專利名稱：半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法，更具體地說，涉及一種對減小半導(dǎo)體器件尺寸有用的技術(shù)。
然而，如果使用插入板，半導(dǎo)體器件的厚度便因那個插入板的厚度而增大，所以最好是盡可能不使用這種插入板，從而滿足近來對減小電子設(shè)備尺寸的需求。
所以，近年來，一直在努力開發(fā)不需要插入板的半導(dǎo)體器件。

圖12A中顯示了相關(guān)技術(shù)中這種半導(dǎo)體器件的截面圖。
相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體器件101主要包含硅基片102而沒有插入板。硅基片102的一個表面102a在其上形成一個電子元件形成層103，它包括晶體管或其他元件。這與通路孔電極墊片110電連接。絕緣膜104防止通路孔電極墊片110或主電極墊片105與硅基片102之間發(fā)生電連接。
半導(dǎo)體元件形成層103和通路孔電極墊片110在其上面疊加了一個SiO2膜106和互連圖案107。SiO2膜106有一個在其中開放的通路孔106a。互連圖案107和通路孔電極墊片110通過這一開口實現(xiàn)電連接。
通路孔電極墊片110具有與其集成的主電極墊片105。再有，主電極墊片105和在它下面的硅基片102有一個在它們當(dāng)中開放的通孔102C。
通孔102C是這類半導(dǎo)體器件的一個特征性特性，所提供的通孔102C把互連圖案107引導(dǎo)到硅基片102的另一表面102b。被引導(dǎo)到另一表面102b的互連圖案107具有焊料塊(solder bump)108，其作用是作為與母板(未畫出)端子位置對齊的外部連接端子。
圖12B是從圖12A的箭頭A的方向看去的半導(dǎo)體器件101的平面圖。為解釋方便，略去了互連圖案107。
通路孔106a是一個寬直徑的圓圈，在它的底部暴露出通路孔電極墊片110。
半導(dǎo)體器件101是通過嵌入一個不同于現(xiàn)有半導(dǎo)體器件(LSI等)109的新結(jié)構(gòu)制成的，如圖12C中的截面所示。如將使用圖12C解釋的那樣，還在現(xiàn)有半導(dǎo)體器件109之處提供主電極墊片105。這個地方原來是焊接導(dǎo)線、接線柱等的地方，是信號輸入和輸出以及供電的地方。
另一方面，通路孔電極墊片110(圖12B)是新的結(jié)構(gòu)之一，在現(xiàn)有半導(dǎo)體器件109中沒有提供。通路孔電極墊片110是新提供的，通過在它上面提供一個寬直徑通路孔106a從而增大了與互連圖案107的接觸面積(圖12A)，并且由于應(yīng)力作用防止與互連圖案脫離，也由于同樣作用防止產(chǎn)生電接觸不良。
以這種方式，在相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體器件中，除了原先存在的主墊片105外，新提供了一個通路孔墊片110作為與互連圖案107電連接的部件，而且，為保證可靠的電連接，在通路孔電極墊片110上方打開了一個寬直徑圓形通路孔106a。
然而，如果新提供了這個通路孔電極墊片110，半導(dǎo)體器件101的平面尺寸變得增大許多。這與減小半導(dǎo)體器件尺寸的趨勢背道而馳。
再有，除了現(xiàn)有的主電極墊片105以外再提供通路孔電極墊片110，需要改變現(xiàn)有半導(dǎo)體器件的設(shè)計，從而給半導(dǎo)體器件制造商(半導(dǎo)體制造商)施加了大的負(fù)擔(dān)。
為實現(xiàn)這一目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包含半導(dǎo)體基片；在該半導(dǎo)體基片的一個表面上形成的電子元件；在那個表面上形成的與該元件電連接的電極墊片；穿過該電極墊片和半導(dǎo)體基片的通孔；至少是在半導(dǎo)體基片的另一表面上、在通孔的內(nèi)壁上以及在電極墊片上形成的絕緣膜；在電極墊片上的絕緣膜中沿著通孔開口邊緣提供的通路孔；以及把電極墊片經(jīng)由通孔和通路孔電引導(dǎo)到半導(dǎo)體基片另一表面的互連圖案。
優(yōu)選地，通路孔是環(huán)形。
另一種作法，優(yōu)選通路孔為弧形并提供多個通路孔。
另一種作法，優(yōu)選通路孔為點形并提供多個通路孔。
優(yōu)選地，通孔的穿過電極墊片部分的直徑大于穿過半導(dǎo)體基片部分的直徑。
優(yōu)選地，電極墊片有含有第一金屬的底電極墊片和含有第二金屬并在底電極墊片上形成的頂電極墊片，該第二金屬與第一金屬相比有較高的熔點。更優(yōu)選地是，這第一金屬是鋁，這第二金屬是銅。
優(yōu)選地，互連圖案還把電極墊片電引導(dǎo)到半導(dǎo)體基片的一個表面。有可能把多個這些半導(dǎo)體器件疊加在一起，并通過外部連接端子把每個底半導(dǎo)體器件和頂半導(dǎo)體器件的相對表面的互連圖案電連接。
在一個實施例中，這些通孔填充與互連圖案電連接的導(dǎo)體。有可能把多個這些半導(dǎo)體器件疊加在一起，并通過外部連接端子把每個底半導(dǎo)體器件和頂半導(dǎo)體器件的相應(yīng)通孔中填充的導(dǎo)體電連接。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包含如下步驟在半導(dǎo)體基片的一個表面上形成電子元件；形成與該半導(dǎo)體基片一個表面上的元件電連接的電極墊片；形成穿過該電極墊片和半導(dǎo)體基片的通孔；在至少是該半導(dǎo)體基片的另一表面、通孔的內(nèi)壁和電極墊片上形成絕緣膜；在絕緣膜上形成圖案，從而沿著通孔開口邊緣形成通路孔以暴露部分電極墊片；在絕緣膜上和在通路孔內(nèi)形成導(dǎo)體膜；以及對導(dǎo)體膜形成圖案以形成互連圖案，該互連圖案把電極墊片經(jīng)由通孔和通路孔電引導(dǎo)到半導(dǎo)體基片的另一表面。
優(yōu)選地，形成通孔的步驟包括如下步驟通過形成圖案在電極墊片中形成第一開口；再用直徑小于第一開口直徑的激光束穿過第一開口進(jìn)行發(fā)射，從而在包括元件的半導(dǎo)體基片中形成第二開口，通孔由第一開口和第二開口確定。
更優(yōu)選地，在形成第一開口的步驟和形成第二開口的步驟之間包括一個研磨半導(dǎo)體基片另一表面的步驟，借以減小半導(dǎo)體基片的厚度。
優(yōu)選地，形成通路孔的步驟是利用激光束使絕緣膜開口來實現(xiàn)的。
更優(yōu)選地，環(huán)形通路孔是在絕緣膜上發(fā)射環(huán)形激光束而形成的。
更優(yōu)選的是，形成電極墊片的步驟包括形成含有第一金屬的底電極墊片和形成含有第二金屬的頂電極墊片的步驟，該第二金屬的熔點高于底電極墊片上的第一金屬的熔點。優(yōu)選的是，使用鋁作為第一金屬，銅作為第二金屬。
在一個實施例中，借助形成互連圖案的步驟，形成了互連圖案，從而使電極墊片也被電引導(dǎo)到半導(dǎo)體基片的一側(cè)。有可能提供步驟準(zhǔn)備多個這種半導(dǎo)體器件，并通過外部連接端子把半導(dǎo)體器件的互連圖案電連接起來，從而使這些半導(dǎo)體器件疊加成多層。
在一個實施例中，該方法包括一個步驟，以在形成導(dǎo)體膜步驟之后用一個與該導(dǎo)體膜電連接的導(dǎo)體填充通孔。有可能提供步驟準(zhǔn)備多個這種半導(dǎo)體器件，并通過外部連接端子把從這多個半導(dǎo)體器件相應(yīng)通孔的開口暴露出來的導(dǎo)體電連接起來，從而使這些半導(dǎo)體器件疊加成多層。
下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個半導(dǎo)體器件具有半導(dǎo)體基片和在該半導(dǎo)體基片的一個表面上形成的電子元件。在該半導(dǎo)體基片的那個表面上形成與這個元件電連接的一個電極墊片。該電極墊片和半導(dǎo)體基片有一個通孔穿過它們。在那個通孔的內(nèi)壁上形成絕緣膜。這一絕緣膜進(jìn)一步形成于該半導(dǎo)體基片的另一表面上和電極墊片上。
在該絕緣膜中，在電極墊片上形成的部分具有一個通路孔。在該半導(dǎo)體器件中提供一個互連圖案把電極墊片經(jīng)由這通路孔和通孔電引導(dǎo)到半導(dǎo)體基片的另一表面。
特別是在本發(fā)明中，由于在通孔的開口邊緣周圍的絕緣膜中提供了通路孔，使得通路孔的開口區(qū)域是固定的，從而實現(xiàn)了互連圖案和電極墊片之間可靠的電連接。由于這一點，在本發(fā)明中，在過去用于固定通過口開口區(qū)域的通路孔電極墊片變?yōu)椴槐匾恕亩拱雽?dǎo)體器件的平面尺寸小于過去的平面尺寸。
再有，通孔的穿過電極墊片部分(以后稱作“第一開口”)的直徑最好做成大于穿過半導(dǎo)體基片部分(以后稱作“第二開口”)的直徑。
根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，與通孔的直徑不論其位置總為常數(shù)時情況相比，有可能延長第一開口和第二開口的近開口端之間的距離，從而能保證在通孔的側(cè)壁在電極墊片和半導(dǎo)體基片之間有足夠的絕緣。
再有，互連圖案可以把電極墊片電引導(dǎo)到半導(dǎo)體基片的一個表面。
在這種情況中，通過沿垂直方向準(zhǔn)備多個這樣的半導(dǎo)體器件，并以外部連接端子使每個底半導(dǎo)體器件和頂半導(dǎo)體器件相對表面的互連圖案實現(xiàn)電連接，從而得到一個三維安裝結(jié)構(gòu)。由于每個半導(dǎo)體器件的平面尺寸比過去要小，所以與過去相比，這一三維安裝結(jié)構(gòu)減小了橫向的擴(kuò)展。
當(dāng)以這種方式疊加這些裝置時，有可能以與互連圖案電連接的導(dǎo)體填充通孔。在這種情況中，從通孔暴露出來的位置處的導(dǎo)體實現(xiàn)互連圖案的功能，所以不再需要形成那些互連圖案，于是能容易地疊加頂、底半導(dǎo)體器件。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法包含如下步驟(a)在半導(dǎo)體基片的一個表面上形成電子元件；(b)在半導(dǎo)體基片的一個表面上形成與該元件電連接的電極墊片；(c)形成穿過該電極墊片和半導(dǎo)體基片的通孔；(d)在至少是該半導(dǎo)體基片的另一表面、通孔的內(nèi)壁和電極墊片上形成絕緣膜；(e)在絕緣膜上形成圖案，從而沿著通孔的開口邊緣形成通路孔，以暴露部分電極墊片；(f)在絕緣膜上和在通路孔內(nèi)形成導(dǎo)體膜；以及(g)對導(dǎo)體膜形成圖案以形成互連圖案，該互連圖案把電極墊片經(jīng)由通孔和通路孔電引導(dǎo)到半導(dǎo)體基片的另一表面。
通路孔是由這些步驟中的步驟(e)沿著絕緣膜中通孔的開口邊緣在電極墊片上形成的。如前文解釋的那樣，由于這一通路孔的形成，在本發(fā)明中不需要使用通路孔電極墊片。
再有，步驟(c)(形成通孔的步驟)可以進(jìn)一步包括如下步驟(c1)通過形成圖案在電極墊片中形成第一開口；(c2)用直徑小于第一開口直徑的激光束穿過第一開口進(jìn)行發(fā)射，從而在包括電子元件的半導(dǎo)體基片中形成第二開口。
請注意，當(dāng)使用這些步驟時，通孔由第一開口和第二開口確定。
根據(jù)步驟(c1)和(c2)，由于是在形成第一開口之后以其直徑小于第一開口直徑的激光束穿過第一開口進(jìn)行發(fā)射，所以能防止該激光束接觸第一開口和蒸發(fā)電極墊片材料，于是，半導(dǎo)體基片和電極墊片由于被蒸發(fā)的材料使其電連接的危險性減小了。
再有，根據(jù)上述步驟，得到這樣一種結(jié)構(gòu)，在其中第一開口的直徑大于第二開口的直徑。如已解釋的那樣，這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是足以保證在電極墊片和半導(dǎo)體基片之間在其通孔的側(cè)壁處的絕緣性。
再有，在步驟(c1)和(c2)之間可以包括一個研磨半導(dǎo)體基片另一表面的步驟，以減小半導(dǎo)體基片的厚度。
根據(jù)這一點，由于在形成第二開口之前半導(dǎo)體基片的厚度被減小，便有可能以短時間發(fā)射激光束來形成第二開口，從而減小了由于激光束的發(fā)射引起的對半導(dǎo)體基片的熱損傷。再有，由于激光束的工作深度變淺，所以減小了由激光束造成的材料蒸發(fā)量，從而減小了蒸發(fā)以及在通孔中沉積的材料量。由于這一點，有可能清潔地形成通孔。
再有，步驟(e)(在絕緣膜中形成通路孔的步驟)可以用激光束在絕緣膜上開口來實現(xiàn)。
特別是，當(dāng)形成環(huán)形通路孔時，最好是在絕緣膜上發(fā)射環(huán)形激光束。這樣做的理由是，當(dāng)發(fā)射環(huán)形激光束時，使激光束的轉(zhuǎn)動軸在通孔處對位，便足以完成激光源和絕緣膜的定位，由此得到的好處是與對每個點定位并一次對一點發(fā)射激光束的情況相比縮短了過程的時間。
再有，本發(fā)明不限于發(fā)射環(huán)形激光束。當(dāng)用激光束形成通路孔時，步驟(b)(形成電極墊片的步驟)可以包括如下步驟(b1)形成包含第一金屬的底電極墊片，以及(b2)形成包含第二金屬的頂電極墊片，該第二金屬的熔點高于底電極墊片上的第一金屬的熔點。
根據(jù)這些步驟，該電極墊片成為底電極墊片和頂電極墊片的雙層結(jié)構(gòu)。再有，底電極墊片受到熔點較高的頂電極墊片的保護(hù)。
當(dāng)用激光束在絕緣膜中形成通路孔時，激光束得要穿過該絕緣膜，但是，如上文解釋的那樣，由于高熔點的頂電極墊片所給予的保護(hù)，從而使穿過絕緣膜的激光束免予也穿過電極墊片。
圖1A、1B和1C是根據(jù)本發(fā)明一個最佳實施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖1B是圖1A的圓圈1B中的區(qū)域的放大圖，而圖1C是圖1B的圓圈1C中的區(qū)域的放大圖。
如圖中所示，半導(dǎo)體器件215具有硅基片201(半導(dǎo)體基片)。這一硅基片201的一個表面201a形成半導(dǎo)體元件形成層202，在其中構(gòu)建晶體管或其他電子元件。再有，半導(dǎo)體元件形成層202有一個電極墊片211在其上面。盡管沒有畫出，電極墊片211是與半導(dǎo)體元件形成層202中的元件電連接的。電極墊片211和硅基片201有元件形成層202插在它們之間。參考數(shù)字204指出一個鈍化層，用于保護(hù)半導(dǎo)體元件形成層202。該層包含例如SiO2。
參考數(shù)字212指出一個穿過電極墊片211和硅基片201的通孔。在它的內(nèi)壁上形成SiO2膜209(絕緣膜)。還在硅基片201的另一表面201b上和在電極墊片211上形成SiO2膜209。
在電極墊片211上的SiO2膜209具有通路孔209a，這是本發(fā)明的特征性特性。電極墊片211和SiO2膜上的互連圖案214通過這一通路孔209a實現(xiàn)電連接。
圖2A至2D是圖1A至1C所示半導(dǎo)體器件的平面圖，是從圖1A的箭頭A方向看到的(從硅基片201的一個表面201a看到的)，顯示出通路孔209a的各種實例。請注意，在這些圖中，為例于觀察通過209a，略去了互連圖案214。
通路孔209a由互連圖案214電引導(dǎo)出底電極墊片211，從而自然地形成于電極墊片211上。向電極墊片211提供的是已存在的半導(dǎo)體器件。就是說，在本發(fā)明中互連圖案214電連接于已存在的電極墊片211。沒有象相關(guān)技術(shù)中那樣提供和連接單獨的通路孔電極墊片。
如圖2A中所示，所提供的通路孔209a是沿著通孔212開口邊緣的環(huán)形通路孔，從而保證有足夠的開口區(qū)域用于可靠地電連接互連圖案214，所以不需要像過去那樣單獨提供通路孔電極墊片。
這樣，在本發(fā)明中，由于不需要通路孔電極墊片，使半導(dǎo)體器件215的平面尺寸能做得比過去少了那個通路孔電極墊片的量。
請注意，如圖2A中所示，電極墊片211的平面形狀基本上是正方形，每個側(cè)邊的長度為例如100μm。然而，電極墊片211的平面形狀和大小不限于這些。電極墊片211的平面形狀和尺寸可以自由地設(shè)定。環(huán)形通路孔209a的寬度是例如5至10μm左右，但本發(fā)明不限于此。
代替圖2A的環(huán)形通路孔209a，甚至有可能由圖2B至2D所示通路孔209a來得到同樣的好處。
圖2B是提供沿通孔212開口邊緣的弧形通路孔209a的舉例?；⌒瓮房?09a不需要是單一孔。有可能提供多個孔，如圖2C中所示。
圖2D是提供沿通孔212開口邊緣的多個點形通路孔209a的舉例。
通路孔209a的形狀不限于上述那些。重要的是沿著通孔212的開口邊緣提供通路孔209a。利用按這種方式提供的通路孔209a，能得到本發(fā)明的上述好處。
再參考圖1B。通孔212由第一開口208和第二開口201C確定的。其中，第一開口208是通孔電極墊片211的那部分，而第二開口201C是穿過硅基片201的那部分。
在本發(fā)明中，第一開口208的直徑R1被做成大于第二開口201C的直徑R2。具體地說，R1約為50至70μm，而R2被做成小于R1，或者約25至50μm。重要的是，R1＞R2。本發(fā)明不限于上述數(shù)據(jù)。
根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，與直徑R1和R2相同的情況相比，有可能延長第一開口208和第二開口201C的近開口端208a和201d之間的距離D1(圖1C)。所以，有可能保證在電極墊片211和硅基片201之間在通孔212的側(cè)壁處有足夠的絕緣。請注意，當(dāng)絕緣性不是一個特別的問題時，直徑R1和R2也可做成相同的。
在圖示的例子中，第二開口201C形成削尖的形狀，但如下文解釋的那樣，這是由于用激光束形成第二開口201C的結(jié)果。該形狀不限于削尖的一種。例如，即使形成直立形第二開口201C，也能得到本發(fā)明的那些好處。
再有，在圖示的例子中，通孔212是空的，但如圖10中所示，還可能以一個與互連圖案214電連接的導(dǎo)體217填充通孔212。作為這種情況中的導(dǎo)體217，它是例如銅。
另一方面，如果注意到圖1A中所示互連圖案，它是在SiO2膜209上形成并穿過通孔212延伸到硅基片201的另一表面201b?；ミB圖案214的作用是經(jīng)由通路孔209a和通孔212把電極墊片211與另一表面201b電連接。
以這種方式引導(dǎo)出的互連圖案214的預(yù)定位置具有焊料塊210作為外部連接端子。然而，這些外部連接端子不限于焊料塊210。也可以使用柱狀塊或其他已知的外部連接端子。
在焊接塊210緊靠在母板(未畫出)端子墊片的狀態(tài)下使焊料塊210軟熔(reflow)，從而使半導(dǎo)體器件215電連接和機(jī)械連接到母板上。
半導(dǎo)體器件215可以按這種方式單獨使用，或者如上文解釋的那樣疊加使用。
圖3是半導(dǎo)體器件215的平面圖，是從圖1A的A側(cè)看到的。
在表面201a上形成的互連圖案214具有端子部分214a。所提供的端子部分214a把電極墊片211電引導(dǎo)到硅基片201的表面201a。當(dāng)垂直疊加多個半導(dǎo)體器件215時，正是由半導(dǎo)體器件215提供的焊料塊210這一部分被焊接在一起。然而，當(dāng)不需要疊加時，則不需要提供端子部分214a。
以這種方式疊加的半導(dǎo)體器件215的截面圖示于圖4。如圖4中所示，每個頂半導(dǎo)體器件和底半導(dǎo)體器件215的相對表面的互連圖案214通過焊料塊210實現(xiàn)電連接。這種結(jié)構(gòu)是由疊加多個半導(dǎo)體器件得到的三維安裝結(jié)構(gòu)。每個半導(dǎo)體器件215的平面尺寸小于相關(guān)技術(shù)中的情況，所以在這一三維結(jié)構(gòu)中，與相關(guān)技術(shù)相比有可能保護(hù)減小橫向擴(kuò)展。這對近年來追求的使半導(dǎo)體組件具有更高的密度和更小的尺寸是有貢獻(xiàn)的。
請注意，當(dāng)如圖10所示以導(dǎo)體217填充通孔212時，從通孔212的開口212a暴露出來的導(dǎo)體部分217a能用于代替端子部分214a，于是端子部分214a和互連圖案214在具有焊料塊210處的部分便不需要了，而且半導(dǎo)體器件215能容易地被疊加。圖11中給出以這種方式疊加的情況中半導(dǎo)體器件215的截面圖。
下面將參考圖5A至5Q解釋上述半導(dǎo)體器件215的生產(chǎn)方法。圖5A至5Q是在不同生產(chǎn)步驟中半導(dǎo)體器件的截面圖。
首先，如圖5A中所示，準(zhǔn)備一個硅基片201(半導(dǎo)體基片)。這一硅基片201是為得到大量半導(dǎo)體器件所使用的基片(晶片)。
接下來，如圖5B中所示，在硅基片201的一個表面201a上形成一個晶體管或其他電子元件。在該圖中，參考數(shù)字202顯示一個半導(dǎo)體元件形成層，在那里形成半導(dǎo)體元件。
接下來，如圖5C中所示，在電子元件形成層202上形成一個含有鋁(第一金屬)的膜(未畫出)，這個膜被形成圖案，以構(gòu)成底電極墊片203。底電極墊片203的厚度約1μm。請注意，不用鋁而用銅構(gòu)成底電極墊片203也是可能的。
由于底電極墊片203和硅基片201有半導(dǎo)體元件形成層202插入它們之間，所以底電極墊片203位于硅基片201之上但不與硅基片201接觸。再有，所形成的底電極墊片203與半導(dǎo)體元件形成層202中的一個互連層電連接，盡管圖中沒有具體顯示出來。
接下來，如圖5D中所示，底電極墊片203和半導(dǎo)體元件形成層202在它們上面形成含有SiO2等的鈍化層204。然后對這一鈍化層204形成圖案，以形成開口204a，在那里暴露出底電極墊片203。
請注意，能從半導(dǎo)體制造商那里得到處于圖5D中所示狀態(tài)的產(chǎn)品。如圖5D中所示，所形成的帶有底電極墊片203或半導(dǎo)體元件形成層202及鈍化層204等的半導(dǎo)體基片201是通常由半導(dǎo)體制造商生產(chǎn)的通用基片。底電極墊片203原本是用作導(dǎo)線連接或焊接外部連接端子(凸塊等)的電極墊片(在相關(guān)技術(shù)舉例中的主電極墊片110)。
接下來，如圖5E中所示，在鈍化層204以及底電極墊片203的被暴露表面上形成含有Cr(鉻)的饋電層205a。饋電層205a是由例如濺射形成的。
接下來，如圖5F中所示，在饋電層205a上涂敷第一光致抗蝕劑206。然后第一光致抗蝕劑206被適當(dāng)?shù)仄毓夂惋@像，形成第一抗蝕劑開口206a，與鈍化層204的開口204a重疊。
接下來，如圖5G中所示，將暴露在第一抗蝕劑開口206a中的饋電層205a浸入電鍍?nèi)芤?未畫出)中，在這種狀態(tài)下向饋電層205a供給電流，從而形成電鍍的銅層205b。
接下來，如圖5H中所示，去掉第一光致抗蝕劑206，然后有選擇地蝕刻先前在第一光致抗蝕劑206下形成的饋電層205a以便去掉它。利用到此為止的各步驟，完成了含有饋電層205a和電鍍銅層205b的頂電極墊片205。頂電極墊片205的厚度約為1至25μm。
請注意，頂電極墊片205主要含有銅(第二金屬)，它熔點高于構(gòu)成底電極墊片203的鋁(第一金屬)。
再有，在本實施例中，底電極墊片203和頂電極墊片205形成電極墊片211。
接下來，如圖5I中所示，在鈍化層204上和電極墊片211的暴露表面上形成第二光致抗蝕劑207。再有，光致抗蝕劑207被曝光和顯像，形成暴露電極墊片211的第二開口207a。
接下來，如圖5J中所示，光致抗蝕劑207用作蝕刻掩模以使電極墊片211形成圖案并在電極墊片211中形成第一開口208。在這種情況中的蝕刻是例如化學(xué)蝕刻或等離子體蝕刻。請注意，第一開口的直徑R1約50至70μm，但應(yīng)根據(jù)電極墊片211的直徑適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。
接下來，如圖5K中所示，硅基片201的另一表面201b被研磨以把硅基片201的厚度減至大約50至150μm。通過這一步驟，得到的好處是其后完成的半導(dǎo)體器件變薄了，但當(dāng)半導(dǎo)體器件不必做得薄時，這一步驟可以略去。
接下來，如圖5L中所示，其直徑小于第一開口208的直徑R1的激光束穿過第一開口208發(fā)射。作為激光的一個例子，有UV激光、YAG激光、或激元(excimer)激光。被激光束撞擊的部分蒸發(fā)，從而在硅基片201中形成第二開口201C。這個第二開口201C的直徑R2約為25至50μm。再有，通孔212由第一開口208和第二開口201C確定。
在形成第一開口208之后，用其直徑小于直徑R1的激光束進(jìn)行射擊，從而使激光束免于接觸第一開口208和蒸發(fā)電極墊片211的材料(鋁或銅)，從而使蒸發(fā)的材料沉積在通孔212的側(cè)壁和使硅基片201與電極墊片211電連接的危險性減小。
此外，得到了一個結(jié)構(gòu)，其中第一開口208的直徑R1大于第二開口201C的直徑R2。如上文解釋的那樣，這一結(jié)構(gòu)的好處是能足以保證在通孔212的側(cè)壁處電極墊片211和硅基片201之間的絕緣。
再有，由于在形成第二開口201C之前在圖5K的步驟減小了硅基片201的厚度，因此有可能以短時間激光束射擊形成第二開口201C，于是能減小由于激光束造成的對硅基片201的熱損傷。
再有，由于激光束的工作深度變淺，使被激光束蒸發(fā)的硅量減小，于是減小了被蒸發(fā)和在通孔212中沉積的硅量。由于這一點，有可能清潔地形成通孔212。
請注意，當(dāng)熱損傷或硅在通孔212中的沉積不是一個問題時，圖5K的步驟(減小硅基片201厚度的步驟)可以略去。
再有，盡管圖中所示第二開口201C是削尖的，這是因為由聚焦透鏡(未畫出)把激光束聚焦到一點而不是使用平行光激光束造成的。第二開口201C并不一定要是削尖形狀的。例如，即使第二開口201C形成直立形狀，也能得到本發(fā)明的優(yōu)點。
再有，如圖5L中所示，可以從硅基片201的另一表面201b發(fā)射激光束而不是穿過第一開口208發(fā)射激光束，由此來形成第二開口201C。即使當(dāng)這樣做時，也同樣可能防止被激光蒸發(fā)的硅沉積在電極墊片211上。
還有，可在圖5K和圖5L的步驟之間進(jìn)行圖9中所示步驟。在這一步驟中，在鈍化層204上，在電極墊片211上，在第一開口208的側(cè)壁上，以及在從第一開口208暴露出來的半導(dǎo)體元件形成層202上，形成SiO2膜或其他保護(hù)膜216。在進(jìn)行圖5L的激光處理時，如果由于激光束而發(fā)生碎屑或毛刺，則把它們清除掉(等離子體清除或化學(xué)清除)。如果如上述那樣形成了保護(hù)膜216，則可防止在清除時造成電極墊片211或鈍化層204受損傷。
在形成通孔212之后，進(jìn)行圖5M中所示步驟。在這一步驟中，至少在半導(dǎo)體基片201的另一表面201b上，在通孔212的內(nèi)壁上，以及在電極墊片211上，形成SiO2膜209(絕緣膜)。SiO2膜209是通過例如化學(xué)汽相淀積(CVD)形成的。
請注意，如圖所示，為在半導(dǎo)體基片201的兩個主表面上形成SiO2膜209，例如，首先可以只在半導(dǎo)體基片201的表面201a上和在通孔212的側(cè)壁上形成SiO2膜209，然后在另一表面201b上形成SiO2膜209。
接下來，如圖5N中所示，對SiO2膜209形成圖案，從而沿著通孔212的開口邊緣形成通路孔209a暴露部分電極墊片211。通路孔209a的形狀如在已經(jīng)解釋過的圖2A至2D中所示。
作為形成圖2A至2D中所示任何一個通路孔209a的方法，例如，可在SiO2膜209上形成具有與那個形狀對應(yīng)的開口的抗蝕劑(未畫出)，并通過這一開口有選擇地蝕刻SiO2膜。在那時使用的蝕刻技術(shù)是例如化學(xué)蝕刻或等離子體蝕刻。
作為另一種方法，可以在應(yīng)該形成通路孔209a的位置向SiO2膜發(fā)射激光束，使那部分蒸發(fā)，從而形成圖2A至2D的任何一個中所示通路孔209a。
具體地說，為形成如圖2A中所示環(huán)形通路孔209a，用激光束穿孔是適當(dāng)?shù)?。如圖6中所示，這種“穿孔”方法是從一個激光源發(fā)射激光束并圍繞它的軸線轉(zhuǎn)動激光束，從而使該激光束在SiO2膜209上畫出一個環(huán)形。
根據(jù)這一點，當(dāng)按環(huán)形射擊激光束時，只要把轉(zhuǎn)動軸與通孔212對齊，便能完成激光源和SiO2膜209的定位，所以與每點定位并逐點射擊激光束的情況相比，其好處是縮短了過程的時間。
請注意，射擊激光束的方法不限于穿孔。例如，還可能放置一個遮光掩模(未畫出)阻止激光束，其上有一個形狀與通路孔209a對應(yīng)的窗口，由激光束穿過該窗口來打開通路孔209a。
這里，如先前在圖1B中所示，由于電極墊片211被做成雙層結(jié)構(gòu)，有底電極墊片203和頂電極墊片205，所以具有下述好處，不論射擊激光束的方法如何。
通路孔209a是互連圖案213與電極墊片211電連接的地方，所以，為了保證可靠的連接，它必須穿過整個通路。所以，當(dāng)形成通路孔209a從而穿過整個通路時，射擊激光束的功率和時間至少要讓激光束穿過SiO2膜209。在那時，如圖7A和7B中所示，頂電極墊片205的部分205C也最終被激光束蒸發(fā)。然而，底電極墊片203受到頂電極墊片205的保護(hù)，所以激光束將不會穿過底電極墊片203和到達(dá)硅基片201。特別是，主要由銅做成的頂電極墊片205甚至比主要由鋁做成的底電極墊片203的熔點高，所以底電極墊片203能被有效地保護(hù)。
再有，即使當(dāng)?shù)纂姌O墊片203由銅構(gòu)成時，也可能通過增大頂電極墊片205的厚度來保護(hù)底電極墊片203免受激光束。就是說，即使當(dāng)?shù)纂姌O墊片203和頂電極墊片205為相同材料時，通過形成厚的頂電極墊片205和把電極墊片211做成這種雙層結(jié)構(gòu)，能保護(hù)底電極墊片203免受激光束。
當(dāng)然，如果調(diào)節(jié)激光束功率和射擊時間，從而使底電極墊片205不被穿透，則形成頂電極墊片205的步驟(圖5E至5H的步驟)便沒有必要。類似地，當(dāng)以蝕刻形成通路孔209a時，形成頂電極墊片203的步驟是不必要的。
在形成通路孔209a之后，進(jìn)行圖5O中所示步驟。在這一步驟中，在SiO2膜209上和在通路孔209a中形成導(dǎo)體膜213。導(dǎo)體膜213的厚度約1至20μm。
如圖5P中所示，導(dǎo)體膜213包含由濺射形成的Cr(鉻)膜213a、也由濺射在它上面形成的銅膜213b以及使用Cr(鉻)膜213a和銅膜213b作為饋電層形成的電鍍銅膜213c。然而，導(dǎo)體膜213的結(jié)構(gòu)不限于這樣。例如，也可能由濺射形成鋁膜并用這鋁膜作為導(dǎo)體膜213。另一種作法是，可能由濺射形成Cr(鉻)膜，然后由無電涂敷或電鍍在Cr(鉻)膜上形成Cu(銅)、Ni(鎳)、Au(金)或其他膜，用作導(dǎo)體膜213。
請注意，在圖示的例子中，通孔212是中空的，但本發(fā)明不限于此。例如，也可能如圖10的放大截面圖所示，通過應(yīng)用厚電鍍銅膜213c，以含銅導(dǎo)體217填充通孔212的內(nèi)部。
填充方法不限于上述方法。例如，也可能形成導(dǎo)體膜213使其厚度達(dá)到約1至20μm，然后形成一個抗鍍層(plating resist layer)，該層有一個開口只暴露通孔212的側(cè)壁，并以電解銅鍍敷該側(cè)壁，從而以銅填充通孔212。在這一方法中，導(dǎo)體膜213沒有變厚，所以有可能在其后的步驟中對導(dǎo)體層213精細(xì)地形成圖案。請注意，不管用什么方法，導(dǎo)體217應(yīng)與導(dǎo)體膜213電連接。
接下來，將解釋不填充導(dǎo)體217的情況，但即使當(dāng)填充導(dǎo)體217的時候也可使用同樣的步驟。
在形成導(dǎo)體膜213之后，如圖5Q中所示，對導(dǎo)體膜213形成圖案，以形成互連圖案214。互連圖案214是在硅基片201的兩個主要表面201a和201b上形成的。這兩個主要表面201a和201b上的互連圖案214通過通孔212電連接。
接下來，如圖1A中所示，對硅基片201的另一表面201b上的互連圖案214的預(yù)定位置提供焊料塊210用作外部連接端子，然后該基片被切塊，從而完成如圖1A所示的半導(dǎo)體器件。
所完成的半導(dǎo)體器件215可以單獨安裝在母板(未畫出)上，或者可以疊加。
當(dāng)把它們疊加時，如在圖3中解釋的那樣，在互連圖案214處提供端子部分214a。如圖8中所示，準(zhǔn)備了多個已完成的半導(dǎo)體器件215。
接下來，如圖4中所示，在焊料塊210緊靠在底半導(dǎo)體器件215的端子部分214a的狀態(tài)下使焊料塊210軟熔。在軟熔之后，焊料塊210的溫度下降，從而完成含有大量疊加的半導(dǎo)體器件215的有三維安裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體模塊。
再有，當(dāng)以導(dǎo)體217填充通孔212時，如圖11中所示，從通孔212的開口212a暴露出來的部分導(dǎo)體217a起到上述端子部分214a的作用，于是端子部分214a和提供焊料塊210的位置處的互連圖案都不必要了。
概括本發(fā)明的效果，如前文解釋的那樣，在絕緣膜中沿著通孔的開口邊緣提供通路孔，以保證通路孔有足夠的開口區(qū)域和可靠地實現(xiàn)互連圖案與電極墊片的電連接。由于這一點，在本發(fā)明中，在過去為保證通過口開口區(qū)域而使用的通路孔電極墊片變?yōu)椴槐匾?，從而能使半?dǎo)體芯片的平面尺寸比過去少。
再有，通孔能做成在穿過電極墊片部分的直徑大于在穿過半導(dǎo)體基片的部分的直徑。如果這樣做了，則能在通孔的側(cè)壁足以保證電極墊片和半導(dǎo)體基片之間的絕緣。
盡管為了演示的目的已參考選出的特定實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本領(lǐng)域技術(shù)人員能對其做出大量修改而不脫離本發(fā)明的基本概念的和范圍。
這里公開的內(nèi)容涉及日本專利申請2001-180891號(2001年6月14日提交)中包含的內(nèi)容，它所公開的內(nèi)容在這里明確地全部納入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包含半導(dǎo)體基片；在所述半導(dǎo)體基片一個表面上形成的電子元件；在所述一個表面上形成的并與所述電子元件電連接的電極墊片；穿過所述電極墊片和所述半導(dǎo)體基片的通孔；在至少是所述半導(dǎo)體基片的另一表面上、所述通孔的內(nèi)壁以及所述電極墊片上形成的絕緣膜；在所述電極墊片上的所述絕緣膜中沿所述通孔的開口邊緣提供的通路孔；以及互連圖案，通過所述通孔和所述通路孔把所述電極墊片電引導(dǎo)到所述半導(dǎo)體基片的另一表面。
2.如權(quán)利要求1中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述通路孔是環(huán)形的。
3.如權(quán)利要求1中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述通路孔是弧形的。
4.如權(quán)利要求3中提出的半導(dǎo)體器件，其中提供多個所述通路孔。
5.如權(quán)利要求1中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述通路孔是點形的，并提供多個所述通路孔。
6.如權(quán)利要求1中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述通孔在穿過所述電極墊片部分的直徑大于在穿過所述半導(dǎo)體基片部分的直徑。
7.如權(quán)利要求1中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述電極墊片有含有第一金屬的底電極墊片和在所述底電極墊片上形成的含有第二金屬的頂電極墊片，該第二金屬的熔點比所述第一金屬的熔點高。
8.如權(quán)利要求7中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述第一金屬是鋁，所述第二金屬是銅。
9.如權(quán)利要求1中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述互連圖案還把所述電極墊片電引導(dǎo)到所述半導(dǎo)體基片的一個表面。
10.一個半導(dǎo)體模塊，包含多個如權(quán)利要求9中提出的半導(dǎo)體器件，它們疊加在一起，并通過外部連接端子使每個底半導(dǎo)體器件和頂半導(dǎo)體器件的相對表面的互連圖案電連接。
11.如權(quán)利要求1中提出的半導(dǎo)體器件，其中所述通孔以導(dǎo)體填充，該導(dǎo)體與所述互連圖案電連接。
12.一個半導(dǎo)體模塊，包含多個如權(quán)利要求11中提出的半導(dǎo)體器件，它們疊加在一起，并通過外部連接端子使每個底半導(dǎo)體器件和頂半導(dǎo)體器件的相應(yīng)通孔中填充的導(dǎo)體電連接。
13.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包含如下步驟在半導(dǎo)體基片的一個表面上形成電子元件；在該半導(dǎo)體基片的所述一個表面上形成與所述電子元件電連接的電極墊片；形成穿過所述電極墊片和所述半導(dǎo)體基片的通孔；在至少是所述半導(dǎo)體基片的另一表面、所述通孔的內(nèi)壁和所述電極墊片上形成絕緣膜；在絕緣膜上形成圖案，從而沿著所述通孔的開口邊緣形成通路孔，以暴露部分所述電極墊片；在所述絕緣膜上和所述通路孔中形成導(dǎo)體膜；以及對所述導(dǎo)體膜形成圖案以形成互連圖案，該互連圖案把所述電極墊片經(jīng)由所述通孔和所述通路孔引導(dǎo)到所述半導(dǎo)體基片的另一表面。
14.如權(quán)利要求13中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中所述形成通孔的步驟包括如下步驟通過形成圖案在所述電極墊片中形成第一開口以及通過所述第一開口發(fā)射激光束，從而在包括所述電子元件的半導(dǎo)體基片中形成第二開口，該激光束的直徑小于所述第一開口的直徑，所述通孔由所述第一開口和所述第二開口確定。
15.如權(quán)利要求14中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中在形成第一開口的步驟和形成第二開口的步驟之間包括一個研磨該半導(dǎo)體基片另一表面的步驟，以減小半導(dǎo)體基片的厚度。
16.如權(quán)利要求13中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中形成通路孔的步驟是以激光束在所述絕緣膜上開口來實現(xiàn)的。
17.如權(quán)利要求16中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述絕緣膜上發(fā)射環(huán)形激光束，從而形成環(huán)形通路孔。
18.如權(quán)利要求16或權(quán)利要求17中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中所述形成電極墊片的步驟包括形成包含第一金屬的底電極墊片和形成包含第二金屬的頂電極墊片的步驟，該第二金屬的熔點高于所述底電極墊片上的所述第一金屬的熔點。
19.如權(quán)利要求18中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，使用鋁作為所述第一金屬，使用銅作為所述第二金屬。
20.如權(quán)利要求13中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中通過形成所述互連圖案的步驟形成所述互連圖案，從而也把所述電極墊片電引導(dǎo)到所述半導(dǎo)體基片的所述一個表面。
21.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體模塊的方法，包含如下步驟準(zhǔn)備多個由權(quán)利要求20中提出的方法生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件，以及通過外部連接端子電連接所述半導(dǎo)體器件的互連圖案，從而把所述半導(dǎo)體器件疊加成多層。
22.如權(quán)利要求13中提出的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包括形成所述導(dǎo)體膜后以導(dǎo)體填充所述通孔的步驟，該導(dǎo)體與所述導(dǎo)體膜電連接。
23.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體模塊的方法，包含如下步驟準(zhǔn)備多個由權(quán)利要求20中提出的方法生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件，以及通過外部連接端子電連接從所述多個半導(dǎo)體器件相應(yīng)通孔的開口暴露出來的導(dǎo)體，從而把所述半導(dǎo)體器件疊加成多層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，使主電極墊片能與互連圖案可靠地電連接，無需除已有主電極墊片之外再單獨提供通路孔使用的電極墊片，該半導(dǎo)體器件具有硅基片(半導(dǎo)體基片)、在該硅基片的一個表面上形成的電子元件形成層、與該電子元件形成層電連接的電極墊片、穿過該電極墊片和硅基片的通孔、在該電極墊片上的SiO
文檔編號H01L23/52GK1392610SQ0212134
公開日2003年1月22日 申請日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者真篠直寬, 東光敏 申請人:新光電氣工業(yè)株式會社