一种高径深比异孔TSV一次性填充的工艺方法与流程

一种高径深比异孔tsv一次性填充的工艺方法
技术领域
1.本发明涉及一种异孔tsv填充工艺，具体为一种高径深比异孔tsv一次性填充的工艺方法，属于半导体制造技术领域。


背景技术：

2.随着半导体领域的发展，对于封装体系的要求逐渐由二维平面结构向三维垂直结构发展。tsv填充技术可实现垂直方向的互联互通，在三维封装方面起到了至关重要的作用；而同层异孔tsv的完全填充，可有效地解决载入芯片与异层芯片之间的功能连接的难题，从而实现封装体系由2d体系向3d体系的更好地发展。
3.然而高径深比异孔tsv填充的难点在于：（1）高径深比的深孔电镀，其孔内的电场分布为非常态电场分布；（2）药水的各种组分在孔内分布也为非静态分布。现有工艺为实现异孔tsv的填充，往往采用干膜图形化打开其中一种孔型，然后进行单种孔型电镀，当完成完全填充后，再依此方法依次填充其他孔型结构；该工艺方法增加多次工艺处理过程，增加了工艺的复杂性，增加了工艺时长；同时在多步工艺处理过程，种子层往往受到损伤，进而导致电镀填充出现填充缺陷。
4.有鉴于此，有必要寻求一种控制简单、成本低廉且选择性较强的工艺方法，从而解决以上的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种高径深比异孔tsv一次性填充的工艺方法。
6.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种高径深比异孔tsv一次性填充的工艺方法，包括衬底材料层、电镀填充层、深盲孔、浅盲孔；所述深盲孔以及浅盲孔呈错位状开设在衬底材料层上，所述电镀填充层位于衬底材料层的上层，且所述电镀填充层填充满深盲孔和浅盲孔；其工艺方法包括以下步骤：步骤一、准备衬底，通过图形化刻蚀工艺制备圆片状衬底，并在衬底上刻蚀出多种径深比的tsv盲孔；步骤二、对衬底经湿法清洗后，通过溅射在衬底圆片表面以及盲孔内覆盖种子层；步骤三、通过阶段变频流速及调节层流板振幅，进行孔内药水交换；步骤四、通过采用射频脉冲电镀模式，经一次性电镀实现异孔tsv结构的完全填充，进行一次性金属填充。
7.作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，衬底为si、玻璃（石英）。
8.作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，tsv盲孔的孔径深比为1:5-1:11，孔内深度最高深度220μm。
9.作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，tsv盲孔的孔型为在同一衬底上刻蚀
2-4种不同径深比的孔型。
10.作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，阶段变频流速的变频频率为2-40min/次。
11.作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，阶段变频流速的流量速率为5-40l/min。
12.作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，进行孔内药水交换时，在阴极与阳极间增加摆动层流板。
13.作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，层流板含孔径5mm-2cm均匀分布的小孔，且板中孔径可调。
14.作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，层流板摆速1-100次/min。
15.本发明的有益效果是：1、通过变频流速及阴阳极之间增加孔型不一的层流调节板，调节孔内的流场流量，使阴极表面的形成“s”型微涡流，将孔内的添加剂及cu离子等有效的填充成分进行实时调节，从而使得孔内各成分得到有效的补充，充分保障填充过程中孔内有效成分的有效比例；同时变频流速也间接地起到调节电场动态分布问题，调节电场改变过程中的填充效果；2、通过采用变频流速的方式，间断性调节不同孔内的添加剂浓度及cu离子浓度，使其充分发挥各种孔内填充能力，简单有效的实现了多种径深比异孔tsv的完全填充，解决了现有工艺中因分步多次填充带来的种子层损伤的工艺问题，以及解决了分步工艺的导致的工艺复杂性问题，同时完成了高径深比异孔tsv的一次性完全填充问题，有效的提高了工作效率，降低工艺成本。
附图说明
16.图1为本发明的工艺方法流程图；图2为本发明的填充后分层侧视图；图3为本发明的实例填充侧面结果图；图4为层流板俯视图；图5为脉冲电镀加电模式图。
17.图中：1、衬底材料层，2、电镀填充层，3、深盲孔，4、浅盲孔。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例一如图1至图5所示，一种高径深比异孔tsv一次性填充的工艺方法，包括衬底材料层1、电镀填充层2、深盲孔3、浅盲孔4；所述深盲孔3以及浅盲孔4呈错位状开设在衬底材料层1上，所述电镀填充层2位于衬底材料层1的上层，且所述电镀填充层2填充满深盲孔3和浅盲孔4；
其工艺方法包括以下步骤：步骤一、准备衬底，通过图形化刻蚀工艺制备圆片状衬底，并在衬底上刻蚀出多种径深比的tsv盲孔；步骤二、对衬底经湿法清洗后，通过溅射在衬底圆片表面以及盲孔内覆盖种子层；步骤三、通过阶段变频流速及调节层流板振幅，进行孔内药水交换；步骤四、通过采用射频脉冲电镀模式，经一次性电镀实现异孔tsv结构的完全填充，进行一次性金属填充。
20.在本发明实施例中，步骤一中，衬底为si、玻璃（石英）。
21.在本发明实施例中，步骤一中，tsv盲孔的孔径深比为1:5-1:11，孔内深度最高深度220μm。
22.在本发明实施例中，步骤一中，tsv盲孔的孔型为在同一衬底上刻蚀2-4种不同径深比的孔型。
23.在本发明实施例中，步骤三中，阶段变频流速的变频频率为2-40min/次。
24.在本发明实施例中，步骤三中，阶段变频流速的流量速率为5-40l/min。
25.在本发明实施例中，步骤三中，进行孔内药水交换时，在阴极与阳极间增加摆动层流板。
26.在本发明实施例中，步骤三中，层流板含孔径5mm-2cm均匀分布的小孔，且板中孔径可调。
27.在本发明实施例中，步骤三中，层流板摆速1-100次/min。
28.实施例二一种高径深比异孔tsv一次性填充的工艺方法，包括以下步骤：步骤1，提供一衬底材料，该衬底材料为（100）型硅，在衬底上采用激光刻蚀，形成径深比为30:100与30:200的两种孔型；步骤2，经湿法清洗刻蚀后的圆片，再在圆片表面（含孔内）pvd生长2μmcu种子层；步骤3，采用硫酸铜体系电镀液，以频率为10min/次的频率，进行流速为10l/min和15l/min的流量切换，层流板孔径为5mm，摆动频率25次/min步骤4，电镀电流为0.9a，电镀总时间4h，脉冲比例1:2.5，即充电10s，无电25s。
29.实施例三一种高径深比异孔tsv一次性填充的工艺方法，包括以下步骤：步骤1，提供一衬底材料，该衬底材料为玻璃衬底，在该衬底上采用干法刻蚀，形成径深比为20:50、20:100及20:200的三种孔型；步骤2，经湿法清洗刻蚀后的圆片，再在圆片表面（含孔内）pvd生长2μmcu种子层；步骤3，采用硫酸铜体系电镀液，以频率为5min/次的频率，进行流速为10l/min、15l/min及20l/min的流量切换，层流板孔径为8mm，摆动频率35次/min；步骤4，电镀电流为0.9a，电镀总时间4h，脉冲比例1:2.5，即充电10s，无电25s。
30.工作原理：通过变频流速，调节孔内的流场流量，将孔内的添加剂及cu离子等有效的填充成分进行实时调节，从而使得孔内各成分得到有效的补充，充分保障填充过程中孔内有效成分的有效比例；同时变频流速也间接地起到调节电场动态分布问题，调节电场改变过程中的填充效果。
31.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
32.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。