本發(fā)明屬于半導體制造和電子封裝領域，具體涉及一種半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構及成型方法。
背景技術：
通過半導體導通孔的鍍銅填充來實現3D疊層電子封裝是今后重要的電子封裝形式，但對于大深寬比的導通孔很難實現無缺陷鍍銅填充。這是由于傳統(tǒng)的孔填充是采用定電流的方法，用此方法容易發(fā)生提前封口現象，無法實現良好的孔填充，尤其是對大深寬比的導通孔。由于孔填充問題造成的縫隙、孔洞在后期的封裝過程中會造成應力集中，對產品可靠性造成極大的危害。
盡管目前的方法已經在優(yōu)化孔填充問題上取得了很大的進展，但是對于如何徹底解決孔內缺陷仍存在問題。所以，研發(fā)一種新的方法避免孔內缺陷顯得尤為重要。在未完全鍍銅填充的半導體導通孔中填充有機聚合物，一方面降低了鍍銅工藝的工藝要求，節(jié)省工藝成本；另一方面能夠避免鍍銅填充時的孔內缺陷，在后續(xù)封裝過程中起到熱應力緩沖的作用。因而在實現鍍銅填充的半導體導通孔中填充有機聚合物的TSV結構具有重大應用價值，可廣泛用于各種高端電子制造領域，尤其可應用于大深寬比的導通孔中。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構及成型方法，以解決現有技術中所存在的上述問題。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：
第一方面，本發(fā)明提供了一種半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構，包括半導體基材，其中，所述半導體基材上設有若干盲孔或通孔，所述盲孔或通孔內部分填充有鍍銅層，所述鍍銅層上化學接枝有有機聚合物，在填充了銅和有機聚合物的基材表面設有微凸點。該結構可避免鍍銅填充時的孔內缺陷，在后續(xù)封裝過程中起到熱應力緩沖的作用；在填充了銅和有機聚合物的基材表面設有微凸點實現3D芯片堆疊。
作為優(yōu)選方案，所述半導體基材的類型為n型或p型。
作為優(yōu)選方案，所述半導體基材為單質半導體或化合物半導體。
作為優(yōu)選方案，所述盲孔或通孔的直徑均不超過50μm，深寬比均不超過20：1。
作為優(yōu)選方案，所述盲孔或通孔和鍍銅層之間還依次設有絕緣層和阻擋層。
作為優(yōu)選方案，所述微凸點包括銅柱和焊帽，銅柱、焊帽與TSV結構之間通過布線層形成電性能互連。布線層的結構與形成機理可參考《TSV三維系統(tǒng)級封裝中的RDL工藝及設計基礎研究》，北京大學碩士論文，2012，作者：崔卿虎。
第二方面，本發(fā)明還提供了一種如前述的半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構的成型方法，其包括如下步驟：
將具有銅鍍層的半導體基材置于化學鍍液中進行化學接枝，在所述銅鍍層的表面接枝出有機聚合物層；
在半導體基材的正面進行拋光后，濺射出下金屬層和銅種子層；
在所述銅種子層的表面涂覆光刻膠后，電鍍出微凸點，最后去除光刻膠。
作為優(yōu)選方案，所述化學鍍液為含有表面活性劑、絡合劑、有機單體和引發(fā)劑的水溶液，且化學鍍液的溫度不超過50℃。
半導體垂直銅互連技術是實現三維疊層封裝的一種重要的電子封裝形式。在半導體垂直銅互連技術中，一般包括導通孔的制備，以及絕緣層、阻擋層、種子層和金屬銅的填充。通過半導體基材上的導通孔來實現的三維疊層封裝一般稱作TSV(Through Semiconductor via)技術。通過TSV技術實現三維封裝的同時，在基材表面往往需要制備微凸點來實現上下芯片的互連，微凸點與TSV結構通過布線層形成電性能互連。
與現有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
1、本發(fā)明提供的方法操作簡單、方便，制造工藝要求低，能很好地降低工藝成本；
2、在實現鍍銅填充的半導體盲孔或通孔中填充有機聚合物的TSV結構，不僅可以實現在鍍銅填充的半導體盲孔或通孔中的超填充，避免鍍銅填充時的孔內缺陷，而且可以在封裝制造過程中起到緩沖應力的作用；
3、本發(fā)明提供的在實現鍍銅填充的半導體盲孔或通孔中填充有機聚合物的TSV結構，操作簡單、方便，在電子封裝領域具有重大實際應用價值，有利于廣泛利用，尤其可實現在大深寬比的盲孔或通孔上的應用。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
圖1為在實現鍍銅填充的半導體導通孔中填充有機聚合物的TSV結構的示意圖。
圖中：1、半導體基體；2、絕緣層；3、阻擋層；4、鍍銅層；5、有機聚合物填充體；6、焊帽。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明提供的一種在實現鍍銅填充的半導體導通孔中填充有機聚合物的TSV結構，如圖1a或圖1b所示，包括半導體基體1，半導體基體1上設有若干盲孔或通孔，盲孔或通孔內填充有絕緣層2和阻擋層3，阻擋層3的表面部分填充有鍍銅層4，鍍銅層4的表面填充有聚合物層5，半導體基體1的正面設有焊帽6。
實施例1
本實施例涉及一種半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構，具體步驟如下：
步驟(1)：在p型，電阻率為5Ω·cm，帶有硅通孔的硅片中電鍍填銅，但不完全填滿，然后將不完全鍍銅填充的硅片放入丙酮、乙醇中進行除油處理，然后酸洗除去基體表面的氧化物，最后用純水將基體表面沖洗干凈；
步驟(2)：將經過步驟(1)處理后的硅片放入配置好的水相溶液中反應，其組分為0.01g/mL的十二烷基磺酸鈉，6％體積分數的丙烯酸，0.002g/mL的吡唑重氮內鹽，0.01g/mL的EDTA-2Na；
步驟(3)：將反應一段時間后的樣品取出，測量截面處有機物的厚度；
步驟(4)：根據步驟(3)中的厚度調整反應時間，重復步驟(1)～(3)，使得在銅基體上沉積的有機物能夠填充孔內缺陷；
步驟(5)：將處理后的硅片在基材正面進行化學機械拋光，然后在其表面濺射下金屬層和銅種子層；
步驟(6)：將上述步驟完成后的樣品涂覆光刻膠，使之圖形化；然后電鍍微凸點；最后去除光刻膠。
實施例2
本實施例涉及一種半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構，具體步驟如下：
步驟(1)：在n型，電阻率為50Ω·cm，帶有導通孔的GaAs片中電鍍填銅，但不完全填滿，然后將不完全鍍銅填充的GaAs片放入丙酮、乙醇中進行除油處理，然后酸洗除去基體表面的氧化物，最后用純水將基體表面沖洗干凈；
步驟(2)：將經過步驟(1)處理后的GaAs片放入配置好的水相溶液中反應，組分為1g/mL的十二烷基磺酸鈉，6％體積分數的丙烯酸，0.002g/mL的三蝶烯重氮鹽，0.01g/mL的EDTA-2Na；
步驟(3)：將反應一段時間后的樣品取出，測量截面處有機物的厚度；
步驟(4)：根據步驟(3)中的厚度調整反應時間，重復步驟(1)～(3)，使得在銅基體上沉積的有機物能夠填充孔內缺陷；
步驟(5)：將處理后的GaAs片在基材正面進行化學機械拋光，然后在其表面濺射下金屬層和銅種子層；
步驟(6)：將上述步驟完成后的樣品涂覆光刻膠，使之圖形化；然后電鍍微凸點；最后去除光刻膠。
對比例1
本實施例涉及一種半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構，具體步驟如下：
將p型，電阻率為5Ω·cm，在硅通孔中已經實現不完全鍍銅填充的硅片放入丙酮、乙醇中進行除油處理，然后酸洗除去基體表面的氧化物，最后用純水將基體表面沖洗干凈；往清洗后的硅片灌注有機物。由于有機物具有一定的黏度，且有機物對硅片的潤濕性不好，因而無法實現對小孔的完全填充，最后也無法實現在實現鍍銅填充的半導體導通孔中填充有機聚合物的TSV結構。
對比例2
本實施例涉及一種半導體垂直銅互連中填充有機聚合物的TSV結構，具體步驟如下：
步驟(1)在p型，電阻率為5Ω·cm，帶有硅通孔中的硅片中電鍍填銅，但不完全填滿，然后將不完全鍍銅填充的硅片放入丙酮、乙醇中進行除油處理，然后酸洗除去基體表面的氧化物，最后用純水將基體表面沖洗干凈；
步驟(2)將清洗后的硅片放入配置好的水溶液中，其組分為0.01g/mL的十二烷基磺酸鈉，6％體積分數的甲基丙烯酸甲酯，0.002g/mL的吡唑重氮內鹽，0.01g/mL的EDTA-2Na；
步驟(3)將反應一段時間后的樣品取出，測量截面處有機物的厚度，可以發(fā)現，這種化學接枝在微孔側壁和底部是等厚的，無法實現底部優(yōu)先生長。因此填充的有機物無法實現致密完全的生長，最后也無法實現在實現鍍銅填充的半導體導通孔中填充有機聚合物的TSV結構。
以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。