一种高效电镀填充硅基tsv的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子封装领域，具体地，涉及一种基于通孔高效填充方法，即由通孔中间分成两个盲孔进行双向同步电镀填充TSV的方法，该方法适用于硅基TSV的低成本高效率填充制备。
【背景技术】
[0002]随着半导体工业的飞速发展，对微系统的小型化、多功能集成化的要求日益迫切，具有高速互连、高密度集成、小型化以及同质和异质功能整合等优点硅通孔的三维封装(3D-TSV)，逐步成为半导体封装技术的热门的研究之一。尽管3D-TSV封装技术具有诸多优势，但目前仍存在一些不利因素制约3D-TSV集成封装技术的发展。具体包括:制备工艺繁琐、复杂，设计软件和方法的缺失、功率密度增加导致的热机械可靠性问题、电性能可靠性问题、关键工艺与设备问题以及系统测试难题等。其中，3D-TSV封装涉及的关键工艺技术包括:高深宽比TSV的刻蚀、无缺陷高深宽比TSV电镀填充技术、晶圆减薄技术、多层对准与键合技术等。这些工艺尚不成熟，从而制约了 3D-TSV封装技术的应用与发展。
[0003]3D-TSV封装技术的热机械可靠性和电性能可靠性是该工艺技术实现批量生产的巨大挑战。3D-TSV封装技术的失效模式主要是热机械载荷引起的，包括焊点的失效、TSV本身的失效、芯片的破裂与疲劳失效、器件界面间的分层、剥离与裂纹等。无论先通孔工艺还是后通孔工艺，Cu-TSV与TSV-pad在传统制程中都是分步完成的。Cu-TSV与TSV-pad间天然存在界面间的残余应力和热应力，且TSV填充是盲孔填充，而电镀完成后所进行的晶圆减薄等后续工艺更会导致残余应力的积累、翘曲，直接影响TSV的热机械稳定性与电性能。与此同时，传统的TSV通孔填充因为深孔端部电镀速率的控制难度较高较难实现无孔洞填充。
【发明内容】
[0004]针对上述传统工艺中填充TSV的缺点或问题，本发明提出一种高效电镀填充硅基TSV的方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现:首先在晶圆上刻蚀制备TSV;接着在刻蚀TSV的晶圆上制备绝缘层;其次在含有绝缘层的晶圆上制备种子层;接着在晶圆双面贴干膜，单面光刻、显影;再次去除TSV侧壁端口部位的种子层;接着在图形化的一面粘贴干膜、另一面光刻显影;再次去除另一端口部位的种子层;然后再次通过光刻、显影;接着双向同步电镀填充铜，使TSV-Cu与TSV-pad—体成型无分离界面;最后去除干膜光刻胶、种子层。该方法通过预先图形化和控制刻蚀将TSV深孔侧壁两端部位的部分种子层去掉，避免电镀铜在通孔的两端最先封口，将通孔填充转变为双向同步类盲孔填充。该过程大大降低了通孔TSV填充的难度，提高了无孔洞填充良率，增大了填充速率;同时省去晶圆减薄、晶圆拿持等过程，增强了 3D-TSV封装的可靠性。
[0006]具体的，一种高效电镀填充硅基TSV的方法，所述方法包括以下步骤:
[0007]I)在晶圆上旋涂正胶或负胶，烘胶，对烘完胶的晶圆进行光刻与显影；
[0008]2)采用深离子刻蚀技术或激光技术，在经过步骤I)处理的晶圆上刻蚀出TSV;
[0009]3)采用高温氧化或化学沉积技术，在经过步骤2)处理的晶圆表面进行热氧化或沉积绝缘层；
[0010]4)在经过步骤3)处理的晶圆表面，制备种子层；
[0011]5)在经过步骤4处理后的晶圆表面双面粘贴干膜光刻胶，再单面进行光刻、显影；
[0012]6)将经过步骤5)处理的图形化的晶圆，进行TSV侧壁一端口部位去种子层；
[0013]7))将经过步骤6)处理的晶圆，在图形化的一面再次粘贴干膜，而另一面进行光刻、显影；
[0014]8)将经过步骤7)处理后的晶圆再次重复步骤6);
[0015]9)将经过步骤8)处理后的晶圆光刻、显影；
[0016]10)将经过步骤9)处理后的晶圆，采用电镀技术填充硅通孔，实现TSV-Cu与TSV-pad—体成型；
[0017]11)将步骤10)中制备好的TSV-Cu与TSV-pad—体成型的晶圆，用氢氧化钠溶液去干膜并用去离子水清洗，使用氨水和双氧水的混合液去除Cu种子层并用去离子水清洗，制备一体成型的TSV-Cu与TSV-pad。
[0018]优选地，在执行所述步骤I)时，在晶圆上旋涂正胶ΙΟμ???50μηι或负胶ΙΟμ???50μηι。
[0019]优选地，在执行所述步骤2)时，晶圆上刻蚀出深度比为2?50的TSV。
[0020]优选地，在执行所述步骤3)时，热氧化或沉积的绝缘层的厚度为0.Ιμπι?0.8μηι。
[0021]优选地，在执行所述步骤4)时，种子层可以采用双面溅射或沉积可以实现阻挡电子扩散、迀移的阻挡层和电导通功能的种子层，但不限于溅射或沉积，种子层包括但不限于Ti/Cu，实现方法也不限于溅射、沉积。
[0022]优选地，在执行所述步骤5)时，粘贴干膜光刻胶采用热压或粘贴技术，但不限于其它能够实现干膜光刻胶覆盖于晶圆表面的方法。
[0023]优选地，在执行所述步骤6)时，去种子层的方法是:TSV半封闭状态，采用真空栗抽真空或密闭环境下施加压力使得刻蚀液与种子层反应，使TSV侧壁的一端口部位去种子层；但不限于其它湿法和干法方式实现端口部位种子层的脱落。
[0024]更优选地，所述的TSV侧壁端口部位的刻蚀长度与TSV孔深比在0.01?0.99范围内变化。
[0025]优选地，在执行所述步骤6)时，对TSV侧壁一端口部位去种子层的长度为TSV深度的 1/3 ?3/7。
[0026]优选地，在执行所述步骤7)时，TSV的一端封口、另一端开口，使TSV形成半封闭状
??τ O
[0027]优选地，在执行所述步骤8)时，对TSV侧壁的另一端口部位去掉的种子层长度为TSV深度的I/3?3/7。
[0028]优选地，在执行所述步骤9)时，再次光刻、显影，使得TSV的中间部位最先封口，以实现类TSV盲孔的双向同步电镀机制。
[0029]优选地，在执行所述步骤10)时，采用两块铜平板或含磷铜平版作为阳极，进行双向同步电镀填充。
[0030]更优选地，所述的TSV中间有种子层部位最先电镀实现封口。
[0031]更优选地，所述的TSV由中间向两端进行双向同步类盲孔电镀填充，以保证TSV的无孔洞填充。
[0032]优选地，在执行所述步骤11)时，氢氧化钠水溶液的质量浓度为5%?40 % ;氨水和双氧水的混合液中氨水与双氧水体积比为40:1?1:1之间。
[0033]本发明通过把高深宽比的TSV转化为两个低深宽比的TSV，由中间向两端同步电镀，以实现高深宽比硅通孔的无孔洞填充和TSV-pad的制备。特别地，本发明将难以实现的通孔无孔洞填充转化为容易实现的TSV类盲孔填充，制备的TSV的深宽比可以提高将近一倍，电镀速率也大大增大。
[0034]与现有的TSV技术相比，本发明的有益效果是:
[0035]本发明可在硅晶圆上高效填充高深宽比TSV，其中TSV-Cu与Cu-pad无分离界面，直接结合，使得TSV-Cu与Cu-pad的结合力较好，热机械稳定性高，TSV的导电性能也较好，且制备过程灵活性强。
[0036]与传统TSVs填充制备工艺相比，本发明通过四次图形化和去除TSV两端的种子层将难以实现无孔洞填充的通孔填充转变为较易实现无孔洞填充的类盲孔的双向同步填充，大大降低了 TSV通孔填充的难度，提高了通孔填充的良率，增大了填充速率，降低高深宽比电镀难度并提高可电镀的TSV深宽比。同时，去除了晶圆背面减薄、晶圆支撑、晶圆的键合、解键合、绝缘层和种子层的二次制备等传统工艺的必要步骤，大大简化了工艺步骤，减低了工艺成本。
【附图说明】
[0037]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:
[0038]图1为本发明一实施例的方法流程示意图；
[0039]图2为本发明一实施例的硅基TSV结构剖面图；
[0040]图2中:I为晶圆、2为绝缘层、3为Ti阻挡层、4为Cu种子层、5干膜、6为TSV-Cu、7为TSV-padο
【具体实施方式】
[0041]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。
[0042]如图1所示，为本发明一实施例所述的一种高效电镀填充硅基TSV的方法流程示意图，以下实施例参照该流程进行。
[0043]如图2所不，为通过本发明一实施例制备的娃基TSV的面不意图，图中:I为晶圆、2为绝缘层、3为Ti阻挡层、4为Cu种子层层、5干膜、6为TSV-Cu、7为TSV-pad。首先在晶圆I上刻蚀制备TSV;接着在刻蚀TSV的晶圆I上通过高温热氧化或化学沉积制备绝缘层2;其次在含有绝缘层2的晶圆I上通过溅射或沉积制备Ti阻挡层3与Cu种子层4;接着在制备Ti 3与Cu4的晶圆I上贴干膜5、光刻、显影;再次分别去除TSV侧壁两端部位的种子层;然后再次通过光刻、显影;接着双向同步电镀填充铜，使TSV-Cu 6与TSV-pad 7—体成型；最后去除干膜5光刻胶、种子层。TSV-Cu与TSV-pad—体成型无分离界面。
[0044]本发明将TSV通孔电镀填充转化为两个类盲孔电镀填充工艺，TSV结构结