基于AlN改性聚合物復合介質的TSV再分布層制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型TSV封裝再分布層(RDL)制備技術，屬于微電子封裝技術領域，具體是一種以AlN改性的聚合物復合材料為絕緣介質制備TSV封裝再分布層的方法。
【背景技術】
[0002]基于硅通孔(TSV)互連的三維堆疊封裝以其堆疊密度大、片間互連線短、外形尺寸小和顯著降低功耗、提升芯片速度的潛力而備受重視，被認為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ母呙芏确庋b技術，又稱TSV封裝。
[0003]再分布線就是在有TSV垂直互連的芯片表面，通過再次布線實現(xiàn)焊盤的重新分布，可為堆疊鍵合創(chuàng)造更有利條件。TSV再分布層由金屬互連線和絕緣介質構成，介質材料通常有干法制備的無機介質和聚合物旋涂固化的有機介質兩類。
[0004]無機介質包括Si02、Si3N4等，其成膜均勻、致密、附著力強，但工藝成本高、效率低、內應力控制復雜。且會因熱失配而開裂，如M Sunohara等在“Silicon Interposerwith TSVs (Through Silicon Vias) and Fine Multilayer Wiring，，，(2008ElectronicComponents and Technology Conference, pp.847-852)中米用 CVD 法制備的 S12絕緣層致密基本無孔隙，但是工藝時間長，成本較高，厚膜內應力較大，加之Cu和二氧化娃的熱膨脹系數(shù)不匹配，2450C回流焊處理中在Cu-TSV邊界的二氧化硅易開裂。
[0005]相對于無機介質，有機介質工藝過程簡單、效率高、成本低、臺階覆蓋性好，但熱導率低、熱膨脹系數(shù)大，易溶脹。常用的有機介質材料有P1、BCB等。Sun，Xin等在“Process Development and Characterizat1n of BCB - based Layer (RDL) forSilicon Interposer Applicat1n，，， (2012Electronic System-1ntegrat1n TechnologyConference (ESTC)，pp.1-4)中采用BCB作為絕緣介質制備再分布層。這種方法工藝過程簡單，BCB的電學性能也十分優(yōu)良，但是BCB熱導率非常低，僅為0.4ff/m.K，而熱膨脹系數(shù)卻高達52Χ10_6/Κ，容易造成散熱差和熱失配嚴重的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出了一種以AlN改性聚合物作為絕緣介質的TSV再分布層集成制造方法。該方法以AlN改性聚合物代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聚合物介質，可以有效改善介質材料的機械強度、介電特性和熱機械性能，提升RDL層的綜合性能，同時并不顯著增加集成制造工藝的復雜性。
[0007]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
[0008]本發(fā)明提供一種基于AlN改性聚合物復合介質的TSV再分布層制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0009](I)將液態(tài)有機聚合物介質前驅體和AlN粉末充分混合，使AlN粉末均勻分散在有機聚合物介質材料中，得到混合漿料；
[0010]所述的有機聚合物介質材料為P1、BCB、環(huán)氧樹脂等聚合物中的一種。
[0011]所述的AlN粉末為納米級或微米級，平均粒徑小于所需制備介質層厚度的1/4，以避免過大顆粒造成薄膜涂覆的不平整或者薄膜平整化困難。
[0012]所述的AlN粉末與有機聚合物介質材料的質量比大于O小于等于2。
[0013]所述的AlN粉末在有機聚合物介質材料中的分散方法，可以采用球磨、研磨、機械攪拌等方法，實現(xiàn)漿料的均勻混合。
[0014]所述的有機聚合物介質材料的種類，AlN粉末的種類和粒徑，AlN粉末與有機聚合物介質材料的質量比，上述參數(shù)直接影響復合介質再分布層的性能和質量。
[0015](2)在TSV晶圓上制備再分布層布線及上下層金屬連接柱；
[0016](3)將步驟(I)所得混合漿料均勻涂覆在再分布互連線已經(jīng)完成的晶圓表面；
[0017]所述的混合漿料為AlN粉末與P1、BCB、環(huán)氧樹脂等聚合物中的一種相混合，其均勻涂覆的方法為旋涂、刮涂、絲網(wǎng)印刷中的一種，涂覆層厚度大于當前布線層的厚度。
[0018](4)烘干固化上述混合漿料，形成AlN改性的聚合物復合介質層；
[0019]所述的固化方式為加熱固化，通過程序控溫實現(xiàn)，起始溫度為室溫，最高溫度為250 0C -300。。。
[0020](5)對成型的復合介質層進行研磨平坦化處理，露出金屬連接柱，即可完成單層再分布層制備；
[0021](6)重復步驟(2)到步驟(4)即可獲得多層再分布層布線。
[0022]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0023]本發(fā)明提出的以AlN改性聚合物作為絕緣介質制備TSV再分布層的方法，工藝簡單、成本低廉、與現(xiàn)有工藝兼容。與傳統(tǒng)聚合物介質相比，AlN改性聚合物介質強度高、熱導率高、熱膨脹系數(shù)低。使用AlN改性聚合物介質代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚合物作為介質層，也使得再分布層在熱和機械方面的性能得到大大改善，提高了 TSV封裝的可靠性。本發(fā)明不僅適用于TSV封裝再分布層，同時也可應用在一般芯片的互連層制備。
【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0025]圖1為填充好銅的晶圓示意圖；
[0026]圖2為電鍍第一層銅不意圖；
[0027]圖3為電鍍第二層銅連接柱示意圖；
[0028]圖4為涂覆AlN改性聚合物復合介質示意圖；
[0029]圖5為多層布線示意圖；
[0030]圖6為電鍍最上層銅凸點示意圖；
[0031]圖中一銅填充后的晶圓、2—第一層銅、3—第二層銅連接柱、4一AlN改性聚合物復合介質層、5—多層布線、6—最上層銅凸點。
【具體實施方式】
[0032]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0033]本發(fā)明提供一種基于AlN改性聚合物復合介質的TSV再分布層制備方法，采用AlN改性的聚合物復合材料作為介質層，通過與現(xiàn)有工藝兼容的微加工流程制備RDL層，既可以顯著改良再分布層多種關鍵特性，又能保持傳統(tǒng)工藝方便、高效、低成本的優(yōu)勢。
[0034]實施例一
[0035]制備AlN改性PI復合介質再分布層
[0036](I)電鍍第一層銅。
[0037]在銅填充好的晶圓(如圖1)上濺射Cr/Cu種子層，并旋涂5μπι正膠，經(jīng)曝光、顯影、掩膜電鍍等步驟，制備再分布互連線，鍍銅層厚度4 μm。去膠后如圖2所示。
[0038](2)電鍍第二層銅連接柱。
[0039]繼續(xù)旋涂15 μπι厚正膠，經(jīng)曝光、顯影、掩膜電鍍制備層間連接柱，柱高ΙΟμπι，去月父后如圖3所不。
[0040](3)去第一層種子層。
[0041 ] 采用雙氧水-氨水刻蝕液刻蝕暴露的Cu種子層，用鐵氰化鉀刻蝕液去除暴露的Cr粘結層，用去離子水清洗干凈，70°C烘lh。
[0042](4)按比例混合和PI液態(tài)前驅體、AlN粉末，使AlN粉末均勻分散在PI前驅體中。
[0043]取0.4gAlN粉末(平均粒徑為40nm)混入PI含量為2g的液態(tài)前驅體中。將該混合物放入球磨罐中通過球磨機充分混合均勾。球磨機轉速為50Hz，時間為40min。
[0044](5)將混合物均勻涂覆在上述再分布互連線已經(jīng)完成的晶圓表面。
[0045]采用旋涂法將AlN-PI混合物涂覆到上述晶圓表面，控制厚度約為15-20 μ m。
[0046](6)通過程序控溫烘干固化上述混合漿料，形成AlN改性PI復合介質。
[0047]將涂覆好混合漿料的晶圓由室溫以1°C /min升溫至70°C，保溫lh，再升溫至130°C，保溫lh，再升溫至250°C，保溫2h，然后隨爐冷卻。
[0048](7)對成型的復合介質層進行表面平坦化研磨，直到層間連接金屬柱完全暴露，單層再分布層制備完成。
[0049]用砂紙將絕緣介質薄膜磨平整，并進行機械拋光，露出銅連接柱，清洗干凈，烘干，單層再分布層制備完成，如圖4所示。
[0050](8)重復步驟(I)到(7)，制備多層布線，如圖5所示。
[0051](9)銅凸點制備。
[0052]在最上層已經(jīng)暴露的層間連接金屬柱上端面制備銅凸點。濺射Cr/Cu種子層，并旋涂5 μπι正膠，經(jīng)曝光、顯影進行凸點圖形化，然后掩膜電鍍銅，形成銅凸點，厚度4 μπι，去膠、去種子層后如圖6。
[0053]實施例二
[0054]制備AlN改性BCB復合介質再分布層
[0055](I)電鍍第一層銅。
[0056]在銅填充好的晶圓(如圖1)上濺射Cr/Cu種子層，并旋涂5μπι正膠，經(jīng)曝光、顯影、掩膜電鍍等步驟，制備再分布互連線，鍍銅層厚度4 μπι。去膠后如圖2所示。
[0057](2)電鍍第二層銅連接柱。
[0058]繼續(xù)旋涂15 μπι厚正膠，經(jīng)曝光、顯影、掩膜電鍍制備層間連接柱，柱高ΙΟμπι，去月父后如圖3所不。
[0059](3)去第一層種子層。
[0060]采用雙氧水-氨水刻蝕液刻蝕暴露的Cu種子層，用鐵氰化鉀刻蝕液去除暴露的Cr粘結層，用去離子水清洗干凈，70°C烘lh。
[0061 ] (4)按比例混合和BCB液態(tài)前驅體、AlN粉末，使AlN粉末均勻分散在BCB前驅體中。
[0062]取0.2gAlN粉末(平均粒徑為80nm)混入BCB含量為5g的液態(tài)前驅體中。將該混合物放入球磨罐中通過QM-QX04球磨機充分混合均勻。球磨機轉速為50Hz，時間為lh。
[0063](5)將混合物均勻涂覆在上述再分布互連線已經(jīng)完成的晶圓表面。