[發明專利]一種硅通孔互連的制作工藝、由此形成的硅通孔互連結構及其應用

有效

• 申請號: 201810261142.1
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108615704B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 豆傳國;楊恒;孫珂;戈肖鴻;吳燕紅;李昕欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/528
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明涉及一種硅通孔互連的制作工藝，包括以下步驟：S1，在硅圓片的盲孔中形成多晶硅填充結構，在多晶硅填充結構的第一表面形成阻擋層結構；S2，減薄該硅圓片，使得該盲孔形成為硅通孔結構；S3，在多晶硅填充結構的與第一表面相對的第二表面形成金屬電極結構；S4，在金屬電極結構上形成金凸點；S5，加熱硅圓片，使得金與多晶硅填充結構在硅通孔結構中形成金硅合金結構。本發明還涉及一種由此形成的硅通孔互連結構。本發明又涉及一種硅通孔互連結構的應用。根據本發明的硅通孔互連的制作工藝、由此形成的硅通孔互連結構及其應用，結合了多晶硅TSV孔徑小的優點，降低了硅通孔互連結構的寄生電阻。

技術領域

本發明涉及一種硅通孔互連的制作工藝與結構，可用于集成電路器件或微機械系統器件的三維封裝，屬集成電路、微機械系統器件封裝領域。

背景技術

隨著集成電路不斷向小型化、高密度和三維堆疊技術的發展，利用硅通孔(Through Silicon Via,TSV)制作的互連技術已成為半導體行業先進的技術之一。所謂TSV技術是通過硅晶片的通孔建立了從硅晶片的正面到背面的垂直電連接，從而實現了芯片與芯片、晶圓與晶圓多層堆疊之間的垂直導通，極大提高了封裝密度和自由度，為三維堆疊技術提供了一種方法。

在集成電路制造過程中，TSV的制作方法根據制作工藝階段的不同主要劃分為兩種。一種是在制作集成電路中器件之前，就完成通孔的制作，這種方法被稱為Via-first，這種方法一般通過填充多晶硅作為通孔互連結構，與集成電路工藝兼容性好；多晶硅TSV的孔徑深寬比由深反應離子刻蝕工藝決定，可達25：1；此外，通孔側壁絕緣層可通過高溫氧化等工藝制作，易于實現；但該方法的缺點主要是填充的多晶硅寄生電阻比較大。

TSV另外一種制作方法是先制作集成電路，然后再制作通孔，這種方法被稱為Via-last，這種方法主要通過電鍍金屬(一般為銅)作為通孔互連結構，金屬作為通孔互連，引入的寄生電阻要比填充多晶硅結構的寄生電阻小的多；但是，該制作方法是在制作集成電路之后，通孔側壁絕緣層不能通過高溫工藝實現，制作難度大，絕緣層質量不高；金屬TSV的深寬比目前在10:1左右，相對多晶硅TSV孔徑較大；另外電鍍金屬為固相擴散方式，過程慢，難以實現穿通硅片的摻雜。

發明內容

為了解決現有技術中存在的硅孔互連結構寄生電阻大，絕緣層質量不高，金屬TSV孔徑大，制作難度大，時間長的問題。本發明提供一種新的硅通孔互連的制作工藝與結構結合了多晶硅TSV和金屬TSV的優點，同時又避免了上述的兩種TSV的缺點。

根據本發明的一種硅通孔互連的制作工藝，包括以下步驟：S1，在硅圓片的盲孔中形成多晶硅填充結構，在多晶硅填充結構的第一表面形成阻擋層結構；S2，減薄該硅圓片，使得該盲孔形成為硅通孔結構；S3，在多晶硅填充結構的與第一表面相對的第二表面形成金屬電極結構；S4，在金屬電極結構上形成金凸點；S5，加熱硅圓片，使得金與多晶硅填充結構在硅通孔結構中形成金硅合金結構。

步驟S1包括：S11，提供一硅圓片，在該硅圓片上形成盲孔，在該盲孔區域形成第一絕緣層結構；S12，在盲孔中填充多晶硅形成多晶硅填充結構；S13，在多晶硅填充結構的第一表面形成阻擋層結構。

步驟S11包括為：通過深反應離子刻蝕形成盲孔，通過高溫氧化或低壓化學氣相沉積盲孔區域，經過刻蝕形成第一絕緣層結構。

阻擋層結構鉻、鉑、金或鈦、鉑、金復合結構。其中，多晶硅通孔深寬比由深反應離子刻蝕工藝決定，可達25：1，而金屬通孔的深寬比目前在10：1左右。

步驟S3包括：在硅圓片的背面形成第二絕緣層結構，然后在該第二絕緣層結構上形成金屬電極結構。

金屬電極結構為金鈦復合結構。

步驟S4包括：采用金絲球焊方式或者電鍍金方式在金屬電極結構上形成金凸點。金屬電極結構很薄，步驟S4形成的金凸點作為后續形成金硅合金結構的主要來源。