具有金屬垂直互連結構的轉接板及其製作方法
2023-04-30 08:18:06
專利名稱：具有金屬垂直互連結構的轉接板及其製作方法
技術領域：
本發明屬於晶片封裝技術中的三維堆疊技術領域，具體涉及一種具有金屬垂直互連結構的轉接板及其製作方法。
背景技術：
近年來，先進的封裝技術已在IC製造行業出現，特別是3D封裝首先突破傳統的平面封裝的概念，組裝效率高達200%以上。在3D封裝技術中，在單個封裝體內可以堆疊多個晶片，實現了存儲容量的倍增，業界稱之為疊層式3D封裝。其次，通過將晶片直接互連，互連線長度顯著縮短，信號傳輸得更快且所受幹擾更小。再次，通過將多個不同功能晶片堆疊在一起，使單個封裝體能夠實現更多的功能，從而形成系統晶片封裝新思路。另外，採用3D 封裝的晶片還有功耗低、速度快等優點，這使電子信息產品的尺寸和重量減小了數十倍。通過垂直堆疊晶片建立3D封裝結構，矽通孔(TSV)能夠提供更高的封裝集成度。3D TSV互連可以減小物理尺寸，節省有用的空間，縮短互連長度，減小信號延遲以加快運行速度。2008 國際半導體技術路線圖確立的最終目標是在單一系統上進行異質集成，TSV互連在這個目標中扮演著重要角色，它可以提供低成本、可靠的通孔製備技術，和適合的通孔填充材料的選擇，以及全新的電學和熱學問題設計解決方案。使用TSV技術實現3D集成目前已經成為半導體行業較為關注的最先進的互連技術之一。通過使用TSV可以實現較短的互連，使晶片上的信息傳遞距離大大縮短(縮小 1000倍)。採用TSV互連還可以增添大量的溝道或通道(比2D晶片多100倍)，用於信息的傳遞。這樣，低效引線鍵合就被更短、更健壯的TSV電極所代替。採用3D集成製作垂直封裝的主要優勢在於能夠減少尺寸和重量，並且可以把不同技術集成在同一封裝中，縮短了互連從而加快了信號的傳遞速度，降低了寄生效應和功耗。在過去的幾年中，為了更多地了解3D集成在各類封裝和應用中的優勢和挑戰，研究人員做了大量的工作，同時不斷尋找工藝和集成解決方案，加速該技術的順利應用。TSV 技術在應用方面存在的主要問題仍是集成成本。對於傳統的矽通孔的製作和填充方式，一般包括深反應離子刻蝕(de印reactive ion etching, DRIE)技術刻蝕TSV盲孔，熱氧化或CVD法生長絕緣層，PVD或MOCVD法製作黏附層、阻擋層及種子層，最後通過電鍍或化學鍍法填充導電材料。此方式不但成本高，而且可靠性能差。為了降低製作成本，提高可靠性，眾多研究者嘗試和改進了各種制孔和填充技術。 比利時IMEC的研究者Yarm Civale採用先在矽基底上刻蝕環形TSV孔，然後用聚合物材料填充環形孔，再刻蝕環形孔中心處的矽材料，最後填充金屬互連材料。Yarm Civale用此方式一方面用聚合物代替了 S^2作為絕緣層，解決了 S^2與金屬互連材料的熱失配問題，另一方面他用填充環形孔的方式解決了傳統噴塗聚合物的方式製作側壁絕緣層時層厚不均勻現象(參見 Yann Civale, Bivragh Majeed, Deniz S. Tezcan, et al.，"Spin-onDielectric Liner TSV for 3D Wafer Level Packaging Applications，，, 2010IEEE)。但是此方式需要兩步DRIE刻蝕矽，成本高。美國專利US7，906，431，B2也提出採用先在矽基底上刻蝕環形TSV孔，再填充聚合物材料，再把環形聚合物材料內剩餘的矽刻蝕掉，最後填充金屬材料製作金屬互連。此方法同樣需要兩步DRIE刻蝕矽，成本高。而美國專利US 20100148370A1則先在矽基底上刻蝕TSV孔，然後填充聚合物材料，再刻蝕聚合物材料，在側壁保留一定厚度的絕緣層，最後填充金屬互連材料。這種方法在刻蝕聚合物材料時需要精確控制刻蝕深度，當刻蝕到焊盤時立即停止，刻蝕精度要求高。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題提供一種新的具有金屬垂直互連結構的轉接板及其製作方法，以解決三維堆疊晶片製作工藝中存在的製作成本高、工藝複雜等問題。(二)技術方案為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面的具有金屬垂直互連結構的轉接板，包括如下結構基板；鈍化層，其形成在該基板的下表面；金屬凸點結構，其形成在該鈍化層的下表面，該金屬凸點結構包括一個焊盤和一個金屬凸點，該焊盤埋於鈍化層的內部， 在焊盤的下表面上形成該金屬凸點，該金屬凸點的一部分埋於鈍化層的內部，另一部分露出於鈍化層的下表面；金屬互連線，其從基板的上表面延伸到下表面，貫穿整個基板，並穿過鈍化層和焊盤，直至金屬凸點的內部，以便所述金屬凸點通過該金屬互連線與基板上方的器件進行電性互連；種子層，其形成在金屬互連線的外圍側壁上。所述基板的材料可以是玻璃、矽或有機材料，所述鈍化層的材料可以是聚醯亞胺， 所述焊盤的材料可以是鋁。金屬凸點是合金焊料構成的，也可以是純金屬構成的，或者是由純金屬上長有合金焊料的形式構成的，所述合金焊料為錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料，所述純金屬是錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦中的一種。金屬互連線的材料可以是銅，也可以是銀、錫、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦或其合金，金屬互連線可以是環形或柱形。根據本發明的一個方面的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，包括如下步驟步驟P01，選擇基板；步驟P02，在基板的下表面製作鈍化層和金屬凸點結構，該金屬凸點結構包括一個焊盤和一個金屬凸點，使該焊盤埋於鈍化層的內部，並且在焊盤)的下表面上形成該金屬凸點，使該金屬凸點的一部分置於鈍化層的內部，另一部分露出於鈍化層的下表面；步驟P03，採用雷射燒蝕技術在基板上製作孔，該孔貫穿整個基板)，並穿過鈍化層和焊盤，到達金屬凸點的內部；步驟P04，在所述孔的內壁上濺射種子層，並對孔進行電鍍，形成金屬互連線。其中所述步驟P02包括在基板的下表面上旋塗部分鈍化層材料，然後濺射形成焊盤，再旋塗部分鈍化層材料，使焊盤埋於鈍化層內部。其中所述步驟P02還包括在焊盤的下方製作凸點開口，濺射金屬凸點的種子層， 最後電鍍形成金屬凸點。基板的材料可以為玻璃、矽或有機材料，鈍化層的材料可以是聚醯亞胺。並且，可
7以濺射鋁形成焊盤。金屬凸點的種子層材料是銅，並且通過電鍍銅形成金屬凸點。根據本發明的另一方面的具有金屬垂直互連結構的轉接板，包括如下結構基板； 鈍化層，其形成在基板的下表面；金屬凸點結構，其部分嵌入鈍化層中，部分突出於鈍化層的下表面，該金屬凸點結構包括金屬焊盤、底層金屬層、金屬柱和焊料；金屬互連線，其穿透基板、金屬焊盤、底層金屬層及部分金屬柱；種子層，其形成在所述金屬互連線的外圍側壁上；絕緣層，其形成在所述種子層的外圍側壁以及基板的上表面。在絕緣層的上表面還可以包括表面鈍化層，表面鈍化層中形成有再分布層和金屬焊盤。基板的材料可以是玻璃、矽或有機材料，鈍化層的材料可以是聚醯亞胺，焊盤的材料可以是鋁，底層金屬層的材料可以是一層鎳和一層銅，金屬柱的材料可以是銅，焊料的材料可以是錫銀銅合金，金屬互連線的材料可以是銅，種子層可以是由一層鈦層和一層銅層構成。根據本發明的另一方面的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，包括如下步驟步驟S01，選擇基板；步驟S02，在基板的下表面製作鈍化層和金屬凸點結構，該金屬凸點結構包括焊盤、底層金屬層、金屬柱和焊料，所述製作鈍化層和金屬凸點的步驟包括 在基板的下表面上旋塗鈍化層的材料，然後濺射金屬形成焊盤，再濺射金屬形成底層金屬層，之後再用電鍍的方法製作金屬柱以及焊料，最後再旋塗鈍化層材料並通過回流的方法得到金屬凸點結構，使焊盤以及底層金屬層的一部分位於鈍化層的內部，金屬凸點結構的其他部分露出於鈍化層的下表面；步驟S03，在基板上，用臨時鍵合膠粘結臨時鍵合承載板；步驟S04，對基板的上表面進行減薄並拋光；步驟S05，在基板上製作TSV孔，TSV孔穿過基板到達臨時鍵合膠層的表面；步驟S06，用旋塗法在TSV孔中填充聚合物材料，旋塗時，使基板的上表面也覆蓋有所述聚合物材料；步驟S07，從基板的上表面，並在具有金屬凸點結構的位置進行雷射鑽孔，得到孔，孔的深度到達金屬凸點結構的金屬柱的內部，並且在孔的側壁保留所述聚合物材料層，該側壁的聚合物材料層與基板的上表面的聚合物材料層共同構成絕緣層；步驟S08，在孔內填充金屬材料，該填充金屬材料的步驟包括濺射種子層和電鍍金屬以形成金屬互連線；步驟S09，對轉接板的上表面進行平整化操作，拋光表面；步驟 S10，在絕緣層的上表面製作表面鈍化層、再分布層和金屬焊盤；步驟S11，拆除臨時鍵合承載板，完成轉接板的製作。基板的材料可以是玻璃、矽或有機材料，鈍化層的材料可以是聚醯亞胺。可以濺射鋁形成焊盤，濺射一層鎳和一層銅形成底層金屬層，電鍍銅形成金屬柱，電鍍錫銀銅合金形成焊料。鍵合承載板可以為玻璃晶圓，在TSV孔中填充的聚合物材料可以是聚醯亞胺。步驟S08中先後選用鈦和銅作為種子層材料，並且電鍍銅形成金屬互連線。表面鈍化層的材料可以是聚醯亞胺。(三)有益效果本發明所揭示的具有金屬垂直互連結構的轉接板結構簡單，其製作方法可以有效的降低製作成本，簡化工藝步驟，提高良率，並且操作方便，生產效率高。
圖1是本發明的實施例1所揭示的應用於三維堆疊晶片的金屬垂直互連結構的示意圖；圖2是本發明的實施例1所揭示的應用於三維堆疊晶片的金屬垂直互連結構的製作方法的流程圖；圖3是本發明的實施例2所揭示的具有金屬垂直互連結構的轉接板的示意圖；圖4是本發明的實施例2所揭示的具有金屬垂直互連結構轉接板的製作方法的流程圖；圖5是本發明實施例2在基板上製作金屬凸點結構的工藝示意圖；圖6是本發明實施例2臨時鍵合承載板的工藝示意圖；圖7是本發明實施例2在基板上進行制孔的工藝示意圖；圖8是本發明實施例2用聚合物材料進行填孔的工藝示意圖；圖9是本發明實施例2在基板上進行二次制孔的工藝示意圖；圖10是本發明實施例2在孔的內部填充金屬材料的工藝示意圖；圖11是本發明實施例2基板上表面進行平整化操作的工藝示意圖；圖12是本發明實施例2製作再分布層的工藝示意圖；圖13是本發明實施例2拆除臨時鍵合用承載板的工藝示意具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。首先，參照圖1來介紹本發明所揭示的應用於三維堆疊晶片的金屬垂直互連結構的實施例1。該實施例1是將本發明應用於轉接板(interposer)時的具體結構。在如圖1所示的轉接板結構中，包括一基板101。在本實施例中，所述基板101的材料為玻璃，但也可以是矽或有機材料。在該基板101的下表面有一層鈍化層102。該鈍化層102的材料在本實施例中是聚醯亞胺。在該鈍化層102的下表面側有一個金屬凸點結構， 該金屬凸點結構包括一個焊盤104，其埋於鈍化層102內部，在焊盤104的下表面有一個金屬凸點103。在本實施例中，該焊盤104是由金屬鋁構成的。在本實施例中，金屬凸點103 的材料是可以是錫銀銅合金焊料，但是，該合金焊料也可以是錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料。此外，該金屬凸點103也可以是由純金屬構成的，例如錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、 鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦。該金屬凸點103的一部分置於鈍化層102之內，另一部分露出於鈍化層102的下表面。一金屬互連線105從基板101的上表面延伸到下表面，貫穿整個基板101，並穿過鈍化層102和焊盤104，直至金屬凸點103內部，以便金屬凸點103通過該金屬互連線105 與基板101上面的半導體器件(圖中未示出)進行電性互連。所述金屬互連線105的材料優選為銅，但也可以是銀、錫、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦或其合金。所述的金屬互連線105可以是環形或柱形。環形金屬互連線是在製作金屬互連線時，只在孔的側壁製作一薄層金屬層；而柱形金屬互連線是在製作互連線時，孔被金屬完全填充。本實施例1中，採用柱形互連線。
在金屬互連線105的外側壁上(靠近基板材料的一側)包圍有一種子層106，該種子層106是在金屬互連線105的製作過程中形成的。為了實現實施例1圖1所述的結構，下面參照圖2對所述的應用於三維堆疊晶片的金屬垂直互連結構的實施例1的製作方法進行說明，由此也可以進一步的理解如上所述的應用於三維堆疊晶片的金屬垂直互連結構。該實施例的製作方法是將本發明應用於轉接板(interposer)時的具體製作方法步驟P01，選擇4英寸玻璃作為基板101。步驟P02，採用標準的凸點製作工藝製作金屬凸點。即首先在基板101的表面上旋塗3微米厚的聚醯亞胺作為鈍化層102，然後濺射金屬形成焊盤104。在該實施例1中，濺射鋁形成焊盤104，焊盤104的尺寸為直徑100微米的圓形。接著，再旋塗3微米厚的聚醯亞胺，把焊盤104埋於鈍化層102內部。之後，在焊盤104的下方製作60微米的凸點開口， 濺射種子層。在本實施例1中，分別濺射鎳、鈦和銅作為金屬凸點103的種子層，厚度分別為0.5微米、0.5微米和1微米。最後，電鍍金屬，並進行回流工藝完成金屬凸點(10 的製作。在本實施例1中，電鍍金屬銅得到銅柱，其直徑和高度分別是80微米和50微米。步驟P03，採用雷射燒蝕技術在基板101上製作直徑為50微米的孔，孔從基板101 上表面延伸到下表面，並穿透鈍化層102和焊盤104，直到金屬凸點103的內部為止，金屬凸點103被燒蝕的深度控制在10-30微米左右。步驟P04，分別濺射厚度0. 2微米的金屬鈦和1微米的金屬銅作為種子層106，最後電鍍金屬填充孔以形成金屬互連線105，完成轉接板的製作。在本實施例1中，電鍍銅形成金屬互連線105。最後完成的轉接板即如圖1所示。圖3描繪了本發明實施例2的應用於三維堆疊晶片的金屬垂直互連結構。具體來說，該實施例2也是將本發明應用於轉接板(interposer)時的具體結構。在如圖3所示的轉接板中，包括基板206。在本實施例2中，該基板206是200微米厚的4英寸矽片。可選的，所述基板206的材料也可以是玻璃或有機材料。在基板206 的下表面上有一個鈍化層205。在鈍化層205中有一個金屬凸點結構，該金屬凸點結構的一部分嵌入鈍化層205的內部，另一部分突出於鈍化層205的下表面。具體來說，該金屬凸點結構包括焊盤204、底層金屬層203、金屬柱202和焊料201。 其中，本實施例2中的焊盤204的材料是鋁，底層金屬層203的材料是一層鎳和一層銅，金屬柱202的材料是銅，焊料201可以錫銀銅合金焊料。但是，與實施例1類似的，焊料201 也可以是錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料，金屬柱202也可以是由其它金屬材料構成，例如錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦。該轉接板還包括金屬互連線702，在本實施例中，該金屬互連線702是銅。所述金屬互連線702穿透基板206、金屬焊盤204、底層金屬層203及部分金屬柱202，到達金屬柱 202的內部。該金屬互連線702的外圍側壁以及基板的上表面具有一個絕緣層501。在所述金屬互連線702與絕緣層501之間還具有一個種子層701，該種子層201是在該轉接板的製造過程中形成的。在基板206上表面的絕緣層501之上還包括表面鈍化層903、再分布層 901和金屬焊盤902。該表面鈍化層903用於再分布層901和金屬焊盤902與基底206之間的電絕緣，金屬互連線702通過再分布層901與金屬焊盤902相連接，最終可以實現轉接
10板的三維互連。為了實現實施例2的圖3所述的結構，下面參照圖4至圖13對實施例2的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法進行說明，由此也可以進一步的理解如上所述的應用於三維堆疊晶片的金屬垂直互連結構。該轉接板的製作方法包括以下步驟，如圖4所示。步驟S01，選擇基板，在本實施例中，基板206選擇4英寸矽晶圓，晶圓厚度選擇 200微米。可選的，所述基板206的材料也可以是玻璃或有機材料。 步驟S02，在基板206上製作鈍化層205和金屬凸點結構。該金屬凸點結構包括焊盤204、底層金屬層203、金屬柱202和焊料201。具體來說，首先，在基板206的下表面上旋塗構成鈍化層205的聚合物材料，然後濺射金屬形成焊盤204，再濺射金屬形成底層金屬層 203，之後，再用電鍍的方法製作金屬柱202以及焊料201，最後再旋塗鈍化層材料並通過回流的方法得到金屬凸點結構，使焊盤204以及底層金屬層203的一部分位於鈍化層205的內部，金屬凸點結構的其他部分露出於鈍化層205的下表面。在本實施例中，鈍化層205的材料是聚醯亞胺，焊盤204的材料是鋁，底層金屬層203的材料是一層鎳和一層銅，金屬柱 202是由銅構成的銅柱，焊料201可以是錫銀銅合金焊料。但是，與實施例1類似的，焊料 201也可以是錫銀、錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料，金屬柱202也可以是由其它金屬材料構成，例如錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦。此外，在本實施例中， 金屬凸點結構大小為直徑100微米，銅柱202的高度為50微米，焊料201的高度為20微米， 如圖5所示。步驟S03，在基板206上，用臨時鍵合膠301粘結一臨時鍵合承載板302。在本實施例中，臨時鍵合承載板302選擇4英寸玻璃晶圓，臨時鍵合膠選擇苯並環丁烯(BCB)，如圖 6所示。步驟S04，對基板206的上表面(未鍵合臨時鍵合承載板302的一面)進行減薄並拋光，使基板206減薄到100微米。在本實施例中，減薄基板採用化學機械拋光設備。步驟S05，在基板上製作TSV孔401。在本實施例中，為了節約加工成本，製作TSV 孔採用雷射鑽孔的方法，但是為了精確控制TSV孔的大小和形狀，此步驟也可以選擇幹法刻蝕。在本實施例中，TSV孔徑選擇60微米，刻蝕時要刻穿基板206到達臨時鍵合膠層301 的表面，如圖7所示。步驟S06，用旋塗的方法在TSV孔中填充聚合物材料。在本實施例中，填充的聚合物材料選擇聚醯亞胺(Polyimide)材料。旋塗時，使基板206的上表面也覆蓋有所述聚合物材料，其厚度要求大於5微米，如圖8所示。步驟S07，從基板206的上表面，並從具有金屬凸點結構的位置進行雷射鑽孔，得到孔601，孔601的深度到達金屬凸點結構的金屬柱202的內部。在本實施例中，雷射鑽孔的深度要求深入到銅柱內部10到20微米處，孔徑為40微米，並在孔601側壁保留所述聚合物材料層，使該側壁的聚合物材料層與基板206的上表面的聚合物材料層共同構成絕緣層501。在本實施例中，孔601側壁的絕緣層501的厚度為10微米，如圖9所示。步驟S08，在孔601內填充金屬材料。在本實施例中，金屬材料的填充包括兩個分步驟，第一步是濺射種子層701，先後選用鈦和銅作為種子材料，其中，鈦的厚度為150納米，銅的厚度為1000納米；第二步是電鍍金屬材料以形成金屬互連線702。在本實施例中， 該金屬互連結702的材料為銅。電鍍工藝要求無缺陷，完全填滿，如圖10所示。可選的，填孔的方法也可以選用化學鍍。步驟S09，對轉接板的上表面進行平整化操作，拋光表面801。在本實施例中，採用化學機械拋光的方法進行平整化操作，如圖11所示。步驟S10，製作表面鈍化層903、再分布層901和金屬焊盤902，其中表面鈍化層 903材料選用聚醯亞胺，如圖12所示。該表面鈍化層903用於再分布層901和金屬焊盤902 與基底206之間的電絕緣，金屬互連線702通過再分布層901與金屬焊盤902相連接，最終可以實現轉接板的三維互連。步驟S11，拆除臨時鍵合承載板302，完成轉接板的製作，如圖13所示。該臨時鍵合承載板302的拆除方法是先加熱臨時鍵合承載板302，使臨時鍵合膠301軟化，然後在基板206和臨時鍵合承載板302上施加一個平行於鍵合面方向的力，使基板206和臨時鍵合承載板302錯開並分離。以上所述的具體實施例對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種具有金屬垂直互連結構的轉接板，其特徵在於，包括基板(101)；鈍化層(102)，其形成在該基板(101)的下表面；金屬凸點結構，其形成在該鈍化層(102)的下表面，該金屬凸點結構包括一個焊盤 (104)和一個金屬凸點(103)，該焊盤(104)埋於鈍化層(102)的內部，在焊盤(104)的下表面上形成該金屬凸點(103)，該金屬凸點(103)的一部分埋於鈍化層(102)的內部，另一部分露出於鈍化層(102)的下表面；金屬互連線(105)，其從基板(101)的上表面延伸到下表面，貫穿整個基板(101)，並穿過鈍化層(102)和焊盤(104)，直至金屬凸點(103)的內部，以便所述金屬凸點(103)通過該金屬互連線(10 與基板(101)上方的器件進行電性互連；種子層(106)，其形成在金屬互連線(10 的外圍側壁上。
2.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述基板(101)的材料為玻璃、矽或有機材料。
3.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述鈍化層(102)的材料是聚醯亞胺。
4.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述焊盤(104)的材料是招。
5.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述金屬凸點(103)是合金焊料構成的。
6.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述金屬凸點(103)的是純金屬構成的。
7.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述金屬凸點(103)是由純金屬上長有合金焊料的形式構成。
8.如權利要求5或7所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中該合金焊料為錫銀、 錫銀銅、錫銦、銦鉍中的一種合金焊料。
9.如權利要求5或6所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中構成所述的構成金屬凸點(10 的純金屬是錫、銀、銅、銦、鉍、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦中的一種。
10.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中金屬互連線(105)的材料是銅。
11.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中金屬互連線(105)的材料是銀、錫、鎢、鎳、鐵、鈷、鋁、鉻、鉬、金、鈀、鈦或其合金。
12.如權利要求1所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中金屬互連線(105)是環形或柱形。
13.一種具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟(POl)，選擇基板(101)；步驟(P02)，在基板(101)的下表面製作鈍化層(102)和金屬凸點結構，該金屬凸點結構包括一個焊盤(104)和一個金屬凸點(103)，使該焊盤(104)埋於鈍化層(102)的內部， 並且在焊盤(104)的下表面上形成該金屬凸點(103)，使該金屬凸點(103)的一部分置於鈍化層(102)的內部，另一部分露出於鈍化層(102)的下表面；步驟(P03)，採用雷射燒蝕技術在基板(101)上製作孔，該孔貫穿整個基板(101)，並穿過鈍化層(102)和焊盤(104)，到達金屬凸點(103)的內部；步驟(P04)，在所述孔的內壁上濺射種子層(106)，並對孔進行電鍍，形成金屬互連線 (105)。
14.如權利要求13所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述步驟 (P02)包括在基板(101)的下表面上旋塗部分鈍化層材料，然後濺射形成焊盤(104)，再旋塗部分鈍化層材料，使焊盤(104)埋於鈍化層(10 內部。
15.如權利要求14所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述步驟 (P02)還包括在焊盤(104)的下方製作凸點開口，濺射金屬凸點(103)的種子層，最後電鍍形成金屬凸點(103)。
16.如權利要求13-15中的任一項所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述基板(101)的材料為玻璃、矽或有機材料。
17.如權利要求13-15中的任一項所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述鈍化層(10 的材料是聚醯亞胺。
18.如權利要求14所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中濺射鋁形成焊盤(104)。
19.如權利要求15所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述金屬凸點(10 的種子層材料是銅，並且通過電鍍銅形成金屬凸點(103)。
20.一種具有金屬垂直互連結構的轉接板，其特徵在於包括如下結構基板(206)；鈍化層005)，其形成在基板Q06)的下表面；金屬凸點結構，其部分嵌入鈍化層(205)中，部分突出於鈍化層(205)的下表面，該金屬凸點結構包括金屬焊盤004)、底層金屬層003)、金屬柱(202)和焊料O01)；金屬互連線(702)，其穿透基板006)、金屬焊盤004)、底層金屬層(20 及部分金屬柱(202)；種子層(701)，其形成在所述金屬互連線(702)的外圍側壁上；絕緣層(501)，其形成在所述種子層(701)的外圍側壁以及基板O06)的上表面。
21.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其特徵在於在絕緣層 (501)的上表面包括表面鈍化層(903)。
22.如權利要求21所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述表面鈍化層 (903)中形成有再分布層(902)和金屬焊盤(901)。
23.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其特徵在於其中所述基板O06)的材料為玻璃、矽或有機材料。
24.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述鈍化層(205)的材料是聚醯亞胺。
25.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述焊盤Q04)的材料是鋁。
26.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述底層金屬層 (203)的材料是一層鎳和一層銅。
27.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述金屬柱Q02)的材料是銅。
28.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述焊料O01)的材料是錫銀銅合金。
29.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述金屬互連線 (702)的材料是銅。
30.如權利要求20所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板，其中所述種子層是(701) 由一層鈦層和一層銅層構成。
31.一種具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其特徵在於包括如下步驟 步驟(SOl)，選擇基板Q06)；步驟(S02)，在基板Q06)的下表面製作鈍化層(205)和金屬凸點結構，該金屬凸點結構包括焊盤004)、底層金屬層003)、金屬柱(202)和焊料001)，所述製作鈍化層(205) 和金屬凸點O06)的步驟包括在基板Q06)的下表面上旋塗鈍化層O05)的材料，然後濺射金屬形成焊盤004)，再濺射金屬形成底層金屬層003)，之後再用電鍍的方法製作金屬柱Q02)以及焊料001)， 最後再旋塗鈍化層材料並通過回流的方法得到金屬凸點結構，使焊盤O04)以及底層金屬層(203)的一部分位於鈍化層(205)的內部，金屬凸點結構的其他部分露出於鈍化層(205) 的下表面；步驟(S03)，在基板(206)上，用臨時鍵合膠(301)粘結臨時鍵合承載板(302)； 步驟(S04)，對基板Q06)的上表面進行減薄並拋光；步驟(S05)，在基板(206)上製作TSV孔(401)，TSV孔(401)穿過基板(206)到達臨時鍵合膠層(301)的表面；步驟(S06)，用旋塗法在TSV孔中填充聚合物材料，旋塗時，使基板(206)的上表面也覆蓋有所述聚合物材料；步驟(S07)，從基板Q06)的上表面，並在具有金屬凸點結構的位置進行雷射鑽孔，得到孔(601)，孔(601)的深度到達金屬凸點結構的金屬柱(202)的內部，並且在孔(601)的側壁保留所述聚合物材料層，該側壁的聚合物材料層與基板O06)的上表面的聚合物材料層共同構成絕緣層(501)；步驟(S08)，在孔(601)內填充金屬材料，該填充金屬材料的步驟包括濺射種子層 (701)和電鍍金屬以形成金屬互連線(702)；步驟(S09)，對轉接板的上表面進行平整化操作，拋光表面(801)； 步驟(SlO)，在絕緣層(501)的上表面製作表面鈍化層(903)、再分布層(901)和金屬焊盤(902)；步驟(Sll)，拆除臨時鍵合承載板(302)，完成轉接板的製作。
32.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述基板 (206)的材料為玻璃、矽或有機材料。
33.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述鈍化層(20 的材料是聚醯亞胺。
34.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中濺射鋁形成焊盤(204)。
35.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中濺射一層鎳和一層銅形成底層金屬層(203)。
36.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中電鍍銅形成金屬柱(202)。
37.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中電鍍錫銀銅合金形成焊料001)。
38.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中鍵合承載板(302)為玻璃晶圓。
39.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中在TSV孔中填充的聚合物材料是聚醯亞胺。
40.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中步驟 (S08)中先後選用鈦和銅作為種子層(701)材料，並且電鍍銅形成金屬互連線(702)。
41.如權利要求31所述的具有金屬垂直互連結構的轉接板的製作方法，其中所述表面鈍化層(903)的材料是聚醯亞胺。
全文摘要
本發明公開了一種具有金屬垂直互連結構的轉接板及其製作方法，該轉接板包括基板、鈍化層、金屬凸點結構和金屬互連線，其中鈍化層形成在該基板的下表面，金屬凸點結構成在該鈍化層的下表面。金屬凸點結構包括一個焊盤和一個金屬凸點，焊盤埋於鈍化層的內部，在焊盤的下表面上形成該金屬凸點，金屬凸點的一部分埋於鈍化層的內部，另一部分露出於鈍化層的下表面；金屬互連線從基板的上表面延伸到下表面，貫穿整個基板，並穿過鈍化層和焊盤，直至金屬凸點的內部，以便所述金屬凸點通過該金屬互連線與基板上方的器件進行電性互連。本發明的工藝簡單，成本低，具有非常高的制孔良率，從而解決了金屬垂直互連結構填孔成本高和工藝複雜等問題。
文檔編號H01L23/48GK102420200SQ20111036233
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者於大全, 戴風偉 申請人:中國科學院微電子研究所