[发明专利]形成具有贯穿硅通孔的散热件的方法

说明书

本发明揭露一种形成具有贯穿硅通孔的散热件的方法，其中，半导体装置是用从背侧表面伸入半导体衬底的贯穿硅通孔予以形成以供改进式散热。具体实施例包含在衬底的背侧表面中形成凹洞，衬底在前侧表面上包含栅极堆栈，以及以导热材料填充凹洞。

技术领域

本揭露涉及制造具有背侧冷却的半导体装置的方法。本揭露尤其可应用于65纳米(nm)及以上等级技术节点的半导体装置。

背景技术

在单一集成电路上整合数百万个电路组件(如晶体管)有必要进一步缩减或微缩化包含互连结构在内的电路组件的实体尺寸。微缩化已加剧提升晶体管工程的复杂度而产生许多问题。

其中一项问题在于难以对集成电路散热。难处在于电路组件实体尺寸微缩化致使在更小面积里产生更多热量。此热量会在集成电路的衬底中积累而例如使衬底退化。

因此，需要能够制造具有改进式冷却效率的半导体装置的方法及所产生的结构。

发明内容

本揭露的一态样为制造具有从背侧表面伸入半导体衬底的贯穿硅通孔的半导体装置的有效方法。

本揭露的另一态样为包含从背侧表面伸入半导体衬底的贯穿硅通孔的半导体装置。

本揭露的额外态样与其它特征将在以下说明予以提出并且在某种程度上，所属技术领域的技术人员通过检视下文将明显了解本揭露并可经由本揭露的实践学习本揭露。本揭露的优点可如附加的权利要求书所特别指出者予以落实并取得。

根据本揭露，某些技术功效在某种程度上可通过一方法予以达成，该方法包含：在衬底的背侧表面中形成凹洞(cavity)，该衬底在前侧表面上包含栅极堆栈；以及以导热材料填充凹洞。

本揭露的态样包含在以导热材料填充凹洞前，于凹洞中形成衬垫材料(linermaterial)。另一态样包含通过电化学电镀(electrochemical plating；简称ECP)填充凹洞。又一态样包含在衬底的背侧表面中形成第二凹洞，以及以导热材料填充第二凹洞，其中，第一与第二凹洞的平均直径对于第一与第二凹洞之间的距离的节距比(pitch ratio)为1:x，其中，x可大于或等于2。另一态样包含形成深度为6至10微米(μm)的凹洞。再一态样包含于衬底的背侧表面处形成宽度为大于或等于6微米的凹洞。再一态样包含以产生较高热量的区域对准凹洞。另一态样包含在衬底的背侧表面上形成导热材料层。

本揭露的另一态样包含一种方法，其包含：蚀刻硅衬底的背侧表面而在该背侧表面中形成凹洞，衬底在前侧表面上包含至少一栅极堆栈；在各凹洞中形成衬垫；在衬垫上方形成金属阻绝层；以及在衬底的背侧表面上电化学电镀铜，以铜填充凹洞，在衬底的背侧表面中形成贯穿硅通孔(through silicon vias；简称TSV)。

本揭露的另一态样为一种装置，其包含：具有前侧表面与背侧表面的衬底，衬底在前侧表面上包含栅极堆栈；以及导热材料由背侧表面伸入衬底。

态样包含一种包含有作为导热材料的铜的装置。进一步态样包含介于导热材料与衬底之间、厚度为例如0.3至0.8微米的衬垫材料层。另一态样包含位于衬垫材料层上的金属阻绝层。又一态样包含包括有一对TSV的导热材料，该TSV的平均直径与该对TSV之间的距离的节距比为1:x，其中，x可大于或等于2。另一态样包含位于衬底的背侧表面处宽度大于或等于6微米的TSV。又一态样包含与产生较高热量的区域对准的导热材料。另一态样包含延伸6至10微米至衬底内的导热材料。又一态样包含位在衬底的背侧表面上厚度为例如3至6微米的导热材料层。

本揭露的额外态样及技术功效经由以下详述说明对于所属技术领域的技术人员将显而易见，其中，本揭露的具体实施例是通过经思考用以实施本揭露的最佳模式的图标予以简单描述。将意识到，本揭露可有其它及不同的具体实施例，以及本揭露的许多细节可在各种明显态样中作修改，全部都不脱离本揭露。因此，图式及说明本质上要视为描述而非限制。