晶圓級(jí)芯片tsv封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，該TSV封裝結(jié)構(gòu)包括若干個(gè)芯片單元，每個(gè)芯片單元包括硅層，硅層上形成有若干個(gè)TSV深孔，每個(gè)TSV深孔的底部下方形成有金屬焊墊，且TSV深孔的最大直徑小于金屬焊墊的最小邊長(zhǎng)，硅層、TSV深孔的底部和側(cè)壁上都覆蓋有一層絕緣層，TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)窗口，絕緣層和窗口上覆蓋形成一金屬層，金屬層腐蝕形成設(shè)計(jì)的金屬線路，金屬焊墊通過(guò)金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。本發(fā)明能夠減少成本，提高TSV深孔部位金屬的覆蓋性，從而提高高深寬比TSV深孔的封裝良率。
【專利說(shuō)明】晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體芯片的晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，尤其涉及一種利用銅金屬做聯(lián)通線路和焊盤的晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]晶圓級(jí)封裝(Wafer Level Packaging ;WLP)是IC封裝方式的一種,是整片晶圓生產(chǎn)完成后，直接在晶圓上進(jìn)行封裝，完成之后才切割制成單顆1C。
[0003]目前，在半導(dǎo)體芯片的晶圓級(jí)封裝過(guò)程中，通常采用鋁作為金屬線路和焊盤的材料，但需要形成一定厚度的鋁金屬層才能保證線路順利導(dǎo)通。在一些高深寬比TSV深孔的封裝中，由于鋁金屬的覆蓋性不佳，在濺鍍鋁金屬后，TSV深底部的金屬焊墊上仍無(wú)鋁金屬覆蓋，導(dǎo)致金屬焊墊電路無(wú)法與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，能夠減少成本，提高TSV深孔部位金屬的覆蓋性，從而提高高深寬比TSV深孔的封裝良率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)，包括若干個(gè)芯片單元，每個(gè)芯片單元包括硅層，所述硅層上形成有若干個(gè)TSV深孔，每個(gè)TSV深孔的底部下方形成有金屬焊墊，且所述TSV深孔的最大直徑小于所述金屬焊墊的最小邊長(zhǎng)，所述硅層、所述TSV深孔的底部和側(cè)壁上都覆蓋有一層絕緣層，所述TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)窗口，所述絕緣層和所述窗口上覆蓋形成一金屬層，所述金屬層腐蝕形成設(shè)計(jì)的金屬線路，所述金屬焊墊通過(guò)所述金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述TSV深孔貫穿所述硅層，所述TSV深孔為沿其底部到其開(kāi)口的直徑逐漸變小的斜孔和沿其底部到其開(kāi)口的直徑均相等的直孔中的一種，且所述TSV深孔的深度不大于所述硅層的厚度。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述窗口的直徑不大于所述TSV深孔的底部的直徑；所述窗口的深度不小于所述絕緣層的厚度。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬層包括一層阻擋層和一層銅金屬層，所述銅金屬層位于所述阻擋層背向所述絕緣層的一側(cè)。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬線路包括在所述硅層表面的絕緣層上形成的第一金屬線路、在所述TSV深孔的側(cè)壁的絕緣層上形成的第二金屬線路和在所述窗口內(nèi)形成的第三金屬線路；所述第一金屬線路延伸形成設(shè)定大小的圓形接觸點(diǎn)，所述第二金屬線路覆蓋住所述側(cè)壁上的絕緣層，所述第三金屬線路覆蓋住所述底部上的絕緣層，并透入覆蓋住所述窗口，所述金屬焊墊通過(guò)所述第一、第二、第三金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述阻擋層為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種。
[0012]一種晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括如下步驟:
[0013]I)提供包含若干個(gè)所述芯片單元的晶圓，每個(gè)芯片單元包括硅層，所述硅層的表面上形成有若干個(gè)TSV深孔，且每個(gè)TSV深孔的底部下方形成有金屬焊墊，所述金屬焊墊的最小邊長(zhǎng)大于所述TSV深孔的最大直徑；
[0014]2)通過(guò)物理和化學(xué)方法中一種，在所述硅層接觸到外界空氣的表面上覆蓋一層絕緣層，且所述絕緣層覆蓋住所述TSV深孔的底部和側(cè)壁；
[0015]3)通過(guò)物理和化學(xué)方法中的至少一種，在所述TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)一個(gè)窗口，使所述金屬焊墊與外界可以接觸；
[0016]4)通過(guò)物理和化學(xué)方法中的至少一種，在步驟3形成的絕緣層的表面和所述窗口上沉積形成金屬層，所述金屬層包括先沉積形成的一層阻擋層和在所述阻擋層上沉積形成的一層銅金屬層；
[0017]5)將步驟4所形成的金屬層腐蝕成設(shè)計(jì)的金屬線路，所述金屬線路包括在所述硅層表面的絕緣層上形成的第一金屬線路、在所述TSV深孔的側(cè)壁的絕緣層上形成的第二金屬線路和在所述窗口內(nèi)形成的第三金屬線路；所述第一金屬線路延伸形成設(shè)定大小的圓形接觸點(diǎn)，所述第二金屬線路覆蓋住所述側(cè)壁上的絕緣層，所述第三金屬線路覆蓋住所述底部上的絕緣層，并透入覆蓋住所述窗口，所述金屬焊墊通過(guò)所述第一、第二、第三金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通；
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述阻擋層為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)光刻顯影、藥液腐蝕和干法刻蝕金屬方式中的至少一種將步驟4所形成的金屬層腐蝕成設(shè)計(jì)的金屬線路。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，首先，在晶圓芯片單元的硅層、TSV深孔的底部和側(cè)壁上都覆蓋有一層絕緣層；接著，在TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)窗口，在絕緣層和窗口上覆蓋形成一金屬層，金屬層包括阻擋層和和銅金屬層，阻擋層可為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種；最后，將金屬層腐蝕形成設(shè)計(jì)好的金屬線路，從而使金屬焊墊通過(guò)金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。上述結(jié)構(gòu)中，由于銅的導(dǎo)電性比鋁優(yōu)良，導(dǎo)通電路所需要的銅金屬層厚度要遠(yuǎn)小于鋁金屬層，因此使用銅金屬的綜合成本要小于鋁金屬。此外，對(duì)于深度較大的TSV深孔的濺鍍，銅金屬的覆蓋性要比鋁金屬優(yōu)良，從而也提高了高深寬比TSV深孔的封裝良率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1中A處放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為圖2中B-B向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為圖3中C處放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]結(jié)合附圖，作以下說(shuō)明:
[0026]I——芯片單元 2——TSV深孔
[0027]3——金屬焊墊 4——絕緣層
[0028]5——窗口6——阻擋層
[0029]7——銅金屬層 8——金屬線路
[0030]9——接觸點(diǎn)10——硅層

【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)，包括若干個(gè)芯片單元I，每個(gè)芯片單元包括硅層10，所述硅層上形成有若干個(gè)TSV深孔2，每個(gè)TSV深孔的底部下方形成有金屬焊墊3，且所述TSV深孔的最大直徑小于所述金屬焊墊的最小邊長(zhǎng)，所述硅層、所述TSV深孔的底部和側(cè)壁上都覆蓋有一層絕緣層4，所述TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)窗口 5，所述絕緣層和所述窗口上覆蓋形成一金屬層，所述金屬層腐蝕形成設(shè)計(jì)的金屬線路8，所述金屬焊墊通過(guò)所述金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。
[0032]優(yōu)選的，所述TSV深孔貫穿所述硅層，所述TSV深孔為沿其底部到其開(kāi)口的直徑逐漸變小的斜孔和沿其底部到其開(kāi)口的直徑均相等的直孔中的一種，且所述TSV深孔的深度不大于所述硅層的厚度。
[0033]優(yōu)選的，所述窗口的直徑不大于所述TSV深孔的底部的直徑；所述窗口的深度不小于所述絕緣層的厚度。
[0034]優(yōu)選的，所述金屬層包括一層阻擋層6和一層銅金屬層7，所述銅金屬層位于所述阻擋層背向所述絕緣層的一側(cè)。
[0035]優(yōu)選的，所述金屬線路包括在所述硅層表面的絕緣層上形成的第一金屬線路、在所述TSV深孔的側(cè)壁的絕緣層上形成的第二金屬線路和在所述窗口內(nèi)形成的第三金屬線路；所述第一金屬線路延伸形成設(shè)定大小的圓形接觸點(diǎn)9，所述第二金屬線路覆蓋住所述側(cè)壁上的絕緣層，所述第三金屬線路覆蓋住所述底部上的絕緣層，并透入覆蓋住所述窗口，所述金屬焊墊通過(guò)所述第一、第二、第三金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。
[0036]優(yōu)選的，所述阻擋層為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種。
[0037]—種晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括如下步驟:
[0038]I)提供包含若干個(gè)所述芯片單元的晶圓，每個(gè)芯片單元包括硅層，所述硅層的表面上形成有若干個(gè)TSV深孔，且每個(gè)TSV深孔的底部下方形成有金屬焊墊，所述金屬焊墊的最小邊長(zhǎng)大于所述TSV深孔的最大直徑；
[0039]2)通過(guò)物理和化學(xué)方法中一種，在所述硅層接觸到外界空氣的表面上覆蓋一層絕緣層，且所述絕緣層覆蓋住所述TSV深孔的底部和側(cè)壁；
[0040]3)通過(guò)物理和化學(xué)方法中的至少一種，在所述TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)一個(gè)窗口，使所述金屬焊墊與外界可以接觸；
[0041]4)通過(guò)物理和化學(xué)方法中的至少一種，在步驟3形成的絕緣層的表面和所述窗口上沉積形成金屬層，所述金屬層包括先沉積形成的一層阻擋層和在所述阻擋層上沉積形成的一層銅金屬層；
[0042]5)將步驟4所形成的金屬層腐蝕成設(shè)計(jì)的金屬線路，所述金屬線路包括在所述硅層表面的絕緣層上形成的第一金屬線路、在所述TSV深孔的側(cè)壁的絕緣層上形成的第二金屬線路和在所述窗口內(nèi)形成的第三金屬線路；所述第一金屬線路延伸形成設(shè)定大小的圓形接觸點(diǎn)，所述第二金屬線路覆蓋住所述側(cè)壁上的絕緣層，所述第三金屬線路覆蓋住所述底部上的絕緣層，并透入覆蓋住所述窗口，所述金屬焊墊通過(guò)所述第一、第二、第三金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通；
[0043]優(yōu)選的，所述阻擋層為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種。
[0044]優(yōu)選的，通過(guò)光刻顯影、藥液腐蝕和干法刻蝕金屬方式中的至少一種將步驟4所形成的金屬層腐蝕成設(shè)計(jì)的金屬線路。
[0045]綜上，本發(fā)明晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，首先，在晶圓芯片單元的硅層、TSV深孔的底部和側(cè)壁上都覆蓋有一層絕緣層；接著，在TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)窗口，在絕緣層和窗口上覆蓋形成一金屬層，金屬層包括阻擋層和和銅金屬層，阻擋層可為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種；最后，將金屬層腐蝕形成設(shè)計(jì)好的金屬線路，從而使金屬焊墊通過(guò)金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。上述結(jié)構(gòu)中，由于銅的導(dǎo)電性比鋁優(yōu)良，導(dǎo)通電路所需要的銅金屬層厚度要遠(yuǎn)小于鋁金屬層，因此使用銅金屬的綜合成本要小于鋁金屬。此外，對(duì)于深度較大的TSV深孔的濺鍍，銅金屬的覆蓋性要比鋁金屬優(yōu)良，從而也提高了高深寬比TSV深孔的封裝良率。
[0046]以上實(shí)施例是參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種形式上的修改或變更，但不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)，包括若干個(gè)芯片單元(1)，每個(gè)芯片單元包括硅層(10)，所述硅層上形成有若干個(gè)TSV深孔(2)，每個(gè)TSV深孔的底部下方形成有金屬焊墊(3)，且所述TSV深孔的最大直徑小于所述金屬焊墊的最小邊長(zhǎng)，所述硅層、所述TSV深孔的底部和側(cè)壁上都覆蓋有一層絕緣層(4)，其特征在于:所述TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)有一個(gè)窗口( 5 )，所述絕緣層和所述窗口上覆蓋形成一金屬層，所述金屬層腐蝕形成設(shè)計(jì)的金屬線路(8)，所述金屬焊墊通過(guò)所述金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述TSV深孔貫穿所述硅層，所述TSV深孔為沿其底部到其開(kāi)口的直徑逐漸變小的斜孔和沿其底部到其開(kāi)口的直徑均相等的直孔中的一種，且所述TSV深孔的深度不大于所述硅層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述窗口的直徑不大于所述TSV深孔的底部的直徑；所述窗口的深度不小于所述絕緣層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬層包括一層阻擋層(6)和一層銅金屬層(7)，所述銅金屬層位于所述阻擋層背向所述絕緣層的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬線路包括在所述硅層表面的絕緣層上形成的第一金屬線路、在所述TSV深孔的側(cè)壁的絕緣層上形成的第二金屬線路和在所述窗口內(nèi)形成的第三金屬線路；所述第一金屬線路延伸形成設(shè)定大小的圓形接觸點(diǎn)(9)，所述第二金屬線路覆蓋住所述側(cè)壁上的絕緣層，所述第三金屬線路覆蓋住所述底部上的絕緣層，并透入覆蓋住所述窗口，所述金屬焊墊通過(guò)所述第一、第二、第三金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶圓級(jí)芯片TSV封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述阻擋層為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種。
7.—種如權(quán)利要求5所述的晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)提供包含若干個(gè)所述芯片單元的晶圓，每個(gè)芯片單元包括硅層，所述硅層的表面上形成有若干個(gè)TSV深孔，且每個(gè)TSV深孔的底部下方形成有金屬焊墊，所述金屬焊墊的最小邊長(zhǎng)大于所述TSV深孔的最大直徑； 2)通過(guò)物理和化學(xué)方法中一種，在所述硅層接觸到外界空氣的表面上覆蓋一層絕緣層，且所述絕緣層覆蓋住所述TSV深孔的底部和側(cè)壁； 3)通過(guò)物理和化學(xué)方法中的至少一種，在所述TSV深孔的底部上覆蓋的絕緣層上開(kāi)設(shè)一個(gè)窗口，使所述金屬焊墊與外界可以接觸； 4)通過(guò)物理和化學(xué)方法中的至少一種，在步驟3形成的絕緣層的表面和所述窗口上沉積形成金屬層，所述金屬層包括先沉積形成的一層阻擋層和在所述阻擋層上沉積形成的一層銅金屬層； 5)將步驟4所形成的金屬層腐蝕成設(shè)計(jì)的金屬線路，所述金屬線路包括在所述硅層表面的絕緣層上形成的第一金屬線路、在所述TSV深孔的側(cè)壁的絕緣層上形成的第二金屬線路和在所述窗口內(nèi)形成的第三金屬線路；所述第一金屬線路延伸形成設(shè)定大小的圓形接觸點(diǎn)，所述第二金屬線路覆蓋住所述側(cè)壁上的絕緣層，所述第三金屬線路覆蓋住所述底部上的絕緣層，并透入覆蓋住所述窗口，所述金屬焊墊通過(guò)所述第一、第二、第三金屬線路與外界進(jìn)行電性聯(lián)通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于:所述阻擋層為鈦金屬層和鈦銅合金層中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶圓級(jí)芯片的TSV封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于:通過(guò)光刻顯影、藥液腐蝕和干法刻蝕金屬方式中的至少一種將步驟4所形成的金屬層腐蝕成設(shè)計(jì)的金屬線路。
【文檔編號(hào)】H01L23/48GK104465564SQ201410003908
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】王曄曄, 范俊, 沈建樹(shù), 張春艷, 黃小花, 戴青, 陸明, 廖建亞, 朱琳, 張良 申請(qǐng)人:昆山西鈦微電子科技有限公司