[发明专利]封装制作晶圆TSV过程中所采用的腐蚀槽和工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及封装制作晶圆TSV过程中所采用的腐蚀槽和相应的工艺方法，更确切地说本发明是一种采用支撑晶圆以及BCB低温键合藉助腐蚀槽结构以制作高可靠性的晶圆TSV，属于圆片级TSV三维互连封装技术领域。

背景技术

为了满足超大规模集成电路(VLSI)发展的需要，新颖的TSV(ThroughSilicon Via，穿硅通孔)三维封装技术应运而生，它用最小的尺寸和最轻的重量，将不同性能的芯片和多种技术集成到单个封装体中，是一种通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制造垂直电学导通，实现芯片之间互连的最新的封装互连技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，该技术采用TSV代替了2D Cu互连，能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。因此，业内人士已将TSV称为继引线键合(Wire Bonding)、载带自动焊(TAB)和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技术。

通常，晶圆TSV结构的制作方式主要为：(1)通孔制备。采用DRIE在晶圆上制备高深宽比的垂直Si通孔；(2)通孔电镀。在通孔侧壁上淀积SiO₂绝缘层后，通过预先制作的金属种子层电镀金属Cu使金属充满整个Si通孔；(3)化学机械抛光(CMP)。通孔电镀后部分金属Cu露出TSV，导致晶圆表面凹凸不平，采用CMP将过量的Cu研磨掉后继续研磨晶圆可以获得不同厚度TSV圆片；(4)圆片与圆片或芯片与圆片之间的精确对准后的键合工艺。

由此可见，上述晶圆TSV结构的实现需要经过一系列的半导体制作工艺，也即在只有几百微米厚度的晶圆中制作TSV穿硅通孔，需要经过光刻、DRIE、溅射、电镀、PVD、CMP和键合等一系列工艺，导致晶圆的应力较大而容易破碎，因此制作工艺成本高、产率低。为了克服晶圆易碎导致产率低的难题，近两年出现了一种键合支撑圆片的工艺，就是将一张裸晶圆与制作TSV的晶圆键合在一起，对TSV晶圆起到支撑和保护的作用，然后TSV晶圆再经过一系列复杂工艺时因为强度的提高，减少了晶圆破碎现象的产生，待TSV制作完成后采用CMP工艺将支撑晶圆去除。在支撑晶圆键合方面，目前国内外普遍采用金属键合或者光刻胶键合实施的，但金属键合成本较高，且键合温度极高。而光刻胶键合强度低，并且键合界面厚度高低不均，对后续工艺产生不利影响。

BCB(干刻蚀型苯丙环丁烯)晶圆低温键合是一种新开发的键合技术，其工艺简单，得到的晶圆键合的强度较高，可以研磨得到更薄的TSV晶圆，并且只在支撑晶圆上溅射金属，而不需要在TSV晶圆上溅射金属层，降低了工艺成本。但是BCB在键合过程中由于处于熔融状态而具有流动性，在键合压力的作用下，BCB向四周延展导致键合后BCB的尺寸变大，由于TSV孔径极小，因此，延展后的BCB容易将TSV晶圆的通孔与支撑圆片的金属种子层之间接触的面积减小，甚至隔绝，导致无法实现晶圆TSV后续的电镀工艺，造成TSV晶圆制造的失败。

发明内容

为了保证BCB的晶圆键合质量，有效控制晶圆键合后的BCB尺寸，本发明的目的在于提出了一种可以有效限制键合后BCB尺寸的的腐蚀槽(Barrier trench technology，BTT)和相应的工艺方法。本发明涉及的工艺是以BCB(干刻蚀型苯丙环丁烯)作为键合材料，该材料是美国Dow Chemical公司的干刻蚀型BCB预聚体溶液的专利产品，其中BCB聚合度为40～50％，溶剂(1，3，5-三甲基苯)的存在使其呈液体状态。干刻蚀型BCB的固体含量(即BCB树脂)为46％，一定温度固化之后BCB完全聚合、交联。该方法采用BCB键合，其工艺简单，键合强度较高，可以研磨得到更薄的TSV晶圆，并且由于TSV晶圆的腐蚀槽结构可有效控制键合后的BCB尺寸，保证了TSV制作过程中最为重要的一步，即通孔电镀工艺的质量，从而提高了工艺的成品率。