[发明专利]一种硅通孔互连的制作工艺、由此形成的硅通孔互连结构及其应用

说明书

本发明涉及一种硅通孔互连的制作工艺，包括以下步骤：S1，在硅圆片的盲孔中形成多晶硅填充结构，在多晶硅填充结构的第一表面形成阻挡层结构；S2，减薄该硅圆片，使得该盲孔形成为硅通孔结构；S3，在多晶硅填充结构的与第一表面相对的第二表面形成金属电极结构；S4，在金属电极结构上形成金凸点；S5，加热硅圆片，使得金与多晶硅填充结构在硅通孔结构中形成金硅合金结构。本发明还涉及一种由此形成的硅通孔互连结构。本发明又涉及一种硅通孔互连结构的应用。根据本发明的硅通孔互连的制作工艺、由此形成的硅通孔互连结构及其应用，结合了多晶硅TSV孔径小的优点，降低了硅通孔互连结构的寄生电阻。

技术领域

本发明涉及一种硅通孔互连的制作工艺与结构，可用于集成电路器件或微机械系统器件的三维封装，属集成电路、微机械系统器件封装领域。

背景技术

随着集成电路不断向小型化、高密度和三维堆叠技术的发展，利用硅通孔(Through Silicon Via,TSV)制作的互连技术已成为半导体行业先进的技术之一。所谓TSV技术是通过硅晶片的通孔建立了从硅晶片的正面到背面的垂直电连接，从而实现了芯片与芯片、晶圆与晶圆多层堆叠之间的垂直导通，极大提高了封装密度和自由度，为三维堆叠技术提供了一种方法。

在集成电路制造过程中，TSV的制作方法根据制作工艺阶段的不同主要划分为两种。一种是在制作集成电路中器件之前，就完成通孔的制作，这种方法被称为Via-first，这种方法一般通过填充多晶硅作为通孔互连结构，与集成电路工艺兼容性好；多晶硅TSV的孔径深宽比由深反应离子刻蚀工艺决定，可达25：1；此外，通孔侧壁绝缘层可通过高温氧化等工艺制作，易于实现；但该方法的缺点主要是填充的多晶硅寄生电阻比较大。

TSV另外一种制作方法是先制作集成电路，然后再制作通孔，这种方法被称为Via-last，这种方法主要通过电镀金属(一般为铜)作为通孔互连结构，金属作为通孔互连，引入的寄生电阻要比填充多晶硅结构的寄生电阻小的多；但是，该制作方法是在制作集成电路之后，通孔侧壁绝缘层不能通过高温工艺实现，制作难度大，绝缘层质量不高；金属TSV的深宽比目前在10:1左右，相对多晶硅TSV孔径较大；另外电镀金属为固相扩散方式，过程慢，难以实现穿通硅片的掺杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的硅孔互连结构寄生电阻大，绝缘层质量不高，金属TSV孔径大，制作难度大，时间长的问题。本发明提供一种新的硅通孔互连的制作工艺与结构结合了多晶硅TSV和金属TSV的优点，同时又避免了上述的两种TSV的缺点。

根据本发明的一种硅通孔互连的制作工艺，包括以下步骤：S1，在硅圆片的盲孔中形成多晶硅填充结构，在多晶硅填充结构的第一表面形成阻挡层结构；S2，减薄该硅圆片，使得该盲孔形成为硅通孔结构；S3，在多晶硅填充结构的与第一表面相对的第二表面形成金属电极结构；S4，在金属电极结构上形成金凸点；S5，加热硅圆片，使得金与多晶硅填充结构在硅通孔结构中形成金硅合金结构。

步骤S1包括：S11，提供一硅圆片，在该硅圆片上形成盲孔，在该盲孔区域形成第一绝缘层结构；S12，在盲孔中填充多晶硅形成多晶硅填充结构；S13，在多晶硅填充结构的第一表面形成阻挡层结构。

步骤S11包括为：通过深反应离子刻蚀形成盲孔，通过高温氧化或低压化学气相沉积盲孔区域，经过刻蚀形成第一绝缘层结构。

阻挡层结构铬、铂、金或钛、铂、金复合结构。其中，多晶硅通孔深宽比由深反应离子刻蚀工艺决定，可达25：1，而金属通孔的深宽比目前在10：1左右。

步骤S3包括：在硅圆片的背面形成第二绝缘层结构，然后在该第二绝缘层结构上形成金属电极结构。

金属电极结构为金钛复合结构。

步骤S4包括：采用金丝球焊方式或者电镀金方式在金属电极结构上形成金凸点。金属电极结构很薄，步骤S4形成的金凸点作为后续形成金硅合金结构的主要来源。