[发明专利]一种硅通孔封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造方法，特别涉及一种硅通孔封装方法。

背景技术

目前，半导体集成电路(IC)制造主要在衬底的晶片(wafer)器件面上生长半导体器件并进行互连。半导体器件制作在器件层中，以金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)器件为例，MOSFET器件的主要结构包括：有源区、源极、漏极和栅极，其中，所述有源区位于衬底中，所述栅极位于有源区上方，所述栅极两侧的有源区分别进行离子注入后形成源极和漏极，所述栅极下方具有导电沟道，所述栅极和导电沟道之间有栅极电介质层。在MOSFET器件所在的器件层制作完毕后，还要在器件层之上制作金属互连层，由金属互连层为NOSFET器件之间的电信号传输提供物理保证。最终形成IC。金属互连层的制作称为金属互连层工艺(BEOL)。现有技术中，BEOL通常是指在金属间电介质(IMD)中刻蚀通孔(via)和沟槽并在其中填充金属形成金属衬垫(metal pad)和金属连线，其中，IMD用于metal pad和金属连线在金属互连层中的电绝缘，根据IC设计由金属连线将不同MOSFET器件的栅极、源极或者漏极连接到同一metal pad。

在半导体IC制造中，同一晶片上会制作成千上万个半导体器件形成IC。对制造完成的IC，还要经过晶片划片步骤，分割为一个个独立的芯片(chip)。因此需要在晶片上预先规划出芯片区(main chip)和切割道区域，其中，半IC(包括半导体器件的器件层和金属互连层)所在区域称为main chip，用于切割的区域称为切割道区域。

图像传感器是一种把光学图像信号转换为电信号并进行存储和传输的半导体器件。数码相机、数码摄像机、手机和其他许多便携式电子设备的图像传感器大体上可以分为两类：一类为电荷耦合器件(CCD，Charge-coupled Device)图像传感器，另一类为互补型金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器。两者都是利用光电二极管进行光电转换，将光学图像转换为电信号，而其主要差异是信号传送的方式不同。CCD图像传感器通过对电信号传输方向上的潜在井深的持续控制来传输电信号。CMOS图像传感器利用(包括在像素unit cell里的)一个或多个CMOS器件和光电二极管的组合进行光学图像传感。CMOS器件由导电沟道中多数载流子为电子的N型MOSFET(NMOS)和导电沟道中多数载流子为空穴的P型MOSFET(PMOS)组成，因此，由CMOS器件和光电二极管组成的CMOS图像传感器相比CCD图像传感器功耗较小，运算速度较快，而且采用最常用的半导体制造工艺，可以轻易地把CMOS图像传感器集成到外围电路系统中，例如放大器和信号处理器的操作系统，从而大大降低了制造成本。因此，CMOS图像传感器已经应用在移动电话和个人数字助理(PDA，Personal digital Assistant)的摄像头中。随着消费者对设备轻便性需求的增加，基于硅通孔(TSV，Through Silicon Via)技术的三维封装技术的发展大大减小了CMOS图像传感器的器件尺寸。但是，当硅通孔的尺寸减小到微米级时，当前半导体制造技术就受到了挑战。传统TSV是从衬底的晶片器件面开始向晶片背面刻蚀，但这种方法由于在衬底中没有刻蚀停止层，使在衬底中形成的TSV深度不均匀，从而导致晶片背面的衬底表面化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)控制困难。为了克服上述问题，出现了一种背面TSV的半导体器件封装方法。下面以COMS图像传感器的封装为例，详细说明现有技术中采用背面TSV的半导体器件封装方法。

图1为现有技术中TSV的CMOS图像传感器封装方法步骤流程图，结合图2～图7所示的现有技术中TSV的CMOS图像传感器封装结构的简化剖面示意图，说明现有技术中从晶片背面进行刻蚀TSV的CMOS图像传感器封装方法的具体步骤。

步骤101，硅衬底201的晶片器件面201a制作CMOS图像传感器器件层202，得到如图2所示的结构，包括硅衬底201和CMOS图像传感器器件层202；

此步骤中，衬底可以是半导体衬底，例如，硅衬底，当然也可以是包括III族、IV族和/或V族元素的半导体衬底，CMOS图像传感器器件层202中包括CMOS器件和光电二极管(图2中CMOS器件和光电二极管未画出)，具体制作方法为现有技术，不再赘述。