硅通孔金属互联线技术(TSV)是一种芯片内的纵向互联技术，其电信号从硅片的通孔中穿过，相比传统的平面金属互联线，TSV能显著地提高封装密度，具有节省空间，降低信号延迟提高芯片性能等优点。在TSV技术包括通孔刻蚀、通孔绝缘层制作、通孔金属沉积和填充、圆片减薄以及TSV键合工艺等。对于金属填盲孔，用普通的方法经常由于孔内气体和金属表面张力的作用而使得填孔时出现各种缺陷，因此急需找到一种降低甚至消除这些缺陷的方法。

发明内容

本发明提供了一种硅晶圆微盲孔金属填充方法，避免盲孔填充金属时由于孔内气室和金属表面张力的作用而导致空洞缺陷。

一种硅晶圆微盲孔金属填充方法，具体为：

将加工有多个小孔的孔板置于硅晶圆的表面，孔板上的小孔与硅晶圆的微盲孔位置一一对应；

将多个金属小球洒在孔板上，并用毛刷扫动使得孔板的每一个小孔内有一个金属小球，清除孔板上多余的金属小球；

将硅晶圆置于真空环境加热，小孔内的金属小球熔化；

对熔化的金属小球加压实现微盲孔填充。

进一步地，所述孔板厚度和孔板上小孔的直径均略大于金属小球的直径，孔板上小孔的直径略大于微盲孔直径。

进一步地，所述孔板与硅晶圆之间通过高分子聚合物临时键合，在微盲孔填充完毕后解除临时键合。

进一步地，所述孔板上的小孔内壁涂覆有高分子聚合物。

进一步地，所述孔板上的小孔内壁涂覆的高分子聚合物为光刻胶、硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯醇肉桂酸酯、5-硝基苊、环己酮。

一种硅晶圆微盲孔金属填充装置，其特征在于，包括孔板和真空回流装置；所述孔板置于硅晶圆的表面的孔板，孔板上加工有多个用于填充金属小球的小孔，小孔与硅晶圆的微盲孔位置一一对应；所述真空回流装置用于在真空环境下熔化金属小球。

进一步地，所述孔板厚度和孔板上小孔的直径均略大于金属小球的直径。

进一步地，所述孔板上的小孔内壁涂覆有高分子聚合物。

进一步地，所述孔板上的小孔内壁涂覆的高分子聚合物为光刻胶、硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯醇肉桂酸酯、5-硝基苊和环己酮中的任意一种。

进一步地，所述孔板采用材料为钼。

本发明的技术效果体现在：

本发明通过孔板小孔大小和厚度，金属小球的大小来控制每个小孔内外金属体积和位置，并通过抽真空来避免盲孔填充金属时由于孔内气室和金属表面张力的作用而导致空洞缺陷。

附图说明

图1为本发明带有微孔的硅片和孔板的示意图，图1(a)为带有微盲孔的硅片示意图，图1(b)为孔板示意图；

图2为本发明带有微孔的硅片和孔板键合的示意图；

图3为本发明金属小球在滚落入孔板小孔内的示意图；

图4为本发明金属回流熔化示意图；

图5为本发明充入少量惰性气体，金属填满微孔的示意图；

图6为本发明去除硅片与孔板的键合作用后的硅片示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明硅晶圆微盲孔金属填充方法按照如下步骤进行：

(1)将加工有多个小孔的孔板置于硅晶圆的表面，孔板上的小孔与硅晶圆的微盲孔位置一一对应。图1给出本发明带有微孔的硅片和孔板的示意图，孔板用于对金属小球的过滤和定位，孔板厚度和孔板上小孔的直径均略大于金属小球的直径，孔板上小孔的直径略大于微盲孔直径。本发明适用的硅微孔的直径大小在1到60微米范围内。为了防止所述孔板上的小孔与其对应的硅晶圆的微盲孔之间产生移位，可将两者通过高分子聚合物(例如硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯醇肉桂酸酯、5-硝基苊、环己酮)临时键合。小孔可采用激光打孔方式获取。孔板所用的材料为钼，在加热条件下其热膨胀系数很小。还可在孔板上的小孔内壁涂覆高分子聚合物例如光刻胶(参见图2)，以避免金属与小孔内壁粘连。

(2)如图3所示，将多个金属小球洒在孔板上，并用毛刷扫动使得孔板的每一个小孔内有一个金属小球，清除孔板上多余的金属小球。金属小球的体积大于硅微孔的体积。

(3)将硅晶圆置于真空回流装置，抽真空，加热，同流温度可高于金属熔化温度20-50℃，小孔内的金属小球熔化，如图4所示。