【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体封装，尤其是涉及一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法。
技术介绍
1、目前，3d封装领域采用硅通孔（tsv）连接技术来实现垂直方向互连，铜以其低电阻率和低成本的优点成为主要互连材料。tsv制备的核心步骤从通孔的形成开始，然后沉积绝缘层或阻挡层，接着生成铜晶种沉积，最后进行电镀铜。硅的热膨胀系数约为铜的四分之一（硅4.15×10-6k-1，铜1.7×10-5k-1），两种材料的弹性模量也有差别（硅131mpa，铜110mpa）。tsv在工艺过程中会经历低温到高温再到低温的过程；并且利用tsv进行三维集成所实现的高密度互连会使微器件/系统产生更多的能耗和更高的温度。因此，在高温过程时因热失配会引起铜基硅通孔的可靠性问题，如铜胀出引入较大应力，导致表面断裂和界面层分离等。
2、针对铜基硅通孔的热应力问题，目前大多数都是通过外部散热来降低tsv结构的温度来降低热应力。但tsv工艺中的高温过程不可避免，并且高密度互连带来的高热流密度也难以进行外部散热控制。相关研究者提出通过在硅通孔外围一定区域内加工出一定深度以及特定形状的应力消除结构的解决方案，该方法的刻蚀特性形状增加了工艺的复杂性，不利于硅通孔附近的其他布局，并且微小的形状可能引起其他应力问题；也有提出在铜电镀层内分散有热膨胀系数低于铜的纳米颗粒来降低热应力，但铜和纳米粒子的结合不一定可靠，导电性能也可能会降低；还有通过使扩散阻挡层自第一侧至第二侧氮含量逐渐降低，来使硅和铜层之间的热膨胀系数缓慢变化，但控制氮含量工艺复杂。因此，有必要开发一种工艺简单，不影响填
技术实现思路
1、本专利技术为降低铜基硅通孔热应力导致的可靠性问题，提供一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法。
2、一方面，本申请提供的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法采用如下的技术方案：
3、一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，包括：
4、s1：制作掩膜层和在基底材料表面制作出孔；
5、s2：在孔内依次沉积绝缘层和阻挡层；
6、s3：在阻挡层上溅射负膨胀系数材料作为缓冲层；
7、s4：在缓冲层上沉积铜种子层，再通过电镀法制备铜填充层将孔填充；
8、s5：抛光去除基底材料表面多余的金属。
9、进一步地，所述缓冲层包括外侧缓冲层和内侧缓冲层，所述外侧缓冲层靠近基底材料，采用负膨胀系数绝对值小的材料；所述内侧缓冲层靠近铜填充层，采用负膨胀系数绝对值大的材料。
10、进一步地，所述步骤s1中采用光刻工艺制作掩膜层，采用刻蚀工艺在基底材料表面刻蚀出孔。
11、进一步地，所述基底材料包括硅或玻璃。
12、进一步地，所述外侧缓冲层包括liti2(po4)3。
13、进一步地，所述内侧缓冲层包括zrmop2o12、zrwp2o12。
14、进一步地，所述缓冲层厚度小于铜填充层直径的1/4。
15、另一方面，提供一铜基硅通孔结构，采用上述降低铜基硅通孔热应力的填充方法制作，包括基底材料，基底材料表面开设有孔，孔内部依次填充绝缘层、阻挡层、外侧缓冲层、内侧缓冲层和铜填充层。
16、本专利技术的工作原理：鉴于铜基硅通孔由于热膨胀系数相差太大造成热失配应力问题，本专利技术对其进行改善。硅和铜之间由于热膨胀系数差距大，因此在温度高时铜热膨胀量大于硅的热膨胀量而造成铜挤出。在硅和铜之间利用负热膨胀系数材料形成一个热缩冷胀的缓冲层，来部分抵消铜硅热胀冷缩差异。考虑到温度升高时铜膨胀量相对大而硅膨胀量相对小，因而在靠近硅的缓冲层外侧使用负膨胀系数绝对值小的材料（如liti2(po4)3在25℃~1000℃温度区间为-0.11×10-6k-1），在靠近铜的缓冲层内侧使用负膨胀系数绝对值大的材料（如zrmop2o12在25℃~700℃温度区间为-6.12×10-6k-1），这样可以缓解缓冲层和周围结构的收缩或膨胀过于突变而出现裂纹。考虑到孔结构在热膨胀时由于尺寸原因可能会出现内孔直径缩小的现象，因而缓冲层的厚度应小于其内孔直径的1/4以避免这种情况发生。
17、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
18、利用负热膨胀系数材料的热缩冷胀物理特性作为缓冲，抵消硅和铜的热胀冷缩，从而降低铜和周围硅结构的热应力。该方法工艺简单，也不影响铜的导电性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：所述缓冲层包括外侧缓冲层和内侧缓冲层，所述外侧缓冲层靠近基底材料，采用负膨胀系数绝对值小的材料；所述内侧缓冲层靠近铜填充层，采用负膨胀系数绝对值大的材料。
3.根据权利要求1所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：步骤S1中采用光刻工艺制作掩膜层，采用刻蚀工艺在基底材料表面刻蚀出孔。
4.根据权利要求1所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：所述基底材料包括硅或玻璃。
5.根据权利要求2所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：所述外侧缓冲层包括LiTi2(PO4)3。
6.根据权利要求2所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：所述内侧缓冲层包括ZrMoP2O12、ZrWP2O12。
7.根据权利要求1所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：所述缓冲层的厚度小于铜填充层直径的1/4。
8.一种铜基硅通
...【技术特征摘要】
1.一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：所述缓冲层包括外侧缓冲层和内侧缓冲层，所述外侧缓冲层靠近基底材料，采用负膨胀系数绝对值小的材料；所述内侧缓冲层靠近铜填充层，采用负膨胀系数绝对值大的材料。
3.根据权利要求1所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：步骤s1中采用光刻工艺制作掩膜层，采用刻蚀工艺在基底材料表面刻蚀出孔。
4.根据权利要求1所述的一种降低铜基硅通孔热应力的填充方法，其特征在于：所述基底材料包括硅或玻璃。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒雨，桂成群，万辉，曹皓，陈硕，王德铭，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。