一种tsv填孔方法
【专利摘要】本发明公开了一种TSV填孔方法，包括如下步骤：利用挥发性的有机溶剂将液态的有机材料单体稀释成有机材料单体溶液；将做好硅微孔的芯片进行等离子表面清洗；将等离子表面清洗过的芯片放入有机材料单体溶液中，使有机材料单体溶液浸满硅微孔；将芯片从有机材料单体溶液中取出放入真空设备中，进行抽真空，将硅微孔中的气泡抽掉，同时使有机溶剂从硅微孔中气化挥发出来；将吸附在硅微孔的孔壁上的有机材料单体固化，形成绝缘层；对芯片进行金属化工艺。本发明通过上述步骤在硅微孔内形成从孔口到孔底，厚度逐渐增大的绝缘层，当硅微孔孔口的绝缘层满足电子性能要求，硅微孔孔内的绝缘层一定满足电气性能要求。
【专利说明】—种TSV填孔方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子三维封装【技术领域】，尤其涉及一种TSV填孔方法。
【背景技术】
[0002]三维封装中TSV技术是目前研发的重点内容，TSV填孔需要在硅表面加工微米级的高深宽比的微孔，在高深宽比的微孔中首先要做绝缘层，然后做金属阻挡层，电镀种子层，然后通过电镀将孔填满。在TSV填孔过程中，绝缘层的制作非常困难，现在主要的技术是PVD沉积，PECVD沉积氧化硅或氮化硅技术，由于高深宽比的硅微孔，孔口只有几个微米直径，深宽比通常大于5:1，所以无论是PVD方式还是以TEOS为气源的PECVD设备都无法获得在孔内厚度均匀一致的绝缘层。通常孔底的绝缘层厚度只有孔口的30%，而且，越靠近底部越薄，如果让底部满足使用要求，孔口的厚度会过厚，影响后续电镀工艺。并且，孔口由于边角处应力集中，过厚会导致薄膜龟裂。因此，现有的绝缘层沉积方法厚度必须适中，这样底部的膜厚不能太厚，对于绝缘层的电气应用受到很大限制。
【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的在于提供一种TSV填孔方法，解决微孔中由于绝缘层厚度差异导致的芯片电气性能应用的限制。
[0004]为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下:
[0005]一种TSV填孔方法，包括如下步骤:
[0006]利用挥发性的有机溶剂将液态的有机材料单体稀释成有机材料单体溶液；
[0007]将做好硅微孔的芯片进行等离子表面清洗；
[0008]将所述等离子表面清洗过的所述芯片放入所述有机材料单体溶液中，使所述有机材料单体溶液浸满所述硅微孔；
[0009]将所述芯片从所述有机材料单体溶液中取出放入真空设备中，进行抽真空，将所述硅微孔中的气泡抽掉，同时使所述有机材料单体溶液中的所述有机溶剂从所述硅微孔中气化挥发出来；随着所述有机溶剂的挥发，所述有机材料单体溶液的液面下降、浓度增加，使涂覆在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体越靠近孔底越厚；
[0010]将吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体固化，形成绝缘层；
[0011]对所述芯片进行金属化工艺。
[0012]进一步地，所述利用挥发性的有机溶剂将液态的有机材料单体稀释成有机材料单体溶液中，所述有机材料单体用所述有机溶剂稀释至0.1%_20%。
[0013]进一步地，所述有机材料单体为聚酰亚胺或苯并环丁烯。
[0014]进一步地，所述有机溶剂为二甲基吡咯烷酮。
[0015]进一步地，所述将吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体固化中，所述固化的方法为热固化或光固化。
[0016]进一步地,所述金属化工艺包括如下步骤:[0017]用PVD方式在所述芯片表面溅射金属钛、钛钨合金作为粘附层，再溅射铜作为电镀种子层，然后通过电镀铜将所述硅微孔填满。
[0018]进一步地,所述金属化工艺包括如下步骤:
[0019]通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，将所述硅微孔填满。
[0020]进一步地,所述金属化工艺包括如下步骤:
[0021]通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，形成化学镀铜层，然后将所述化学镀铜层作为电镀种子层，通过电镀铜将所述硅微孔填满。
[0022]进一步地,所述金属化工艺包括如下步骤:
[0023]通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，形成化学镀铜层，然后在所述芯片正面做图形电镀将所述硅微孔填满。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0025]本发明将芯片放入经有机溶剂稀释的有机材料单体溶液中，使硅微孔中浸满有机材料单体溶液，通过环境减压使得挥发性的有机溶剂从硅微孔中气化挥发出来，将有机材料单体留在硅微孔中；在有机溶剂挥发过程中，有机材料单体浸润过的地方就有有机材料单体吸附在孔壁上，随着有机溶剂的不断挥发，液面下降，硅微孔中的有机溶剂单体的浓度增加，因此，硅微孔孔口的有机材料单体吸附厚度最薄，到有机溶剂全部挥发后，吸附在孔底部的有机材料单体浓度最高厚度最大，此过程中形成一个从孔口到孔底，厚度逐渐增大的有机单体薄膜，升温固化后，形成一个覆盖整个硅微孔腔体内的厚度渐变的连续薄膜。当硅微孔孔口的绝缘层满足电子性能要求，硅微孔孔内的绝缘层一定满足电气性能要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例提供的一种TSV填孔方法的工艺流程图；
[0027]图2-图5为本发明实施例提供的一种TSV填孔方法的步骤示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0029]如图1所示，本发明实施例提供一种TSV填孔方法，包括如下步骤:
[0030]步骤110:利用挥发性的有机溶剂将液态的有机材料单体稀释成有机材料单体溶液；
[0031]具体地，所述有机材料单体用所述有机溶剂稀释至0.1%_20%，使所述有机材料单体溶液具有很低的表面张力。本实施例中的有机材料单体为固化后耐高温绝缘树脂材料，首选聚酰亚胺或苯并环丁烯，这两种材料具有耐高温、低介电常数、高频损耗低的特点，适合于电路信号特别是高配信号传输，而且与硅、氧化硅的结合力高，性能稳定。本实施例中的有机溶剂为易于挥发的二甲基吡咯烷酮。
[0032]步骤120:将做好硅微孔的芯片进行等离子表面清洗；
[0033]具体地，将如图2所示的芯片进行等离子清洗后，激活芯片表面，使芯片的TSV结构的表面能很闻，具有很闻的浸润性。
[0034]步骤130:将所述等离子表面清洗过的所述芯片放入所述有机材料单体溶液中，使所述有机材料单体溶液浸满所述硅微孔，如图3所示；
[0035]具体地，由于有机材料单体溶液具有很低的表面张力，而且芯片的TSV结构具有很高的浸润性，所以有机材料单体溶液非常容易填入硅微孔中，将硅微孔填充满。
[0036]步骤140:将所述芯片从所述有机材料单体溶液中取出放入真空设备中，进行抽真空，将所述硅微孔中的气泡抽掉，同时使所述有机材料单体溶液中的所述有机溶剂从所述硅微孔中气化挥发出来；随着所述有机溶剂的挥发，所述有机材料单体溶液的液面下降、所述有机材料单体浓度增加，使涂覆在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体越靠近孔底越厚；
[0037]具体地，将芯片放入真空烘箱中抽真空，当硅微孔内封有气泡存在时，在后续的真空减压挥发过程中，由于外部压力远小于气泡内部压力，气泡在真空减压作用下会破掉，使高度稀释的有机材料单体溶液完全填入硅微孔内；同时，通过环境减压使得挥发性的有机溶剂从硅微孔中气化挥发出来，将有机材料单体留在硅微孔中，在有机溶剂挥发过程中，有机材料单体溶液浸润过的地方就有有机材料单体吸附在孔壁上，随着有机溶剂的不断挥发导致液面下降，硅微孔中的有机溶剂单体的浓度增加，因此，硅微孔孔口的有机材料单体吸附厚度最薄，到有机溶剂全部挥发后，吸附在硅微孔底部的有机材料单体浓度最高、厚度最大；此过程中，芯片表面均匀涂覆有机材料单体，芯片的硅微孔内涂覆一层从孔口到孔底，厚度逐渐增大的有机材料单体。
[0038]步骤150:将吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体固化，形成绝缘层，如图4所示；
[0039]具体地，采用热固化或光固化后，在硅微孔内形成一个覆盖整个硅微孔腔体内的有机薄膜涂层，而且是孔口最薄，孔底最厚的厚度渐变的连续薄膜。
[0040]步骤160:对所述芯片进行金属化工艺，如图5所示；
[0041]具体地，金属化工艺可以采用如下4种模式:
[0042](I)用PVD方式在所述芯片表面溅射金属钛、钛钨合金作为粘附层，再溅射铜作为电镀种子层，然后通过电镀铜将所述硅微孔填满。
[0043]( 2 )通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，将所述硅微孔填满。
[0044]( 3 )通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，形成化学镀铜层，然后将所述化学镀铜层作为电镀种子层，通过电镀铜将所述硅微孔填满。
[0045](4)通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，形成化学镀铜层，然后在所述芯片正面做图形电镀将所述硅微孔填满。
[0046]步骤170:重复步骤130-步骤150，形成孔底绝缘层厚度大于孔口绝缘层厚度的分布，直至硅微孔孔壁内的绝缘层厚度达到使用要求。
[0047]本发明实施例的优点如下:
[0048](I)采用本发明实施例在硅微孔内形成的绝缘层为孔底厚孔口薄，当孔口绝缘层满足电气性能要求，孔底绝缘层一定满足电气性能要求，绝缘性能好，避免了常规CVD或PVD方法形成的绝缘层的厚度缺陷。
[0049]( 2 )本发明使用的材料成本低，采用高度稀释的有机材料单体，材料使用量极小。
[0050](3)本发明设备需求少，不需要PVD，PECVD等价值千万的昂贵设备；本发明采用的容器、等离子清洗机、真空烘箱设备价格低，设备成本远远低于CVD和PVD设备成本。[0051](4)本发明采用的有机材料单体的绝缘性能良好，对于高速传输具有更好的特性。
[0052]( 5 )本发明工艺方法简单，容易操作。
[0053]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种TSV填孔方法，其特征在于，包括如下步骤: 利用挥发性的有机溶剂将液态的有机材料单体稀释成有机材料单体溶液； 将做好硅微孔的芯片进行等离子表面清洗； 将所述等离子表面清洗过的所述芯片放入所述有机材料单体溶液中，使所述有机材料单体溶液浸满所述硅微孔； 将所述芯片从所述有机材料单体溶液中取出放入真空设备中，进行抽真空，将所述硅微孔中的气泡抽掉，同时使所述有机材料单体溶液中的所述有机溶剂从所述硅微孔中气化挥发出来；随着所述有机溶剂的挥发，所述有机材料单体溶液的液面下降、浓度增加，使涂覆在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体越靠近孔底越厚； 将吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体固化，形成绝缘层； 对所述芯片进行金属化工艺。
2.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述利用挥发性的有机溶剂将液态的有机材料单体稀释成有机材料单体溶液中，所述有机材料单体用所述有机溶剂稀释至0.1%-20%。
3.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述有机材料单体为聚酰亚胺或苯并环丁烯。
4.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲基吡咯烷酮。
5.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述将吸附在所述硅微孔的孔壁上的所述有机材料单体固化中，所述固化的方法为热固化或光固化。
6.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金属化工艺包括如下步骤: 用PVD方式在所述芯片表面溅射金属钛、钛钨合金作为粘附层，再溅射铜作为电镀种子层，然后通过电镀铜将所述硅微孔填满。
7.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金属化工艺包括如下步骤: 通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，将所述硅微孔填满。
8.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金属化工艺包括如下步骤: 通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，形成化学镀铜层，然后将所述化学镀铜层作为电镀种子层，通过电镀铜将所述硅微孔填满。
9.如权利要求1所述的TSV填孔方法，其特征在于，所述金属化工艺包括如下步骤: 通过化学镀铜方式对所述芯片表面进行化学镀铜，形成化学镀铜层，然后在所述芯片正面做图形电镀将所述硅微孔填满。
【文档编号】H01L21/768GK103762198SQ201310753329
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】于中尧 申请人:中国科学院微电子研究所, 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司