一种凹腔内TSV晶圆盖板的制备方法与流程

本发明涉及mems晶圆级芯片封装领域，具体是一种制备在凹腔内的poly-tsv及其表面多晶硅去除方法。

背景技术：

1、 mems(micro electro mechanical system)部分芯片可动结构在工作过程中会产生一定的面外运动，由于可动结构非常脆弱，需要采用密封空腔封装的方式进行保护，传统的封装方式有陶瓷管壳、金属管壳，预成型塑料管壳封装等，直接裸露的mems晶圆芯片在传统封装工艺中很容易受到污染或损伤，所以现在大部分mems芯片制造过程中，采用圆片级气密性封装的方法为mems结构加个盖板，将可动部分(即mems结构)保护起来，然后再进行与普通电子元器件类似的封装，采用mems晶圆级封装的芯片具有成本低、可靠性高的优点。

2、tsv(through silicon via)圆片级封装技术具有信号垂直引出的结构特点，降低了封装体积与功耗，另外其纵向维度的集成赋予其优秀的抗冲击、抗干扰能力，这些优良特性使得tsv非常适合mems惯性器件（如加速度计、陀螺仪等）封装，是高性能惯性mems器件开发的关键技术。对于mems高性能惯性器件，通常在硅盖板圆片上制作凹腔，随后制作tsv深孔或深槽，盖板的主要作用是与底板键合(底板上一般制作有下凹腔)一起，形成一个密封的空腔，向被密封于该空腔的mems结构提供一个可自由运动的空间，同时，还可保证mems结构不受外部环境的干扰。

3、tsv晶圆盖板加工流程通常为制备环形深槽，经过氧化工艺形成绝缘深槽壁，再用多晶硅填埋深槽，最后减薄抛光晶圆盖板表面多余的多晶硅，但对于将tsv设计在凹腔内的盖板，采用减薄抛光的平面工艺无法去除凹腔内的多晶硅。

4、现有技术中出现了一些相关技术，但都存在一定的问题：如公开号为cn108615704 a其内容中描述的是带有tsv集成电路封装转接载板技术，解决现有技术中存在的硅孔互连结构寄生电阻大，绝缘层质量不高的问题，但该晶圆盖板内没有设计凹腔结构，mems可动结构无法完成面外运动。

5、如公开号为cn 110713165 a描述的是将mems结构密封在tsv盖板，并增加了一个刻蚀盖板下凹腔的加工工序，在深槽内壁覆盖氧化硅形成氧化深槽，并在氧化深槽内充满掺杂多晶硅，形成tsv结构，达到一个tsv结构导通二路电信号的目的，但该专利mems结构的电信号不是直接通过tsv引出，而是要通过水平方向的金属导线传输到导电柱，导电柱再通过水平方向的金属导线传输到tsv，这种方法盖板晶圆面积利用率低，且tsv导线产生的寄生电容较大。

技术实现思路

1、本发明就是为克服现有技术中的不足，提供一种凹腔内tsv晶圆盖板的制备方法。

2、本申请提供以下技术方案：

3、一种凹腔内tsv晶圆盖板的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

4、步骤s1：取一片双面抛光的单晶硅晶圆作为盖板，在盖板晶圆上表面上制备出两个间隔分布的槽体，在槽体的中心处留有导电柱：

5、步骤s2：在导电柱外侧的槽体的槽体底面上制备有与导电柱同轴分布的tsv深槽，在单晶硅晶圆、槽体和tsv深槽的表面制备有氧化硅绝缘层，在氧化硅绝缘层表面上还沉积出多晶硅层；

6、步骤s3：在tsv深槽上方的多晶硅层上旋涂光刻胶掩蔽层，而后将单晶硅晶圆上表面上的除tsv深槽上方以外的多晶硅层清除干净，而后再去除光刻胶掩蔽层，暴露出多晶硅层，再对多晶硅层进行再次腐蚀，使得多晶硅层与槽体的槽底面上的氧化硅绝缘层表面之间存在高度差；

7、步骤s4：清除晶圆盖板正面的除去tsv深槽内的氧化硅绝缘层以及清除晶圆盖板背面的一部分晶圆盖板直至暴露出tsv深槽底部的多晶硅层；

8、步骤s5：在tsv深槽底部的多晶硅层中间的单晶硅晶圆的下表面淀积金属膜层并在其设有金属球。

9、在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：

10、所述槽体为环形，其外环面为四边形，内环面为圆形，在槽体内环内侧保留的晶圆作为同轴分布的导电柱，导电柱顶部与单晶硅晶圆的上表面在同一水平面内。

11、所述多晶硅层顶部高于位于槽体底面上的氧化硅绝缘层表面。

12、所述金属膜层与金属球材质相同均为导电金属。

13、在所述步骤s3中采用hna 溶液对多晶硅层进行再次腐蚀。

14、发明优点：

15、 本发明提供的技术方案中将tsv设计在凹腔内，并采用垂直引出的方式，利用tsv包围导线柱形成绝缘孤岛，不需要通过水平金属导线将电信号引至导电柱处。此外，tsv表面多晶硅在光刻胶的保护下，采用干法刻蚀与湿法腐蚀工艺，完成tsv沟槽以外区域多晶硅的去除，通过控制过腐蚀时间，可以控制多晶硅柱与凹腔表面高度差，与传统tsv加工方法相比， 即保留了tsv直接引出的特点，又为可动结构保留了运动空间。

技术特征：

1.一种凹腔内tsv晶圆盖板的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

2.根据权利要求1中所述的一种凹腔内tsv晶圆盖板的制备方法，其特征在于：所述槽体（2）为环形，其外环面为四边形，内环面为圆形，在槽体（2）内环内侧保留的晶圆作为同轴分布的导电柱（3），导电柱（3）顶部与单晶硅晶圆（1）的上表面在同一水平面内。

3.根据权利要求1中所述的一种凹腔内tsv晶圆盖板的制备方法，其特征在于：所述多晶硅层（6）顶部高于位于槽体（2）底面上的氧化硅绝缘层（5）表面。

4.根据权利要求1中所述的一种凹腔内tsv晶圆盖板的制备方法，其特征在于：所述金属膜层与金属球（11）材质相同均为导电金属。

5.根据权利要求1中所述的一种凹腔内tsv晶圆盖板的制备方法，其特征在于：在所述步骤s3中采用hna 溶液或对多晶硅层（6）进行再次腐蚀，hna 溶液为硅各向同性腐蚀液。

技术总结本发明提供一种凹腔内TSV晶圆盖板的制备方法，它包括以下步骤：在单晶硅晶圆上制备槽体与导电柱；在槽体内设有TSV深槽，在TSV深槽内设置贯穿单晶硅晶圆的多晶硅柱状结构，在导电柱上设置有金属球。本发明公开的步骤简便，容易实施，与传统TSV加工方法相比，即保留了TSV直接引出的特点，又为可动结构保留了运动空间。技术研发人员：丁景兵,曹卫达,黄斌,刘阳,常赟受保护的技术使用者：华东光电集成器件研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15