一種帶有ipd的tsv孔結(jié)構(gòu)及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子制造或處理半導(dǎo)體或固體器件的方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，集成電路的特征尺寸不斷縮小，互連密度不斷提高。同時(shí)用戶對(duì)高性能低耗電的要求不斷提高。在這種情況下，靠進(jìn)一步縮小互連線的線寬來提高性能的方式受到材料物理特性和設(shè)備工藝的限制，二維互連線的電阻電容(RC)延遲逐漸成為限制半導(dǎo)體芯片性能提高的瓶頸。硅穿孔(Through Silicon Via，簡(jiǎn)稱TSV)工藝通過結(jié)合在晶圓中形成金屬立柱，并配以金屬凸點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)晶圓(芯片)之間或芯片與基板間直接的三維互連，這樣可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片二維布線的局限性。這種互連方式與傳統(tǒng)的堆疊技術(shù)如鍵合技術(shù)相比具有三維方向堆疊密度大、封裝后外形尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，從而大大提高芯片的速度并降低功耗。目前廣泛應(yīng)用的是以TSV轉(zhuǎn)接板為基礎(chǔ)的2.封裝，不同類型的芯片，通過TSV轉(zhuǎn)接板鏈接至下方的基板，這樣可以大大提高互連密度，提高機(jī)械可靠性和散熱能力。TSV轉(zhuǎn)接板為無源轉(zhuǎn)接板，主要提供互連通道，但是在一些高頻、高速的芯片集成中，互連延遲以及寄生現(xiàn)象嚴(yán)重，因此通過添加去耦電容、電感元件，提高互連性能，現(xiàn)有的去耦電容、電感元件通常通過互連的方式添加，這種添加方式集成電路結(jié)構(gòu)和其加工工藝都較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種帶有iro的Tsv孔結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的Tsv工藝流程，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得TSV孔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在保證TSV孔簡(jiǎn)單成型的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電阻、電容、電感的TSV轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)，提高轉(zhuǎn)接板性能，本發(fā)明同時(shí)提供了一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法。
[0004]本發(fā)明的其技術(shù)方案是這樣的:一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)，其包括硅晶圓體，其特征在于:所述硅晶圓體上設(shè)置有多個(gè)TSV通孔，所述TSV通孔內(nèi)連同硅晶圓體表面沉積有絕緣層，所述TSV通孔中至少一個(gè)TSV通孔內(nèi)設(shè)置有橫向絕緣層，形成TSV通孔上下隔斷，所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層，所述TSV通孔上的所述金屬層上下端交錯(cuò)互連，所述硅晶圓體表面成型環(huán)狀電鍍金屬層，所述環(huán)狀電鍍金屬層與所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層互連。
[0005]其進(jìn)一步特征在于:連通的所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層為環(huán)狀電感狀金屬層。
[0006]一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其包括以下步驟:
(1)、在硅晶圓體上刻蝕多個(gè)第一TSV深孔；
(2)、在第一TSV深孔內(nèi)和硅晶圓體上沉積第一絕緣層；
(3)、在第一絕緣層上沉積種子層、在種子層上電鍍金屬層，并形成部分第一TSV深孔的電鍍金屬層互連；
(4)、在硅晶圓體背面對(duì)應(yīng)所述第一TSV深孔刻蝕第二深孔， (5)、在第二TSV深孔內(nèi)和硅晶圓體上沉積第二絕緣層；
(6)、刻蝕部分第二TSV深孔的橫向的所述第一絕緣層和所述第二絕緣層，形成第一TSV深孔和第二 TSV深孔連通；
(7)、在第二絕緣層上沉積種子層、在種子層和第二TSV深孔上電鍍金屬層，并形成部分第二 TSV深孔的電鍍金屬層互連。
[0007]其進(jìn)一步改進(jìn)在于:
在第一 TSV深孔和第二 TSV深孔連通的TSV通孔內(nèi)成型環(huán)狀電感狀金屬層；在所述硅晶圓體表面成型環(huán)狀電鍍金屬層，形成電阻型金屬層。
[0008]本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，由于在硅晶圓體上成型TSV孔，在TSV孔內(nèi)成型絕緣的電鍍金屬層，形成電容結(jié)構(gòu)，在TSV孔內(nèi)成型電鍍金屬層，形成電感結(jié)構(gòu)，在硅晶圓體上成型環(huán)狀的電鍍金屬層，形成電阻結(jié)構(gòu)，在保證TSV孔簡(jiǎn)單成型的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電阻、電容、電感的TSV轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)，避免了后續(xù)無源元件的組裝，減少了元件占用的空間和成本，提高封裝整體的互連性能。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明TSV孔結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
圖2為刻蝕第一 TSV深孔示意圖；
圖3為在第一 TSV深孔內(nèi)成型第一絕緣層示意圖；
圖4為在第一絕緣層上沉積種子層和電鍍金屬層示意圖；
圖5為在刻蝕弟_■ TSV深孔不意圖；
圖6為在第二 TSV深孔內(nèi)成型第二絕緣層示意圖；
圖7為部分刻蝕第二絕緣層示意圖；
圖8為在第二絕緣層上沉積種子層和電鍍金屬層示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
見圖1，
一種帶有Iro的TSV結(jié)構(gòu)，其包括硅晶圓體I，硅晶圓體I上設(shè)置有多個(gè)TSV通孔4，TSV通孔4內(nèi)連同硅晶圓體I表面沉積有絕緣層2，TSV通孔4中至少一個(gè)TSV通孔4a內(nèi)設(shè)置有橫向絕緣層2a，形成TSV通孔4a上下隔斷，TSV通孔4內(nèi)電鍍金屬層3，連通的TSV通孔4內(nèi)電鍍金屬層3為環(huán)狀電感狀金屬層，TSV通孔4上的金屬層3上下端交錯(cuò)互連，硅晶圓體I表面成型環(huán)狀電鍍金屬層5,環(huán)狀電鍍金屬層5與TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層3互連，由于在硅晶圓體上成型TSV孔，在TSV孔內(nèi)成型絕緣的電鍍金屬層，形成電容結(jié)構(gòu)，在TSV孔內(nèi)成型電鍍金屬層，形成電感結(jié)構(gòu)，在硅晶圓體上成型環(huán)狀的電鍍金屬層，形成電阻結(jié)構(gòu)，在保證TSV孔簡(jiǎn)單成型的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電阻、電容、電感的TSV轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)，避免了后續(xù)無源元件的組裝，減少了元件占用的空間和成本，提高封裝整體的互連性能。
[0011]一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其包括以下步驟:
見圖2，(I)、采用干法或者濕法在硅晶圓體I上刻蝕多個(gè)第一 TSV深孔4 ；
見圖3，(2)、在第一 TSV深孔4內(nèi)和硅晶圓體I上采用熱氧化、CVD沉積、旋涂、噴涂等方式形成第一絕緣層2 ；
見圖4、(3)、在第一絕緣層2上PVD沉積粘附層和種子層(圖中未畫出)、在種子層上電鍍金屬層3，通過光刻和金屬干法或濕法刻蝕工藝，在硅晶圓體I表面成型環(huán)狀電鍍金屬層5，形成電阻型金屬層，并形成部分第一 TSV深孔4的電鍍金屬層互連；
見圖5、(4)、在硅晶圓體I背面對(duì)應(yīng)第一 TSV深孔4位置，通過雙面套刻以及濕法或干法刻蝕形成第二 TSV深孔4-1，
見圖6、(5)、在第二 TSV深孔4-1內(nèi)和硅晶圓體I上CVD沉積、旋涂或噴涂形成第二絕緣層2-1 ；
見圖7、(6)、采用光刻以及干法或濕法工藝，刻蝕部分第二 TSV深孔4的橫向的第一絕緣層2和第二絕緣層2-1，形成第一 TSV深孔4和第二 TSV深孔4-1連通；
見圖8、(7)、在第二絕緣層上沉積種子層、在種子層和第二 TSV深孔4-1上電鍍金屬層3，并形成部分第二 TSV深孔的電鍍金屬層互連，第一 TSV深孔4和第二 TSV深孔4-1通過第一絕緣層2和第二絕緣層2-1斷開的通孔內(nèi)電鍍金屬層3形成電容結(jié)構(gòu)，在第一 TSV深孔4和第二 TSV深孔4-1連通的通孔內(nèi)成型環(huán)狀電感狀金屬層3。
[0012]本發(fā)明帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)及其加工方法的上述結(jié)構(gòu)和工藝方法中，
(1)、通過TSV孔和表面布線形成立體式環(huán)繞電感結(jié)構(gòu)；
(2)、通過在TSV孔中間形成絕緣層，兩端形成金屬，形成電容結(jié)構(gòu)；
(3)、在表面形成電阻結(jié)構(gòu)；
(4)、同時(shí)帶有正常功能的TSV孔結(jié)構(gòu)。
[0013]TSV孔轉(zhuǎn)接板通過集成電阻、電容、電感等元件，進(jìn)一步提升互連的電性能，從而實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)接板。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)，其包括硅晶圓體，其特征在于:所述硅晶圓體上設(shè)置有多個(gè)TSV通孔，所述TSV通孔內(nèi)連同硅晶圓體表面沉積有絕緣層，所述TSV通孔中至少一個(gè)TSV通孔內(nèi)設(shè)置有橫向絕緣層，形成TSV通孔上下隔斷，所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層，所述TSV通孔上的所述金屬層上下端交錯(cuò)互連，所述硅晶圓體表面成型環(huán)狀電鍍金屬層，所述環(huán)狀電鍍金屬層與所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層互連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有iro的TSV孔結(jié)構(gòu):連通的所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層為環(huán)狀電感狀金屬層。
3.一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:其包括以下步驟: (1)、在硅晶圓體上刻蝕多個(gè)第一TSV深孔； (2)、在第一TSV深孔內(nèi)和硅晶圓體上沉積第一絕緣層； (3)、在第一絕緣層上沉積種子層、在種子層上電鍍金屬層，并形成部分第一TSV深孔的電鍍金屬層互連； (4)、在硅晶圓體背面對(duì)應(yīng)所述第一TSV深孔刻蝕第二 TSV深孔， (5)、在第二TSV深孔內(nèi)和硅晶圓體上沉積第二絕緣層； (6)、刻蝕部分第二TSV深孔的橫向的所述第一絕緣層和所述第二絕緣層，形成第一TSV深孔和第二 TSV深孔連通； (7)、在第二絕緣層上沉積種子層、在種子層和第二TSV深孔上電鍍金屬層，并形成部分第二 TSV深孔的電鍍金屬層互連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:在第一 TSV深孔和第二 TSV深孔連通的TSV通孔內(nèi)成型環(huán)狀電感狀金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的一種帶有iro的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:在所述硅晶圓體表面成型環(huán)狀電鍍金屬層，形成電阻型金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:采用熱氧化、CVD沉積、旋涂、噴涂方式形成第一絕緣層。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:通過光刻和金屬干法或濕法刻蝕工藝，在硅晶圓體表面成型環(huán)狀電鍍金屬層。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:通過雙面套刻以及濕法或干法刻蝕形成第二 TSV深孔。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的TSV工藝流程，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得TSV孔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在保證TSV孔簡(jiǎn)單成型的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電阻、電容、電感的TSV轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)，提高轉(zhuǎn)接板性能，其包括硅晶圓體，其特征在于：所述硅晶圓體上設(shè)置有多個(gè)TSV通孔，所述TSV通孔內(nèi)連同硅晶圓體表面沉積有絕緣層，所述TSV通孔中至少一個(gè)TSV通孔內(nèi)設(shè)置有橫向絕緣層，形成TSV通孔上下隔斷，所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層，所述TSV通孔上的所述金屬層上下端交錯(cuò)互連，所述硅晶圓體表面成型環(huán)狀電鍍金屬層，所述環(huán)狀電鍍金屬層與所述TSV通孔內(nèi)電鍍金屬層互連，本發(fā)明同時(shí)提供了一種帶有IPD的TSV孔結(jié)構(gòu)的加工方法。
【IPC分類】H01L23-522, H01L21-768
【公開號(hào)】CN104600059
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510055003
【發(fā)明人】靖向萌
【申請(qǐng)人】華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月3日