[发明专利]基于磁场协同超声脉冲对玻璃孔的加工方法、系统及应用

说明书

基于磁场协同超声脉冲对玻璃孔的加工方法、系统及应用，加工方法包括：在玻璃晶圆上产生预设小孔；开启蚀刻仪器上的超声功能，将配置好的蚀刻液倒入蚀刻仪器的蚀刻槽中预热；蚀刻仪器上的磁场方向垂直于玻璃预设小孔方向，同时磁场方向与直流电场方向垂直，磁场方向又与超声方向垂直；玻璃晶圆放入装有蚀刻液的蚀刻槽中，使直流电源的平行电极板间产生直流电场，通过调控磁场的大小，利用蚀刻液蚀刻玻璃晶圆的预设小孔，蚀刻预设小孔至需要的直径；对玻璃晶圆进行清洗并干燥。系统，用于实现上述的加工方法；本方案能效地解决了现有技术中使用激光诱导深刻蚀加超声辅助蚀刻玻璃通孔的方法所形成的玻璃通孔的精度不高、粗糙和不一致的问题。

技术领域

本发明涉及三维集成封装转接板制造的技术领域，尤其涉及一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃孔的加工方法、系统及应用。

背景技术

转接板(Interposer)是三维集成微系统中高密度互联和集成无源元件的载体，是实现三维集成的核心材料。目前数字电路(如DRAM、逻辑芯片)的三维集成普遍应用的是以硅为转接板的通孔技术(Through Silicon Via，TSV)。然而，对于高频应用，要求转接板材料必须具有低介电损耗和低介电常数，以减少基板的射频功率耗散、增加自谐振频率。但是，由于硅是一种半导体材料，硅通孔周围的载流子在电场或磁场作用下可以自由移动，对邻近的电路或信号产生影响，降低芯片高频性能。此外，也因为硅的半导体特性，硅通孔还需要在通孔内制作电隔离层、扩散阻挡层、种子层以及无空隙的铜填充，不仅工艺复杂，而且寄生电容明显，往往难以满足三维集成射频微系统的性能要求。玻璃材料没有自由移动的电荷，介电性能优良，以玻璃替代硅材料的玻璃通孔技术(Through Glass Via，TGV)可以避免硅通孔的高频损耗问题。此外，玻璃通孔技术可以省去铜填充前的前阻挡层和氧化覆膜层制作；同时显著减小镀铜层与基板之间的过孔电容，降低过孔有源和无源电路之间的电磁干扰。这样不仅大幅提高射频微系统的性能、减小体积，而且可大幅降低工艺复杂度和加工成本。因此，对射频微系统而言，玻璃是最合适的转接板材料，而玻璃通孔则是理想的射频微系统三维集成解决方案。

玻璃微加工TGV成孔的制作的方法有以下几种1)超声波钻孔；2)喷砂法；3)湿法刻蚀；4)干法刻蚀；5)激光刻蚀；6)机械钻孔。然而，这些方法都存在精度低、成本高、过孔结构差、刻蚀速率低等问题。为了改善玻璃通孔的质量及精度，目前已发展出了利用超声辅助，结合一种激光诱导深刻蚀加工玻璃通孔的工艺。国内也发展出了针对玻璃通孔蚀刻处理的改进方法，超声是由高频振动的振源激发，并引起振源周围介质振动而形成的。振源的振动能量经介质传递到玻璃通孔进而对表面蚀刻反应过程产生影响。引入超声进行辅助蚀刻的方法，能够增强化学蚀刻反应的活性，促进反应产物的扩散，有效避免反应产物再次沉积于表面。但当前利用激光诱导深刻蚀加超声辅助蚀刻玻璃通孔的方法使玻璃通孔的精度不是很高，且玻璃通孔表面不是很光滑和玻璃通孔存在大小不一致等问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于磁场辅助协同超声脉冲电化学加工玻璃通孔的方法，其通过激光诱导作用，预设小孔，产生纳米空隙，使蚀刻液更易进入预设小孔内部发生反应。

本发明还提出一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的装置，其用于执行上述的磁场辅助协同超声脉冲电化学加工玻璃通孔的方法。

本发明还提出一种装置在制备三维集成封装转接板中的应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的加工方法，包括：以下步骤：

S1：采用激光诱导对玻璃晶圆的目标区域进行处理，使在玻璃晶圆上产生预设小孔；

S2：开启蚀刻仪器上的超声功能，将配置好的蚀刻液倒入蚀刻仪器的蚀刻槽中预热；

S3：开启蚀刻仪器上的磁场，使磁场方向垂直于玻璃预设小孔方向，同时磁场方向与直流电场方向垂直，磁场方向又与超声方向垂直；