[发明专利]一种用于三维集成电路封装的硅通孔结构及其制造方法

说明书

本发明属于集成电路封装技术领域，具体为一种用于三维集成电路封装的硅通孔结构及其制造方法。本发明方法包括以下步骤：通过向硅片中注入氢离子剥离硅片获得制备硅通孔的基底；对基底进行双面等离子体刻蚀，从而将基底贯通形成硅通孔；沉积绝缘介质、铜扩散阻挡层和籽晶层，采用光刻和刻蚀工艺去除部分所述铜扩散阻挡层和所述籽晶层，仅保留硅通孔侧壁处的所述铜扩散阻挡层和所述籽晶层；在上述结构的上下表面形成牺牲层，在硅通孔中完全填充导电金属材料，然后去除牺牲层，所形成的导电金属材料的上下表面分别突出于绝缘介质的上下表面；在导电金属材料表面形成接触焊点。本发明能够有效提高生产效率，节约成本。

技术领域

本发明属于集成电路封装技术领域，具体涉及一种用于三维集成电路封装的硅通孔结构及其制造方法。

背景技术

随着集成电路工艺技术的高速发展，微电子封装技术逐渐成为制约半导体技术发展的主要因素。为了实现电子封装的高密度化，获得更优越的性能和更低的总体成本，技术人员研究出一系列先进的封装技术。其中三维封装技术具有良好的电学性能以及较高的可靠性，同时能实现较高的封装密度，被广泛应用于各种高速电路以及小型化系统中。硅通孔技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新技术，通过在硅圆片上制作出许多垂直互连通孔来实现不同芯片之间的电互连。硅通孔技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，是目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。

为了满足封装总体厚度的要求，对于传统的硅通孔制造工艺，其中很重要的一个步骤是硅片减薄。然而对于硅片减薄，通常都是采用机械磨削的方法，这其中相当厚度的硅材料会被去除却无法回收利用，导致硅材料的大量浪费。此外，对于硅通孔结构，由于通孔是贯通整个硅片的，所以通孔一般都非常深。在传统的硅通孔形成工艺中，对于已经减薄的硅片，通常都是单侧采用干法或者湿法刻蚀工艺刻蚀硅片，直到硅片底部穿通。由于只是单侧刻蚀硅片，所以这种工艺刻蚀速率较低，影响生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刻蚀速率大、生产效率高、工艺复杂度低的用于三维集成电路封装的硅通孔结构及其制备方法。

本发明提供的用于三维集成电路封装的硅通孔结构制备方法，具体步骤为：

通过向硅片中注入氢离子剥离硅片，获得制备硅通孔的基底；

对基底进行双面等离子体刻蚀，从而将基底贯通形成硅通孔；

在所述硅通孔的侧壁和所述基底的上下表面依次沉积绝缘介质、铜扩散阻挡层和籽晶层，采用光刻和刻蚀工艺去除部分所述铜扩散阻挡层和所述籽晶层，仅保留硅通孔侧壁处的所述铜扩散阻挡层和所述籽晶层；

在上述结构的上下表面形成牺牲层，在硅通孔中完全填充导电金属材料，然后去除牺牲层，导电金属材料的上下表面分别突出于所述绝缘介质的上下表面；

在导电金属材料表面形成接触焊点。

本发明制备方法中，优选为，所述获得制备硅通孔的基底的步骤，具体包括：

首先，采用热氧化方法在硅片表面生长一层SiO₂薄膜；

然后，采用离子注入方式向硅片中注入氢离子，氢离子通过二氧化硅向硅片内部扩散；

之后，对所述硅片进行退火，注氢处微空腔内氢气发泡，硅片发生剥离；

最后，通过湿法刻蚀工艺去除剥离后的硅片表面的二氧化硅，并采用化学机械抛光方法平坦化硅片的底部，从而获得用于制作硅通孔的基底。

本发明制备方法中，优选为，通过改变氢离子注入能量，改变氢离子注入深度范围，所选氢离子注入能量大于5000 KeV，以获得深度大于50微米的硅通孔。

本发明制备方法中，优选为，对所述硅片进行退火的温度范围为300~400 ℃。