专利名称：一种高深宽比tsv的填充方法
技术领域：
本发明涉及一种填充方法，尤其是一种高深宽比TSV (硅通孔)的填充方法，属于微电子的技术领域。
背景技术：
随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多、越来越强，由此产生了许多新技术、新材料和新设计，其中叠层芯片封装技术以及系统级封装(System-1n-Package,SiP)技术就是这些技术的典型代表。三维封装技术，是指在将封装结构由二维布局拓展到三维布局，在相同封装体积内实现更高密度、更高性能的系统集成。而娃穿孔(Through Silicon Via, TSV)是实现三维封装中的关键技术之一。这归因于TSV在现有的硅基工艺基础上实现了三维堆叠结构，增大元器件密度，减小互连延时问题，实现高速互联。硅穿孔工艺是一种新兴的集成电路制作工艺，适合用作多方面性能提升，用于无线局域网与手机中功率放大器，将极大的提高电路的频率特性和功率特性。硅穿孔工艺将制作在硅片上表面的电路通过硅穿孔中填充的金属连接至硅片背面，结合三维封装工艺，使得IC布局从传统二维并排排列发展到更先进三维堆叠，这样元件封装更为紧凑，芯片引线距离更短，从而可以极大的提高电路的频率特性和功率特性。但是，目前的TSV填充工艺可以处理的TSV—般深宽比都小于30，大尺寸的TSV结构，占用了更多有源芯片面积，增加了成本压力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高深宽比TSV的填充方法，其工艺步骤简单，提高TSV的深宽比，降低成本，适用范围广，安全可靠。按照本发明提供的技术方案，一种高深宽比TSV的填充方法，所述填充方法包括如下步骤:
a、提供衬底，所述衬底具有两个相对应的主面，所述两个相对应的主面包括第一主面与第二主面；选择性地掩蔽和刻蚀衬底的第一主面，以在衬底内得到若干沟槽，所述沟槽从衬底的第一主面向下延伸；
b、在上述衬底的第一主面上淀积绝缘阻挡层，所述绝缘阻挡层覆盖在衬底的第一主面上，并覆盖沟槽的侧壁及底壁；
C、在上述衬底的第一主面上淀积填充材料，得到覆盖衬底第一主面的填充材料层，并得到覆盖沟槽侧壁及底壁的填充体，所述填充体与填充材料层使得沟槽槽口的距离缩小或封闭沟槽的槽口，并在沟槽侧壁的填充体间形成间隙； d、去除上述衬底第一主面上的填充材料层，并将沟槽槽口的填充体或填充材料层去除，以打开沟槽的槽口，使得沟槽的槽口与沟槽内的间隙相连通；e、在上述衬底的第一主面上重复淀积填充材料层和刻蚀填充材料层的步骤，直至填充体充满沟槽，使得沟槽内填充体间不存在间隙。所述衬底的材料包括娃或玻璃。所述填充材料包括鹤或铜。所述沟槽的深宽比大于30。本发明的优点:在衬底的第一主面上经过多次填充材料淀积及刻蚀，能够实现对衬底内沟槽的有效填充，确保在高深宽比的沟槽内得到TSV导体，工艺步骤简单，提高TSV的深宽比，降低成本，适用范围广，安全可靠。
图1为本发明在衬底的第一主面上设置绝缘阻挡层后的剖视图。图2为本发明在衬底的第一主面第一次淀积填充材料后的剖视图。图3为本发明去除沟槽口部的填充材料使得开口与间隙连通后的剖视图。图4为本发明在衬底的第一主面第二次淀积填充材料后的剖视图。图5为本发明去除沟槽口部第二次淀积的填充材料使得开口与间隙再次连通后的剖视图。图6为本发明填充体将沟槽填充满后的剖视图。附图标记说明:1_衬底、2-绝缘阻挡层、3-沟槽、4-第一填充材料层、5-间隙、6-第一填充体、7-开口、8_第二填充材料层、9-第三填充材料层及10-TSV导体。
具体实施例方式
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下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。为了能够满足高深宽比TSV的填充要求，本发明的填充方法包括如下步骤:
a、提供衬底I,所述衬底I具有两个相对应的主面,所述两个相对应的主面包括第一主面与第二主面；选择性地掩蔽和刻蚀衬底I的第一主面，以在衬底I内得到若干沟槽3，所述沟槽3从衬底I的第一主面向下延伸；
本发明实施例中，衬底I包括硅衬底，通过沟槽3能够形成后续的TSV，沟槽3在衬底I内的延伸深度小于衬底I的厚度，通过后续对衬底I的第二主面进行处理使衬底变薄能够使得沟槽3形成TSV。本发明实施例中，沟槽3的深宽比大于1:30，具体地，沟槽3的深宽比为1:40，即后续形成TSV的深宽比为1:40。沟槽3形成后，去除掩膜层。b、在上述衬底I的第一主面上淀积绝缘阻挡层2，所述绝缘阻挡层2覆盖在衬底I的第一主面上,并覆盖沟槽3的侧壁及底壁；
所述绝缘阻挡层2可以采用二氧化硅、氮化硅、有机聚合物为材料。C、在上述衬底I的第一主面上淀积填充材料，得到覆盖衬底I第一主面的填充材料层，并得到覆盖沟槽3侧壁及底壁的填充体，所述填充体与填充材料层使得沟槽3槽口的距离缩小或封闭沟槽的槽口，并在沟槽3侧壁的填充体间形成间隙5 ；
在上述衬底的第一主面上淀积填充材料，得到覆盖沟槽侧壁及底壁的填充体，同时填充材料会覆盖衬底第一主面，且填充材料的淀积会使沟槽口部缩小甚至封口 ；
由于沟槽3具有较高的深宽比，在淀积填充材料时，一次淀积不可避免地在沟槽3内形成间隙5 ;其中，填充材料可以为钨、铜等。
d、去除上述衬底I第一主面上的填充材料层，并将沟槽3槽口的填充体或填充材料层去除，以打开沟槽3的槽口，使得沟槽3的槽口与沟槽3内的间隙5相连通；
去除上述衬底第一主面上的填充材料层，并将沟槽的槽口的填充物去除，打开沟槽3的开口 7，所述开口 7与间隙5相连通；
将衬底I第一主面上的填充材料层去除后得到开口 7，通过开口 7能够为后续的填充材料淀积提供通道。e、在上述衬底I的第一主面上重复淀积填充材料层和刻蚀填充材料层的步骤，直至填充体充满沟槽3，使得沟槽3内填充体间不存在间隙5。根据沟槽3的深宽比以及淀积填充材料层的工艺，通过多次反复的淀积和刻蚀后，能够使得填充体充满沟槽3，以在沟槽3内得到TSV导体10。TSV导体10在沟槽3的高度与沟槽3的深度一致。如图f图6所示:以经过三次淀积填充材料层，在沟槽3得到TSV导体10为例，来对本发明进行进一步的说明。第一步:娃衬底I具有两个主面，其中，娃衬底I的第一主面为衬底I的正面，衬底I的第二主面为背面；通过选择性地掩蔽和刻蚀衬底I的第一主面，能够在衬底I内得到沟槽3，所述沟槽3的深度比不小于30 ;在衬底I的第一主面上淀积绝缘阻挡层2，如图1所第二步、在衬底I的第一主面上淀积填充材料，得到覆盖于沟槽3侧壁及底壁的第一填充体6，同时第一填充材料层4会覆盖于第一主面上，第一填充材料层4与第一填充体6为同一工艺层；第一填充材料层4及第一填充体6的材料为鹤、铜等材料。由于沟槽3具有较高的深宽比，因此，当第一填充体6覆盖在沟槽3的侧壁及底壁时，在沟槽3内形成间隙5，同时第一填充材料层4会使沟槽3 口部缩小甚至封闭沟槽3的槽口 ；如图2所示。第三步、刻蚀第一主面上的第一填充材料层4，同时打开沟槽3的槽口，即在沟槽3上部的开口 7与间隙5相连通，利用开口 7与间隙5之间的通道能够作为后续填充的通道，如图3所示。第四步、再次在衬底I的第一主面上淀积填充材料，得到覆盖沟槽3的侧壁、底壁的第二填充材料层8，所述第二填充材料层8同时会覆盖第一主面，并填充开口 7与间隙5之间的通道，在沟槽3内能得到第二填充体，即能够使得沟槽3内第二填充体之间的间隙5减小；本步骤中，第二填充材料层8也会使沟槽3 口部缩小甚至封闭沟槽3的槽，如图4所
/Jn ο第五步、再次刻蚀第一主面上的第二填充材料层8，以打开沟槽3的槽口，即开口 7与间隙5再次连通，利用开口 7与间隙5之间的通道能够作为后续填充的通道，以确保能够通过后续工艺将沟槽3填充完整，如图5所示。第六步、第三次在衬底I的第一主面上填充第三填充材料层9，第三填充材料层9覆盖第一主面，由于开口 7与间隙5之间的通道经过上述工艺后减小，当设置第三填充材料层9后，第三填充材料层9后能够将沟槽3填充完整，即能使得沟槽3内填充后不再有间隙。当淀积第三填充材料层9后，通过去除第一主面上的第三填充材料层9，能够在沟槽3内得到TSV导体，通过后续衬底I的正面及背面相关工艺步骤，能够得到贯通衬底I的TSV,以满足高深宽比的填充及封装要求。
本发明在衬底I的第一主面上经过多次填充材料淀积及刻蚀，能够实现对衬底I内沟槽3的有效填充，确保在高深宽比的沟槽3内得到TSV导体，工艺步骤简单，提高TSV的深宽比，降低成本，适用范围 广，安全可靠。
权利要求
1.一种高深宽比TSV的填充方法，其特征是，所述填充方法包括如下步骤: (a )、提供衬底(I)，所述衬底(I)具有两个相对应的主面,所述两个相对应的主面包括第一主面与第二主面；选择性地掩蔽和刻蚀衬底(I)的第一主面，以在衬底(I)内得到若干沟槽(3 )，所述沟槽(3 )从衬底(I)的第一主面向下延伸； (b)、在上述衬底(I)的第一主面上淀积绝缘阻挡层(2)，所述绝缘阻挡层(2)覆盖在衬底(I)的第一主面上，并覆盖沟槽(3)的侧壁及底壁； (C)、在上述衬底的第一主面上淀积填充材料，得到覆盖衬底(I)第一主面的填充材料层，并得到覆盖沟槽侧壁及底壁的填充体，所述填充体与填充材料层使得沟槽(3)槽口的距离缩小或封闭沟槽(3)的槽口，并在沟槽(3)侧壁的填充体间形成间隙； (d)、去除上述衬底(I)第一主面上的填充材料层，并将沟槽(3)槽口的填充体或填充材料层去除，以打开沟槽(3)的槽口，使得沟槽(3)的槽口与沟槽(3)内的间隙相连通； (e)、在上述衬底(I)的第一主面上重复淀积填充材料层和刻蚀填充材料层的步骤，直至填充体充满沟槽(3 )，使得沟槽(3 )内填充体间不存在间隙。
2.根据权利要求1所述的高深宽比TSV的填充方法，其特征是:所述衬底(I)的材料包括硅或玻璃。
3.根据权利要求1所述的高深宽比TSV的填充方法，其特征是:所述填充材料包括钨或铜。
4.根据 权利要求1所述的高深宽比TSV的填充方法，其特征是:所述沟槽(3)的深宽比大于30。
全文摘要
本发明涉及一种高深宽比TSV的填充方法，其包括如下步骤a、提供衬底，选择性地掩蔽和刻蚀衬底的第一主面，以在衬底内得到若干沟槽；b、在上述衬底的第一主面上淀积绝缘阻挡层；c、在上述衬底的第一主面上淀积填充材料，以得到覆盖沟槽侧壁及底壁的填充材料层，同时，填充材料会覆盖衬底第一主面；填充材料层会使沟槽的槽口变小甚至封口，且沟槽内的填充体间形成间隙；d、去除上述衬底第一主面上的填充材料层，以在沟槽的上部得到开口；e、在上述衬底的第一主面上重复淀积填充材料层和刻蚀填充材料层的步骤，直至填充体充满沟槽，使得沟槽内填充体间不存在间隙。本发明工艺步骤简单，提高TSV的深宽比，降低成本，适用范围广，安全可靠。
文档编号H01L21/768GK103236417SQ201310157109
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者薛恺, 于大全 申请人:江苏物联网研究发展中心