硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅通孔側(cè)壁均勻涂覆絕緣層的方法，通過清洗工序潔凈晶圓表面及硅通孔內(nèi)部，預(yù)先在晶圓表面及晶圓硅通孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)涂布可溶解高性能聚合物材料的有機(jī)溶劑，再用旋轉(zhuǎn)涂布的方式涂布高性能聚合物材料，使高性能聚合物材料在有機(jī)溶劑的作用下擴(kuò)散均勻，實(shí)現(xiàn)硅通孔側(cè)壁均勻涂布絕緣層。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)旋涂設(shè)備上，用一般工藝常溫下在晶圓表面和晶圓硅通孔側(cè)壁及底部形成均勻的絕緣層，解決微米量級(jí)硅通孔三維均勻涂布難題，大大節(jié)省了設(shè)備成本，并提高了硅通孔絕緣層的均勻性，及絕緣層與其接觸材料的結(jié)合力。
【專利說明】硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片的晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(wafer level chip scalepackaging, WLCSP)工藝領(lǐng)域，具體是涉及一種硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(waferlevel chip scale packaging, WLCSP)是 IC封裝方式的一種，它是一種先將整片晶圓進(jìn)行封裝，再切割得到單顆芯片的封裝方法。利用硅通孔技術(shù)將位于金屬芯片正面的引腳即PIN腳從晶圓的背面裸露出來，再將其電性引到晶圓的背面，可以實(shí)現(xiàn)芯片封裝后面積尺寸不變，且擁有極短的電性傳輸距離，使芯片運(yùn)行轉(zhuǎn)速加快，功率降低O
[0003]硅通孔技術(shù)(TSV)開出的硅通孔在引出金屬線前，需要對(duì)硅通孔內(nèi)壁進(jìn)行絕緣處理以確保電互連的穩(wěn)定。目前，TSV行業(yè)普遍使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)無機(jī)絕緣層的涂覆，但PECVD設(shè)備價(jià)格昂貴，且其無機(jī)絕緣工藝的溫度較高，無法適用于影像傳感器要求工藝溫度小于200度以下的技術(shù)指標(biāo)。而現(xiàn)有常用的旋涂設(shè)備對(duì)絕緣材料的粘度要求嚴(yán)格，并且噴涂方式很難保證整個(gè)硅通孔內(nèi)壁均能涂布均勻，實(shí)現(xiàn)良好絕緣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，是一種針對(duì)絕緣材料的粘度等特性，開發(fā)出的利用現(xiàn)有常用的旋涂設(shè)備和工藝實(shí)現(xiàn)硅通孔內(nèi)壁均勻涂布的方法，能夠解決微米級(jí)硅通孔三維均勻涂布的難題，且可以大大節(jié)省設(shè)備成本，提高硅通孔絕緣層的均勻性，及絕緣層與其接觸材料的結(jié)合力。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，步驟如下:
[0007]a、提供一具有深寬比大于等于2:1的微米量級(jí)硅通孔的待涂布晶圓和一旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)，將晶圓安置于旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)的作業(yè)平臺(tái)上，并使晶圓表面上硅通孔的孔口向上；
[0008]b、在晶圓表面的中央位置添加一定量清洗劑與稀釋劑的混合液，靜置一段時(shí)間，使混合液浸潤(rùn)晶圓表面和硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部；
[0009]C、啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)，使晶圓以設(shè)定的第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)數(shù)秒，甩去晶圓表面的部分清洗劑并帶走晶圓表面和硅通孔內(nèi)的臟污，再靜置數(shù)秒，靜置期間補(bǔ)充一定量的混合液；
[0010]d、循環(huán)步驟c數(shù)次后，以設(shè)定的第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)甩去晶圓上的混合液；
[0011]e、在晶圓表面的中央位置添加一定濃度的有機(jī)溶劑，以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)晶圓數(shù)秒，使有機(jī)溶劑均勻分布到硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部，再靜置數(shù)秒；
[0012]f、循環(huán)步驟e數(shù)次，完成對(duì)晶圓表面、硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部的預(yù)處理；
[0013]g、在晶圓表面的中央位置添加具有一定粘度和絕緣性能的尚性能聚合物材料并靜置；
[0014]h、待高性能聚合物材料向外擴(kuò)展一定范圍后，使晶圓以大于第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，鋪展開高性能聚合物材料；
[0015]1、以大于第二轉(zhuǎn)速的第三轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以調(diào)整晶圓表面、硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部的高性能聚合物材料的厚度；
[0016]j、去除有機(jī)溶劑和高性能聚合物材料中的部分溶劑，并固化高性能聚合物材料。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟e中所述的有機(jī)溶劑可溶解所述高性能聚合物材料，且所述有機(jī)溶劑可通過加熱方式蒸發(fā)去除。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有機(jī)溶劑為丙二醇單甲醚酸酯。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟a?j的工藝溫度為常溫。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟j采用快速加熱方式去除所述有機(jī)溶劑和高性能聚合物材料中的部分溶劑，采用變溫加熱方式固化所述高性能聚合物材料。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高性能聚合物材料為酚醛樹脂、稀釋劑、增粘劑、交聯(lián)劑、成膜劑與白炭黑的組合物或可作為鈍化材料的光刻膠。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述清洗劑為異丙醇，所述稀釋劑為丙酮，所述清洗劑與稀釋劑的混合配比為1:7?1:5。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一轉(zhuǎn)速為小于50rpm的轉(zhuǎn)速，所述第二轉(zhuǎn)速為50rpm?600rpm的轉(zhuǎn)速，所述第三轉(zhuǎn)速為大于600rpm的轉(zhuǎn)速。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟d中，循環(huán)步驟c的次數(shù)為3?20次。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟f中，循環(huán)步驟e的次數(shù)為10?40次。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，通過清洗工序潔凈晶圓表面及硅通孔內(nèi)部，并在涂覆絕緣材料前涂布一層可溶解所述絕緣材料且易被去除的有機(jī)溶劑，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在常用標(biāo)準(zhǔn)旋涂設(shè)備上，用一般工藝在晶圓表面和晶圓硅通孔的側(cè)壁及底部形成均勻的絕緣層，解決微米級(jí)硅通孔三維均勻涂布的難題，達(dá)到大大節(jié)省設(shè)備成本，提高了硅通孔絕緣層的均勻性及絕緣層與其接觸材料的結(jié)合力的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所示，一種硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，步驟如下:
[0029]a、提供一具有深寬比大于等于2:1的微米量級(jí)硅通孔的待涂布晶圓和一旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)，將晶圓安置于旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)的作業(yè)平臺(tái)上，并使晶圓表面上硅通孔的孔口向上；具體實(shí)施時(shí)，將包含有硅通孔的待涂布晶圓，孔口向上放置于旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)的作業(yè)平臺(tái)上，開啟真空吸附，確保晶圓旋轉(zhuǎn)過程不會(huì)滑落。其中，旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)為現(xiàn)有技術(shù)中常用的旋涂設(shè)備；硅通孔指用于芯片金屬PIN腳背部導(dǎo)通的、微米量級(jí)且深寬比大于或等于2:1的硅通孔。
[0030]b、在晶圓表面的中央位置添加一定量清洗劑與稀釋劑的混合液，靜置數(shù)分鐘，使混合液浸潤(rùn)晶圓表面和硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部；該步驟中的清洗劑與稀釋劑的配比可視浸潤(rùn)和清洗效果合理調(diào)節(jié)，且通過靜置幾分鐘，能夠使混合液完全浸潤(rùn)晶圓表面、硅通孔的側(cè)壁及硅通孔的底部。
[0031]C、啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)，使晶圓以設(shè)定的第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)數(shù)秒，甩去晶圓表面的部分清洗劑并帶走晶圓表面和硅通孔內(nèi)的臟污，再靜置數(shù)秒，靜置期間補(bǔ)充一定量的混合液；該步驟中，通過再靜置數(shù)秒，補(bǔ)充混合液，能夠晶圓表面和硅通孔內(nèi)壁重新浸潤(rùn)。
[0032]d、循環(huán)步驟c 3?20次后，以設(shè)定的第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)甩去晶圓上的混合液；達(dá)到充分清洗晶圓表面和硅通孔內(nèi)壁的目的。
[0033]e、在晶圓表面的中央位置添加一定濃度的有機(jī)溶劑，靜置數(shù)秒，以使有機(jī)溶劑浸潤(rùn)晶圓表面、硅通孔的側(cè)壁及硅通孔的底部；以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)晶圓數(shù)秒，使有機(jī)溶劑均勻分布到硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部，并產(chǎn)生一定的結(jié)合力，再靜置數(shù)秒；
[0034]f、循環(huán)步驟e 10?40次，以保證有機(jī)溶劑能完全涂滿晶圓表面，尤其是硅通孔側(cè)壁，完成對(duì)晶圓表面、硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部的預(yù)處理。
[0035]g、在晶圓表面的中央位置添加具有一定粘度和絕緣性能的高性能聚合物材料并靜置一段時(shí)間；以使高性能聚合物材料自然鋪開一定程度。
[0036]h、待高性能聚合物材料向外擴(kuò)展一定范圍后，使晶圓以大于第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，鋪展開高性能聚合物材料；在有機(jī)溶劑的作用下，高性能聚合材料能夠更有效地覆蓋硅通孔的側(cè)壁和底部。
[0037]1、以大于第二轉(zhuǎn)速的第三轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以調(diào)整晶圓表面、硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部的高性能聚合物材料的厚度；通過高速旋轉(zhuǎn)可甩掉一定量的高性能聚合材料，調(diào)整晶圓表面、硅通孔側(cè)壁及硅通孔底部高性能聚合物材料的厚度。
[0038]j、去除有機(jī)溶劑和高性能聚合物材料中的部分溶劑，并固化高性能聚合物材料。具體實(shí)施時(shí)，可短時(shí)間軟烤去除有機(jī)溶劑及高性能聚合物材料中的部分溶劑，再先后通過變速升溫、恒溫、變速降溫的方式硬烤固化絕緣層。
[0039]上述步驟b，c，e，g，h，i中涉及的靜置時(shí)間與旋轉(zhuǎn)時(shí)間，可根據(jù)材料的粘稠度及涂覆在晶圓上的厚度等調(diào)整。
[0040]優(yōu)選的，步驟e中所述的有機(jī)溶劑可溶解所述高性能聚合物材料，且所述有機(jī)溶劑可通過加熱方式蒸發(fā)去除。
[0041]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為丙二醇單甲醚酸酯(PGMEA)。
[0042]優(yōu)選的，a?j步驟的工藝溫度為常溫。與無機(jī)絕緣工藝的溫度較高相比，該工藝可在常溫下完成，因此，能夠更好的適用于影像傳感器要求工藝溫度小于200度以下的技術(shù)指標(biāo)。
[0043]優(yōu)選的，步驟j采用快速加熱方式去除所述有機(jī)溶劑和高性能聚合物材料中的部分溶劑，采用變溫加熱方式固化所述高性能聚合物材料。
[0044]優(yōu)選的，所述高性能聚合物材料為酚醛樹脂、稀釋劑、增粘劑、交聯(lián)劑、成膜劑與白炭黑的組合物或可作為鈍化材料的光刻膠。酚醛樹脂、稀釋劑、增粘劑、交聯(lián)劑、成膜劑與白炭黑的組合物的配比可參考發(fā)明專利CN102925024A。
[0045]優(yōu)選的，所述清洗劑為異丙醇，所述稀釋劑為丙酮，所述清洗劑與稀釋劑的混合配比為1:7?1:5。
[0046]優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)速為小于50rpm的轉(zhuǎn)速。
[0047]優(yōu)選的，所述第二轉(zhuǎn)速為50rpm?600rpm的轉(zhuǎn)速。
[0048]優(yōu)選的，所述第三轉(zhuǎn)速為大于600rpm的轉(zhuǎn)速。
[0049]綜上，本發(fā)明硅通孔側(cè)壁均勻涂覆絕緣層的方法是針對(duì)絕緣材料即高性能聚合物材料的粘度等特性，開發(fā)出的利用標(biāo)準(zhǔn)旋涂設(shè)備和工藝便可完成的涂布方式。該方法通過清洗工序潔凈晶圓表面及硅通孔內(nèi)部，預(yù)先在晶圓表面及晶圓硅通孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)涂布可溶解高性能聚合物材料的有機(jī)溶劑，再用旋轉(zhuǎn)涂布的方式涂布高性能聚合物材料，使高性能聚合物材料在有機(jī)溶劑的作用下擴(kuò)散均勻，實(shí)現(xiàn)硅通孔側(cè)壁均勻涂布絕緣層。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)旋涂設(shè)備上，用一般工藝在晶圓表面和晶圓硅通孔側(cè)壁及底部形成均勻的絕緣層，解決微米量級(jí)硅通孔三維均勻涂布難題，大大節(jié)省了設(shè)備成本，并提高了硅通孔絕緣層的均勻性，及絕緣層與其接觸材料的結(jié)合力。
[0050]以上實(shí)施例是參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種形式上的修改或變更，但不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于，步驟如下: a、提供一具有深寬比大于等于2:1的微米量級(jí)硅通孔的待涂布晶圓和一旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)，將晶圓安置于旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)的作業(yè)平臺(tái)上，并使晶圓表面上硅通孔的孔口向上； b、在晶圓表面的中央位置添加一定量清洗劑與稀釋劑的混合液，靜置一段時(shí)間，使混合液浸潤(rùn)晶圓表面和硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部； C、啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)臺(tái)，使晶圓以設(shè)定的第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)數(shù)秒，甩去晶圓表面的部分清洗劑并帶走晶圓表面和硅通孔內(nèi)的臟污，再靜置數(shù)秒，靜置期間補(bǔ)充一定量的混合液； d、循環(huán)步驟c數(shù)次后，以設(shè)定的第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)甩去晶圓上的混合液； e、在晶圓表面的中央位置添加一定濃度的有機(jī)溶劑，以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)晶圓數(shù)秒，使有機(jī)溶劑均勻分布到硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部，再靜置數(shù)秒； f、循環(huán)步驟e數(shù)次，完成對(duì)晶圓表面、硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部的預(yù)處理； g、在晶圓表面的中央位置添加具有一定粘度和絕緣性能的高性能聚合物材料并靜置一段時(shí)間； h、待高性能聚合物材料向外擴(kuò)展一定范圍后，使晶圓以大于第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，鋪展開高性能聚合物材料； 1、以大于第二轉(zhuǎn)速的第三轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以調(diào)整晶圓表面、硅通孔內(nèi)的側(cè)壁與底部的高性能聚合物材料的厚度； j、去除有機(jī)溶劑和高性能聚合物材料中的部分溶劑，并固化高性能聚合物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:步驟e中所述的有機(jī)溶劑可溶解所述高性能聚合物材料，且所述有機(jī)溶劑可通過加熱方式蒸發(fā)去除。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:所述有機(jī)溶劑為丙二醇單甲醚酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:步驟a?j的工藝溫度為常溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:步驟j采用快速加熱方式去除所述有機(jī)溶劑和高性能聚合物材料中的部分溶劑，采用變溫加熱方式固化所述高性能聚合物材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:所述高性能聚合物材料為酚醛樹脂、稀釋劑、增粘劑、交聯(lián)劑、成膜劑與白炭黑的組合物或可作為鈍化材料的光刻膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:所述清洗劑為異丙醇，所述稀釋劑為丙酮，所述清洗劑與稀釋劑的混合配比為1:7?1:5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:所述第一轉(zhuǎn)速為小于50rpm的轉(zhuǎn)速，所述第二轉(zhuǎn)速為50rpm?600rpm的轉(zhuǎn)速，所述第三轉(zhuǎn)速為大于600rpm的轉(zhuǎn)速。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:步驟d中，循環(huán)步驟c的次數(shù)為3?20次。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔內(nèi)壁均勻涂覆絕緣層的方法，其特征在于:步驟f中，循環(huán)步驟e的次數(shù)為10?40次。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104465498SQ201410635084
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】范俊, 黃小花, 王曄曄, 沈建樹, 翟玲玲, 錢靜嫻 申請(qǐng)人:華天科技（昆山）電子有限公司