玻璃通孔金属化制作方法与流程

本发明涉及玻璃转接板，尤其是一种玻璃转接板上玻璃通孔金属化制作方法。

背景技术：

在三维堆叠的芯片结构中，玻璃转接板因其优良的电绝缘性、低廉的制作成本及良好工艺兼容性，越来越成为人们的研究热点。但是玻璃上制作通孔并进行可靠地金属填充有一定的挑战性。目前已经提出了多种玻璃打孔方法，如激光烧蚀法、干法刻蚀、传统湿法刻蚀、玻璃回流法和激光辅助湿法刻蚀法等。激光烧蚀成孔的缺点在于只能单个打孔，时间成本较高，激光打孔过程中热效应造成孔壁出现微裂纹等损伤会影响填充金属，另外激光烧蚀成孔的孔侧壁粗糙度在几个微米的量级，对后续孔金属化造成了严重的影响，且即使金属化制作成功，高频性能也会严重退化，金属孔可靠性也会出现严重问题；干法刻蚀工艺刻蚀速率慢，一般不高于1μm/min，且成本较高；传统湿法刻蚀属于各向同性刻蚀，很难制作高密度、小尺寸的垂直通孔。

玻璃通孔(TGV:Through Glass Via)金属化分为通孔金属化和盲孔金属化。对于盲孔，金属化后需要减薄工艺，露出金属柱，而玻璃比较脆，在减薄过程中容易引起孔或其他地方出现裂纹，甚至整个玻璃片碎裂；同时，由于玻璃比较致密，存在玻璃研磨速率慢、研磨困难等问题。另外，使用激光烧蚀的盲孔孔壁粗糙度较大，对盲孔金属化是一个严峻的挑战。对于通孔，一般只在孔内壁制作薄层金属形成上下互连，而通孔金属化填实中容易出现空洞、孔金属不满等的问题，使孔金属质量差，可靠性低。，且金属化完成后需要长时间的金属平坦化工艺，成本较高，影响转接板的可靠性问题和限制玻璃转接板的应用领域。

如图1所示，现有技术一，US20130050226中涉及到了多种制作玻璃通孔的方法。一、玻璃衬底上下两面采用湿法刻蚀，并使上下孔位置对准，该方法刻蚀速率高，但属于各相同性刻蚀，无法制作高密度垂直互联结构；二、玻璃衬底上下两面采用喷砂法，并使上下孔位置对准，与湿法一样，该方法无法制作高密度垂直互联结构，侧壁及表面损伤较大；三、等离子体刻蚀，该方法可获得垂直的高密度的互联结构，缺点是玻璃刻蚀速率非常低，没有高选择比的刻蚀掩膜材料。

如图2所示，现有技术二，US20130034688中涉及了一种采用准分子激光器打孔的方法，该方法可在不同厚度（30-700μm）的玻璃上制作高密度的玻璃通孔，缺点是玻璃通孔呈锥形，对于后续通孔无缝填充金属可造成较大影响，激光法只能单个制作通孔，很难同时制作多通孔，增加了时间成本。

现有技术三，US20110229687中涉及了一种类似Bosch工艺制作TSV的方法。首先在玻璃表面制作掩膜层并定义开口，然后通过刻蚀-制作钝化层-去除底部钝化层-刻蚀循环步骤进行玻璃通孔制作。刻蚀步骤采用刻蚀溶液或者刻蚀剂蒸汽。采用湿法时，沉积钝化层及刻蚀底部钝化层增加了工艺步骤，且湿法刻蚀属于各相同性刻蚀，扇贝结构尺寸较大。采用蒸汽时，刻蚀速率会大大降低，影响了刻蚀效率。

现有技术四《Through-glass copper via using the glass reflow and seedless electroplating processes for wafer-level RF MEMS packaging》中涉及了一种采用玻璃回流工艺的方法。首先大面积刻蚀硅片制作硅柱，在玻璃与硅片键合后，将玻璃软化并填充硅槽，CMP玻璃后，把之前留下的硅柱刻蚀去除，形成玻璃盲孔结构。该方法避免了制作TGV时直接在玻璃上打孔，提高了作孔速度，但该方法工艺步骤较多，却大面积刻蚀硅片及后面刻蚀硅柱工艺步骤增加了制作成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种玻璃通孔金属化制作方法，该方法工艺步骤简单，制作成本低廉，可制作超高密度、极小尺寸垂直互联结构的玻璃转接板，并使得垂直互联结构的可靠性得到巨大的提升。本发明采用的技术方案是：

一种玻璃通孔金属化制作方法，包括以下步骤：

步骤S1，提供一清洗后的玻璃衬底，采用激光照射的方法，使得需要制作玻璃通孔区域的玻璃变性，形成TGV变性区；

步骤S2，在玻璃衬底的正面制作正面再布线层；正面再布线层中包括互连金属柱和需要制作玻璃通孔处的金属衬垫；

在正面再布线层上覆盖正面绝缘介质层，并从正面绝缘介质层引出连接正面再布线层的电极；

步骤S3，将玻璃衬底的正面再布线层一侧与载片通过临时键合胶进行临时键合；

步骤S4，采用腐蚀溶液去除玻璃衬底TGV变性区中变性后的玻璃，形成玻璃通孔；

步骤S5，以盲孔金属化形式对玻璃通孔进行TGV金属柱制作；

步骤S6，对玻璃衬底背面进行平坦化工艺；然后制作背面再布线层，背面再布线层中包括互连金属柱和玻璃通孔处的金属衬垫；

在背面再布线层上覆盖背面绝缘介质层，并从背面绝缘介质层引出连接背面再布线层的电极；

步骤S7，最后去除临时键合的载片和临时键合胶。

进一步地，步骤S4中的腐蚀溶液为HF酸溶液。

进一步地，步骤S2中，正面再布线层中还包括无源器件。

进一步地，步骤S5中采用的是底部向上电镀填充金属工艺。

进一步地，步骤S6中采用化学机械抛光或研磨工艺对玻璃衬底背面进行平坦化。

本发明的优点在于：

1)本发明使用激光使得玻璃内部变性，进行玻璃衬底表面金属化以后，再将玻璃通孔制作出来的方法，使玻璃通孔能够以盲孔的方式进行孔金属化工艺，解决了通孔金属化填实的问题，实现高质量孔金属化。

2)本发明提出的玻璃通孔以盲孔方式进行孔金属化的方法，可以使用盲孔成熟的金属化方案，实现高质量的孔金属。

3)本发明提出的玻璃通孔以盲孔方式进行孔金属化的方法，区别于通孔键合载片进行盲孔金属化等方法。该方法避免了晶圆与载片的键合、去键合等工艺，大幅减少了工艺复杂度及加工成本；并且，相比直接通孔金属化，无需大量的金属研磨(CMP)，大大降低了工艺成本。常规工艺通常需要两次临时键合。

4)本发明提出的玻璃通孔以盲孔方式进行孔金属化的方法，区别与传统的盲孔金属化工艺，无需进行玻璃研磨露出玻璃衬底背面金属，大幅减少了工艺复杂度和加工成本，避免了研磨玻璃带来的玻璃碎裂等问题，提高了产品的良品率。

附图说明

图1为现有技术一的工艺示意图。

图2为现有技术二的工艺示意图。

图3为本发明的对玻璃衬底激光照射形成TGV变性区示意图。

图4为本发明的制作正面再布线层和正面绝缘介质层示意图。

图5为本发明的玻璃衬底的正面再布线层一侧与载片临时键合示意图。

图6为本发明的腐蚀变性后的玻璃形成玻璃通孔示意图。

图7为本发明的以盲孔金属化形式对玻璃通孔进行TGV金属柱制作示意图。

图8为本发明的背面平坦化、背面再布线层和背面绝缘介质层制作示意图。

图9为本发明的去除临时键合的载片示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

玻璃通孔金属化制作方法，包括以下步骤：

步骤S1，如图3所示，提供一清洗后的玻璃衬底1，采用激光照射的方法，使得需要制作玻璃通孔区域的玻璃变性，形成TGV变性区2；

此步骤中，激光101对准玻璃衬底1上需要制作玻璃通孔区域照射后，可形成TGV变性区2；

步骤S2，如图4所示，在玻璃衬底1的正面制作正面再布线层3；正面再布线层3中包括互连金属柱（如 copper pillar）和需要制作玻璃通孔处的金属衬垫4；正面再布线层3中还有可能包括无源器件（IPD），如高Q电感、电容、电阻等器件；

在正面再布线层3上覆盖正面绝缘介质层5，并从正面绝缘介质层5引出连接正面再布线层3的电极；

步骤S3，如图5所示，将玻璃衬底1的正面再布线层3一侧与载片6通过临时键合胶7进行临时键合；以对玻璃衬底进行保护；

步骤S4，如图6所示，采用腐蚀溶液去除玻璃衬底TGV变性区2中变性后的玻璃，形成玻璃通孔8；

腐蚀溶液可采用HF酸溶液；玻璃通孔8对于玻璃衬底1而言，的确是一个通孔，对于临时键合后的结构整体而言，又是一个盲孔；

步骤S5，如图7所示，以盲孔金属化形式对玻璃通孔8进行TGV金属柱9制作，比如采用bottom-up电镀工艺（底部向上电镀填充金属工艺）；

步骤S6，如图8所示，对玻璃衬底1背面进行平坦化工艺；比如采用CMP（化学机械抛光）或grinding(研磨）平坦化工艺；

然后制作背面再布线层10，背面再布线层10中包括互连金属柱和玻璃通孔8处的金属衬垫；

在背面再布线层10上覆盖背面绝缘介质层11，并从背面绝缘介质层11引出连接背面再布线层10的电极；

步骤S7，如图9所示，最后去除临时键合的载片6和临时键合胶7。此步骤为常规工艺。