[发明专利]硅导通孔的制造方法与硅导通孔结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅导通孔(Through-Silicon-Via，TSV)结构及其制造方法。

背景技术

硅导通孔(TSV)技术是通过在芯片和芯片之间、芯片和芯片之间制作垂直导通，是目前三维集成电路工艺整合技术中，能实现芯片之间互连的崭新技术，如A.W.Topol等人于2006年发表于IBM J.RES.& DEV.Vol.50No.4/5第491～506页的技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且提升元件速度、减少信号延迟和功率消耗，因此TSV可被视为应用于3D IC技术的新一代的连接导线(Interconnect)。

近来，也有提出环状(annular)TSV结构的研究，如P.S.Andry等人于2006年发表于Electronic Components and Technology Conference会议中的“ACMOS-compatible Process for Fabricating Electrical Through-vias in Silicon”。这种环状TSV结构相对于传统的圆柱状(cylindrical)TSV，可减少导电层截面积、降低工艺成本，同时可减少热应力。但是此处的环状TSV结构仍只具传递信号的功能。

发明内容

本发明提出一种硅导通孔的制造方法，包括先于硅衬底中形成第一环状沟槽，再于第一环状沟槽内形成第一导电层、电容介电层与第二导电层。然后，在第一环状沟槽所围绕的硅衬底中形成一个开口，再于开口的内表面形成绝缘层，并于开口内填入导电材料。之后，从硅衬底的背面进行平坦化工艺，以去除部分硅衬底，同时去除开口底部的绝缘层而构成一个导电通孔，并去除第一环状沟槽底部的第一导电层及电容介电层。接着，去除绝缘层与第二导电层之间的硅衬底与第一导电层及电容介电层，以形成第二环状沟槽，然后于第二环状沟槽内填入低介电常数(low-k)材料。随后，形成与上述开口底部的导电材料接触的凸块(bump)。

本发明另提出一种硅导通孔结构，包括硅衬底、环状电容(annularcapacitor)、导电通孔(through-via)、低介电常数(low-k)材料层以及凸块。上述环状电容位于硅衬底内，且环状电容从内到外是由第一导电层、电容介电层与第二导电层所构成。导电通孔是位于环状电容所围绕的硅衬底中，而低介电常数(low-k)材料层则位于环状电容与导电通孔之间。至于凸块是与导电通孔相接触，以利于与其他芯片做接合。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1J是依照本发明的实施例的一种硅导通孔的制造流程剖面示意图。

图2是依照本发明的另一实施例的一种可具有电容功能的硅导通孔结构的俯视图。

图3是图2的III-III线段的剖面示意图。

附图标记说明

100、200：硅衬底             102：栅极

104：源极与漏极              106：晶体管

108：内层介电层              110：第一环状沟槽

112：第一导电层              114：电容介电层

116：第二导电层              118：工艺接触层

120a～120c：M1               122：内层金属介电层

124：开口                    126：绝缘层

128：导电材料                130：接触窗

132：M2                      134：导电通孔

136：第二环状沟槽            138：低介电常数(low-k)材料

140：绝缘薄膜                142：凸块

202：环状电容                204：导电通孔

206：低介电常数材料层        208：凸块

210：第一导电层                212：电容介电层

214：第二导电层                216：绝缘层

218：绝缘薄膜

具体实施方式

图1A至图1J是依照本发明的实施例的一种硅导通孔的制造流程剖面示意图。