制作硅通孔的方法与流程

1.本发明涉及半导体制造的技术领域，尤其涉及制作硅通孔的方法。


背景技术：

2.硅通孔(through silicon via，tsv)技术属于高密度封装，其可以贯穿硅晶圆或芯片并且通过填充导电物质而实现在垂直方向上的电气互连。
3.现有的硅通孔制作方法包括，先在硅基板的上表面刻蚀出具有一定深度的槽体，然后减薄硅基板的下部直至槽体贯通。但是，这种现有方法仅适合用于制作正面结构较为简单的硅基板。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是现有的硅通孔制作方法仅适于制作正面结构较为简单的硅基板等。
5.本发明实施例提供一种制作硅通孔的方法，包括：提供硅基板，其上表面具有微结构；加工硅基板的下部以使其减薄至预定厚度；将硅基板的下表面固定于刻蚀表面；自硅基板的上表面向下刻蚀出贯通硅基板的槽体，从而形成硅通孔。
6.可选地，微结构与硅通孔连通。
7.可选地，微结构为用于流体流动的流道，其位于微流控芯片的硅基板的上表面。
8.可选地，流道在硅基板的俯视截面中包括圆形构造，其直径大于硅通孔的直径。
9.可选地，流道的深度不超过100微米(μm)。
10.可选地，该方法包括研磨硅基板的下部以使其减薄至预定厚度。
11.可选地，预定厚度在300μm至700μm之间。
12.可选地，该方法包括通过静电膜将硅基板的下表面固定于刻蚀表面。
13.可选地，该方法包括在形成硅通孔后去除静电膜。
14.本发明实施例的技术方案具有有益效果。例如，在正面结构较为复杂的硅基板上制作硅通孔时，可以避免研磨液流入诸如流道的微结构中，从而不会在微结构中形成永久性的污渍，进而避免对芯片的性能造成严重的影响。
附图说明
15.图1是现有技术中制作硅通孔步骤的示意图；
16.图2是现有技术中具有硅通孔的硅基板的俯视图；
17.图3是本发明实施例中制作硅通孔的流程图；
18.图4是本发明实施例中制作硅通孔步骤的示意图。
具体实施方式
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明
的具体实施例作详细的说明。
20.现有技术中，硅通孔制作方法包括，先在硅基板的上表面刻蚀出一定深度的槽体，然后通过研磨工艺减薄硅基板的下部直至槽体贯通而形成硅通孔。在研磨的过程中，使用研磨液以提高磨削效率并且减少磨具的磨损；在槽体贯通时，在硅基板下表面流动的研磨液会沿着贯通的硅通孔而流至上表面，如果上表面的结构简单，例如为连续光滑的平面，则容易去除形成于该上表面的污渍。
21.但是，这种现有方法仅适合用于制作正面结构较为简单、尤其是具有连续光滑上表面的硅基板，而对于上表面结构较为复杂的硅基板，在制作硅通孔的过程中会存在问题。
22.例如，微流控(micro-fluidic)芯片可以通过微机电系统(micro-electro-mechanical system,mems)制造，广泛应用于生化分析和精密光学等方面，其中，用于微流控芯片的硅基板的上表面具有可以使微小体积的流体在其中流动通过的流道，其结构较为复杂。
23.在通过研磨工艺减薄硅基板的下部的过程中，在槽体贯通时，在硅基板下表面流动的研磨液会沿着贯通的硅通孔而流至上表面的复杂结构内，在该微小而复杂的结构中无法去除研磨液，从而形成永久性的污渍，这严重地影响了芯片的性能。
24.图1示意了现有技术中制作硅通孔步骤1a至1e。
25.在步骤1a的执行中，提供了硅基板，其上表面具有流道。
26.在步骤1b的执行中，自硅基板的上表面(可称为正面)向下刻蚀出一定深度的槽体(即直槽)。
27.在步骤1c的执行中，倒置硅基板，通过研磨加工硅基板的下表面(可称为背面)，使其减薄。
28.在步骤1d的执行中，硅基板的下表面被减薄而使得槽体贯通，从而形成硅通孔；在槽体贯通时，研磨液会通过贯通的槽体(即硅通孔)流入(图中的箭头方向)到流道处。
29.在步骤1e的执行中，在流道处累积的研磨液形成了永久性的污渍。
30.图2示意了硅基板的俯视图。
31.子图2a为没有形成污渍(即玷污)的对照图，其中硅通孔和流道流体连通。
32.子图2b为形成有污渍的示意图，由于在槽体贯通时仍然有研磨液在流动，其会沿着贯通的槽体流入到流道内，接着沿着流道流动，从而在流道的各处形成污渍。由于这种污渍难以被清除，从而严重地影响了基于该硅基板加工制成的芯片的性能。
33.本发明实施例提供了一种制作硅通孔的方法。
34.硅通孔可以具有不同的直径和深度，在一些实施例中，硅通孔的直径在80μm至200μm之间，在另一些实施例中，硅通孔的深度在300μm至700μm之间。
35.如图3所示，方法100包括步骤110至140。
36.在步骤110的执行中，提供硅基板，其上表面具有微结构。
37.硅基板的上表面为位于硅基板最上部的表面，在存在微结构的情形下，上表面可能并不连续。
38.根据不同的应用场景，例如微流控、喷墨打印头、硅滤网、硅麦克风、纳米孔等应用场景，硅基板的上表面可以具有不同的微结构。
39.加工形成的硅通孔贯穿了整个硅基板的厚度，使得硅基板上表面的微结构可以与
硅通孔连通。
40.在一些实施例中，微结构可以为微流控芯片中硅基板上表面的流道，流道用于使微小体积的流体在其中流动通过，而流体在芯片内流动的相关参数可以通过主动或者被动的手段来控制。
41.流道在硅基板的俯视截面中可以包括圆形构造，其直径大于硅通孔的直径。
42.在具体实施中，流道的直径范围可以在120μm至300μm之间，硅通孔的直径范围在80μm至200μm之间，流道的直径与硅通孔的直径的比例范围可以大于或等于3/2。在这种尺寸的微观结构中，如果研磨液经过硅通孔流入到流道内，其在流道处形成的污渍很难被清除。
43.在一些实施例中，流道的深度不超过100μm。
44.在步骤120的执行中，加工硅基板的下部以使其减薄至预定厚度。
45.可以通过研磨等工艺加工硅基板的下部，以使得硅基板的厚度减薄至预定厚度，其为减薄后的硅基板的上表面与下表面之间的距离，例如，上表面与下表面平行，预定厚度为这两个平行表面之间的距离。该预定厚度可以在300μm和700μm之间。
46.不同于现有技术，在本发明实施例中，通过研磨等工艺使得硅基板的厚度减薄至预定厚度的过程中，并没有加工出贯通硅基板的槽体，因此，流动于硅基板下部的、诸如研磨液的流体不会流动到硅基板的上表面，进而不会在上表面的微结构处累积而形成污渍。
47.在步骤130的执行中，将硅基板的下表面固定于刻蚀表面；在步骤140的执行中，自硅基板的上表面向下刻蚀出贯通硅基板的槽体，从而形成硅通孔。
48.具体而言，可以通过光刻和刻蚀等技术在硅基板上加工硅通孔，包括旋转涂胶、显影和刻蚀等步骤。
49.首先，可以将硅基板固定于刻蚀设备的刻蚀表面，即，将硅基板的下表面稳固地接合于刻蚀表面，从而便于光刻胶均匀地布置于硅基板的上表面以及硅通孔的刻蚀。
50.可以通过真空吸附的手段将硅基板固定于刻蚀表面，例如，提供与刻蚀表面连通的真空泵，其工作时在硅基板与刻蚀表面之间形成真空，从而使得硅基板的下表面可以稳固地接合于刻蚀表面。
51.还可以通过静电膜将硅基板的下表面固定于刻蚀表面。
52.在本发明的实施例中，静电膜包括高分子薄膜，其具有粘性，并且可以耐刻蚀以及耐高温。
53.其次，在硅基板的上表面布施光刻胶。可以使刻蚀表面进行旋转，从而将滴到硅基板的上表面的光刻胶均匀地布施于该上表面上。
54.在本发明的实施例中，通过实验测试和计算发现，静电膜所形成的、阻止硅基板相对于刻蚀表面运动的粘附力大于硅基板在旋转涂胶时由于旋转所产生的离心力，该离心力主要由旋转速度和基板的质量等参数决定，从而可以使得硅基板相对于刻蚀表面保持静止。
55.例如，静电膜的粘附力在0.1至20牛顿/25毫米之间，而光刻过程的旋转速度在1000至5000转/秒之间，一片硅基板的质量通常在80克(g)以下，基于该数据的实验和定量计算发现，静电膜所形成的粘附力可以克服由于旋转而产生的离心力。
56.再次，通过曝光、显影光刻胶上的掩膜图案而对硅基板进行选择性地加工，例如刻
蚀，以产生贯通硅基板的槽体，从而形成硅通孔。
57.在具体实施中，可以通过化学或者物理工艺而选择性地去除硅基板中不需要的材料，包括干法刻蚀和湿法刻蚀。在干法刻蚀的过程中，可以将硅基板暴露于等离子体，等离子体与硅材料发生物理和/或化学反应，从而去除相应的硅材料；在湿法刻蚀的过程中，可以用液体的化学剂以化学方式去除相应的硅材料。
58.最后，在形成硅通孔之后，可以解除硅基板与刻蚀表面的固定连接，例如从硅基板的下表面去除静电膜；并且可以从刻蚀表面取出具有硅通孔的硅基板，其微结构处没有污渍。
59.在一些实施例中，在形成硅通孔之后，硅通孔的贯通结构使得难以通过真空吸附的手段将硅基板固定于刻蚀表面，而吸附于硅基板下表面的静电膜可以使得硅基板保持相对固定；并且，刻蚀设备的机台手臂可以通过吸附静电膜将硅基板吸附起来而将其传回料盒内，在该过程中，静电膜可以使得硅基板保持相对固定；接着，可以从硅基板的下表面去除静电膜，其微结构处没有污渍。
60.以下结合图4所示的具体实施例进行描述，该具体实施例涉及在用于微流控芯片的硅基板中制作硅通孔的步骤。
61.在步骤4a的执行中，提供了硅基板，其上表面具有流道；硅基板的上表面位于硅基板的最上部，由于存在流道，该上表面并不连续。
62.在步骤4b的执行中，通过研磨加工硅基板的下表面，使其减薄至预定厚度。
63.在步骤4c的执行中，在减薄后的硅基板的下表面上贴上静电膜，并且通过静电膜将硅基板的下表面固定于刻蚀表面。
64.在步骤4d的执行中，自硅基板的上表面向下刻蚀出一定深度的槽体，直至其贯穿硅基板的厚度，从而形成硅通孔。
65.在步骤4e的执行中，去除静电膜，从而获得具有硅通孔的硅基板,其流道处没有污渍。
66.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。