[发明专利]用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，特别是涉及一种用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法。

背景技术

硅通孔互连(Through Silicon Via,TSV)技术是集成电路先进封装技术之一。与传统引线键合等工艺相比较，TSV互连技术提供了垂直的连接，降低了信息流通的距离，提高了封装集成度。TSV互连已经赢得越来越多的关注，并在成像传感器、高速逻辑存储芯片、多核处理器等方面得到应用。

TSV结构是在硅片中由电镀铜填充的Cu-Si复合结构，由于Cu和Si的热膨胀系数相差6倍，致使TSV器件往往存在较高的热应力问题。较大热应力的存在对TSV的可靠性会产生严重的影响，这不利于TSV技术的发展和应用，也制约了基于TSV技术封装产品的市场化进程，研究TSV结构的应力分布对于改进TSV工艺、提高可靠性具有重要的意义。

目前，有关TSV结构内部热应力分布的研究主要通过有限元分析软件仿真及破坏性测试方法进行。也有文献报道采用微型拉曼光谱仪对硅通孔表面的热应力分布进行分析，而我们知道通孔结构的应力主要集中在通孔内部，而表面的热应力大部分往往得到释放，仅仅分析表面的热应力是远远不够的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构及其制备方法，用于对硅通孔互连的应力进行测试与监控。

为实现上述目的的他相关目的，本发明提供一种用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)提供硅片衬底，在所述硅片衬底内形成环形深槽；

2)在所述硅片衬底表面及所述环形深槽侧壁形成第一绝缘层；

3)在所述环形深槽内形成多晶硅电阻，并在所述环形深槽内及所述硅片衬底表面形成多晶硅引线；所述多晶硅电阻的高度小于所述环形深槽的深度，所述多晶硅引线一端与所述多晶硅电阻的表面相连接，另一端延伸至所述硅片衬底表面；

4)在所述多晶硅电阻及所述多晶硅引线表面形成第二绝缘层；

5)在所述多晶硅电阻上方的环形深槽内形成多晶硅填充料层；

6)在位于所述硅片衬底表面的多晶硅引线表面形成金属压焊块。

作为本发明的用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法的一种优选方案，所述步骤3)包括以下步骤：

31)沉积第一多晶硅层，所述第一多晶硅层填满所述环形深槽并覆盖所述硅片衬底表面；

32)刻蚀所述第一多晶硅层，以形成所述多晶硅电阻及所述多晶硅引线。

作为本发明的用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法的一种优选方案，所述步骤5)包括以下步骤：

51)沉积第二多晶硅层，所述第二多晶硅层填满位于所述多晶硅电阻上方的环形深槽并覆盖所述硅片衬底及所述第二绝缘层表面；

52)去除所述硅片衬底及所述第二绝缘层表面的所述第二多晶硅层即形成所述多晶硅填充料层。

作为本发明的用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法的一种优选方案，所述步骤6)包括以下步骤：

61)刻蚀位于所述多晶硅引线表面的第二绝缘层，在所述第二绝缘层对应于要形成金属压焊块位置的形成开口，所述开口暴露出所述多晶硅引线；

62)在暴露出的所述多晶硅引线表面形成金属压焊块。

作为本发明的用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法的一种优选方案，所述多晶硅引线的数量为两根，两根所述多晶硅引线相对分布；所述金属压焊块的数量为两块，两块所述金属压焊块分别位于所述多晶硅引线延伸至所述硅片衬底表面的一端。

作为本发明的用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法的一种优选方案，所述步骤6)之后，还包括在所述多晶硅电阻及所述多晶硅填充料层内侧形成硅通孔互连的步骤。

作为本发明的用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构的制备方法的一种优选方案，在所述多晶硅电阻及所述多晶硅填充料层内侧形成硅通孔互连包括以下步骤：

7)去除所述多晶硅电阻及所述多晶硅填充料层内侧的硅片衬底材料形成盲孔，所述盲孔的深度大于所述多晶硅电阻及所述多晶硅填充料层的高度之和；

8)在所述盲孔内形成第三绝缘层及种子层，并在所述盲孔内填充金属层；

9)去除所述金属层底部的硅片衬底材料，暴露出所述金属层的底部即形成所述硅通孔互连。