[发明专利]半导体元件、制作方法及其堆叠结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，且特别是涉及一种具有直通硅晶穿孔的半 导体元件，其制作方法及堆叠结构。

背景技术

随着集成电路与半导体工业技术的快速发展，各种电子元件的制作工艺 整合密度的持续增加，其中整合密度的增进来自于最小特征尺寸(minimum featuresize)的缩小化，使得更多的元件可整合在有限的芯片面积上。虽然 光刻制作工艺在二维集成电路的制作上已有显著的发展，但在二维集成电路 上所能达到的元件线路密度有其物理限制。由于随着元件数目的增加，元件 之间的内连线数目也随着显著的增加。当内连线的长度与数目增加时，将造 成电路的电阻电容延迟(RCdelay)和功率损耗(powerconsumption)明显 地上升。因此，电子元件需要新的结构及技术像是三维集成电路(3DIC)来 改善前述的问题。在目前的半导体产业中，三维集成电路的技术指的是将芯 片垂直重叠并以直通硅晶穿孔(Through-SiliconVias，TSVs)技术来连结其 信号，此技术可有效缩短芯片之间的导线距离、缩小元件尺寸并提升运作速 度。

三维集成电路使用直通硅晶穿孔连结集成电路之间的高密度垂直堆叠， 使得两芯片间距只有数十微米的间距。进一步而言，随着焊球封装技术朝更 精细的方向发展，更小的焊球间距意味着每个焊球连接的表面积将更为缩 小。因此，相较于采用更大的焊球、具有更宽松间距的情况，三维集成电路 在产品可靠度测试上所带来的挑战愈趋严峻。前述的情况也使得三维集成电 路制造技术的成本居高不下，尤其是在直通硅晶穿孔的电镀制作工艺上即占 了其中极大部分的制作成本。

发明内容

本发明的目在于提供一种半导体元件，其具有直通硅晶穿孔，以电连接 半导体电子装置内的信号。

本发明的再一目的在于提供一种半导体元件的制作方法，其利用单一步 骤的直通硅晶穿孔电镀的方法同时形成重布线路层、直通硅晶穿孔以及微米 凸块。

本发明的另一目的在于提供一种半导体元件堆叠结构，其具有多个半导 体元件，垂直堆叠于基板上，并且通过多个连接件彼此电连接。

为达上述目的，本发明的一实施例提出一种半导体元件包括一基板、一 重布线路层、多个直通硅晶穿孔、一电镀籽晶层、一防氧化层以及一缓冲层。 基板具有相对的一第一表面与一第二表面，其中该些开孔分别连接第一表面 与第二表面。此外，重布线路层配置于第一表面上。再者，直通硅晶穿孔配 置于开孔内，并且具有相对的一第一端及一第二端，其中每一直通硅晶穿孔 的第一端连接至重布线路层，而第二端突出于第二表面上。电镀籽晶层配置 于每一开孔的孔壁与对应的直通硅晶穿孔之间。此外，防氧化层配置于电镀 籽晶层与对应的直通硅晶穿孔之间，并且覆盖对应的该些直通硅晶穿孔的第 二端。此外，缓冲层覆盖第一表面并且暴露出重布线路层，其中重布线路层 具有一第三表面，而缓冲层具有一第四表面，并且第三表面与第四表面相互 齐平。

本发明的一实施例提出一种半导体元件的制作方法，包括提供一基板， 其中基板具有一第一表面与多个开孔。接着，形成一电镀籽晶层于第一表面 上以及开孔的孔壁上。此外，形成一防氧化层于电镀籽晶层上，并且形成多 个直通硅晶穿孔于对应的开孔中，其中直通硅晶穿孔具有位于第一表面的一 第一端以及相对于第一端的一第二端。接着，形成一重布线路层于第一表面 上，其中直通硅晶穿孔的第一端连接至重布线路层。再者，薄化基板相对于 第一表面的背侧，薄化后的基板具有相对的第一表面与一第二表面，并且每 一直通硅晶穿孔的第二端突出于第二表面上。形成一介电层于第二表面上以 及每一直通硅晶穿孔的第二端上。

本发明的一实施例提出一种半导体元件堆叠结构，其中该堆叠结构包括 一基板、多个半导体元件以及多个连接件。半导体元件相互垂直地堆叠于基 板上，其中每一半导体元件包括多个直通硅晶穿孔以及至少一重布线路层。 此外，直通硅晶穿孔穿设于每一该些半导体元件中，并且至少一重布线路层 配置于其中一个该些半导体元件的一第一表面，并且该至少一重布线路层经 由该第一表面与其中一个半导体元件的该些直通硅晶穿孔连接。多个连接件 配置于直通硅晶穿孔中以及其中一个半导体元件与基板之间，其中每一半导 体元件的直通硅晶穿孔以及重布线路层通过连接件彼此电连接。