專利名稱：雙面布線封裝的圓片級大厚度光敏bcb背面制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于雙面布線封裝的圓片級大厚度光敏BCB (苯并環(huán)丁烯)背面制作方法，屬于高密度封裝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著市場的需要，電子器件日趨小型化和系統(tǒng)化，芯片技術(shù)和封裝技術(shù)正向著更高集成密度、更高性能和更低成本的方向發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，各種封裝和集成技術(shù)蓬勃發(fā)展，如MCM(多芯片組件)，SiP (系統(tǒng)級封裝)，CSP (芯片尺寸封裝)，WLP (圓片級封裝)等。目前的主流芯片制造和集成技術(shù)都是在晶圓的一面進(jìn)行加工而芯片另一面則制作相應(yīng)的保護(hù)層。如果能將晶圓的兩面都利用起來，那么將大大提高集成和封裝密度。故而，當(dāng)前在國際上，穿硅通孔(TSV)技術(shù)是非常熱門的研究對象，因為它是實現(xiàn)雙面布線集成的基礎(chǔ)。如果將雙面集成技術(shù)與SiP和MCM等高密度封裝技術(shù)結(jié)合起來，會將集成密度提高一倍，實現(xiàn)真正的3D封裝。BCB (苯并環(huán)丁烯)是一種常用與MCM和SiP等集成技術(shù)中的介質(zhì)層材料，具有低介電常數(shù)、低介電損耗、低的吸濕率、高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及高的薄膜平整度，低的固化溫度等優(yōu)良的加工性能。綜合性能優(yōu)異的BCB樹脂是目前比較常用的MMCM(微波多芯片組件)介質(zhì)層材料。BCB分為光敏BCB和干刻BCB兩種，使用干刻BCB的MCM可以制造大的深寬比的層間通孔， 但工藝較復(fù)雜成本較高，而使用光敏BCB的MCM工藝不但與微電子工藝相兼容，而且工藝相對簡單，成本也較低。大厚度的BCB介質(zhì)層有望可以進(jìn)一步減小MMCM(微波多芯片組件)封裝的損耗。目前常用的BCB厚度僅為I μ m 10 μ m/層，若要滿足高頻應(yīng)用BCB的厚度應(yīng)達(dá)到15 μ m以上，而當(dāng)下使用BCB作為介質(zhì)層的MCM封裝中，BCB厚度往往均在15 μ m以下，不能滿足微波系統(tǒng)封裝的損耗要求。而在雙面布線中，如果正面已經(jīng)完成正面介質(zhì)層、布線或其他器件的制造，那么在背面BCB制作中，為防止對正面的影響，常規(guī)光敏BCB工藝中所必需的前烘，顯影前軟烘，顯影后軟烘及固化無法使用熱板進(jìn)行，所以需要對光敏BCB工藝進(jìn)行必要的改進(jìn)，從而引導(dǎo)出本發(fā)明的構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)雙面布線的高密度封裝，在已經(jīng)進(jìn)行正面介質(zhì)層、器件和布線的情況下，本發(fā)明提供了一種可用于雙面布線封裝的圓片級大厚度光敏BCB背面制作方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在制造好晶圓正面之后，在背面先進(jìn)行表面處理，涂覆BCB的增粘劑，涂覆厚度大于20 μ m的光敏BCB，使用烘箱進(jìn)行前烘，光刻后將BCB再次放入烘箱進(jìn)行顯影前軟烘，根據(jù)顯影檢測工藝確定顯影時間并顯影，甩干或吹干，進(jìn)行顯影后軟烘，最后放入烘箱進(jìn)行固化，等離子體處理殘膠。使用穿硅通孔TSV作為雙面布線的連線，形成層間連通。綜上所述，本發(fā)明所提供的制作方法不僅能使光敏BCB這種具有低介電常數(shù)的常用介質(zhì)層的應(yīng)用范圍拓展到雙面布線，并且大厚度的光敏BCB保證了封裝結(jié)構(gòu)在保證成品率和可靠性的基礎(chǔ)上達(dá)到毫米波段的應(yīng)用要求。運用這種方法，可在晶圓正面制造有源或無源器件之后，直接在背面BCB介質(zhì)層上集成微波無源器件如電阻，電容，電感，濾波器和天線等，而不占用晶圓正面的面積，也不影響正面器件的性能，提高了器件集成度，并與集成電路工藝相兼容。此方法 有效提高了微波集成結(jié)構(gòu)的封裝密度，降低了成本。


圖1是硅片101完成雙面BCB工藝后雙面布線的截面2-圖6是背面BCB制造及布線工藝流程。其中，圖2是正面布線后，背面預(yù)處理；圖3-1是背面第一層金屬布線；圖3-2是顯影檢測硅片301作為光敏BCB光刻陪片；圖4-1在硅片101背面涂覆大厚度光敏BCB，并光刻；圖4-2是硅片301上進(jìn)行大厚度BCB涂覆，用作顯影終點測試；圖5是根據(jù)顯影終點測試結(jié)果，確定顯影參數(shù)進(jìn)行背面BCB顯影；圖6是背面BCB上金屬布線；圖7為使用TSV作為雙面布線連通形成錐臺形通孔示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖，通過實施例的具體描述以充分體現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果。但本發(fā)明的范圍絕不局限于實施例。實施例1本發(fā)明提供的大厚度光敏BCB背面的制作方法如圖2-圖6所示。1.在已經(jīng)完成一面制作工藝的硅片101的背面，進(jìn)行表面預(yù)處理，如圖2所示。為實現(xiàn)更好的硅片/BCB粘附性能，必須先對硅基板進(jìn)行表面處理。具體是將硅片101先用水清洗并甩干后，使用O2或隊等離子體(200ml/min，功率200w)清潔表面預(yù)處理。在涂膠前在熱板上烘數(shù)十秒或使用增粘劑(Dow’ SAP3000)以進(jìn)一步提高粘附性。2.完成背面第一層布線，如圖3-1所示。在硅片上濺射一層種子層并光刻電鍍形成第一層布線和器件201。為適應(yīng)高頻應(yīng)用，布線層厚度需達(dá)到3μπι以上。3.準(zhǔn)備硅陪片301，如圖3-2，用以確定在相同工藝條件下硅片101上BCB的顯影時間。在硅片101背面和301表面進(jìn)行等離子體預(yù)處理(條件同步驟I)。4.懸涂 BCB，前烘。分別在硅片101背面和硅陪片301的表面懸涂20 μ m以上的光敏BCB 202和302，分別如圖4-1和圖4-2，靜置10 20分鐘使其平坦，在充滿氮氣氣氛的120°C烘箱中前烘10分鐘；5. BCB顯影檢測試驗將陪片301放入光敏BCB顯影液DS3000中顯影，直到硅陪片301的表面出現(xiàn)干涉條紋視為顯影結(jié)束點，記錄下顯影時間。
6. BCB光刻，顯影前軟烘及BCB顯影，形成BCB層間通孔401，如圖5所示。1.根據(jù)公式= |/(0力=(D :曝光劑量,I⑴光強(qiáng))計算光刻時間，并曝光；曝光劑量隨BCB厚度不同而不同(實施例3)。i1.曝光后將娃片放在充滿氮氣氣氛的120°C烘箱中烘3分鐘,鞏固光刻效果；ii1.在40°C的BCB顯影液DS3000中顯影，顯影時間在陪片301顯影結(jié)束時間基礎(chǔ)上增加50% 100%，甩干或吹干；iv.在充滿氮氣氣氛的120°C烘箱中烘3分鐘堅膜；V.檢查光刻顯影效果。7.固化在充滿氮氣的200°C石英管內(nèi)固化40分鐘，達(dá)到60%的固化率，以適應(yīng)多層互連的可靠性要求。8.并清除殘余有機(jī)物使用體積比5 I的02/SF6氣體進(jìn)行表面清潔，去除顯影過程中殘余的有機(jī)物。9.在BCB介質(zhì)層上進(jìn)行硅片101反面的第二層金屬布線和器件制造，如圖6所示。濺射一層種子層并光刻電鍍形成第二層布線和器件203，為適應(yīng)高頻應(yīng)用，布線層厚度需達(dá)到3μπι以上。

實施例2在圖1中，在硅片101的正面沉積介質(zhì)層104，第一層布線和器件層103，第二層布線和器件層105 ;在硅片101反面沉積介質(zhì)層202，第一層布線和器件層201，第二層布線和器件層203 ;通過穿硅通孔TSV陣列102將兩面互連起來。其中介質(zhì)層均為大厚度BCB (厚度大于15 μ m)，TSV通過干刻，濺射，光刻和電鍍等方法制備。實施例3使用穿硅通孔TSV作為雙面布線的連通在所述的圓片級雙面布線高密度封裝中，背面光敏BCB光刻顯影形成的錐臺形通孔，通孔側(cè)壁傾斜，填充BCB后，整個BCB和金屬布線形成一個錐臺，如圖7所示，結(jié)合濺射電鍍等金屬化工藝，形成層間互連。所述的BCB背面工藝中，厚度范圍在15 30 μ m,并不只限于某一厚度，工藝步驟不變，根據(jù)BCB厚度不同，只需對工藝參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整。譬如普通20 25 μ m厚的BCB的曝光劑量在3000mJ/cm2左右，對于厚度較大(> 25 μ m)的BCB應(yīng)相應(yīng)增加曝光劑量(300 500mJ/cm2)，反之，厚度較小(< 20 μ m)的BCB應(yīng)相應(yīng)減少曝光劑量(300 500mJ/cm2)等。所述的BCB背面工藝中，是使用烘箱來進(jìn)行BCB前烘、后烘和固化。如果在背面工藝中使用熱板進(jìn)行前烘、后烘和固化，則將引起正面的BCB層，金屬布線及一些器件的熱應(yīng)力不匹配，從而影響整體的可靠性。為不影響正面的器件和布線的可靠性，常規(guī)光敏BCB的熱板前烘、后烘和固化均改成在烘箱中進(jìn)行，并且適當(dāng)調(diào)正溫度和時間。
權(quán)利要求
1.一種雙面布線封裝的圓片級大厚度光敏BCB背面的制作方法，其特征在于在制作好晶圓正面之后，在背面先進(jìn)行表面處理，先涂覆BCB的增粘劑，再涂覆厚度大于20 μ m的光敏BCB，使用烘箱進(jìn)行前烘，光刻后將BCB再次放入烘箱進(jìn)行顯影前軟烘，根據(jù)顯影檢測工藝確定顯影時間并顯影，甩干或吹干，進(jìn)行顯影后軟烘，最后放入烘箱進(jìn)行固化，等離子體處理殘膠。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于具體步驟是 a)在已經(jīng)完成正面制作工藝的硅片的背面，進(jìn)行表面處理，先是將硅片用水清洗并甩干后，使用O2或N2等離子體表面預(yù)處理；涂膠前在熱板上烘數(shù)十秒或涂覆Dow’ s AP3000增粘劑； b)在硅片上濺射一層種子層并光刻電鍍形成第一層布線和器件；為適應(yīng)高頻應(yīng)用，布線層厚度需達(dá)到3μπι以上； c)準(zhǔn)備硅陪片，用以確定在相同工藝條件下步驟a)所述的硅片上BCB的顯影時間。在硅片背面和硅陪片的表面進(jìn)行等離子體預(yù)處理； d)懸涂BCB，前烘。
分別在步驟c)所述的硅片背面和硅陪片的表面懸涂20 μ m以上的光敏BCB層，靜置10 20分鐘使其平坦，在充滿氮氣氣氛的120°C烘箱中前烘10分鐘； e)BCB顯影檢測試驗 將陪片放入光敏BCB顯影液DS3000中顯影，直到硅陪片的表面出現(xiàn)干涉條紋視為顯影結(jié)束點，記錄下顯影時間； f)BCB光刻，顯影前軟烘及BCB顯影，形成BCB層間通孔 ①根據(jù)公式O=|/(0A = /”，D :曝光劑量，I(t):光強(qiáng)，計算光刻時間，并曝光； ②曝光后將娃片放在充滿氮氣氣氛的120°C烘箱中烘3分鐘,鞏固光刻效果； ③在40°C的BCB顯影液DS3000中顯影，顯影時間在硅陪片顯影結(jié)束的時間基礎(chǔ)上，增加50% 100%，甩干或吹干； ④在充滿氮氣氣氛的120°C烘箱中烘3分鐘堅膜； g)固化 在充滿氮氣的200°C石英管內(nèi)固化40分鐘，達(dá)到60%的固化率，以適應(yīng)多層互連的可靠性要求； h)清除殘余有機(jī)物 使用體積比5 I的02/SF6氣體進(jìn)行表面清潔，去除顯影過程中殘余的有機(jī)物； i)在BCB介質(zhì)層上進(jìn)行硅片背面的第二層金屬布線和器件制造，濺射一層種子層并光刻電鍍形成第二層布線和器件，為適應(yīng)高頻應(yīng)用，布線層厚度需達(dá)到3μπι以上。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟a中所述的O2或N2等離子體表面預(yù)處理的流量為200ml/min，功率為200W。
4.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于使用穿硅通孔TSV作為雙面布線的連線，形 成層間互連。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述層間互連是由背面光敏BCB光刻顯影形成錐臺形的通孔。
6.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于根據(jù)光敏BCB厚度不同，則曝光劑量參數(shù)不同，BCB的厚度為20-25 μ m,曝光劑量為3000mJ/cm2，而大于25 μ m的BCB層則應(yīng)增加曝光劑量300-500J/cm2，而小于20 μ m BCB層則應(yīng)相應(yīng)減少曝光劑量300-500mJ/cm2。
7.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的雙面布線中在硅片(101)的正面沉積介質(zhì)層(104)，第一層布線和器件層(103)，第二層布線和器件層(105);在硅片(101)背面沉積介質(zhì)層(202)，第一層布線和器件層(201)，第二層布線和器件層(203);通過穿硅通孔TSV陣列102將兩面互連起來；其中介質(zhì)層均為大于20 μ m的大厚度BCB，TSV是通過干刻，濺射，光刻和電鍍方法制備的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙面布線封裝的圓片級大厚度光敏BCB背面制作方法，其特征在于在制作好晶圓正面之后，在背面先進(jìn)行表面處理，先涂覆BCB的增粘劑，再涂覆厚度大于20μm的光敏BCB，使用烘箱進(jìn)行前烘，光刻后將BCB再次放入烘箱進(jìn)行顯影前軟烘，根據(jù)顯影檢測工藝確定顯影時間并顯影，甩干或吹干，進(jìn)行顯影后軟烘，最后放入烘箱進(jìn)行固化，等離子體處理殘膠。使用穿硅通孔TSB作為雙面布線的連線，形成層間互連，層間互連是由背面光敏BCB光刻顯形形成錐臺形通孔。所述的方法適用于高頻應(yīng)用，運用這種方法，可在晶圓正面制造有源或無源器件之后，直接在背面BCB介質(zhì)層上集成微波無源器件，而不占用晶圓正面的面積，不影響正面器件的性能，與集成電路工藝相兼容。
文檔編號H01L21/768GK103065985SQ20111032463
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者湯佳杰, 羅樂, 徐高衛(wèi), 陳驍 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所