[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体装置及其制造方法，此半导体装置具有环绕硅穿孔电极的环状结构。其制造方法包含接收基板，此基板包含后侧与具有导体的前侧；形成孔洞在该基板中，此孔洞暴露导体；形成沟渠，从后侧延伸至基板中并环绕孔洞；形成第一材料层于孔洞中；以及形成第二材料层于沟渠中。填满第二材料层的沟渠将形成环状结构，而填满第一材料层的孔洞则形成硅穿孔电极。环状结构可降低或消除硅穿孔电极与基板或两相邻硅穿孔电极间的热应力，而达到避免发生裂痕或剥离的效果。

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法，且特别涉及一种具有环绕硅穿孔电极的环状结构的半导体装置及其制造方法。

背景技术

随着半导体产业追求更高性能的需求增加，包装技术已从二维(2D)发展至三维(3D)的晶片封装，从而进一步提高集成电路装置中，电路的密度及性能。

在3D晶片封装中，两个晶片通过导电垫结合在一起，且随后形成的硅穿孔(TSV)电极能连结第一晶片和第二晶片上的导电垫。硅穿孔电极通常由铜或其它导电材料所形成，以提供导电垫间电气连结。然而，由于硅穿孔电极的铜或其它导电材料，与包围硅穿孔电极的基板的材料间，热膨胀系数差异甚大，故会产生热应力，进而导致结构不稳定或产生缺陷。因此，需要进一步改善，以解决上述的问题，并提高半导体装置的性能。

发明内容

根据本发明的一些实施例，提供一种半导体装置，其包含基板，此基板具有前侧与后侧，且后侧具有导体。此半导体装置还包含孔洞及沟渠于基板中，且孔洞穿透基板并暴露导体，而沟渠则从后侧延伸至基板内部，并环绕孔洞。此半导体装置还包含第一材料层于孔洞中，并与导体电性连接；以及第二材料层于沟渠中。

根据本发明的一些实施例，半导体装置还包含衬层于孔洞的侧壁上。

根据本发明的一些实施例，第二材料层与部分衬层的侧壁直接接触。

根据本发明的一些实施例，第二材料层包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、铜、钨或其组合。

根据本发明的一些实施例，部分的基板完全分离沟渠与孔洞。

根据本发明的一些实施例，半导体装置还包含第二衬层于沟渠的侧壁上。

根据本发明的一些实施例，半导体装置还包含凸块于基板的后侧上。

根据本发明的一些实施例，凸块、第一材料层及第二材料层为互相直接接触，且由相同材料所组成。

根据本发明的一些实施例，半导体装置的凸块与基板后侧之间还包含凸块下金属层。

根据本发明的一些实施例，凸块下金属层的底表面与第一材料层和第二材料层的顶表面为共平面。

根据本发明的一些实施例，凸块及第二材料层由相同的材料所制成，以形成插入沟渠的整合凸块。

根据本发明的一些实施例，第一材料层及第二材料层的材料由一种材料所组成，其独立选自组合，该组合包含：钛、铝、铜、铬、银、钨、氧化硅及其组合。

根据本发明的一些实施例，导体为一种结构，选自组合，该组合包含：内连线结构、金属层、闸极电极、前侧硅穿孔电极及其组合。

根据本发明的一些实施例，沟渠与凸块由上而视具有一定形状，独立选自组合，该组合包含：圆形、正方形及正多边形。

根据本发明的一些实施例，提供一种半导体装置的制造方法。此方法包含：接收基板，此基板包含后侧与前侧，且前侧具有导体；形成孔洞于基板中，且暴露导体；形成沟渠，从后侧延伸至基板内部，并环绕通孔；形成第一材料层于孔洞中；以及形成第二材料层于沟渠中。

根据本发明的一些实施例，此方法还包含形成凸块于基板后侧上。

根据本发明的一些实施例，此方法还包含在基板后侧与凸块之间形成凸块下金属层。