[发明专利]制造硅通孔的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体行业微电子封装和三维集成技术领域，特别是涉及 一种制造硅通孔的方法。

背景技术

半导体行业中，穿透硅通孔(Through-Silicon-Via，简称TSV)是一 种嵌入在半导体芯片内部的导电通道，通过减薄半导体芯片衬底将其背端 露出，可以构成贯穿半导体芯片的电连接，将信号从半导体芯片的一面传 导至半导体芯片的另一面，并通过结合芯片堆叠技术，实现多层半导体芯 片的三维集成。与传统的引线键合技术相比，使用穿透硅通孔可以有效缩 短芯片间互连线的长度，从而提高电子系统的信号传输性能和工作频率， 是未来半导体技术发展的重要方向。

穿透硅通孔的加工，可以在半导体芯片上电路器件加工之前进行，可 以在半导体芯片上电路器件加工之后而在芯片上互连加工之前进行，也可 以在半导体芯片上电路器件及互连加工之后进行，分别称为先通孔 (Via-First)型、中通孔(Via-Middle)型和后通孔(Via-Last)型。相比 芯片上电路器件和芯片上互连来说，穿透硅通孔的尺寸较大，深度较深， 加工工艺比较特殊。使用后通孔型加工方式，可以不改变电路器件及芯片 上普通互连的加工方式，且可以与芯片制造厂分开，使用对线条要求较低 的后道工艺实现，受到很大关注。

目前的后通孔型加工方式，主要分为两类，一类是首先将半导体芯片 从背面减薄，然后在芯片背面加工穿透硅通孔，并与芯片正面的金属互连 形成电连接；另一类是在芯片正面加工穿透硅通孔，并与正面的金属互连 形成电连接，最后再减薄所述半导体芯片，实现穿透硅通孔在芯片背面的 电极引出。第一类加工方式，需要在减薄之后进行穿透硅通孔加工，操作 困难，成品率难以保证，主要应用于对穿透硅通孔密度要求较低的领域， 如CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，简称CIS)封装等。现有的 第二类加工方式，往往需要使用多个掩模版，实现穿透硅通孔制造并实现 其与芯片上互连的电连接，工艺复杂，成本较高。为了说明现有的第二类 加工方式存在的问题，现在给出现有技术的两个实例。

作为第一个实例，美国专利US7300857B2公开了一种集成方法，其 在芯片正面焊盘位置首先刻蚀介质层露出金属焊盘，再次刻蚀金属焊盘， 并以金属焊盘为掩模刻蚀介质层及芯片衬底，获得穿透金属焊盘的通孔， 之后沉积绝缘层，并选择性刻蚀掉金属焊盘表面的绝缘层，接着填充金属 材料，实现穿透硅通孔的制造，并实现其与金属焊盘的电连接。这种加工 方式，由于芯片上焊盘位置没有预定义开孔，需要至少两层掩模版，来制 造穿透硅通孔，并实现其与芯片上金属焊盘的电连接，成本较高。而且这 种方式仅在金属焊盘位置加工穿透硅通孔，所能获得的穿透硅通孔密度与 金属焊盘密度相同，密度较低。

作为第二个实例，Kenji Takahashi等人在文献【Process Integration of  3D Chip Stack with Vertical Interconnection，Proc.2004 IEEE Electronic  Components and Technology Conference，pp.601-609】中提出一种后通孔型 集成方案，其在没有任何金属互连层的位置刻蚀深入到芯片衬底的深孔， 并在对应的顶层互连位置刻蚀连接孔及互连图形，在制造穿透硅通孔的同 时，实现其与芯片上互连层的电连接。这种加工方式需要三层掩模版，分 别对应穿透硅通孔，连接孔及互连图形，所需成本较高。

在实现本发明的过程中，发明人注意到现有技术存在如下缺陷：一方 面所需掩模版数目较多，成本较高，另一方面所能获得的穿透硅通孔密度 受限。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种制造硅通孔的方 法，以降低制造穿透硅通孔的成本，提高其密度。

(二)技术方案