[發(fā)明專利]具有穿透襯底的通孔的集成電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180043062.5
• 申請(qǐng)日: 2011-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103109362B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·A·韋斯特;Y-J·樸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/60
• 分類號(hào): H01L21/60;H01L23/48
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

一種穿透襯底的通孔（TSV）芯片（200），其包括多個(gè)TSV（216），TSV（216）包括外部介電套管（221）和內(nèi)部金屬芯（220）以及凸出的TSV末端（217），凸出的TSV末端端部（217）包括從TSV管芯出現(xiàn)的側(cè)壁。橫向于凸出的TSV末端的鈍化層（231）在凸出的TSV末端的側(cè)壁的一部分上。在凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分缺少鈍化層，從而提供內(nèi)部金屬芯的暴露部分。TSV末端包括球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部（217（a）），其包括第一金屬層（241）和第二金屬層（242），第一金屬層（241）包括除焊料之外的第一金屬，并且第二金屬層（242）包括覆蓋暴露末端部分的除焊料之外的第二金屬。球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部覆蓋TSV側(cè)壁的一部分并在外部介電套管的最頂表面上方，并具有比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大≥25%的最大橫截面積。

技術(shù)領(lǐng)域

公開(kāi)的實(shí)施例涉及包括TSV IC的集成電路（IC），該TSV IC包括凸出的TSV的末端。

背景技術(shù)

穿透襯底的通孔（TSV）是從在IC管芯的頂側(cè)半導(dǎo)體表面上形成的導(dǎo)電層級(jí)中的一個(gè)（例如，接觸層級(jí)或后段制程金屬互連層級(jí)中的一個(gè)）延伸到其底側(cè)表面從而延伸晶圓的整個(gè)厚度的垂直電連接。垂直電路徑相對(duì)于常規(guī)引線結(jié)合技術(shù)顯著縮短，一般導(dǎo)致顯著更快的器件操作。在一種布置方式中，TSV作為凸出的TSV末端在IC管芯（這里稱為“TSV管芯”）的一側(cè)上終止，例如從TSV管芯的底側(cè)表面凸出。TSV管芯可以面向上或面向下結(jié)合，并可以從兩個(gè)側(cè)面結(jié)合，從而使得能夠形成堆疊IC器件。盡管TSV可以穿過(guò)任何襯底材料形成，但其統(tǒng)稱為穿透硅通孔。

因?yàn)橛捎谠赥SV管芯上的面積約束和/或TSV在TSV管芯上的一個(gè)或更多層上施加的應(yīng)力，因此TSV面積一般不可以增加，所以TSV面積經(jīng)常受限制。對(duì)于涉及TSV末端的常規(guī)焊料間接接合，由于焊料具有相對(duì)低的電遷移（EM）電流限制（例如，常規(guī)焊料的通常EM限制電流密度是大約10⁴A/cm²，是Cu或Al的大約百分之一），通過(guò)含TSV的接頭的EM電流密度一般受在TSV末端和TSV末端上的覆蓋焊料之間的分界面面積限制。

此外，應(yīng)用于堆疊管芯組件，相對(duì)于在結(jié)合到TSV管芯的頂部IC管芯上的鄰接結(jié)合墊或結(jié)合特征顯著較小的TSV面積通常限制堆疊管芯組件的總體EM性能。對(duì)該EM問(wèn)題的常規(guī)解決方案涉及通過(guò)添加另外的背側(cè)金屬步驟，或通過(guò)形成另外TSV（以提供并行的TSV），從而能夠在TSV末端上方添加圖案化金屬墊，以減小TSV管芯上的已選擇TSV中的電流。

發(fā)明內(nèi)容

公開(kāi)的示例實(shí)施例描述具有包括遠(yuǎn)側(cè)末端端部的凸出的TSV末端的TSV管芯，在沒(méi)有在TSV末端上方添加圖案化金屬墊的增加成本和生產(chǎn)周期或與包括另外的并行TSV關(guān)聯(lián)的管芯面積損失的情況下，該遠(yuǎn)側(cè)末端端部可以解決在上面描述的EM問(wèn)題。本發(fā)明人也已認(rèn)識(shí)到公開(kāi)的實(shí)施例在焊料間接接合的情況下避免或至少顯著延遲TSV的內(nèi)部金屬芯由于與覆蓋的Sn基焊料一起形成金屬間化合物（IMC）導(dǎo)致的消耗，這幫助防止外部介電套管的IMC引起的破裂，該破裂可以在TSV管芯上（尤其是凸出的TSV末端離開(kāi)芯片底側(cè)的點(diǎn)附近）導(dǎo)致故障（例如漏泄或短路）。

遠(yuǎn)側(cè)末端端部包含第一金屬層和第二金屬層，該第一金屬層包括覆蓋凸出的TSV末端的暴露部分的除焊料之外的第一金屬，并且該第二金屬層包括不同于在第一金屬層上的第一金屬的除焊料之外的第二金屬。第一金屬層和第二金屬層一起提供覆蓋TSV的側(cè)壁的一部分和外部介電套管的最頂表面的球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部，并且球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部提供比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大≥25%的橫截面積。