[发明专利]一种用于三维系统级封装的TSV无源转接板制备方法

说明书

本发明公开了用于三维系统级封装的TSV无源转接板制备方法。采用离子注入工艺向单晶硅衬底中注入低能离子至较浅深度，然后进行高温退火在硅衬底内部形成一层硅化合物，从而硅化合物将硅衬底分为上方的顶层硅和下方的体硅。接着在顶层硅表面采用分子束外延的方法生长一定厚度的单晶硅，作为基底。本发明能够充分利用硅材料，节约成本，同时有利于实现芯片的高密度封装。

技术领域

本发明涉及集成电路封装领域，具体涉及一种用于三维系统级封装的TSV无源转接板制备方法。

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。其中三维系统级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(Through Silicon Via，简称TSV)转接板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以及后续重布线(Redistribution Layer，简称RDL)来实现不同芯片之间的电互连。此外，TSV转接板技术又分为有源转接板和无源转接板两种技术，其中有源转接板带有有源器件，无源转接板缺少有源器件。TSV转接板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TSV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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法，包括以下步骤：向硅片中注入低能离子至一定深度，并进行退火，使所述离子与硅反应，在硅片内部形成硅化合物，将所述硅片分隔为上面的顶层硅和下面的体硅；在所述顶层硅表面外延生长单晶硅，作为基底；对所述基底进行光刻、刻蚀，形成贯穿所述基底的硅通孔，湿法腐蚀去除所述硅化合物，使所述基底与体硅分离；在所述硅通孔的侧壁和所述基底的上下表面依次沉积第一绝缘介质、扩散阻挡层和籽晶层；形成导电金属，使其完全填充所述硅通孔；采用化学机械抛光工艺去除部分所述导电金属、所述籽晶层、所述扩散阻挡层和所述第一绝缘介质，仅保留所述硅通孔中的所述导电金属、所述籽晶层、所述扩散阻挡层和所述第一绝缘介质；形成第二绝缘介质，使其覆盖所述基底和所述第一绝缘介质的上下表面；形成粘附层/种子层叠层薄膜，使其覆盖所述导电金属、所述籽晶层、所述扩散阻挡层和部分所述第二绝缘介质；在粘附层/种子层叠层薄膜表面形成接触凸点。

本发明的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法中，优选为，所注入的离子为氧离子，所形成的硅化合物为氧化硅。

本发明的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法中，优选为，所注入的离子为氮离子，所形成的硅化合物为氮化硅。

本发明的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法中，优选为，所注入的离子的剂量范围为3×10¹⁷/cm²～2×10¹⁸/cm²，注入能量范围为100～200keV。

本发明的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法中，优选为，对所述硅片进行退火的温度为500～700℃，时间为1～10h。

本发明的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法中，优选为，所述硅化合物的厚度为200～400nm。

本发明的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法中，优选为，所述顶层硅的厚度范围为100～400nm。

本发明的用于系统级封装的TSV无源转接板制备方法中，优选为，所述导电金属为铜。