一种晶圆通孔结构的金属填充方法与流程

本发明涉及晶圆通孔结构制备领域，尤其涉及一种晶圆通孔结构的金属填充方法。

背景技术：

1、mems（微机电系统）技术，通常涉及到复杂的微机械工艺加工技术，有时需要在各类晶圆上制作通孔结构并填充，用于实现特定功能或用于封装互联。在一些器件制备的过程中，需要采用全金属填充晶圆上的通孔结构作为晶圆上的引线柱，使得晶圆上下表面实现金属结构的垂直贯通。这种带有贯通金属填充的晶圆，可以应用于许多mems器件的封装过程，或垂直引线结构，在某些特定应用需求上代替引线焊盘。此外，这种带有金属填充的晶圆结构配合晶圆键合工艺可以实现某些器件腔体内部的直接贯通电极的引出，是mems密封腔体内部电引线的方法之一。

2、目前晶圆的通孔金属填充方法，常用的包括tsv工艺、浆料烧结填充技术、以及第二衬底键合电镀填孔等。tsv工艺是基于硅基通孔结构，一般采用电铸铜工艺填孔，常用于电子电路的封装，实现3d结构的垂直互联。一般采用刻蚀工艺形成狭长的通孔或盲孔结构，在孔内壁表面沉积金属导电层，再通过光刻，电铸等工艺进行金属铜填充。如发明专利cn10567901a中公布的一种高效tsv的填孔方法，是一种基于传统tsv工艺，并采用双面电铸方法的快速填孔工艺。由于tsv工艺主要是针对集成电路封装应用，因此该工艺采用的孔内侧壁电铸封孔方法，比较适用于深宽比较大的狭长孔结构。

3、浆料填充工艺常用于电子封装和印制板孔填充等，主要采用适当的有机物混合金属粉末或采用熔融金属作为通孔填充物。浆料电铸金属，一般必须通过烧结或固化过程，与电铸填孔相比，填孔过程必须在适宜的热处理条件下，而温度的差异更容易使得电铸金属与孔结构产生应力。

4、通过第二衬底与待填孔晶圆键合，以键合面及第二衬底作为底面及导电层的支撑结构也是现行的晶圆金属填孔的重要工艺。如专利cn109037149a中，公布了一种无缺陷穿硅通孔结构的制备方法，通过键合在一起的第一晶圆和第二晶圆，使得第二晶圆中的导电层贴合在第一晶圆中通孔的底部，使得金属能够逐渐自底向上生长，直至完全填满整个通孔；但是该技术中完成通孔填充之后，需要经过多个腐蚀减薄等工艺步骤才能去除第二晶圆和导电层，延长了整个晶圆通孔结构的制备时长，且后续多个腐蚀减薄等工艺步骤也会影响到通孔结构的质量，不利于高质量通孔结构的持续保持。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种晶圆通孔结构的金属填充方法，不必采用复杂的第二晶圆键合工艺，能够形成稳定的底面支撑及导电层支撑结构，同时第一晶圆和第二晶圆易于分离，适用于任意尺寸和形状的通孔金属填充。

2、为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种晶圆通孔结构的金属填充方法，包括如下步骤：

3、s1：在第一晶圆中制备通孔；在第二晶圆的表面依次沉积光刻胶层和导电层；

4、s2：将第一晶圆和第二晶圆紧固在一起，使得所述导电层与所述第一晶圆中通孔的底面抵接；

5、s3：将第一晶圆和第二晶圆放置在电铸液中进行电铸金属填充，使得电铸金属自通孔底部至通孔顶部填充在通孔内；

6、s4：将第一晶圆和第二晶圆浸泡在去胶溶剂中进行分离，去除通孔外部的电铸金属和导电层，获得电铸金属填充的晶圆通孔结构。

7、进一步的，步骤s2采用紧固工装将第一晶圆和第二晶圆紧固在一起，所述紧固工装中设置有放置第一晶圆和第二晶圆的凹槽，所述凹槽顶部设置有上盖，当上盖覆盖在所述第一晶圆的顶端外围时，所述上盖与第一晶圆之间通过胶圈密封。

8、进一步的，所述紧固工装的上盖通过紧固件固定在所述凹槽的顶端，所述紧固件与所述上盖之间采用胶圈进行密封，所述上盖和凹槽的顶端之间采用胶圈进行密封。

9、进一步的，步骤s3中第一晶圆和第二晶圆放置在电铸液中进行电铸金属填充之后，通孔内电铸金属的高度大于通孔的高度。

10、进一步的，步骤s4中将第一晶圆和第二晶圆分离之前，对第一晶圆的顶端采用机械研磨抛光方法进行平坦化，去除多余的电铸金属。

11、进一步的，步骤s4中将第一晶圆和第二晶圆分离之后，对第一晶圆的底端采用机械研磨抛光方法进行平坦化，去除导电层。

12、进一步的，所述机械研磨抛光方法中依次采用氧化铝和氧化硅作为磨粒进行机械研磨抛光，且机械研磨抛光后的晶圆及电铸金属表面的高度差为6-8微米，粗糙度ra小于等于20nm。

13、进一步的，所述光刻胶层的厚度大于80微米。

14、进一步的，步骤s1中采用物理气相沉积法在光刻胶层上沉积导电层，所述导电层为ticu层或tiau层或crcu层或crau层。

15、进一步的，所述第二晶圆的直径大于第一晶圆的直径，且步骤s2中将第一晶圆和第二晶圆的圆心重合，并紧固在一起。

16、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请中第一晶圆和第二晶圆借助外力紧固在一起，无需进行键合，在电铸金属过程中，由于采用第二晶圆表面的导电层置于第一晶圆中通孔的下方，故填孔的电铸金属将由通孔的底部逐渐向上生长；无论通孔的孔径尺寸和形状如何，甚至是非规则通孔结构均能够实现均匀填充，而且能够避免侧壁生长填孔容易形成的缺陷结构及复杂的电铸参数控制要求。本申请电铸金属填充完成之后，只需要将光刻胶层溶解掉，即可实现第一晶圆和第二晶圆的分离，再通过对第一晶圆表面处理之后即可得到晶圆通孔结构，本申请避免了现有技术中晶圆键合的工艺步骤，仅仅采用工装锁紧固定的方式，在电镀过程中保持上下两晶圆的相对位置和间隙，作为导电衬底的第二晶圆在上述过程中没有受到任何工艺的影响，属于无损过程，因此仍可继续作为衬底循环利用，即提高了第二晶圆的利用率，又简化了整个工艺步骤，提高了电铸效率。

技术特征：

1.一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，步骤s2采用紧固工装将第一晶圆和第二晶圆紧固在一起，所述紧固工装中设置有放置第一晶圆和第二晶圆的凹槽，所述凹槽顶部设置有上盖，当上盖覆盖在所述第一晶圆的顶端外围时，所述上盖与第一晶圆之间通过胶圈密封。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，所述紧固工装的上盖通过紧固件固定在所述凹槽的顶端，所述紧固件与所述上盖之间采用胶圈进行密封，所述上盖和凹槽的顶端之间采用胶圈进行密封。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，步骤s3中第一晶圆和第二晶圆放置在电铸液中进行电铸金属填充之后，通孔内电铸金属的高度大于通孔的高度。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，步骤s4中将第一晶圆和第二晶圆分离之前，对第一晶圆的顶端采用机械研磨抛光方法进行平坦化，去除多余的电铸金属。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，步骤s4中将第一晶圆和第二晶圆分离之后，对第一晶圆的底端采用机械研磨抛光方法进行平坦化，去除导电层。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，所述机械研磨抛光方法中依次采用氧化铝和氧化硅作为磨粒进行机械研磨抛光，且机械研磨抛光后的晶圆及电铸金属表面的高度差为6-8微米，粗糙度ra小于等于20nm。

8.根据权利要求1所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度大于80微米。

9.根据权利要求1所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，步骤s1中采用物理气相沉积法在光刻胶层上沉积导电层，所述导电层为ticu层或tiau层或crcu层或crau层。

10.根据权利要求1所述的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，其特征在于，所述第二晶圆的直径大于第一晶圆的直径，且步骤s2中将第一晶圆和第二晶圆的圆心重合，并紧固在一起。

技术总结本发明公开了一种晶圆通孔结构的金属填充方法，包括如下步骤：在第一晶圆中制备通孔；在第二晶圆的表面依次沉积光刻胶层和导电层；将第一晶圆和第二晶圆紧固在一起，使得所述导电层与所述第一晶圆中通孔的底面抵接；将第一晶圆和第二晶圆放置在电铸液中进行电铸金属填充，使得电铸金属自通孔底部至通孔顶部填充在通孔内；将第一晶圆和第二晶圆浸泡在去胶溶剂中进行分离，去除通孔外部的电铸金属和导电层，获得电铸金属填充的晶圆通孔结构。本发明提供的一种晶圆通孔结构的金属填充方法，不必采用复杂的第二晶圆键合工艺，能够形成稳定的底面支撑及导电层支撑结构，同时第一晶圆和第二晶圆易于分离，适用于任意尺寸和形状的通孔金属填充。技术研发人员：许戎戎,李波受保护的技术使用者：航科新世纪科技发展（深圳）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/12