[发明专利]一种多层堆叠垂直互连结构及其形成方法

说明书

本发明涉及一种多层堆叠垂直互连结构的形成方法，包括：在第一载片的第一面形成第一互连结构，其中第一互连结构具有第一孔；将具有第二互连结构的第二载片与第一载片键合，其中第二互连结构位于所述第二载片的第一面，并具有第二孔；将第二载片的第二面减薄；在第二载片的第二面形成第三互连结构，第三互连结构具有第三孔；将具有第四互连结构的第三载片与第二载片键合，减薄第三载片的第二面，并在第三载片的第二面形成第五互连结构，其中第四互连结构具有第四孔，第五互连结构具有第五孔；根据第五孔至第一孔刻蚀第三载片至第一载片形成第一通孔；以及在第一通孔的内壁沉积无机材料层，并在第一通孔内填充金属形成第一导电通孔。

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种多层堆叠垂直互连结构及其形成方法。

背景技术

基于硅通孔TSV互联的三维集成技术可以提供高封装密度，使单位体积内容纳更多的微电子器件，基于硅通孔TSV互联三维集成结构具有较短的信号路径，还能降低寄生电容，提高了芯片的速度，因此受到了研究者和工业界的重视。然而，基于硅通孔TSV互联的三维叠层芯片在TSV制作、TSV绝缘、TSV电镀填充、超薄晶圆临时键合等方面仍面临挑战，尤其在微焊球、或焊盘制作及其低温键合、叠层芯片热管理、叠层内垂直相邻芯片间信号管理方面尤为突出。目前，常见的TSV堆叠采用的是先完成TSV转接板工艺，然后进行堆叠，且叠层垂直相邻芯片间电互连、物理连接大多通过基于微焊球、或焊盘的键合实现。基于以上工艺，由于TSV转接板正反面金属的层数、金属互连的密度以及转接板的减薄厚度决定了拆完临时键合后转接板翘曲，从而大大限制了转接板的工艺窗口，另外翘曲也会给堆叠带来困难，加上TSV转接板本身应力大，很难再进行晶圆级工艺的堆叠，通过焊球或焊盘实现的键合需要多次回流工艺，也会对焊球连接的可靠性产生影响。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题中的至少一部分问题，本发明提供了一种多层堆叠垂直互连结构的形成方法，包括：

在第一载片的第一面形成第一互连结构，其中所述第一互连结构具有第一孔；

将具有第二互连结构的第二载片与所述第一载片键合，其中所述第二互连结构位于所述第二载片的第一面，并具有第二孔；

将所述第二载片的第二面减薄，其中所述第二载片的第二面与第一面相对；

在所述第二载片的第二面形成第三互连结构，所述第三互连结构具有第三孔；

将具有第四互连结构的第三载片与所述第二载片键合，减薄所述第三载片的第二面，并在所述第三载片的第二面形成第五互连结构，其中所述第四互连结构位于第三载片的第一面，第三载片的第一面与第二面相对，所述第四互连结构具有第四孔，所述第五互连结构具有第五孔；

根据所述第五孔至所述第一孔刻蚀所述第三载片至所述第一载片形成第一通孔，其中所述第五孔至所述第一孔同轴；以及

在所述第一通孔的内壁沉积无机材料层，并在所述第一通孔内填充金属形成第一导电通孔。

进一步地，所述第一通孔贯穿所述第三载片和所述第二载片，未贯穿所述第一载片，其中所述第一通孔包括位于第一载片中的第一段、位于第二载片中的第二段以及位于第三载片中的第三段，且第三段至第一段的尺寸依次减小。

进一步地，还包括：

将芯片倒装布置在第三载片的第二面，并塑封芯片形成塑封层；以及

将第一载片的第二面减薄至露出第一导电通孔，并在第一载片的第二面依次布置第六互连结构、第二绝缘层、第二焊盘和第二焊球，其中第一载片的第二面与第一面相对。

进一步地，所述在第一载片的第一面形成第一互连结构包括：

在所述第一载片的第一面布置第一介质层，然后刻蚀所述第一介质层形成线路图形，并在线路图形中填充金属形成第一金属线层；