[发明专利]形成贯穿晶片互连的方法和由其形成的结构

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体制造技术以及在半导体衬底中形成电触点的方法。更特定来说，本发明涉及在半导体衬底中形成贯穿晶片互连的方法和由其形成的结构。

背景技术

半导体衬底常具有穿过其中延伸的通孔，其中所述通孔被填充有导电材料以形成互连(通常称为贯穿晶片互连，或“TWI”)，其用于(例如)将半导体装置的一个表面上的电路连接到其另一表面上的电路，或用于适应与外部电路的连接。

如本文所使用，“通孔”是指其中具有导电材料或导电部件的孔眼或孔，且其大致延伸穿过衬底(例如，从一个表面大致到另一相对表面)。所述通孔可用于适应衬底的除已形成接合垫之外的一侧上的半导体装置、电气组件或电路的电气连接。通孔常规上形成在多种衬底中以用于多种用途。举例来说，用于单个电路小片封装的插入机构、用于多个电路小片封装的互连和用于将半导体电路小片临时连接到测试设备的接触探针卡常在其结构中采用通孔。

在更具体的实例中，测试设备可经配置以用于半导体电路小片的接合垫的临时和同时连接(例如，在整个或部分晶片测试设备上)。用作测试插入机构的衬底可包含穿过其中的通孔，从而在插入机构衬底的一侧上提供与半导体电路小片的接合垫图案匹配的导电互连结构的图案，以及在插入机构衬底的相对侧上用于与测试设备连接的多个互连结构。因此，插入机构衬底在半导体电路小片(或其它装置)与测试设备之间提供电气互连。

在将穿过例如硅的半导电材料形成通孔的情况下，一种用于建构通孔的已知方法包含通过所谓的“开孔”工艺形成第一孔眼(有时称作“前体孔眼”)，其中刳刨机或钻孔机的非常小的钻锥围绕纵轴旋转，同时围绕所述轴径向移动，以形成前体孔眼。所述前体孔眼的直径大于完成的通孔的既定直径。在前体孔眼形成之后，通过借助暴露于氧化气氛而在孔眼的表面上形成薄氧化硅层，或通过使所述孔眼氧化并接着用绝缘聚合材料涂覆所述孔眼，而在孔眼中形成绝缘(或介电)层。当需要聚合绝缘材料涂层时，例如Parylene^TM聚合物的合适聚合物可气相沉积在衬底上，并进入其一侧上的每一前体孔眼中，同时将负压力(例如，真空)施加到孔眼的相对端。在一些情况中，因为给定聚合物材料与硅的粘附可能相对较差，所以孔眼的表面可经氧化以改进聚合物材料的粘附。

将绝缘聚合材料引入并填充每一前体孔眼，并使聚合物固化。(例如通过冲击钻机或激光)钻出通孔，或以另外的方式在硬化的绝缘聚合材料中形成通孔，以便展示比前体孔眼的直径小的直径。接着用导电材料(其常规上包含金属、金属合金或含金属的材料)填充通孔，以在衬底的相对表面之间提供导电路径。通过绝缘聚合材料层(一或多层)使通孔的导电材料与衬底本身绝缘。

虽然此类方法提供适当的结构来实现衬底的一个表面与衬底的另一表面的电气互连，但应注意，使用此类方法难以实现通孔的密集间隔，且难以形成显示出较高纵横比(即高度与宽度、或横截面尺寸的比率)的通孔。

在形成通孔的另一现有技术方法中，硅晶片在两个主要的相对表面上具备薄二氧化硅层。通过使用防止在非通孔区域中的蚀刻的掩模层，在晶片上形成图案。将蚀刻剂应用于两个主要表面以形成在晶片的中间汇合的孔眼或“馈通”。在包含馈通侧壁的晶片表面上形成介电层。在介电层上形成金属层，且将导电材料放置在馈通中以完成导电通孔。应注意，为了隔离每一通孔，金属层必须经配置以仅覆盖馈通表面，或从通孔和晶片的外表面大致去除。同样，使用此类常规方法难以获得高纵横比的通孔，且因此难以提供高密度等级的此类通孔来用于给定应用。

Tanielian的美国专利5,166,097、Geller等人的美国专利5,063,177和Akram等人的美国专利6,400,172中大体说明了用于形成通孔的其它现有技术方法。

仍需要改进用于半导体制造中的制造技术和工艺。提供一种用于形成贯穿晶片互连的更有效方法将是有利的，其在维持或改进TWI结构的可靠性的同时，实现较高密度的通孔、使得能制造高纵横比的TWI结构，且改进制造工艺的简易性。

发明内容

本发明揭示用于在衬底中形成导电通孔(本文中也称为贯穿晶片互连(TWI))的方法，以及所得的包含TWI结构的半导体装置、电气组件和组合件。

在一个实施例中，一种形成贯穿晶片互连的方法包括：在衬底的第一表面中形成孔，在所述孔的内表面上沉积第一介电层，在所述第一介电层上沉积导电层，在所述孔的内表面上沉积第二介电层，以及通过所述衬底的第二相对表面暴露所述导电层的一部分。