[发明专利]一种TSV导电通孔结构制备方法

说明书

本发明公开了一种TSV导电通孔结构制备方法，通过在TSV孔制备晶圆上设置比目标TSV直径大的TSV孔作为套刻标记，利用Bosch工艺过程中对大孔径TSV孔具有更高的刻蚀速度和更深刻蚀效果的特性，保证在完成晶圆上目标TSV孔单面刻蚀目标深度的同时，套刻TSV孔的刻蚀深度不小于晶圆上目标TSV正反面刻蚀目标深度，从而能够在完成晶圆背面减薄后露出套刻TSV孔，在背面以露出的套刻TSV孔作为光刻对版标记，保证晶圆正反面目标TSV孔的套刻精度，能够实现更高深宽比的TSV导电通孔的制备。通过在TSV孔制备晶圆上，设计更大尺寸的TSV孔，作为目标TSV孔的套刻图形，不受限于基板材料与TSV孔尺寸的限制，能够实现不同孔径、高深宽比TSV孔的制备。

技术领域

本发明属于半导体集成电子封装技术领域，具体涉及一种TSV导电通孔结构制备方法。

背景技术

IC芯片集成从2维向3维集成发展，2.5D和3D集成技术渐成为延续摩尔定律、提高电子系统性能和功能密度的有效手段，2.5D和3D集成技术中大量用到TSV导电通孔，TSV的孔径越小，热应力的数值和影响范围越小，同时受芯片(或基片)刚度要求的限制，TSV的深度不可能同比例减小，这就导致TSV深宽比的增加，所以小孔径，高深宽比是TSV技术的发展趋势，在3D芯片TSV堆叠、2.5D TSV转接基板、MEMS传感器TSV封装集成方面都有着巨大的应用前景。

一般的TSV孔工艺采用从晶圆正面或者背面制备，可实现的深宽比通常≤10:1，要得到更高深宽比的TSV则需要采用从晶圆正反面制备，其形成方法可以参考公开号为CN103681390A的中国专利。中国科学院微电子研究所采用此方法制备了正面TSV孔径为80um，孔深为300um；背面TSV孔径为50um，孔深为20um的超厚硅转接板(见2019年杨海博等发表于期刊“微纳电子技术”的文章《基于双面TSV互连技术的超厚硅转接板制备》)。

但是，采用上述方法制备高深宽比TSV孔的关键点在于如何保证正反面的TSV孔能够精准套刻。红外光子的能量小于本征硅材料的禁带跃迁能量，具有硅透明性，可以在硅中传播，对于低掺杂的硅片，可以采用曝光机红外成像的方法透过硅片抓取晶圆正面制备的MARK图形，但是对于较高掺杂浓度的硅片，对红外光的吸收增强，造成此种方法失效，双面曝光机可以通过底部的摄像头抓取晶圆正面的MARK图形，完成背面TSV孔图形的套刻，但其能实现的曝光精度不高，不能应用于小孔径(≤5um)、高深宽比TSV的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TSV导电通孔结构制备方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种TSV导电通孔结构制备方法，包括以下步骤：

S1，在TSV晶圆上设置目标TSV孔和套刻TSV孔，套刻TSV孔的直径大于目标TSV孔的直径；

S2，在TSV晶圆的硅衬底表面设置正面TSV图形化光阻；

S3，采用Bosch工艺方法在硅衬底正面进行刻蚀形成目标TSV正面盲孔和套刻TSV正面盲孔，套刻TSV正面盲孔深度大于目标TSV正面盲孔深度，然后去除硅衬底正面的正面TSV图形化光阻；

S4，在硅衬底的目标TSV正面盲孔和套刻TSV正面盲孔内侧和表面依次沉积形成TSV孔内绝缘层和TSV孔内复合金属层；

S5，采用金属材料对目标TSV正面盲孔和套刻TSV正面盲孔进行填充，形成TSV盲孔，然后在硅衬底的正面键合载片；

S6，从硅衬底的背面进行减薄至目标TSV孔要求深度，露出套刻TSV正面盲孔孔底作为对位图形，然后将套刻TSV正面盲孔背面进行平坦化形成套刻TSV孔；

S7，以套刻TSV孔为曝光对位图形，重复步骤S2-S5，在硅衬底的背面刻蚀形成与目标TSV正面盲孔连通的目标TSV背面盲孔实现晶圆正反面的互连。