Tsv转接板结构及其制造方法
阅读说明：本技术 Tsv转接板结构及其制造方法 (TSV adapter plate structure and manufacturing method thereof ) 是由 戴风伟 曹立强 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种TSV转接板结构及其制造方法,包括：制作基板,所述基板包括依次堆叠的底层基板层、中间基板层及顶层基板层；在顶层基板层上形成TSV结构,通过所述TSV结构暴露出部分中间基板层；去除底层基板层；在中间基板层上的TSV结构中形成电性引出结构。实现了所有TSV通孔一遇到中间基板层即可停止打孔,打孔深度一致,且打孔深度可控,可以解决现有技术方案中TSV刻蚀深度不能精确控制的问题,其次通过去除底层基板层,可以暴露出中间基板层,在中间基板层上直接形成电性引出结构,作为TSV结构的露头将所述TSV结构的电性引出,同时实现了背面露头工艺的简单可控。(The invention provides a TSV adapter plate structure and a manufacturing method thereof, wherein the TSV adapter plate structure comprises: manufacturing a substrate, wherein the substrate comprises a bottom substrate layer, a middle substrate layer and a top substrate layer which are sequentially stacked; forming a TSV structure on the top substrate layer, through which a portion of the middle substrate layer is exposed; removing the bottom substrate layer; an electrical lead-out structure is formed in the TSV structure on the intermediate substrate layer. The TSV structure is characterized in that the TSV structure is provided with a plurality of through holes, the through holes are formed in the middle substrate layer, the through holes are formed in the.)
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，特别涉及一种TSV转接板结构及其制造方法。
背景技术
微波毫米波射频集成电路技术是现代国防武器装备和互联网产业的基础，随着智能通信、智能家居、智能物流、智能交通等“互联网+”经济的快速兴起，承担数据接入和传输功能的微波毫米波射频集成电路也存在巨大现实需求及潜在市场。
在后摩尔定律的时代背景下，通过传统的缩小晶体管尺寸的方式来提高集成度变得更加困难。现在的电子系统正朝着小型化、多样化、智能化的方向发展，并最终形成具有感知、通信、处理、传输等融合多功能于一体的高集成度低成本综合电子系统。多功能综合电子系统的核心技术是集成，正在由平面集成向三维集成、由芯片级向集成度和复杂度更高的系统级集成发展。三维集成系统级封装能够解决同样面积内集成更多的晶体管的问题，是未来的发展方向。
通过转接板做载板或者盖板来做系统级封装的结构既能在架构上将芯片由平面布局改为堆叠式布局，又能集成无源器件或分立元件等系统构建，使得精度、密度增加，性能大大提高，代表着未来射频集成电路技术的发展趋势，在多方面存在极大的优势特性：a)三维异构集成系统级封装采用一个芯片壳体来完成一个系统的全部互连，使总的焊点大为减少，也缩短了元件的连线路程，从而使电性能得以提高。b)三维异构集成系统级封装在同一转接板芯片中叠加两个或更多的芯片，把Z方向的空间也利用起来，又不必增加封装引脚，两芯片叠装在同一壳内与芯片面积比均大于100％，三芯片叠装可增至250％；c)物理尺寸小，重量轻。例如，最先进的技术可实现4层堆叠芯片只有1mm厚的超薄厚度，三叠层芯片的重量减轻35％；
不同工艺(如MEMS工艺、SiGe HBT、SiGe BiCMOS、Si CMOS、III-V(InP、GaN、GaAs)MMIC工艺等)，不同材料(如Si、GaAs、InP)制作的不同功能的芯片(如射频、生物、微机电和光电芯片等)组装形成一个系统，有很好的兼容性，并可与集成无源元件结合。有数据显示，无线电和便携式电子整机中现用的无源元件至少可被嵌入30-50％。
但是在实际应用当中，转接板的应用并没有大量普及，主要是因为制作转接板的流程过于复杂，TSV刻蚀深度不可控，刻蚀均匀性一般在5％-10％，这样的刻蚀精度对TSV露头工艺造成很大的难度；另外，TSV背面露头后的钝化工艺，不论采用介质层方案还是SiO2方案都存在一定的难度和可靠性问题，并且露头高度很难控制，导致钝化层制作难度增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TSV转接板结构及其制造方法，以解决现有的TSV刻蚀精度难以控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种TSV转接板结构的制造方法，包括：
制作基板，所述基板包括依次堆叠的底层基板层、中间基板层及顶层基板层；
在顶层基板层上形成TSV结构，通过所述TSV结构暴露出部分中间基板层；
去除底层基板层；
在中间基板层上的TSV结构中形成电性引出结构。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，所述底层基板层的材料为硅，所述中间基板层的材料为二氧化硅，所述顶层基板层的材料为硅。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，还包括：
在顶层基板层上形成TSV结构之前，对所述顶层基板层进行减薄工艺，以使所述顶层基板层的高度等于TSV结构的设计深度。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在顶层基板层上形成TSV结构包括：
所述TSV结构通过深反应离子刻蚀工艺形成第一通孔，刻蚀工艺进行至第一通孔暴露出中间基板层为止。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在第一通孔中依次形成TSV绝缘层、TSV阻挡层和TSV种子层，电镀填充第一通孔，形成TSV金属连接柱。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，还包括：
在第一通孔的开口处，制作第一RDL金属互连层和/或微凸点，所述第一RDL金属互连层和/或微凸点与TSV金属连接柱电连接。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，去除底层基板层后，使中间基板层完全暴露。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在中间基板层上形成电性引出结构包括：
所述电性引出结构通过光刻和刻蚀工艺形成第二通孔，刻蚀工艺进行至第二通孔暴露出TSV金属连接柱为止。
可选的，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在中间基板层上形成电性引出结构还包括：
在第二通孔的开口处，制作第二RDL金属互连层和/或微凸点，所述第二RDL金属互连层和/或微凸点与TSV金属连接柱电连接。
本发明还提供一种TSV转接板结构，所述TSV转接板结构通过上述的制造方法形成。
在本发明提供的TSV转接板结构及其制造方法中，通过制作依次堆叠底层基板层、中间基板层及顶层基板层的结构，在顶层基板层上形成TSV结构，实现了所有TSV通孔一遇到中间基板层即可停止打孔，打孔深度一致，且打孔深度可控，可以解决现有技术方案中TSV刻蚀深度不能精确控制的问题，其次通过去除底层基板层，可以暴露出中间基板层，在中间基板层上直接形成电性引出结构，作为TSV结构的露头将所述TSV结构的电性引出，同时实现了背面露头工艺的简单可控，另外，本发明提出的TSV转接板结构及其制造方法，整个工艺流程与晶圆级工艺相兼容，具有很好的可实现性。
本发明的底层基板层的材料为硅，中间基板层的材料为二氧化硅，顶层基板层的材料为硅，即采用SOI晶圆作为TSV转接板制作晶圆，使得整个工艺流程与晶圆级工艺相兼容，具有很好的可实现性。本发明利用SOI晶圆的埋氧层(中间基板层)作为TSV结构的刻蚀截止层，来控制TSV结构的刻蚀深度，保证TSV结构的深度的一致性和精度；本发明去掉底层基板层直至中间基板层完全暴露出，即利用SOI晶圆的埋氧层作为TSV结构的背面减薄工艺的截止层，可以精确控制TSV结构减薄的厚度；减薄后，直接对埋氧层进行刻蚀开窗，即可实现TSV结构背面露头工艺，工艺简单，可控。
附图说明
图1是本发明一实施例TSV转接板结构的制造方法制作基板示意图；
图2是本发明一实施例TSV转接板结构的制造方法顶层基板层减薄示意图；
图3是本发明一实施例TSV转接板结构的制造方法形成第一通孔示意图；
图4是本发明一实施例TSV转接板结构的制造方法形成TSV结构示意图；
图5是本发明一实施例TSV转接板结构的制造方法去除底层基板层示意图；
图6是本发明一实施例TSV转接板结构的制造方法形成第二通孔示意图；
图7是本发明一实施例TSV转接板结构的制造方法形成电性引出结构示意图；
图中所示：1-底层基板层；2-中间基板层；3-顶层基板层；4-第一通孔；5-TSV绝缘层；6-TSV金属连接柱；7-第二通孔；8-电性引出结构/第二RDL金属互连层和/或微凸点；9-TSV结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的TSV转接板结构及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种TSV转接板结构及其制造方法，以解决现有的TSV刻蚀精度难以控制的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种TSV转接板结构及其制造方法，包括：制作基板，所述基板包括依次堆叠的底层基板层、中间基板层及顶层基板层；在顶层基板层上形成TSV结构，通过所述TSV结构暴露出部分中间基板层；去除底层基板层；在中间基板层上的TSV结构中形成电性引出结构。
本实施例提供一种TSV转接板结构的制造方法，包括：制作基板，所述基板包括依次堆叠的底层基板层1、中间基板层2及顶层基板层3；在顶层基板层3上形成TSV结构9；去除底层基板层1；在中间基板层2上形成电性引出结构8；所述电性引出结构8将所述TSV结构9的电性引出。也就是说，在顶层基板层3上形成TSV结构9，通过所述TSV结构9暴露出部分中间基板层2；去除底层基板层1；在中间基板层2上的TSV结构9中形成电性引出结构8。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，所述底层基板层1的材料为硅，所述中间基板层2的材料为二氧化硅，所述顶层基板层3的材料为硅。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，还包括：在顶层基板层3上形成TSV结构9之前，对所述顶层基板层3进行减薄工艺，以使所述顶层基板层3的高度等于TSV结构9的设计深度。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在顶层基板层3上形成TSV结构9包括：所述TSV结构9通过深反应离子刻蚀工艺形成第一通孔4，刻蚀工艺进行至第一通孔4暴露出中间基板层2为止。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在第一通孔4中依次形成TSV绝缘层5、TSV阻挡层(图中未示出)和TSV种子层(图中未示出)，电镀填充第一通孔4，形成TSV金属连接柱6。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，还包括：在第一通孔4的开口处，制作第一RDL金属互连层和/或微凸点(图中未示出)，所述第一RDL金属互连层和/或微凸点与TSV金属连接柱6电连接。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，去除底层基板层1后，使中间基板层2完全暴露。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在中间基板层2上形成电性引出结构8包括：所述电性引出结构8通过光刻和刻蚀工艺形成第二通孔7，刻蚀工艺进行至第二通孔7暴露出TSV金属连接柱6为止。
在本发明的一个实施例中，在所述的TSV转接板结构的制造方法中，在中间基板层2上形成电性引出结构8还包括：在第二通孔7的开口处，制作第二RDL金属互连层和/或微凸点8，所述第二RDL金属互连层和/或微凸点8与TSV金属连接柱6电连接。
本实施例还提供一种TSV转接板结构，所述TSV转接板结构通过上述的制造方法形成。
在本发明提供的TSV转接板结构及其制造方法中，通过制作依次堆叠底层基板层1、中间基板层2及顶层基板层3的结构，在顶层基板层3上形成TSV结构9，实现了所有TSV通孔一遇到中间基板层2即可停止打孔，打孔深度一致，且打孔深度可控，可以解决现有技术方案中TSV刻蚀深度不能精确控制的问题，其次通过去除底层基板层1，可以暴露出中间基板层2，在中间基板层2上直接形成电性引出结构8，作为TSV结构9的露头将所述TSV结构9的电性引出，同时实现了背面露头工艺的简单可控，另外，本发明提出的TSV转接板结构及其制造方法，整个工艺流程与晶圆级工艺相兼容，具有很好的可实现性。
本发明的底层基板层1的材料为硅，中间基板层2的材料为二氧化硅，顶层基板层3的材料为硅，即采用SOI晶圆作为TSV转接板制作晶圆，使得整个工艺流程与晶圆级工艺相兼容，具有很好的可实现性。本发明利用SOI晶圆的埋氧层(中间基板层2)作为TSV结构9的刻蚀截止层，来控制TSV结构9的刻蚀深度，保证TSV结构9的深度的一致性和精度；本发明去掉底层基板层1直至中间基板层2完全暴露出，即利用SOI晶圆的埋氧层作为TSV结构9的背面减薄工艺的截止层，可以精确控制TSV结构9减薄的厚度；减薄后，直接对埋氧层进行刻蚀开窗，即可实现TSV结构9背面露头工艺，工艺简单，可控。
具体的，深反应离子刻蚀(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)，一种微电子干法腐蚀工艺。基于氟基气体的高深宽比硅刻蚀技术。与反应离子刻蚀原理相同，通过化学作用和物理作用进行刻蚀。不同之处在于：两个射频源：将等离子的产生和自偏压的产生分离，有效避免了RIE刻蚀中射频功率和等离子密度之间的矛盾；刻蚀和钝化交替进行的Bosch工艺：实现对侧壁的保护，能够实现可控的侧向刻蚀，可以制作出陡峭或其他倾斜角度的侧壁。DRIE工艺步骤(Bosch工艺)：钝化----刻蚀---钝化----刻蚀；钝化：反应室中通入C4F8气体，通过化学反应形成聚合物薄膜；刻蚀：反应室中通入SF6气体，进行物理和化学刻蚀。
综上，上述实施例对TSV转接板结构及其制造方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
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