基于AlN改性聚合物复合介质的TSV再分布层制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型TSV封装再分布层(RDL)制备技术，属于微电子封装技术领域，具体是一种以AlN改性的聚合物复合材料为绝缘介质制备TSV封装再分布层的方法。
【背景技术】
[0002]基于硅通孔(TSV)互连的三维堆叠封装以其堆叠密度大、片间互连线短、外形尺寸小和显著降低功耗、提升芯片速度的潜力而备受重视，被认为是目前最具发展潜力的高密度封装技术，又称TSV封装。
[0003]再分布线就是在有TSV垂直互连的芯片表面，通过再次布线实现焊盘的重新分布，可为堆叠键合创造更有利条件。TSV再分布层由金属互连线和绝缘介质构成，介质材料通常有干法制备的无机介质和聚合物旋涂固化的有机介质两类。
[0004]无机介质包括Si02、Si3N4等，其成膜均匀、致密、附着力强，但工艺成本高、效率低、内应力控制复杂。且会因热失配而开裂，如M Sunohara等在“Silicon Interposerwith TSVs (Through Silicon Vias) and Fine Multilayer Wiring，，，(2008ElectronicComponents and Technology Conference, pp.847-852)中米用 CVD 法制备的 S12绝缘层致密基本无孔隙，但是工艺时间长，成本较高，厚膜内应力较大，加之Cu和二氧化娃的热膨胀系数不匹配，2450C回流焊处理中在Cu-TSV边界的二氧化硅易开裂。
[0005]相对于无机介质，有机介质工艺过程简单、效率高、成本低、台阶覆盖性好，但热导率低、热膨胀系数大，易溶胀。常用的有机介质材料有P1、BCB等。Sun，Xin等在“Process Development and Characterizat1n of BCB - based Layer (RDL) forSilicon Interposer Applicat1n，，， (2012Electronic System-1ntegrat1n TechnologyConference (ESTC)，pp.1-4)中采用BCB作为绝缘介质制备再分布层。这种方法工艺过程简单，BCB的电学性能也十分优良，但是BCB热导率非常低，仅为0.4ff/m.K，而热膨胀系数却高达52Χ10_6/Κ，容易造成散热差和热失配严重的问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提出了一种以AlN改性聚合物作为绝缘介质的TSV再分布层集成制造方法。该方法以AlN改性聚合物代替传统的聚合物介质，可以有效改善介质材料的机械强度、介电特性和热机械性能，提升RDL层的综合性能，同时并不显著增加集成制造工艺的复杂性。
[0007]本发明通过以下技术方案实现:
[0008]本发明提供一种基于AlN改性聚合物复合介质的TSV再分布层制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0009](I)将液态有机聚合物介质前驱体和AlN粉末充分混合，使AlN粉末均匀分散在有机聚合物介质材料中，得到混合浆料；
[0010]所述的有机聚合物介质材料为P1、BCB、环氧树脂等聚合物中的一种。
[0011]所述的AlN粉末为纳米级或微米级，平均粒径小于所需制备介质层厚度的1/4，以避免过大颗粒造成薄膜涂覆的不平整或者薄膜平整化困难。
[0012]所述的AlN粉末与有机聚合物介质材料的质量比大于O小于等于2。
[0013]所述的AlN粉末在有机聚合物介质材料中的分散方法，可以采用球磨、研磨、机械搅拌等方法，实现浆料的均匀混合。
[0014]所述的有机聚合物介质材料的种类，AlN粉末的种类和粒径，AlN粉末与有机聚合物介质材料的质量比，上述参数直接影响复合介质再分布层的性能和质量。
[0015](2)在TSV晶圆上制备再分布层布线及上下层金属连接柱；
[0016](3)将步骤(I)所得混合浆料均匀涂覆在再分布互连线已经完成的晶圆表面；
[0017]所述的混合浆料为AlN粉末与P1、BCB、环氧树脂等聚合物中的一种相混合，其均匀涂覆的方法为旋涂、刮涂、丝网印刷中的一种，涂覆层厚度大于当前布线层的厚度。
[0018](4)烘干固化上述混合浆料，形成AlN改性的聚合物复合介质层；
[0019]所述的固化方式为加热固化，通过程序控温实现，起始温度为室温，最高温度为250 0C -300。。。
[0020](5)对成型的复合介质层进行研磨平坦化处理，露出金属连接柱，即可完成单层再分布层制备；
[0021](6)重复步骤(2)到步骤(4)即可获得多层再分布层布线。
[0022]相比现有技术，本发明具有如下有益效果:
[0023]本发明提出的以AlN改性聚合物作为绝缘介质制备TSV再分布层的方法，工艺简单、成本低廉、与现有工艺兼容。与传统聚合物介质相比，AlN改性聚合物介质强度高、热导率高、热膨胀系数低。使用AlN改性聚合物介质代替传统聚合物作为介质层，也使得再分布层在热和机械方面的性能得到大大改善，提高了 TSV封装的可靠性。本发明不仅适用于TSV封装再分布层，同时也可应用在一般芯片的互连层制备。
【附图说明】
[0024]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0025]图1为填充好铜的晶圆示意图；
[0026]图2为电镀第一层铜不意图；
[0027]图3为电镀第二层铜连接柱示意图；
[0028]图4为涂覆AlN改性聚合物复合介质示意图；
[0029]图5为多层布线示意图；
[0030]图6为电镀最上层铜凸点示意图；
[0031]图中一铜填充后的晶圆、2—第一层铜、3—第二层铜连接柱、4一AlN改性聚合物复合介质层、5—多层布线、6—最上层铜凸点。
【具体实施方式】
[0032]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0033]本发明提供一种基于AlN改性聚合物复合介质的TSV再分布层制备方法，采用AlN改性的聚合物复合材料作为介质层，通过与现有工艺兼容的微加工流程制备RDL层，既可以显著改良再分布层多种关键特性，又能保持传统工艺方便、高效、低成本的优势。
[0034]实施例一
[0035]制备AlN改性PI复合介质再分布层
[0036](I)电镀第一层铜。
[0037]在铜填充好的晶圆(如图1)上溅射Cr/Cu种子层，并旋涂5μπι正胶，经曝光、显影、掩膜电镀等步骤，制备再分布互连线，镀铜层厚度4 μm。去胶后如图2所示。
[0038](2)电镀第二层铜连接柱。
[0039]继续旋涂15 μπι厚正胶，经曝光、显影、掩膜电镀制备层间连接柱，柱高ΙΟμπι，去月父后如图3所不。
[0040](3)去第一层种子层。
[0041 ] 采用双氧水-氨水刻蚀液刻蚀暴露的Cu种子层，用铁氰化钾刻蚀液去除暴露的Cr粘结层，用去离子水清洗干净，70°C烘lh。
[0042](4)按比例混合和PI液态前驱体、AlN粉末，使AlN粉末均匀分散在PI前驱体中。
[0043]取0.4gAlN粉末(平均粒径为40nm)混入PI含量为2g的液态前驱体中。将该混合物放入球磨罐中通过球磨机充分混合均勾。球磨机转速为50Hz，时间为40min。
[0044](5)将混合物均匀涂覆在上述再分布互连线已经完成的晶圆表面。
[0045]采用旋涂法将AlN-PI混合物涂覆到上述晶圆表面，控制厚度约为15-20 μ m。
[0046](6)通过程序控温烘干固化上述混合浆料，形成AlN改性PI复合介质。
[0047]将涂覆好混合浆料的晶圆由室温以1°C /min升温至70°C，保温lh，再升温至130°C，保温lh，再升温至250°C，保温2h，然后随炉冷却。
[0048](7)对成型的复合介质层进行表面平坦化研磨，直到层间连接金属柱完全暴露，单层再分布层制备完成。
[0049]用砂纸将绝缘介质薄膜磨平整，并进行机械抛光，露出铜连接柱，清洗干净，烘干，单层再分布层制备完成，如图4所示。
[0050](8)重复步骤(I)到(7)，制备多层布线，如图5所示。
[0051](9)铜凸点制备。
[0052]在最上层已经暴露的层间连接金属柱上端面制备铜凸点。溅射Cr/Cu种子层，并旋涂5 μπι正胶，经曝光、显影进行凸点图形化，然后掩膜电镀铜，形成铜凸点，厚度4 μπι，去胶、去种子层后如图6。
[0053]实施例二
[0054]制备AlN改性BCB复合介质再分布层
[0055](I)电镀第一层铜。
[0056]在铜填充好的晶圆(如图1)上溅射Cr/Cu种子层，并旋涂5μπι正胶，经曝光、显影、掩膜电镀等步骤，制备再分布互连线，镀铜层厚度4 μπι。去胶后如图2所示。
[0057](2)电镀第二层铜连接柱。
[0058]继续旋涂15 μπι厚正胶，经曝光、显影、掩膜电镀制备层间连接柱，柱高ΙΟμπι，去月父后如图3所不。
[0059](3)去第一层种子层。
[0060]采用双氧水-氨水刻蚀液刻蚀暴露的Cu种子层，用铁氰化钾刻蚀液去除暴露的Cr粘结层，用去离子水清洗干净，70°C烘lh。
[0061 ] (4)按比例混合和BCB液态前驱体、AlN粉末，使AlN粉末均匀分散在BCB前驱体中。
[0062]取0.2gAlN粉末(平均粒径为80nm)混入BCB含量为5g的液态前驱体中。将该混合物放入球磨罐中通过QM-QX04球磨机充分混合均匀。球磨机转速为50Hz，时间为lh。
[0063](5)将混合物均匀涂覆在上述再分布互连线已经完成的晶圆表面。