2024年5月2日发(作者：公叔又青)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.3
(22)申请日 2012.09.12
(71)申请人 复旦大学
地址 200433 上海市杨浦区邯郸路220号
(72)发明人 奚嘉 杨军 肖斐
(74)专利代理机构 上海晨皓知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人 卢刚
(51)
(10)申请公布号 CN 102915956 A
(43)申请公布日 2013.02.06
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电
介质层的方法
(57)摘要
本发明涉及集成电路制造和封装技
术领域，公开了一种硅通孔壁上制作苯并
环丁烯BCB树脂电介质层的方法。本发明
中，使用BCB树脂作为硅通孔电介质层，
利用了BCB树脂良好的加工性能，采用溶
液浸渍法、减压旋涂法进行通孔的填充，
设备、工艺简便，与前后道工艺兼容，降
低了制造成本。此外，BCB树脂具有优良
的热、机械和介电性能，BCB树脂作为硅
通孔内的电介质层，可以减小漏电流以及
硅通孔结构中的应力，提高器件的可靠
性。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层的方法，其特征在于，
将苯并环丁烯BCB前体加入溶剂中，充分搅拌直至全部溶解，得到BCB
将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内，得到孔内填充有BCB
将所述孔内填充有BCB前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的
均
将所述硅通孔内侧壁上的BCB前体固化形成所述BCB树脂电介质层。
2.根据权利要求1所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层的
将有硅通孔的圆片或硅片浸没到所述BCB前体溶液中；
利用超声作用，或者在减压条件下，使通孔中充满BCB溶液，得到孔
方法，其特征在于，在所述将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内
的步骤中，包含以下子步骤：
TSV硅片在常压或减压条件下除去溶剂，在所述硅通孔内侧壁上留下一层
匀的BCB前体；
前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV硅片；
前体溶液，其中，所述BCB前体的浓度为1-30%；
包含以下步骤：
内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，其中，所述超声时间为5-10分钟。
3.根据权利要求1所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层的
将有硅通孔的圆片或硅片置于匀胶机上；
所述匀胶机低速旋转，其中，旋转速度为100至500转/分钟；
将所述BCB前体溶液滴加到所述圆片或硅片表面，在所述圆片或硅片
方法，其特征在于，在所述将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内
的步骤中，包含以下子步骤：
的另一面减压，使所述BCB前体溶液均匀流过
层均匀的BCB前体溶液，得到孔
通孔，在硅通孔壁上形成一
壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV硅片。
4.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
5.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，所述苯并环丁烯前体是环硅氧烷-苯并环丁
烯CYC-BCB、或酰亚胺-苯并环丁烯。
电介质层的方法，其特征在于，所述苯并环丁烯前体是单体或者寡聚体。
6.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三
氯甲烷、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-
二甲基亚砜中的一种或混合物。 甲基吡咯烷酮、
7.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
8.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，在将所述孔壁上附有BCB前体溶液的TSV
硅片在常压或减压条件下除去溶剂时，使所述BCB前体溶液中的溶
温至100℃环境下挥发，其中，挥发时间为10至60分
电介质层的方法，其特征在于，所述硅通孔的直径为20-200微米，深宽比
为2：1至10：1。
剂在室
钟。
9.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，在将所述硅通孔内侧壁上的BCB前体固化
形成BCB树脂电介质层时，所述BCB树脂固化过程在惰性气氛、空
空下进行，固化温度180至300℃，固化时间为10至
气或真
180分钟。
说 明 书
技术领域
本发明涉及集成电路制造和封装技术领域，特别涉及一种硅通孔壁上制
背景技术
近年来，随着电子产品向着小型化、高性能、多功能的方向发展，对集
成电路制造和电子系统集成技术提出了更高的要求。在一块芯片上集成尽可
能多的功能成为集成电路设计与制造的重要目标，然而，随着集成电
尺寸的缩小、芯片功能的增加以及芯片尺寸的增大，成本增加、
增大等关键问题逐渐暴露出来。在平面芯片上集成众多功能的
（System on a Chip，简称“SoC”）的开发成本越来越令人难以
需要利用三维封装来实现多功能系统的集成，以满足消费、汽
领域，尤其是便携式设备的大规模市场应用的需求。
作苯并环丁烯树脂电介质层的方法。
路特征
热管理难度
系统级芯片
承受，这就
车和医疗电子
三维封装有封装堆叠（Package-on-Package，简称“POP”）和芯片叠层
封装两种方式。封装堆叠技术通过堆叠薄小外形封装（Thin Small Outline
Package，简称“TSOP”）或基于传统封装技术的芯片尺寸封装（Chip Scale
Package，简称“CSP”）来获得，然而，芯片之间较长的互连线限制了封装
堆叠的高频高速性能。目前主流电子产品中的芯片叠层封装采用引线键合技
术，而基于圆片制造技术的硅通孔互连（Through Silicon Vias，简称
技术越来越受到了半导体制造业和众多研究机构的关注。TSV
片上制作出垂直互连通孔来实现上下芯片之间的电互连，
倒装焊等工艺，硅通孔互连技术能够使芯片在三维方向
片之间的互连线最短、
“TSV”）
技术通过在圆
相对于引线键合和
上堆叠密度最大、芯
外形尺寸最小，可以有效地实现3D芯片层叠，制造 出结构更复杂、性能
技术中最引人更强大、更具成本效率的封装，因而成为目前电子封装
注目的一种技术。
在硅通孔（TSV）技术中，通过刻蚀技术形成通孔之后，由于硅的导电
性，必须在硅衬底与导电填充材料之间形成电介质层。理想的电介质层应该
具有高的击穿电压、没有漏电流、良好的覆盖率与平整度、低应力，
艺兼容性等特点。 以及工
传统硅通孔工艺中通常使用无机材料，如氧化硅，作为电介质层。氧化
硅可以使用等离子体增强化学气相沉积法
Deposition，简称“PECVD”）淀积
烷SiH4、氧气
（Plasma Enhanced Chemical Vapor
到硅通孔内壁上，反应气流（比如：硅
O2和氩气Ar的混合气体）经过强电场电离产生等离子体，这
些活性基团经过一系列化学和等离子体反应，在硅通孔内壁形成固态二氧化
硅薄膜。这是因为氧化硅在硅通孔内制作方便，与IC工艺兼容。但
体增强化学气相沉积法（PECVD）费用较高，不利于降低成
层作为电介质层不利于应力的释放，容易造成可靠性方
的低温等离子加强的四乙氧基硅烷淀积
“PETEOS”）法，使用四乙氧基硅烷（分
是等离子
本，而且用氧化
面的问题。一种改进
（Plasma Enhanced TEOS，简称
子式为Si(OC2H5)4，TEOS）作为
反应气体,淀积在电容耦合平行板反应器中进行，径向TEOS气流通过硅通
孔，通过等离子体增强化学气相沉积技术在硅通孔内淀积氧化层。与前述的
使用硅烷作为反应气体的PECVD相比，PETEOS反应温度更低
形成的二氧化硅薄膜覆盖性更好，而且具有更低的漏电
杂，设备成本高，而且这种氧化层同样不利于应
方面的问题。
（<200℃），
流。但该方法工艺复
力的释放，容易造成可靠性
除了用氧化硅层做电介质层外，有文献报道了用聚对二甲苯（parylene）
介
做硅通孔（TSV）电介质层。聚对二甲苯（parylene）具有低介电常数、高
电强度以及高机械耐久性，是一种非常好
（parylene）需通过气相聚合方法淀积到
高。利用聚对二甲苯（parylene）
态环状对二甲苯二聚体在真
650℃反应腔后，气态环状
体进入不高于凝聚温
高分子聚对二
应沉积
的电绝缘材料。但是聚对二甲苯
硅通孔壁上，工艺相对复杂，成本较
做硅通孔（TSV）电介质层的步骤包括：固
空和150℃条件下升华为气态环状二聚体；进入
二聚体裂解成活性中间体对二亚甲基苯；活性中间
度的真空沉积室内，吸附在TSV孔壁上，聚合形成线型
甲苯薄膜。该方法工艺较复杂，需要专门的聚对二甲苯气相反
装置，成本较高，可靠性上也存在一些问题。
综上所述，目前制造硅通孔内电介质层的方法，大多使用成本较高的
易
PECVD法，使用硅的氧化物或氮化物作电介质层，应力难以得到释放，容
产生可靠性方面的问题。而在TSV孔壁沉积聚对二甲苯（Parylene）
工艺复杂、成本较高以及可靠性方面的问题。 也存在
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种硅通孔壁上制作苯
将苯并环丁烯（BCB）前体加入溶剂中，充分搅拌直至全部溶解，得到
BCB树脂前体溶液，其中，所述BCB前体的浓度为1-30%；
并环丁烯树脂电介质层的方法，包含以下步骤：
的方法，使得在硅通孔壁上制作电介质层时可以降低制造成本，提高器件可
靠性。
将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内，得到孔内填充有BCB
将所述孔内填充有BCB前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的
前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV硅片；
TSV硅片在常压或减压条件下除去溶剂，在所述硅通孔内侧
匀的BCB前体； 壁上留下一层均
将所述硅通孔内侧壁上的BCB前体固化形成所述BCB树脂电介质层。
本发明实施方式相对于现有技术而言，使用BCB树脂作为硅通孔电介
质层，利用了BCB树脂良好的加工性能，进行通孔填充的设备、工艺简便，
与前后道工艺兼容，降低了制造成本。此外，由于BCB树脂还具有
机械和介电性能，BCB树脂作为硅通孔内的电介质层，可以
硅通孔结构中的应力，从而提高器件的可靠性。
优良的热、
减小漏电流以及
另外，可以通过溶液浸渍法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质层，具体
将有硅通孔的圆片或硅片浸没到所述BCB前体溶液中；
利用超声作用，或者在减压条件下，使通孔中充满BCB溶液，得到孔
另外，可以通过减压旋涂法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质层，包括
旋涂方法以及形成硅片上下两侧压强差的方法，具体步骤如下：
内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，其中，所述超声时间为5-10分钟。
步骤如下：
将有硅通孔的圆片或硅片置于匀胶机上；
所述匀胶机低速旋转，其中，旋转速度为100至500转/分钟；
将所述BCB前体溶液滴加到所述圆片或硅片表面，在所述圆片或硅片
层
的另一面减压，使所述BCB前体溶液均匀流过通孔，在硅通孔壁上形成一
均匀的BCB前体溶液，得到孔壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV
硅片。
采用溶液浸渍法或者减压旋涂法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质层，
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
图2是环硅氧烷-苯并环丁烯（CYC-BCB）的结构式；
图3是酰亚胺-苯并环丁烯的结构式；
图4、图5和图6是根据本发明第一实施方式的硅通孔壁上制作苯并环
图7是根据本发明第二实施方式的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
图8是是根据本发明第二实施方式的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电
质层的方法的流程图；
丁烯树脂电介质层的方法中溶液浸渍法示意图；
质层的方法的流程图；
具有设备、工艺简便，与前后道工艺兼容的特点，从而降低了制造成本。
介质层的方法中减压旋涂法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发
明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，
在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多
节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种
也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
技术细
种变化和修改，
本发明的第一实施方式涉及一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
质层的方法，该方法使用BCB树脂作为硅通孔电介质层，利用了BCB树脂
良好的加工性能，进行通孔的填充的设备、工艺简便，与前后道工艺兼容，
降低了制造成本；此外，由于BCB树脂还具有优良的热、机械和介
BCB树脂作为硅通孔内的电介质层，可以减小漏电流以及硅
力，从而提高器件的可靠性。具体流程如图1所示，包
电性能，
通孔结构中的应
含以下步骤：
步骤101，将苯并环丁烯BCB前体加入溶剂中，充分搅拌直至全部溶解，
-
得到BCB树脂前体溶液，其中，BCB前体的浓度为1-30%；BCB前体可以
为单体或者寡聚体，比如，环硅氧烷-苯并环丁烯（CYC-BCB）、或酰亚胺
苯并环丁烯，其结构式分别如图2和图3所示，其中，-R-为芳香族
分子的二价连接基，可以是-O-、-CO-、-二元酸酐
C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-S-、-
SO2-中
在本实施方式中，溶剂可以为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、
的一种。
亚
甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基
砜等有机溶剂中的一种或其混合物。
在步骤102至103中，采用溶液浸渍法将BCB前体溶液填充到硅通孔
具体地说，步骤102，将有硅通孔的圆片或硅片浸没到BCB前体溶液中，
步骤103，利用超声作用，或者在减压条件下，使通孔中充满BCB溶液，
步骤104，将孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片在常压或减压条件
下除去溶剂，在硅通孔内侧壁上留下一层均匀的BCB前体。在本实施方式
可使BCB前体溶液中的溶剂在室温至100℃环境下挥发，其中，挥
10至60分钟。
得到孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，如图5所示，其中，超声时间
为5-10分钟。
如图4所示，401为硅晶片，402为硅通孔，403为BCB溶液。
TSV内，得到孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，如图4至图5所示。
在本实施方式中，硅通孔的直径为20-200微米，深宽比为2：1至10：1。
中，
发时间为
步骤105，将硅通孔内侧壁上的BCB前体固化形成BCB树脂电介质层，
温
苯并环丁烯（BCB）树脂作为新一代高性能聚合物介质层材料，已被广
如图6所示。BCB树脂固化过程可在惰性气氛、空气或真空下进行，固化
度180至300℃，固化时间为10至180分钟。
泛应用于多芯片组件(Multi-Chip Module，简称“MCM”)、
Level Package，简称“WLP”）等产品中。在本实施方式
TSV介质层材料，可以充分利用其介电常数低、高频
圆片级封装（Wafer
中，BCB树脂作为
介电损耗小、吸水率低、
性好的优点，改善TSV互连
工艺温度低、收缩率小、与各种金属化层的兼容
器件的性能，提高可靠性。此外，以
层的方法工艺简单，设备要求低，BCB前体溶液在TSV中形成BCB介质
可以大大降低生产成本。
本发明的第二实施方式涉及一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
质层的方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：
在第一实施方式中，采用溶液浸渍法，将BCB前体溶液填充到硅通
内，得到孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片。而在本发明
中，采用减压旋涂法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质
形成硅片上下两侧压强差的方法，得到孔壁上附
片。其流程如图7所示，具体步骤如下：
孔TSV
第二实施方式
层，包括旋涂方法以及
有BCB前体溶液的TSV硅
步骤701，制备BCB前体溶液，与步骤101类似，在此不再赘述。
在步骤702至704中，采用减压旋涂法将BCB前体溶液填充到硅通孔
步骤702，将有硅通孔的圆片或硅片置于匀胶机上；
步骤703，匀胶机低速旋转，其中，旋转速度为100至500转/分钟；
步骤704，将BCB前体溶液滴加到圆片或硅片表面，在圆片或硅片的另
TSV内，得到孔壁上附有BCB前体溶液的TSV硅片，如图8所示，801是
硅晶片，802是硅通孔，803是BCB前体溶液，804是BCB薄膜。
一面减压（即形成图8中所示的抽气效果），使BCB前体溶液均匀流过通
在硅通孔壁上形成一层均匀的BCB前体溶液，得到孔壁上均匀附着
体溶液的TSV硅片。
孔，
BCB前
在步骤705至706中，使硅通孔内壁上附有的BCB前体溶液中的溶剂
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个
步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，
都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改
入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该
围内。
挥发，并固化BCB前体形成BCB树脂电介质层，与步骤104至105类似，
在此不再赘述。
或者引
专利的保护范
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体
实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏
离本发明的精神和范围。
2024年5月2日发(作者：公叔又青)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.3
(22)申请日 2012.09.12
(71)申请人 复旦大学
地址 200433 上海市杨浦区邯郸路220号
(72)发明人 奚嘉 杨军 肖斐
(74)专利代理机构 上海晨皓知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人 卢刚
(51)
(10)申请公布号 CN 102915956 A
(43)申请公布日 2013.02.06
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电
介质层的方法
(57)摘要
本发明涉及集成电路制造和封装技
术领域，公开了一种硅通孔壁上制作苯并
环丁烯BCB树脂电介质层的方法。本发明
中，使用BCB树脂作为硅通孔电介质层，
利用了BCB树脂良好的加工性能，采用溶
液浸渍法、减压旋涂法进行通孔的填充，
设备、工艺简便，与前后道工艺兼容，降
低了制造成本。此外，BCB树脂具有优良
的热、机械和介电性能，BCB树脂作为硅
通孔内的电介质层，可以减小漏电流以及
硅通孔结构中的应力，提高器件的可靠
性。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层的方法，其特征在于，
将苯并环丁烯BCB前体加入溶剂中，充分搅拌直至全部溶解，得到BCB
将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内，得到孔内填充有BCB
将所述孔内填充有BCB前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的
均
将所述硅通孔内侧壁上的BCB前体固化形成所述BCB树脂电介质层。
2.根据权利要求1所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层的
将有硅通孔的圆片或硅片浸没到所述BCB前体溶液中；
利用超声作用，或者在减压条件下，使通孔中充满BCB溶液，得到孔
方法，其特征在于，在所述将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内
的步骤中，包含以下子步骤：
TSV硅片在常压或减压条件下除去溶剂，在所述硅通孔内侧壁上留下一层
匀的BCB前体；
前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV硅片；
前体溶液，其中，所述BCB前体的浓度为1-30%；
包含以下步骤：
内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，其中，所述超声时间为5-10分钟。
3.根据权利要求1所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层的
将有硅通孔的圆片或硅片置于匀胶机上；
所述匀胶机低速旋转，其中，旋转速度为100至500转/分钟；
将所述BCB前体溶液滴加到所述圆片或硅片表面，在所述圆片或硅片
方法，其特征在于，在所述将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内
的步骤中，包含以下子步骤：
的另一面减压，使所述BCB前体溶液均匀流过
层均匀的BCB前体溶液，得到孔
通孔，在硅通孔壁上形成一
壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV硅片。
4.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
5.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，所述苯并环丁烯前体是环硅氧烷-苯并环丁
烯CYC-BCB、或酰亚胺-苯并环丁烯。
电介质层的方法，其特征在于，所述苯并环丁烯前体是单体或者寡聚体。
6.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三
氯甲烷、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-
二甲基亚砜中的一种或混合物。 甲基吡咯烷酮、
7.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
8.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，在将所述孔壁上附有BCB前体溶液的TSV
硅片在常压或减压条件下除去溶剂时，使所述BCB前体溶液中的溶
温至100℃环境下挥发，其中，挥发时间为10至60分
电介质层的方法，其特征在于，所述硅通孔的直径为20-200微米，深宽比
为2：1至10：1。
剂在室
钟。
9.根据权利要求1至3任一项所述的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂
电介质层的方法，其特征在于，在将所述硅通孔内侧壁上的BCB前体固化
形成BCB树脂电介质层时，所述BCB树脂固化过程在惰性气氛、空
空下进行，固化温度180至300℃，固化时间为10至
气或真
180分钟。
说 明 书
技术领域
本发明涉及集成电路制造和封装技术领域，特别涉及一种硅通孔壁上制
背景技术
近年来，随着电子产品向着小型化、高性能、多功能的方向发展，对集
成电路制造和电子系统集成技术提出了更高的要求。在一块芯片上集成尽可
能多的功能成为集成电路设计与制造的重要目标，然而，随着集成电
尺寸的缩小、芯片功能的增加以及芯片尺寸的增大，成本增加、
增大等关键问题逐渐暴露出来。在平面芯片上集成众多功能的
（System on a Chip，简称“SoC”）的开发成本越来越令人难以
需要利用三维封装来实现多功能系统的集成，以满足消费、汽
领域，尤其是便携式设备的大规模市场应用的需求。
作苯并环丁烯树脂电介质层的方法。
路特征
热管理难度
系统级芯片
承受，这就
车和医疗电子
三维封装有封装堆叠（Package-on-Package，简称“POP”）和芯片叠层
封装两种方式。封装堆叠技术通过堆叠薄小外形封装（Thin Small Outline
Package，简称“TSOP”）或基于传统封装技术的芯片尺寸封装（Chip Scale
Package，简称“CSP”）来获得，然而，芯片之间较长的互连线限制了封装
堆叠的高频高速性能。目前主流电子产品中的芯片叠层封装采用引线键合技
术，而基于圆片制造技术的硅通孔互连（Through Silicon Vias，简称
技术越来越受到了半导体制造业和众多研究机构的关注。TSV
片上制作出垂直互连通孔来实现上下芯片之间的电互连，
倒装焊等工艺，硅通孔互连技术能够使芯片在三维方向
片之间的互连线最短、
“TSV”）
技术通过在圆
相对于引线键合和
上堆叠密度最大、芯
外形尺寸最小，可以有效地实现3D芯片层叠，制造 出结构更复杂、性能
技术中最引人更强大、更具成本效率的封装，因而成为目前电子封装
注目的一种技术。
在硅通孔（TSV）技术中，通过刻蚀技术形成通孔之后，由于硅的导电
性，必须在硅衬底与导电填充材料之间形成电介质层。理想的电介质层应该
具有高的击穿电压、没有漏电流、良好的覆盖率与平整度、低应力，
艺兼容性等特点。 以及工
传统硅通孔工艺中通常使用无机材料，如氧化硅，作为电介质层。氧化
硅可以使用等离子体增强化学气相沉积法
Deposition，简称“PECVD”）淀积
烷SiH4、氧气
（Plasma Enhanced Chemical Vapor
到硅通孔内壁上，反应气流（比如：硅
O2和氩气Ar的混合气体）经过强电场电离产生等离子体，这
些活性基团经过一系列化学和等离子体反应，在硅通孔内壁形成固态二氧化
硅薄膜。这是因为氧化硅在硅通孔内制作方便，与IC工艺兼容。但
体增强化学气相沉积法（PECVD）费用较高，不利于降低成
层作为电介质层不利于应力的释放，容易造成可靠性方
的低温等离子加强的四乙氧基硅烷淀积
“PETEOS”）法，使用四乙氧基硅烷（分
是等离子
本，而且用氧化
面的问题。一种改进
（Plasma Enhanced TEOS，简称
子式为Si(OC2H5)4，TEOS）作为
反应气体,淀积在电容耦合平行板反应器中进行，径向TEOS气流通过硅通
孔，通过等离子体增强化学气相沉积技术在硅通孔内淀积氧化层。与前述的
使用硅烷作为反应气体的PECVD相比，PETEOS反应温度更低
形成的二氧化硅薄膜覆盖性更好，而且具有更低的漏电
杂，设备成本高，而且这种氧化层同样不利于应
方面的问题。
（<200℃），
流。但该方法工艺复
力的释放，容易造成可靠性
除了用氧化硅层做电介质层外，有文献报道了用聚对二甲苯（parylene）
介
做硅通孔（TSV）电介质层。聚对二甲苯（parylene）具有低介电常数、高
电强度以及高机械耐久性，是一种非常好
（parylene）需通过气相聚合方法淀积到
高。利用聚对二甲苯（parylene）
态环状对二甲苯二聚体在真
650℃反应腔后，气态环状
体进入不高于凝聚温
高分子聚对二
应沉积
的电绝缘材料。但是聚对二甲苯
硅通孔壁上，工艺相对复杂，成本较
做硅通孔（TSV）电介质层的步骤包括：固
空和150℃条件下升华为气态环状二聚体；进入
二聚体裂解成活性中间体对二亚甲基苯；活性中间
度的真空沉积室内，吸附在TSV孔壁上，聚合形成线型
甲苯薄膜。该方法工艺较复杂，需要专门的聚对二甲苯气相反
装置，成本较高，可靠性上也存在一些问题。
综上所述，目前制造硅通孔内电介质层的方法，大多使用成本较高的
易
PECVD法，使用硅的氧化物或氮化物作电介质层，应力难以得到释放，容
产生可靠性方面的问题。而在TSV孔壁沉积聚对二甲苯（Parylene）
工艺复杂、成本较高以及可靠性方面的问题。 也存在
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介质层
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种硅通孔壁上制作苯
将苯并环丁烯（BCB）前体加入溶剂中，充分搅拌直至全部溶解，得到
BCB树脂前体溶液，其中，所述BCB前体的浓度为1-30%；
并环丁烯树脂电介质层的方法，包含以下步骤：
的方法，使得在硅通孔壁上制作电介质层时可以降低制造成本，提高器件可
靠性。
将所述BCB前体溶液填充到所述硅通孔TSV内，得到孔内填充有BCB
将所述孔内填充有BCB前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的
前体溶液或孔壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV硅片；
TSV硅片在常压或减压条件下除去溶剂，在所述硅通孔内侧
匀的BCB前体； 壁上留下一层均
将所述硅通孔内侧壁上的BCB前体固化形成所述BCB树脂电介质层。
本发明实施方式相对于现有技术而言，使用BCB树脂作为硅通孔电介
质层，利用了BCB树脂良好的加工性能，进行通孔填充的设备、工艺简便，
与前后道工艺兼容，降低了制造成本。此外，由于BCB树脂还具有
机械和介电性能，BCB树脂作为硅通孔内的电介质层，可以
硅通孔结构中的应力，从而提高器件的可靠性。
优良的热、
减小漏电流以及
另外，可以通过溶液浸渍法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质层，具体
将有硅通孔的圆片或硅片浸没到所述BCB前体溶液中；
利用超声作用，或者在减压条件下，使通孔中充满BCB溶液，得到孔
另外，可以通过减压旋涂法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质层，包括
旋涂方法以及形成硅片上下两侧压强差的方法，具体步骤如下：
内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，其中，所述超声时间为5-10分钟。
步骤如下：
将有硅通孔的圆片或硅片置于匀胶机上；
所述匀胶机低速旋转，其中，旋转速度为100至500转/分钟；
将所述BCB前体溶液滴加到所述圆片或硅片表面，在所述圆片或硅片
层
的另一面减压，使所述BCB前体溶液均匀流过通孔，在硅通孔壁上形成一
均匀的BCB前体溶液，得到孔壁上均匀附着BCB前体溶液的TSV
硅片。
采用溶液浸渍法或者减压旋涂法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质层，
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
图2是环硅氧烷-苯并环丁烯（CYC-BCB）的结构式；
图3是酰亚胺-苯并环丁烯的结构式；
图4、图5和图6是根据本发明第一实施方式的硅通孔壁上制作苯并环
图7是根据本发明第二实施方式的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
图8是是根据本发明第二实施方式的硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电
质层的方法的流程图；
丁烯树脂电介质层的方法中溶液浸渍法示意图；
质层的方法的流程图；
具有设备、工艺简便，与前后道工艺兼容的特点，从而降低了制造成本。
介质层的方法中减压旋涂法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发
明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，
在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多
节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种
也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
技术细
种变化和修改，
本发明的第一实施方式涉及一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
质层的方法，该方法使用BCB树脂作为硅通孔电介质层，利用了BCB树脂
良好的加工性能，进行通孔的填充的设备、工艺简便，与前后道工艺兼容，
降低了制造成本；此外，由于BCB树脂还具有优良的热、机械和介
BCB树脂作为硅通孔内的电介质层，可以减小漏电流以及硅
力，从而提高器件的可靠性。具体流程如图1所示，包
电性能，
通孔结构中的应
含以下步骤：
步骤101，将苯并环丁烯BCB前体加入溶剂中，充分搅拌直至全部溶解，
-
得到BCB树脂前体溶液，其中，BCB前体的浓度为1-30%；BCB前体可以
为单体或者寡聚体，比如，环硅氧烷-苯并环丁烯（CYC-BCB）、或酰亚胺
苯并环丁烯，其结构式分别如图2和图3所示，其中，-R-为芳香族
分子的二价连接基，可以是-O-、-CO-、-二元酸酐
C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-S-、-
SO2-中
在本实施方式中，溶剂可以为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、
的一种。
亚
甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基
砜等有机溶剂中的一种或其混合物。
在步骤102至103中，采用溶液浸渍法将BCB前体溶液填充到硅通孔
具体地说，步骤102，将有硅通孔的圆片或硅片浸没到BCB前体溶液中，
步骤103，利用超声作用，或者在减压条件下，使通孔中充满BCB溶液，
步骤104，将孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片在常压或减压条件
下除去溶剂，在硅通孔内侧壁上留下一层均匀的BCB前体。在本实施方式
可使BCB前体溶液中的溶剂在室温至100℃环境下挥发，其中，挥
10至60分钟。
得到孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，如图5所示，其中，超声时间
为5-10分钟。
如图4所示，401为硅晶片，402为硅通孔，403为BCB溶液。
TSV内，得到孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片，如图4至图5所示。
在本实施方式中，硅通孔的直径为20-200微米，深宽比为2：1至10：1。
中，
发时间为
步骤105，将硅通孔内侧壁上的BCB前体固化形成BCB树脂电介质层，
温
苯并环丁烯（BCB）树脂作为新一代高性能聚合物介质层材料，已被广
如图6所示。BCB树脂固化过程可在惰性气氛、空气或真空下进行，固化
度180至300℃，固化时间为10至180分钟。
泛应用于多芯片组件(Multi-Chip Module，简称“MCM”)、
Level Package，简称“WLP”）等产品中。在本实施方式
TSV介质层材料，可以充分利用其介电常数低、高频
圆片级封装（Wafer
中，BCB树脂作为
介电损耗小、吸水率低、
性好的优点，改善TSV互连
工艺温度低、收缩率小、与各种金属化层的兼容
器件的性能，提高可靠性。此外，以
层的方法工艺简单，设备要求低，BCB前体溶液在TSV中形成BCB介质
可以大大降低生产成本。
本发明的第二实施方式涉及一种硅通孔壁上制作苯并环丁烯树脂电介
质层的方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：
在第一实施方式中，采用溶液浸渍法，将BCB前体溶液填充到硅通
内，得到孔内填充有BCB前体溶液的TSV硅片。而在本发明
中，采用减压旋涂法在硅通孔壁上制作BCB树脂介质
形成硅片上下两侧压强差的方法，得到孔壁上附
片。其流程如图7所示，具体步骤如下：
孔TSV
第二实施方式
层，包括旋涂方法以及
有BCB前体溶液的TSV硅
步骤701，制备BCB前体溶液，与步骤101类似，在此不再赘述。
在步骤702至704中，采用减压旋涂法将BCB前体溶液填充到硅通孔
步骤702，将有硅通孔的圆片或硅片置于匀胶机上；
步骤703，匀胶机低速旋转，其中，旋转速度为100至500转/分钟；
步骤704，将BCB前体溶液滴加到圆片或硅片表面，在圆片或硅片的另
TSV内，得到孔壁上附有BCB前体溶液的TSV硅片，如图8所示，801是
硅晶片，802是硅通孔，803是BCB前体溶液，804是BCB薄膜。
一面减压（即形成图8中所示的抽气效果），使BCB前体溶液均匀流过通
在硅通孔壁上形成一层均匀的BCB前体溶液，得到孔壁上均匀附着
体溶液的TSV硅片。
孔，
BCB前
在步骤705至706中，使硅通孔内壁上附有的BCB前体溶液中的溶剂
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个
步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，
都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改
入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该
围内。
挥发，并固化BCB前体形成BCB树脂电介质层，与步骤104至105类似，
在此不再赘述。
或者引
专利的保护范
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体
实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏
离本发明的精神和范围。