[发明专利]基于双向填充的通孔互联结构制作方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，更具体地，涉及一种基于双向填充的通孔互联结构制作方法及其产品。

背景技术

自20世纪60年代以来，传统集成电路的发展基本遵循摩尔（Moore）定律，研究人员利用各种各样的技术来满足电子行业对摩尔定律的追逐。然而，随着特征尺寸的不断降低、集成度的不断提高，严重阻碍了集成电路的进一步发展。为了提高集成度，解决互联延迟等问题，同时也为了满足性能、频宽和功耗等方面的要求，技术人员开发出在垂直方向上将芯片叠层的新技术即三维集成技术，其中硅通孔（TSV，Through Silicon Via）技术日益受到重视。所谓硅通孔技术，是通过在芯片与芯片之间、晶圆与晶圆之间制作垂直导通，由此实现芯片之间互联的新型方案。TSV技术的优势包括：连线长度与芯片厚度相当，显著缩短模块之间的平均互连线长度，使信息在芯片上传输距离减少，信息传输的通道增加；可实现高密度、高深宽比的连接，能够实现复杂的多片全硅系统集成；以及可以显著减小RC延迟，降低噪声等。

TSV技术的关键之一在于通孔的填充实现电信号互连。现有技术中通常采用保形电镀或自底向上的电镀方式来执行通孔填充。保形电镀方式是在通孔内壁上溅射种子层，然后进行电镀；这种电镀方法由于是整个通孔在纵向上同时电镀，需要特殊的电镀设备，而且电镀速度慢，对电镀液要求高，在硅片表面的镀层较厚，且会存在通孔上下端口先封闭，导致铜柱内部有孔洞、空心等缺陷，同时降低芯片的电性能和密封性，影响器件寿命。

自底向上的电镀技方式是铜从TSV通孔的一端开始沉积，沿通孔向上生长，最终填充整个通孔。自底向上的电镀方法一般需要提供一个通孔，采用辅助圆片作为电镀阴极，或利用电镀横向生长的特性在圆片一面封闭硅通孔，由此实现自底向上的电镀。与保形电镀相比，自底向上的电镀不需要特殊设备，速度快，而且对电镀液的要求低，硅片表面的镀层也可以控制。但是，此方式中种子层制作一般需要额外的工艺步骤，如制作辅助圆片、辅助圆片临时键合；或需要在待电镀圆片背面预先进行种子层填充、电镀。此外，自底向上的生长方式由于沉积面积受限，效率较低。相应地，随着特征尺寸的不断降低、通孔的深宽比日益增大，对传统的绝缘层和阻挡层的成膜技术也提出了挑战。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种通孔互联结构的制作方法及其产品，其主旨在于通过对通孔填充材料的生长机理及过程进行研究并相应调整工艺步骤，能够以便于操控、高效率的方式执行填充过程，并获得填充效果好的通孔互联结构产品，同时拓宽现有成膜技术的应用范围。

按照本发明的一个方面，提供了一种基于双向填充的通孔互联结构制作方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）在基片的第一表面上加工制得第一盲孔，并使得该第一盲孔的深度不小于其直径；

（b）在加工制得第一盲孔的整个基片第一表面上依次淀积绝缘层、阻挡层和种子层；

（c）通过背面套刻对准，在基片与第一表面相对置的第二表面上加工制得第二盲孔；该第二盲孔的加工位置与第一盲孔相对应，且其深度止于露出第一盲孔中的绝缘层；

（d）在加工制得第二盲孔的整个基片第二表面上依次淀积绝缘层和阻挡层；

（e）在硅片第二表面的阻挡层上平铺贴合感光干膜，然后对其执行曝光及显影处理，并形成露出第二盲孔的开口；

（f）以形成有开口的干膜作为掩膜，对第一、第二盲孔底部的两个绝缘层和两个阻挡层分别执行刻蚀处理，由此仅保留下种子层；

（g）以保留下的种子层为引导，向第一、第二盲孔同时填充导电材料，由此获得所需的通孔互联结构产品。

作为进一步优选地，在步骤（a）和（c）中，所述盲孔的深度为硅片自身厚度的1/3～1/2之间，并且盲孔的深度为其直径的1～50倍。

作为进一步优选地，在步骤（a）和（c）中，通过深反应离子刻蚀、激光烧蚀或湿法腐蚀来加工制得盲孔。

作为进一步优选地，在步骤（b）和（d）中，所述绝缘层的材料选自二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚苯并环丁烯或光刻胶以及上述材料的混合物或复合体并优选采用热氧化、物理气相淀积或化学气相淀积的方式形成；所述阻挡层为钛阻挡层、钛-钨双层阻挡层、钛-氮化钛双层阻挡层或钽-氮化钽双层阻挡层，并优选采用原子层淀积、物理气相淀积或化学气相淀积的方式形成。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，所述种子层的材料为铜或金，并采用原子层淀积、物理气相淀积或化学气相淀积的方式形成。