[发明专利]半导体芯片的背面金属处理

说明书

技术领域

本发明通常涉及集成电路结构，更具体地涉及穿透硅通孔，再具体地涉及与穿透硅通孔连接的背面金属的形成。 

背景技术

自从发明了集成电路，由于各种电子部件(即晶体管、二极管、电阻、电容等)的集成密度的持续提高，半导体工业已经经历了连续快速增长。在很大程度上，集成密度的这种提高来自于最小特征尺寸的不断减小，从而允许更多的部件集成到给定的芯片区域内。 

因为被集成的部件占用的体积基本上在半导体晶片的表面上，因此这种集成度提高本质上基本是二维(2D)的。虽然在光刻上的显著提高导致了2D集成电路构成的显著改进，但是对能在二维中实现的密度存在物理限制。其中一个限制是制成这些部件需要的最小尺寸。而且，当在一个芯片中放置更多的器件时，需要更复杂的设计。 

随着器件数量的增加，另外的限制来自器件之间互连的数目和长度的显著增加。当互连的数目和长度增加时，电路的RC延迟和功耗都会增加。 

在用来解决上述限制的成果中，通常使用三维集成电路(3D IC)和叠置管芯。由此穿透硅通孔(TSV)用于3D IC和叠置管芯中用以连接管芯。在这种情况下，TSV常用来将管芯上的集成电路连接到该管芯的背面。另外，TSV也用来穿过管芯的背面提供用于将该集成电路接地的短接地路径，其可以被接地金属膜覆盖。 

图1示出了形成在芯片104中的传统的TSV 102。TSV 102位于硅衬底106中。穿过金属化层中的互连(金属引线和通孔，未示出)，TSV 102被电连接到接合焊垫110和接合焊垫110上的金属柱108，其中接合焊垫110在芯片104的前表面上。以铜柱的形式将TSV 102穿过衬底106的后表面并将其露出。当芯 片104与另一个芯片接合时，将TSV 102接合至另一个芯片上的接合焊垫上，在其之间具有焊料或不具有焊料。这种方案有缺点。由于TSV接合需要TSV间相对比较大的间距，所以TSV的位置是受到限制的，并且TSV之间的距离需要足够大以允许对于例如焊球的空间。另外，由于相邻的焊球可能会彼此接触，所以可能存在接合处失效。由此需要新的背面结构。 

发明内容

根据本发明的一个实施例，集成电路结构包括具有前面和背面的半导体衬底。穿透该半导体衬底的穿透硅通孔(TSV)。该TSV具有延伸到半导体衬底背面的后端。在半导体衬底背面上并且连接到TSV的后端的再分配线(RDL)。在该RDL的上面并且与RDL连接的硅化物层。 

根据本发明的另一个实施例，集成电路结构包括具有前面和后面的半导体衬底。TSV穿透该半导体衬底，并且具有延伸超出该半导体衬底背面的后端。RDL在半导体衬底的背面上并连接到TSV的后端，其中RDL包括铜。硅化物层在RDL上并与RDL邻接，其中硅化物层包括硅化铜。钝化层在RDL上并通过该钝化层和硅化物层中的开口邻接RDL，其中RDL的一部分通过开口暴露。金属层位于开口中并与RDL连接。 

本发明的有利特点包括：由于降低了RDL的氧化，提高了接合能力，并提高了背面结构的可靠性。 

附图说明

为了更全面地理解本发明及其优点，现在结合附图参考下面的描述，其中： 

图1示出了包括穿透硅通孔(TSV)的传统集成电路结构，其中TSV穿过衬底的背面突出，并以铜柱的形式被接合到另一个芯片上的接合焊垫。 

图2至12C是本发明的实施例制造的中间阶段的剖面图。 

图13示出了两个叠置管芯的剖面图。 

具体实施方式

下面详细地论述本发明实施例的制作和使用。然而，应该意识到，本发明 的实施例提供了许多可应用的发明思想，其可在广泛的具体环境中实施。论述的这些具体实施例仅是说明制作和应用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。 

提供了新颖的连接穿透硅通孔(TSV)的背面连接结构及其形成方法。说明了制造本发明的实施例的中间阶段。论述了不同的实施例。在所有本发明的各种图和说明性实施例中，相同的附图标记用来指示相同的元件。 

参考图2，提供了芯片2，其包括衬底4和其中的有源电路6。衬底4可以是半导体衬底，例如体硅衬底，当然其可以是包括III族、IV族和/或V族元素的其它半导体材料。有源电路6中的有源器件，例如晶体管，可以形成在衬底4的前表面上(图2中面朝上的表面)。层间电介质(ILD)9形成在衬底4和有源电路6的上面。接触孔塞8形成在ILD 9中并连接到有源电路6。