[发明专利]低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法；该互连结构包括至少一正面带有焊垫的芯片，芯片背面形成有对应焊垫的通孔，通孔的底部开口暴露焊垫且尺寸小于焊垫的尺寸；芯片背面及通孔的侧壁上覆盖有绝缘层；通孔的底部开口暴露的焊垫表面上采用化镀的方法形成有一定厚度的金属层；通孔内采用非电镀的方法填充满了导电材料。本发明无需要化镀硅通孔侧壁，并可避免使用深孔物理气相沉积及深孔电镀，具有成本低、工艺简单和可靠性高等优点。

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，具体是涉及一种低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法。

背景技术

随着物联网，智能移动终端小型化、多功能化的需求，、三维集成，特别是基于硅通孔(TSV)的晶圆级封装技术扮演越来越重要的角色。

中国专利201520550505.5提出一种硅通孔互连结构，包括硅基体和若干个硅通孔，所述硅基体的上面设置半导体工艺层，所述硅通孔上下贯穿硅基体，并填充金属形成金属柱，所述金属柱与半导体工艺层形成电气连通，所述金属柱与硅通孔的内壁之间设置钝化层I，在金属柱和钝化层的的下表面设置金属块，金属块将硅通孔完全覆盖，在金属块周围和硅基体的下表面覆盖钝化层II，并设置金属块开口露出金属块的下表面，在钝化层II上选择性的重布线金属层，并在再布线金属层的表面覆盖保护层，开设保护层开口，该方案能够很好的解决之前将金属柱露出采用化学-机械抛光造成的漏电问题，同时提高了封装的可靠性。但是该工艺复杂，成本高，对于不是金属柱的结构不再适用。

中国专利201210570600.2公开了一种基于化学镀镍合金的通孔填充方法及其应用，首先在基体上制备通孔，然后在通孔的侧壁表面上直接或间接地通过化学镀的方法制备化学镀镍合金层，再以化学镀镍合金层作为种子层进行电镀填充。本发明提出一种通过化学镀镍合金作为通孔的阻挡层和电镀的种子层的技术，此技术可以实现阻挡层和种子层的一体化，可以简化传统的工艺流程，大大节省成本；通过化学镀的方法，在高深径比的通孔内可以使镀膜分布更加均匀，有效避免离子溅射方法产生的“盲区”，这有利于获得完整的电镀填充效果。该方法用于微电子三维封装的硅通孔互连技术，或者用于玻璃或树脂基体的通孔连接技术，但是该技术中的通孔侧壁也需要化镀，增加了工艺的难度，可靠性较低。

后通孔(Via last)技术是硅通孔技术中成本较低的方案。主要的工艺步骤包括芯片背面减薄，硅刻蚀，硅背面和侧壁绝缘层制备，焊垫介质层开口，金属填充，植球等工艺。但半导体工业发展一直在追求保证可靠性的前提下，降低成本。后通孔技术也需要进一步降低成本。

目前，主要通过降低3D纵向叠加的高度，并降低TSV所需的孔深，为TSV制造技术的应用减少障碍，降低成本。从降低成本角度看，后通孔(Via last)技术的深孔物理气相沉积，电镀，背面再布线是主要的成本构成。此外，后通孔(Via last)技术形成的硅通孔结构通常是部分填充方式，孔底和焊垫连接部分较薄，容易造成分层、断裂等问题，且无介质层填充保护会导致金属的氧化，腐蚀以及应力造成的失效。

发明内容

为了解决Via last硅通孔的深孔物理气相沉积，电镀，背面再布线的成本过高，以及焊垫连接以及孔填充带来的技术难题和可靠性上述技术问题，本发明提出一种低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法，无需要化镀硅通孔侧壁，并可避免使用深孔物理气相沉积及深孔电镀，具有成本低、工艺简单和可靠性高等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种低成本芯片背部硅通孔互连结构，包括至少一正面带有焊垫的芯片，所述芯片背面形成有对应所述焊垫的通孔，所述通孔的底部开口暴露所述焊垫且尺寸小于所述焊垫的尺寸；所述芯片背面及所述通孔的侧壁上覆盖有绝缘层；所述通孔的底部开口暴露的焊垫表面上采用化镀的方法形成有一定厚度的金属层；所述通孔内采用非电镀的方法填充满了导电材料。

进一步的，所述焊垫的材质是铝、铝合金、铜和铜合金中的一种。