[发明专利]一种适用于自下而上电镀方法制作TSV的电镀挂件

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作穿硅垂直通孔(Through Silicon Via)所使用的电镀挂件，更确切地说涉及一种适用于自下而上电镀方法制作TSV的电镀挂件。属于MEMS封装工艺领域。

背景技术

MEMS(micro-electro-mechanical system)是指采用微细加工技术制作的集微型传感器，微型构件，微型执行器，信号处理，控制电路等于一体的系统。MEMS器件在许多领域都有十分广阔的应用前景。然而，在MEMS器件中，含有可动部件，这些可动部件十分脆弱，极易受到划片和装配过程中的灰尘，湿度，机械等因素的影响，从而造成器件的损坏或器件的整体性能下降。因此，必须采取MEMS封装技术，保护这些关键部位。

在MEMS封装技术中常用到穿硅垂直通孔(TSV)作为互联结构，优点在于：提高封装密度、缩短互联长度从而减小损耗。

制作TSV结构有许多不同的方法，其中比较高效、常用的方法是“自下而上”电镀方法(Bottom-to-Top electroplating method)。它的作法是：(1)使用干法刻蚀技术刻硅片得到通孔结构，(2)在硅片背面溅射电镀种子层，(3)电镀硅片背面，利用沉积的金属层堵住通孔，(4)从硅片的正面进行电镀，通孔将“自下而上”实现金属化。

这种方法的优点在于简单高效；制作出的TSV内部几乎没有空洞，质量很高。

然而遗憾的是目前常用于半导体工艺的各种挂镀系统并没用与“自下而上”电镀方法(Bottom-to-Top electroplating method)相适宜的电镀挂件。常见的挂件结构如图1所示，它的主要部分是Z1和Z2：Z1是高强度的耐酸塑料做的挂架主体，形状像一只网球拍；Z2是位于Z1部分的末端背面的不锈钢块，它使得挂件可以挂在电镀槽侧壁，并在电镀时与阴极相连。B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8是固定在Z1上的不锈钢螺栓，Z2通过另外两个不锈钢螺栓F1、F2和缠绕在所有螺栓上的铜丝K1实现电导通，T1、T2、T3、T4四只金属引脚从K1上引出，它们在电镀时可以固定硅片并实现硅片正面与阴极的电连接。可见这种挂件适用于普通方法的电镀，即沉积种子层的面就是电镀面；对于“自下而上”电镀方法，种子层在背面而电镀面为正面，这种电镀挂件就不适用了，四只引脚在固定了硅片的同时无法与背面的种子层电接触，电镀也就无法进行。

虽然，可以用在四只引脚上缠绕柔性金属细丝，绕到硅片背面与种子层接触的方法使得这种传统的电镀挂件适用于“自下而上”TSV电镀方法，但是这种做法有两个缺点：(1)由于金属丝很细(否则硅片放不平，易碎)，电接触不好，完成TSV电镀的时间很长；以20微米孔径，200微米长的TSV为例，完成整个通孔的金属化需要20小时以上的电镀时间；(2)电镀过程使得金属丝粘附在硅片上，不易去除。

本申请人在现有的常见挂件结构的基础上，试图进行结构上的改进，提供一种适用于“自下而上”电镀方法制备TSV的电镀挂件。

发明内容

为了使得电镀设备与“自下而上”TSV电镀方法相适应，本发明提出了一种适用于自下而上电镀方法制作制作穿硅垂直通孔所使用的电镀挂件。

本发明提供的电镀挂件结构如图2所示，所述的电镀挂件的结构特点为：

(1)主体结构1的形状为方型网球拍，球拍的主体部分为四周呈圆角的正方形，中央有圆形凹陷，四周有六个开孔，用于放置螺栓；球拍的柄部为一个矩形；

(2)使用高强度、耐酸腐蚀的有机玻璃板91，耐酸腐蚀的橡胶片92压住硅片41，通过螺栓六个81将有机玻璃板、橡胶片和硅片41依次固定在主体结构1的主体部分上并防止电镀液接触硅片41的背面；

(3)将薄铜纸42铺放在硅片41背面，与硅片41背面的种子层电接触，通过铜丝31、32与薄铜纸42相触；铜丝31、32通过螺栓71、72与主体结构1背面的不锈钢块2电连接；电镀时不锈钢块2与电镀系统阴极连接，从而实现硅片与阴极的电连接；薄铜纸42在电镀时会沉积金属，可以时常更换保证其适用性；铜丝31、32位于球拍的矩形柄部内；

(4)主体结构1的主体部分的中央圆形凹陷用于放置硅片；有机玻璃板和橡胶片的中央均有圆形开孔，孔的直径略小于主体部分中央圆孔形凹陷的直径。

整个组装好的挂件如图3所示。该挂件电镀时电接触性能优异，同样以20微米孔径，200微米长的TSV为例，在相同电镀参数下，使用本发明提供的电镀挂件完成整个通孔的金属化只需要6小时左右的电镀时间。

附图说明

图1为常见的挂件示意图；