專利名稱：一種適用于自下而上電鍍方法制作tsv的電鍍掛件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作穿硅垂直通孔(Through Silicon Via)所使用的電鍍掛件， 更確切地說涉及一種適用于自下而上電鍍方法制作TSV的電鍍掛件。屬于MEMS封裝工藝 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MEMS (micro-electro-mechanical system)是指采用微細(xì)加工技術(shù)制作的集微型 傳感器，微型構(gòu)件，微型執(zhí)行器，信號(hào)處理，控制電路等于一體的系統(tǒng)。MEMS器件在許多領(lǐng)域 都有十分廣闊的應(yīng)用前景。然而，在MEMS器件中，含有可動(dòng)部件，這些可動(dòng)部件十分脆弱， 極易受到劃片和裝配過程中的灰塵，濕度，機(jī)械等因素的影響，從而造成器件的損壞或器件 的整體性能下降。因此，必須采取MEMS封裝技術(shù)，保護(hù)這些關(guān)鍵部位。在MEMS封裝技術(shù)中常用到穿硅垂直通孔(TSV)作為互聯(lián)結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于提高封 裝密度、縮短互聯(lián)長度從而減小損耗。制作TSV結(jié)構(gòu)有許多不同的方法，其中比較高效、常用的方法是“自下而上”電鍍 方法(Bottom-to-Top electroplating method)。它的作法是(1)使用干法刻蝕技術(shù)刻硅 片得到通孔結(jié)構(gòu)，(2)在硅片背面濺射電鍍種子層，(3)電鍍硅片背面，利用沉積的金屬層 堵住通孔，(4)從硅片的正面進(jìn)行電鍍，通孔將“自下而上”實(shí)現(xiàn)金屬化。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡單高效；制作出的TSV內(nèi)部幾乎沒有空洞，質(zhì)量很高。然而遺憾的是目前常用于半導(dǎo)體工藝的各種掛鍍系統(tǒng)并沒用與“自下而上”電鍍 方法(Bottom-to-Top electroplating method)相適宜的電鍍掛件。常見的掛件結(jié)構(gòu)如圖 1所示，它的主要部分是Z1和Z2 :Z1是高強(qiáng)度的耐酸塑料做的掛架主體，形狀像一只網(wǎng)球 拍；Z2是位于Z1部分的末端背面的不銹鋼塊，它使得掛件可以掛在電鍍槽側(cè)壁，并在電鍍 時(shí)與陰極相連。B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8是固定在Z1上的不銹鋼螺栓，Z2通過另外兩 個(gè)不銹鋼螺栓Fl、F2和纏繞在所有螺栓上的銅絲K1實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通，Tl、T2、T3、T4四只金屬 引腳從K1上引出，它們?cè)陔婂儠r(shí)可以固定硅片并實(shí)現(xiàn)硅片正面與陰極的電連接?？梢娺@種 掛件適用于普通方法的電鍍，即沉積種子層的面就是電鍍面；對(duì)于“自下而上”電鍍方法，種 子層在背面而電鍍面為正面，這種電鍍掛件就不適用了，四只引腳在固定了硅片的同時(shí)無 法與背面的種子層電接觸，電鍍也就無法進(jìn)行。雖然，可以用在四只引腳上纏繞柔性金屬細(xì)絲，繞到硅片背面與種子層接觸的方 法使得這種傳統(tǒng)的電鍍掛件適用于“自下而上”TSV電鍍方法，但是這種做法有兩個(gè)缺點(diǎn)
(1)由于金屬絲很細(xì)(否則硅片放不平，易碎)，電接觸不好，完成TSV電鍍的時(shí)間很長；以 20微米孔徑，200微米長的TSV為例，完成整個(gè)通孔的金屬化需要20小時(shí)以上的電鍍時(shí)間；
(2)電鍍過程使得金屬絲粘附在硅片上，不易去除。本申請(qǐng)人在現(xiàn)有的常見掛件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，試圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，提供一種適 用于“自下而上”電鍍方法制備TSV的電鍍掛件。

發(fā)明內(nèi)容
為了使得電鍍?cè)O(shè)備與“自下而上” TSV電鍍方法相適應(yīng)，本發(fā)明提出了一種適用于 自下而上電鍍方法制作制作穿硅垂直通孔所使用的電鍍掛件。本發(fā)明提供的電鍍掛件結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述的電鍍掛件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為(1)主體結(jié)構(gòu)1的形狀為方型網(wǎng)球拍，球拍的主體部分為四周呈圓角的正方形，中 央有圓形凹陷，四周有六個(gè)開孔，用于放置螺栓；球拍的柄部為一個(gè)矩形；(2)使用高強(qiáng)度、耐酸腐蝕的有機(jī)玻璃板91，耐酸腐蝕的橡膠片92壓住硅片41，通 過螺栓六個(gè)81將有機(jī)玻璃板、橡膠片和硅片41依次固定在主體結(jié)構(gòu)1的主體部分上并防 止電鍍液接觸硅片41的背面；(3)將薄銅紙42鋪放在硅片41背面，與硅片41背面的種子層電接觸，通過銅絲 31,32與薄銅紙42相觸；銅絲31、32通過螺栓71、72與主體結(jié)構(gòu)1背面的不銹鋼塊2電連 接；電鍍時(shí)不銹鋼塊2與電鍍系統(tǒng)陰極連接，從而實(shí)現(xiàn)硅片與陰極的電連接；薄銅紙42在 電鍍時(shí)會(huì)沉積金屬，可以時(shí)常更換保證其適用性；銅絲31、32位于球拍的矩形柄部內(nèi)；(4)主體結(jié)構(gòu)1的主體部分的中央圓形凹陷用于放置硅片；有機(jī)玻璃板和橡膠片 的中央均有圓形開孔，孔的直徑略小于主體部分中央圓孔形凹陷的直徑。整個(gè)組裝好的掛件如圖3所示。該掛件電鍍時(shí)電接觸性能優(yōu)異，同樣以20微米孔 徑，200微米長的TSV為例，在相同電鍍參數(shù)下，使用本發(fā)明提供的電鍍掛件完成整個(gè)通孔 的金屬化只需要6小時(shí)左右的電鍍時(shí)間。


圖1為常見的掛件示意圖；圖2為本發(fā)明提供的掛件的結(jié)構(gòu)分解示意圖；圖3為本發(fā)明提供的掛件的組裝后的示意圖。
具體實(shí)施例方式為闡述本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，結(jié)合附圖2和3作進(jìn)一步的說明。(1)主體結(jié)構(gòu)1的材料為高強(qiáng)度的耐酸塑料，形狀像一只方型網(wǎng)球拍；主體部分為 14cmX 14cm,四周圓角半徑為2cm的正方形，中央有直徑10. 24cm(4寸)的圓形凹陷用于放 置4寸硅片，四周有六個(gè)直徑0. 8cm的開孔，用于放置螺栓；柄部部分為3. 5cmX20cm的矩 形；主體結(jié)構(gòu)1的厚度為1. 5-2cm ；(2)結(jié)構(gòu)2材料為不銹鋼，位于1的背面，作為掛件的掛角并在電鍍時(shí)連接電鍍系 統(tǒng)陰極，厚度為1.5-2cm;(3)91為高強(qiáng)度、耐酸腐蝕的有機(jī)玻璃板，中央有直徑9. 8cm的圓形開孔；92為耐 酸腐蝕的橡膠，中央也有直徑9. 8cm的圓形開孔；它們用于固定硅片并防止電鍍液接觸硅 片的背面；(4)81為頂端直徑1. 8cm，底端直徑0. 8cm的“T”型不銹鋼螺栓，用于將91、92固 定在1上；(5)不銹鋼螺栓71、72用于將部件2固定在主體結(jié)構(gòu)1背面；(6)銅絲31、32通過螺栓71、72與主體結(jié)構(gòu)1背面的不銹鋼塊2電連接；
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(7)電鍍時(shí)還用到圖2所示的薄銅紙42，薄銅紙42鋪放在硅片41背面，與硅片41 背面的種子層電接觸，通過銅絲31、32與薄銅紙42相觸，薄銅紙的的厚度在0. lmm-0. 5mm, 不宜太厚，否則影響與硅片之間的貼合；銅絲31、32通過螺栓71、72與主體結(jié)構(gòu)1背面的不 銹鋼塊2電連接；不銹鋼塊2與電鍍系統(tǒng)陰極連接，從而實(shí)現(xiàn)硅片與電鍍系統(tǒng)陰極的電連接。顯然，以上所示的尺寸僅為一種可能的選擇，實(shí)際使用時(shí)不僅限于所示的尺寸，只 要掛件的形狀類似圖2或圖3，均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種適用于自下而上電鍍方法制作TSV的電鍍掛件，包括主體結(jié)構(gòu)(1)和不銹鋼塊(2)，其特征在于(a)主體結(jié)構(gòu)(1)的形狀為方型網(wǎng)球拍，球拍的主體部分為四周呈圓角的正方形，中央有圓形凹陷，四周有六個(gè)開孔，用于放置螺栓；球拍的柄部為一個(gè)矩形；(b)通過螺栓(81)依次將有機(jī)玻璃板(91)、橡膠片(92)和硅片(41)，固定在主體結(jié)構(gòu)(1)的主體部分；(c)將薄銅紙(42)鋪放在硅片(41)背面，與硅片(41)背面的種子層電接觸，通過銅絲(31)、(32)與薄銅紙相觸；銅絲(31)、(32)通過螺栓(71)、(72)與主體結(jié)構(gòu)(1)背面的不銹鋼塊(2)電連接。
2.按權(quán)利要求1所述的電鍍掛件，其特征在于主體結(jié)構(gòu)中所述的螺栓為T型不銹鋼螺栓。
3.按權(quán)利要求1所述的電鍍掛件，其特征在于所述的薄銅紙厚度為0.1-0. 5mm。
4.按權(quán)利要求1所述的電鍍掛件，其特征在于主體結(jié)構(gòu)(1)的主體部分的中央圓形凹 陷用于放置硅片；有機(jī)玻璃板和橡膠片的中央均有圓形開孔，孔的直徑略小于主體部分中 央圓孔形凹陷的直徑。
5.按權(quán)利要求1所述的電鍍掛件，其特征在于不銹鋼塊的厚度為1.5-2cm ；主體結(jié)構(gòu)的 厚度為1. 5-2cm。
6.按權(quán)利要求1所述的電鍍掛件，其特征在于硅片與電鍍系統(tǒng)陰極的電連接是通過不 銹鋼塊(2)與電鍍系統(tǒng)陰極連接實(shí)施的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于自下而上電鍍方法制作TSV的電鍍掛件，其特征在于所述的電鍍掛件包括主體結(jié)構(gòu)和不銹鋼塊，其中，主體結(jié)構(gòu)的形狀類似于方型的網(wǎng)球拍，球拍的主體部分為四周呈圓角的正方形，中央有圓形凹陷用于放置硅片，四周有六個(gè)開孔，用于放置丁字螺栓，球拍的柄部為一個(gè)矩形，通過螺栓依次將有機(jī)玻璃板、橡膠片和硅片，固定在主體結(jié)構(gòu)的主體部分；將薄銅紙鋪放在硅片背面，與硅片背面的種子層電接觸，通過銅絲與薄銅紙相觸；銅絲通過螺栓與主體結(jié)構(gòu)背面的不銹鋼塊電連接。本發(fā)明特點(diǎn)在于簡單實(shí)用，可以提供良好的電接觸，提高通孔金屬化的效率。
文檔編號(hào)C25D5/04GK101851775SQ201010200009
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者曹毓涵, 羅樂 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所