專利名稱：一種高深寬比tsv的填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種填充方法，尤其是一種高深寬比TSV (硅通孔)的填充方法，屬于微電子的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們對電子產(chǎn)品的要求向小型化、多功能、環(huán)保型等方向的發(fā)展，人們努力尋求將電子系統(tǒng)越做越小，集成度越來越高，功能越做越多、越來越強(qiáng)，由此產(chǎn)生了許多新技術(shù)、新材料和新設(shè)計(jì)，其中疊層芯片封裝技術(shù)以及系統(tǒng)級封裝(System-1n-Package,SiP)技術(shù)就是這些技術(shù)的典型代表。三維封裝技術(shù)，是指在將封裝結(jié)構(gòu)由二維布局拓展到三維布局，在相同封裝體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高密度、更高性能的系統(tǒng)集成。而娃穿孔(Through Silicon Via, TSV)是實(shí)現(xiàn)三維封裝中的關(guān)鍵技術(shù)之一。這歸因于TSV在現(xiàn)有的硅基工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了三維堆疊結(jié)構(gòu)，增大元器件密度，減小互連延時(shí)問題，實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)。硅穿孔工藝是一種新興的集成電路制作工藝，適合用作多方面性能提升，用于無線局域網(wǎng)與手機(jī)中功率放大器，將極大的提高電路的頻率特性和功率特性。硅穿孔工藝將制作在硅片上表面的電路通過硅穿孔中填充的金屬連接至硅片背面，結(jié)合三維封裝工藝，使得IC布局從傳統(tǒng)二維并排排列發(fā)展到更先進(jìn)三維堆疊，這樣元件封裝更為緊湊，芯片引線距離更短，從而可以極大的提高電路的頻率特性和功率特性。但是，目前的TSV填充工藝可以處理的TSV—般深寬比都小于30，大尺寸的TSV結(jié)構(gòu)，占用了更多有源芯片面積，增加了成本壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高深寬比TSV的填充方法，其工藝步驟簡單，提高TSV的深寬比，降低成本，適用范圍廣，安全可靠。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種高深寬比TSV的填充方法，所述填充方法包括如下步驟:
a、提供襯底，所述襯底具有兩個(gè)相對應(yīng)的主面，所述兩個(gè)相對應(yīng)的主面包括第一主面與第二主面；選擇性地掩蔽和刻蝕襯底的第一主面，以在襯底內(nèi)得到若干溝槽，所述溝槽從襯底的第一主面向下延伸；
b、在上述襯底的第一主面上淀積絕緣阻擋層，所述絕緣阻擋層覆蓋在襯底的第一主面上，并覆蓋溝槽的側(cè)壁及底壁；
C、在上述襯底的第一主面上淀積填充材料，得到覆蓋襯底第一主面的填充材料層，并得到覆蓋溝槽側(cè)壁及底壁的填充體，所述填充體與填充材料層使得溝槽槽口的距離縮小或封閉溝槽的槽口，并在溝槽側(cè)壁的填充體間形成間隙； d、去除上述襯底第一主面上的填充材料層，并將溝槽槽口的填充體或填充材料層去除，以打開溝槽的槽口，使得溝槽的槽口與溝槽內(nèi)的間隙相連通；e、在上述襯底的第一主面上重復(fù)淀積填充材料層和刻蝕填充材料層的步驟，直至填充體充滿溝槽，使得溝槽內(nèi)填充體間不存在間隙。所述襯底的材料包括娃或玻璃。所述填充材料包括鶴或銅。所述溝槽的深寬比大于30。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):在襯底的第一主面上經(jīng)過多次填充材料淀積及刻蝕，能夠?qū)崿F(xiàn)對襯底內(nèi)溝槽的有效填充，確保在高深寬比的溝槽內(nèi)得到TSV導(dǎo)體，工藝步驟簡單，提高TSV的深寬比，降低成本，適用范圍廣，安全可靠。


圖1為本發(fā)明在襯底的第一主面上設(shè)置絕緣阻擋層后的剖視圖。圖2為本發(fā)明在襯底的第一主面第一次淀積填充材料后的剖視圖。圖3為本發(fā)明去除溝槽口部的填充材料使得開口與間隙連通后的剖視圖。圖4為本發(fā)明在襯底的第一主面第二次淀積填充材料后的剖視圖。圖5為本發(fā)明去除溝槽口部第二次淀積的填充材料使得開口與間隙再次連通后的剖視圖。圖6為本發(fā)明填充體將溝槽填充滿后的剖視圖。附圖標(biāo)記說明:1_襯底、2-絕緣阻擋層、3-溝槽、4-第一填充材料層、5-間隙、6-第一填充體、7-開口、8_第二填充材料層、9-第三填充材料層及10-TSV導(dǎo)體。
具體實(shí)施例方式
·
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。為了能夠滿足高深寬比TSV的填充要求，本發(fā)明的填充方法包括如下步驟:
a、提供襯底I,所述襯底I具有兩個(gè)相對應(yīng)的主面,所述兩個(gè)相對應(yīng)的主面包括第一主面與第二主面；選擇性地掩蔽和刻蝕襯底I的第一主面，以在襯底I內(nèi)得到若干溝槽3，所述溝槽3從襯底I的第一主面向下延伸；
本發(fā)明實(shí)施例中，襯底I包括硅襯底，通過溝槽3能夠形成后續(xù)的TSV，溝槽3在襯底I內(nèi)的延伸深度小于襯底I的厚度，通過后續(xù)對襯底I的第二主面進(jìn)行處理使襯底變薄能夠使得溝槽3形成TSV。本發(fā)明實(shí)施例中，溝槽3的深寬比大于1:30，具體地，溝槽3的深寬比為1:40，即后續(xù)形成TSV的深寬比為1:40。溝槽3形成后，去除掩膜層。b、在上述襯底I的第一主面上淀積絕緣阻擋層2，所述絕緣阻擋層2覆蓋在襯底I的第一主面上,并覆蓋溝槽3的側(cè)壁及底壁；
所述絕緣阻擋層2可以采用二氧化硅、氮化硅、有機(jī)聚合物為材料。C、在上述襯底I的第一主面上淀積填充材料，得到覆蓋襯底I第一主面的填充材料層，并得到覆蓋溝槽3側(cè)壁及底壁的填充體，所述填充體與填充材料層使得溝槽3槽口的距離縮小或封閉溝槽的槽口，并在溝槽3側(cè)壁的填充體間形成間隙5 ；
在上述襯底的第一主面上淀積填充材料，得到覆蓋溝槽側(cè)壁及底壁的填充體，同時(shí)填充材料會(huì)覆蓋襯底第一主面，且填充材料的淀積會(huì)使溝槽口部縮小甚至封口 ；
由于溝槽3具有較高的深寬比，在淀積填充材料時(shí)，一次淀積不可避免地在溝槽3內(nèi)形成間隙5 ;其中，填充材料可以為鎢、銅等。
d、去除上述襯底I第一主面上的填充材料層，并將溝槽3槽口的填充體或填充材料層去除，以打開溝槽3的槽口，使得溝槽3的槽口與溝槽3內(nèi)的間隙5相連通；
去除上述襯底第一主面上的填充材料層，并將溝槽的槽口的填充物去除，打開溝槽3的開口 7，所述開口 7與間隙5相連通；
將襯底I第一主面上的填充材料層去除后得到開口 7，通過開口 7能夠?yàn)楹罄m(xù)的填充材料淀積提供通道。e、在上述襯底I的第一主面上重復(fù)淀積填充材料層和刻蝕填充材料層的步驟，直至填充體充滿溝槽3，使得溝槽3內(nèi)填充體間不存在間隙5。根據(jù)溝槽3的深寬比以及淀積填充材料層的工藝，通過多次反復(fù)的淀積和刻蝕后，能夠使得填充體充滿溝槽3，以在溝槽3內(nèi)得到TSV導(dǎo)體10。TSV導(dǎo)體10在溝槽3的高度與溝槽3的深度一致。如圖f圖6所示:以經(jīng)過三次淀積填充材料層，在溝槽3得到TSV導(dǎo)體10為例，來對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。第一步:娃襯底I具有兩個(gè)主面，其中，娃襯底I的第一主面為襯底I的正面，襯底I的第二主面為背面；通過選擇性地掩蔽和刻蝕襯底I的第一主面，能夠在襯底I內(nèi)得到溝槽3，所述溝槽3的深度比不小于30 ;在襯底I的第一主面上淀積絕緣阻擋層2，如圖1所第二步、在襯底I的第一主面上淀積填充材料，得到覆蓋于溝槽3側(cè)壁及底壁的第一填充體6，同時(shí)第一填充材料層4會(huì)覆蓋于第一主面上，第一填充材料層4與第一填充體6為同一工藝層；第一填充材料層4及第一填充體6的材料為鶴、銅等材料。由于溝槽3具有較高的深寬比，因此，當(dāng)?shù)谝惶畛潴w6覆蓋在溝槽3的側(cè)壁及底壁時(shí)，在溝槽3內(nèi)形成間隙5，同時(shí)第一填充材料層4會(huì)使溝槽3 口部縮小甚至封閉溝槽3的槽口 ；如圖2所示。第三步、刻蝕第一主面上的第一填充材料層4，同時(shí)打開溝槽3的槽口，即在溝槽3上部的開口 7與間隙5相連通，利用開口 7與間隙5之間的通道能夠作為后續(xù)填充的通道，如圖3所示。第四步、再次在襯底I的第一主面上淀積填充材料，得到覆蓋溝槽3的側(cè)壁、底壁的第二填充材料層8，所述第二填充材料層8同時(shí)會(huì)覆蓋第一主面，并填充開口 7與間隙5之間的通道，在溝槽3內(nèi)能得到第二填充體，即能夠使得溝槽3內(nèi)第二填充體之間的間隙5減?。槐静襟E中，第二填充材料層8也會(huì)使溝槽3 口部縮小甚至封閉溝槽3的槽，如圖4所
/Jn ο第五步、再次刻蝕第一主面上的第二填充材料層8，以打開溝槽3的槽口，即開口 7與間隙5再次連通，利用開口 7與間隙5之間的通道能夠作為后續(xù)填充的通道，以確保能夠通過后續(xù)工藝將溝槽3填充完整，如圖5所示。第六步、第三次在襯底I的第一主面上填充第三填充材料層9，第三填充材料層9覆蓋第一主面，由于開口 7與間隙5之間的通道經(jīng)過上述工藝后減小，當(dāng)設(shè)置第三填充材料層9后，第三填充材料層9后能夠?qū)喜?填充完整，即能使得溝槽3內(nèi)填充后不再有間隙。當(dāng)?shù)矸e第三填充材料層9后，通過去除第一主面上的第三填充材料層9，能夠在溝槽3內(nèi)得到TSV導(dǎo)體，通過后續(xù)襯底I的正面及背面相關(guān)工藝步驟，能夠得到貫通襯底I的TSV,以滿足高深寬比的填充及封裝要求。
本發(fā)明在襯底I的第一主面上經(jīng)過多次填充材料淀積及刻蝕，能夠?qū)崿F(xiàn)對襯底I內(nèi)溝槽3的有效填充，確保在高深寬比的溝槽3內(nèi)得到TSV導(dǎo)體，工藝步驟簡單，提高TSV的深寬比，降低成本，適用范圍 廣，安全可靠。
權(quán)利要求
1.一種高深寬比TSV的填充方法，其特征是，所述填充方法包括如下步驟: (a )、提供襯底(I)，所述襯底(I)具有兩個(gè)相對應(yīng)的主面,所述兩個(gè)相對應(yīng)的主面包括第一主面與第二主面；選擇性地掩蔽和刻蝕襯底(I)的第一主面，以在襯底(I)內(nèi)得到若干溝槽(3 )，所述溝槽(3 )從襯底(I)的第一主面向下延伸； (b)、在上述襯底(I)的第一主面上淀積絕緣阻擋層(2)，所述絕緣阻擋層(2)覆蓋在襯底(I)的第一主面上，并覆蓋溝槽(3)的側(cè)壁及底壁； (C)、在上述襯底的第一主面上淀積填充材料，得到覆蓋襯底(I)第一主面的填充材料層，并得到覆蓋溝槽側(cè)壁及底壁的填充體，所述填充體與填充材料層使得溝槽(3)槽口的距離縮小或封閉溝槽(3)的槽口，并在溝槽(3)側(cè)壁的填充體間形成間隙； (d)、去除上述襯底(I)第一主面上的填充材料層，并將溝槽(3)槽口的填充體或填充材料層去除，以打開溝槽(3)的槽口，使得溝槽(3)的槽口與溝槽(3)內(nèi)的間隙相連通； (e)、在上述襯底(I)的第一主面上重復(fù)淀積填充材料層和刻蝕填充材料層的步驟，直至填充體充滿溝槽(3 )，使得溝槽(3 )內(nèi)填充體間不存在間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高深寬比TSV的填充方法，其特征是:所述襯底(I)的材料包括硅或玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高深寬比TSV的填充方法，其特征是:所述填充材料包括鎢或銅。
4.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的高深寬比TSV的填充方法，其特征是:所述溝槽(3)的深寬比大于30。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高深寬比TSV的填充方法，其包括如下步驟a、提供襯底，選擇性地掩蔽和刻蝕襯底的第一主面，以在襯底內(nèi)得到若干溝槽；b、在上述襯底的第一主面上淀積絕緣阻擋層；c、在上述襯底的第一主面上淀積填充材料，以得到覆蓋溝槽側(cè)壁及底壁的填充材料層，同時(shí)，填充材料會(huì)覆蓋襯底第一主面；填充材料層會(huì)使溝槽的槽口變小甚至封口，且溝槽內(nèi)的填充體間形成間隙；d、去除上述襯底第一主面上的填充材料層，以在溝槽的上部得到開口；e、在上述襯底的第一主面上重復(fù)淀積填充材料層和刻蝕填充材料層的步驟，直至填充體充滿溝槽，使得溝槽內(nèi)填充體間不存在間隙。本發(fā)明工藝步驟簡單，提高TSV的深寬比，降低成本，適用范圍廣，安全可靠。
文檔編號H01L21/768GK103236417SQ201310157109
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者薛愷, 于大全 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心