專利名稱：基于硅通孔的三維堆疊封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域的集成技術(shù)，具體地說，涉及一種基于硅通孔的三 維堆疊封裝方法。
背景技術(shù)：
消費(fèi)類產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)、PDA和手機(jī)，以及下一代服務(wù)器等對產(chǎn)品的小 型化要求越來越高功能性要增強(qiáng)、存儲能力要增夫，同時(shí)要縮小存儲'器、處 理器的封裝外形。為滿足這一要求，許多器件生產(chǎn)廠家開始研究三維互連技術(shù)， 把芯片堆疊起來。
目前，基于銅填充硅通孔的三維堆疊封裝技術(shù)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體的生產(chǎn) 過程中?；阢~填充硅通孔的三維封裝方法一般包括如下步驟形成硅通孔； 沉積阻擋層(一般為二氧化硅)；以及沉積銅籽層，然后接通電壓進(jìn)行電極電鍍 銅填充硅通孔的步驟。采用上述封裝方法，需要沉積銅籽的步驟，工藝較復(fù)雜； 且銅籽沉積的均勻性對電鍍影響很大，工藝要求非常高；另外，對深寬比較大 的通孔電鍍時(shí)，開口出容易過早封口，使通孔產(chǎn)生空洞，這樣形成的通孔電阻 大，而且電鍍時(shí)殘留在空洞內(nèi)的物質(zhì)可能產(chǎn)生腐蝕性，影響通孔的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種基于硅通孔的三維堆疊封裝方法，其步 驟簡單且鍵合后的晶圓可靠性高。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于硅通孔的三維堆疊封裝方法， 其包括a.提供待封裝的晶圓，每一晶圓具有若干焊墊；b.在晶圓的正面沉積 阻擋層后，進(jìn)行蝕刻步驟，露出晶圓上的焊墊；c.在對應(yīng)焊墊的位置制作所述 硅通孔；d.采用無電極電鍍向硅通孔內(nèi)填充金屬，填充的金屬一端與焊墊電性 連接，另一端延伸出晶圓的背面形成連接部；e.釆用無電極電鍍在焊墊上電鍍 金屬，電鍍的金屬突出晶圓正面形成連接部；f.利用晶圓鍵合設(shè)備將一晶圓正
面的連接部與另 一 晶圓背面的連接部進(jìn)行鍵合堆疊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于硅通孔的三維堆疊封裝方法通過采用
無電極電鍍方法向硅通孔內(nèi)填充金屬，簡化了封裝步驟；位于硅通孔內(nèi)的填充 金屬密度比較均勻，提高了晶圓堆疊后的可靠性。'


圖l是晶圓沉積阻擋層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是晶圓形成通孔后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是晶圓背面無電極電鍍后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是晶圓正面電鍍后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是兩個(gè)或者多個(gè)晶圓鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下對本發(fā)明基于硅通孔的三維堆疊封裝方法一實(shí)施例結(jié)合附圖的進(jìn)行描 述，以期進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。
請參閱圖1，本發(fā)明的堆疊封裝方法包括如下步驟，首先提供數(shù)個(gè)待封裝的 晶圓。由于每個(gè)晶圓制作硅通孔的步驟都是相同，以下步驟的敘述以晶圓100 為例。晶圓100的正面具有若干焊墊2，在晶圓IOO的正面沉積阻擋層(二氧化 硅)3，然后進(jìn)行蝕刻步驟，露出焊墊2。請參閱圖2，在晶圓的背面鍍光刻膠 (未圖示)，進(jìn)行光刻(曝光、顯影)步驟，形成光刻圖形，然后利用深層反應(yīng) 蝕刻(Deep Reactive Etch)技術(shù)進(jìn)行蝕刻步驟，從晶圓背面向上蝕刻形成硅通 孔4，其在豎直方向上與焊墊2對齊。
為了減少蝕刻硅通孔4的難度，可選擇在蝕刻步驟之前進(jìn)行晶圓減薄步驟。
請參閱圖3，進(jìn)行無電極電鍍步驟，向硅通孔4內(nèi)填充金屬鎳(Ni) 5。鎳 5 —端與焊墊2電性導(dǎo)通，另一端延伸出晶圓背面形成連^t妄部50。該連接部50 呈帽狀，且其頂端距離晶圓背面約2-30微米(um)。為了在后續(xù)步驟中提高數(shù) 個(gè)晶圓鍵合的穩(wěn)定性，連接部50的外表面還鍍有一層作為焊接材料的金屬6。
請參閱圖4,采用無電極電鍍在焊墊2上面電鍍金屬鎳，形成帽狀的連接部 7。連接部7的外表面鍍一層作為焊接材料的金屬8。圖5是兩個(gè)晶圓100、 200 鍵合后的示意圖。采用晶圓鍵合設(shè)備將待封裝晶圓按照圖5所示的方式連接起
來，鍵合方式可以采用熱壓鍵合、熱超聲鍵合以及其他可以應(yīng)用的鍵合方法。
如圖5中所示，晶圓鍵合堆疊后， 一晶圓的背面與另一晶圓的正面之間距離H 至少是3um。采用本發(fā)明公開的堆疊封裝方法，減小了電鍍液體滯留硅通孔的 可能性，提高了晶圓堆疊后的可靠性。
上述填充硅通孔的金屬鎳以及焊墊上面的金屬鎳均可以替換成銅、鈀或者 其他可以應(yīng)用的金屬。上述金屬6、 8可以是金、錫；鉛或者它們混合合金。
上述描述，僅是對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對本發(fā)明的任何限定， 對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述揭示內(nèi)容進(jìn)行簡單修改、添加、
變換，且均屬于權(quán)利要求書中保護(hù)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1. 一種基于硅通孔的三維堆疊封裝方法，其特征在于，該三維堆疊封裝方法包括如下步驟a. 提供待封裝的晶圓，每一晶圓具有若干焊墊；b. 在晶圓的正面沉積阻擋層后，進(jìn)行蝕刻步驟，露出晶圓上的焊墊；c. 在對應(yīng)焊墊的位置制作所述硅通孔；d. 采用無電極電鍍向硅通孔內(nèi)填充金屬，填充的金屬一端與焊墊電性連接，另一端延伸出晶圓的背面形成連接部；e. 采用無電極電鍍在焊墊上電鍍金屬，電鍍的金屬突出晶圓正面形成連接部；f. 一晶圓正面的連接部與另一晶圓背面的連接部進(jìn)行鍵合連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的三維堆疊封裝方法，其特征在于在步驟c制作硅通孔 之前進(jìn)行晶圓減薄步驟。
3. 如權(quán)利要求1所述的三維堆疊封裝方法，其特征在于步驟d和e中的填充 的金屬和電鍍的金屬是鎳或者銅。
4. 如權(quán)利要求1所述的三維堆疊封裝方法，其特征在于所述兩連接部的外表 面均鍍有焊接材料，其是金、錫、鉛或者含有金、錫、鉛中至少兩種的合金。
5. 如權(quán)利要求1所述的三維堆疊封裝方法，其特征在于步驟d中的連接部呈 帽狀，頂端距離晶圓背面2-30um。
6. 如權(quán)利要求1所述的三維堆疊封裝方法，其特征在于進(jìn)行步驟f后，所述 一晶圓正面與所述另 一晶圓背面之間的距離至少是3um。
7. 如權(quán)利要求1所述的三維堆，封裝方法，其特征在于步驟c在步驟b之前進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于硅通孔的三維堆疊封裝方法，涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域的集成技術(shù)。該方法包括提供待封裝的晶圓，每一晶圓具有若干焊墊；在晶圓的正面沉積阻擋層后，進(jìn)行蝕刻步驟，露出晶圓上的焊墊；在對應(yīng)焊墊的位置制作所述硅通孔；采用無電極電鍍向硅通孔內(nèi)填充金屬，填充的金屬一端與焊墊電性連接，另一端延伸出晶圓的背面形成連接部；采用無電極電鍍在焊墊上電鍍金屬，電鍍的金屬突出晶圓正面形成連接部；利用晶圓鍵合設(shè)備將一晶圓正面的連接部與另一晶圓背面的連接部進(jìn)行鍵合堆疊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法通過采用無電極電鍍方法向硅通孔內(nèi)填充金屬，簡化了封裝步驟，且提高了晶圓堆疊后的可靠性。
文檔編號H01L21/02GK101393874SQ200710046259
公開日2009年3月25日 申請日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者朱文淵, 毛劍宏, 章國偉, 靳永剛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司