提高tsv轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)和制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)襯底，襯底的正面和背面布設(shè)有再布線層，在襯底中開(kāi)有連通正面和背面的再布線層的TSV孔，所述TSV孔包括位置對(duì)準(zhǔn)并連通的正面孔和背面孔，正面孔呈上開(kāi)口大、下開(kāi)口小的形狀，背面孔呈上開(kāi)口小、下開(kāi)口大的形狀。進(jìn)一步地，正面孔為倒圓臺(tái)形，背面孔為圓臺(tái)形；或者，正面孔為圓柱形，且上部設(shè)有倒圓臺(tái)狀倒角；背面孔為圓柱形，且下部設(shè)有圓臺(tái)狀倒角。更進(jìn)一步地，TSV孔中填充有導(dǎo)電金屬，TSV孔壁設(shè)有絕緣層和種子層。本發(fā)明可有效的避免電流在TSV和再布線層界面處的急劇偏轉(zhuǎn)，緩解了該界面處電流密度的高度集中，從而降低了應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)，提高了TSV轉(zhuǎn)接板的電遷移可靠性。
【專利說(shuō)明】提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)和制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高密度電子封裝結(jié)構(gòu)，尤其是一種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié) 構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CMOS工藝的不斷推進(jìn)和發(fā)展，晶體管數(shù)量越來(lái)越多，導(dǎo)致互連尺寸越來(lái)越 小，信號(hào)延遲問(wèn)題日趨嚴(yán)重，成為影響系統(tǒng)速度提高的關(guān)鍵因素。采用2. OT/3D集成的芯片 堆疊技術(shù)，將有助于大大減小布線長(zhǎng)度、縮短信號(hào)延遲，降低功耗，同時(shí)又可以縮小芯片尺 寸、從而提高器件的系統(tǒng)性能。硅通孔（TSV)技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)2. OT/3D芯片堆疊的關(guān)鍵 核心技術(shù)之一。然而，該技術(shù)的真正應(yīng)用仍然面臨著諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)，電遷移可靠性問(wèn)題尤 為突出。傳統(tǒng)TSV轉(zhuǎn)接板的結(jié)構(gòu)在TSV和再分布層的界面處，電流方向通常發(fā)生90°C改變， 因此，在此區(qū)域的電流密度高度集中，比TSV內(nèi)部的電流密度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，大大增加了電 遷移可靠性失效的幾率。而且，隨著TSV技術(shù)的發(fā)展，TSV的孔徑、節(jié)距等不斷縮小，深徑比 不斷提高，帶來(lái)了更為嚴(yán)重的TSV電遷移失效問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移 可靠性的結(jié)構(gòu)，可有效的避免電流在TSV和再布線層界面處的急劇偏轉(zhuǎn)，緩解了該界面處 電流密度的高度集中，從而降低了應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)，提高了 TSV轉(zhuǎn)接板的電遷移可靠性。本 發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)襯底，襯底的正面和背面布設(shè)有 再布線層，在襯底中開(kāi)有連通正面和背面的再布線層的TSV孔，所述TSV孔包括位置對(duì)準(zhǔn)并 連通的正面孔和背面孔，正面孔呈上開(kāi)口大、下開(kāi)口小的形狀，背面孔呈上開(kāi)口小、下開(kāi)口 大的形狀。
[0004] 進(jìn)一步地，正面孔為倒圓臺(tái)形，背面孔為圓臺(tái)形?；蛘?，正面孔為圓柱形，且上部設(shè) 有倒圓臺(tái)狀倒角；背面孔為圓柱形，且下部設(shè)有圓臺(tái)狀倒角。
[0005] 更進(jìn)一步地，TSV孔中填充有導(dǎo)電金屬，TSV孔壁設(shè)有絕緣層和種子層。
[0006] 本發(fā)明還提出了一種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下述步 驟： 步驟一，提供襯底，在襯底正面進(jìn)行刻蝕開(kāi)正面孔，正面孔呈上開(kāi)口大、下開(kāi)口小的形 狀； 步驟二，在襯底正面和正面孔內(nèi)壁進(jìn)行絕緣層沉積； 步驟三，在正面的絕緣層上進(jìn)行種子層沉積； 步驟四，在襯底正面進(jìn)行電鍍工藝，使用導(dǎo)電金屬將刻蝕的正面孔完全填充； 步驟五，在襯底正面進(jìn)行CMP工藝，去除襯底正面多余的電鍍材料和種子層、絕緣層； 使得襯底正面平坦化； 步驟六，在襯底正面制作電連接正面孔內(nèi)導(dǎo)電金屬的再布線層，并在再布線層上植焊 球； 步驟七，對(duì)襯底背面進(jìn)行打磨拋光，減薄到需要的厚度； 步驟八，在襯底背面進(jìn)行刻蝕開(kāi)背面孔，背面孔與正面孔的位置對(duì)準(zhǔn)且連通，背面孔呈 上開(kāi)口小、下開(kāi)口大的形狀； 步驟九，采用和襯底正面相同的工藝，進(jìn)行背面的加工，形成襯底背面的結(jié)構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：此種結(jié)構(gòu)可有效的避免電流在TSV和再布線層界面處的急劇 偏轉(zhuǎn)，緩解了該界面處電流密度的高度集中，從而降低了應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)，提高了 TSV轉(zhuǎn)接 板的電遷移可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一的刻蝕開(kāi)正面孔示意圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例一的絕緣層沉積示意圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例一的種子層沉積示意圖。
[0011] 圖4為本發(fā)明的實(shí)施例一的電鍍填孔示意圖。
[0012] 圖5為本發(fā)明的實(shí)施例一的正面進(jìn)行CMP工藝示意圖。
[0013] 圖6為本發(fā)明的實(shí)施例一的正面再布線層和植球不意圖。
[0014] 圖7為本發(fā)明的實(shí)施例一的背面減薄示意圖。
[0015] 圖8為本發(fā)明的實(shí)施例一的刻蝕開(kāi)背面孔示意圖。
[0016] 圖9為本發(fā)明的實(shí)施例一的襯底背面工藝示意圖。
[0017] 圖10?14為本發(fā)明的實(shí)施例二的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019] 如圖9所示，本發(fā)明提出的一種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè) 襯底100,襯底100的正面和背面布設(shè)有再布線層104,在襯底100中開(kāi)有連通正面和背面 的再布線層的TSV孔，所述TSV孔包括位置對(duì)準(zhǔn)并連通的正面孔101和背面孔201，正面孔 101呈上開(kāi)口大、下開(kāi)口小的形狀，背面孔201呈上開(kāi)口小、下開(kāi)口大的形狀。具體地，正面 孔101為倒圓臺(tái)形，背面孔201為圓臺(tái)形。TSV孔中填充有導(dǎo)電金屬300, TSV孔壁設(shè)有絕 緣層102和種子層103。
[0020] 下面結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明提出的上述結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0021] 實(shí)施例一。
[0022] 步驟一，提供襯底100,在襯底100正面進(jìn)行刻蝕開(kāi)正面孔101，正面孔101呈上開(kāi) 口大、下開(kāi)口小的形狀；如圖1所示。
[0023] 此步驟中，襯底100采用常用的硅襯底。此例中，正面孔101為倒圓臺(tái)形，使得正 面孔101的側(cè)壁和襯底100正面的轉(zhuǎn)角大于90度。正面孔101并不直接貫穿至襯底100 的背面。
[0024] 步驟二，在襯底100正面和正面孔101內(nèi)壁進(jìn)行絕緣層102沉積；如圖2所示。
[0025] 絕緣層102的材料為Si02 ; 步驟三，在正面的絕緣層102上進(jìn)行種子層103沉積；如圖3所示。
[0026] 種子層103的材料為銅。
[0027] 步驟四，在襯底100正面進(jìn)行電鍍工藝，使用導(dǎo)電金屬300將刻蝕的正面孔101完 全填充；如圖4所示。
[0028] 此步驟中，電鍍材料選用的導(dǎo)電金屬為銅。
[0029] 步驟五，在襯底100正面進(jìn)行CMP工藝(化學(xué)機(jī)械拋光)，去除襯底正面多余的電鍍 材料和種子層103、絕緣層102 ;使得襯底100正面平坦化；如圖5所示。
[0030] 步驟六，在襯底100正面制作電連接正面孔101內(nèi)導(dǎo)電金屬的再布線層104,并在 再布線層104上植焊球105 ;如圖6所示。
[0031] 再布線層104的制作可采用常規(guī)的現(xiàn)有工藝，如包括：涂覆光刻膠，然后使光刻膠 上顯露出用于制作電鍍線路的圖形，再使用電鍍的方法在光刻膠顯露出的圖形區(qū)中形成電 鍛線路等。
[0032] 步驟七，對(duì)襯底100背面進(jìn)行打磨拋光，減薄到需要的厚度；如圖7所示。
[0033] 此步驟中，對(duì)襯底100背面先研磨，即粗拋光，然后進(jìn)行CMP工藝(化學(xué)機(jī)械拋光)， 進(jìn)行減薄。
[0034] 步驟八，在襯底100背面進(jìn)行刻蝕開(kāi)背面孔201，背面孔201與正面孔101的位置 對(duì)準(zhǔn)且連通，背面孔201呈上開(kāi)口小、下開(kāi)口大的形狀；此例中，背面孔201為圓臺(tái)形。如圖 8所示。
[0035] 步驟九，采用和襯底100正面相同的工藝，進(jìn)行背面的加工，形成襯底100背面的 結(jié)構(gòu)。如圖9所示。
[0036] 此步驟中，在襯底100背面采用和襯底正面相同的工藝進(jìn)行絕緣層、種子層沉積、 電鍍填孔、CMP、再布線、植焊球。
[0037] 實(shí)施例二。
[0038] 實(shí)施例二中，只是正面孔101和背面孔102的形狀加工的與實(shí)施例一不同，其它的 工藝步驟都相同。
[0039] 圖10?14給出了實(shí)施例二襯底正面的前五步驟加工示意圖?？梢钥闯?，正面孔 101為圓柱形，且上部設(shè)有倒圓臺(tái)狀倒角；背面孔201雖然未畫(huà)出，但是根據(jù)和正面孔101 對(duì)稱分布的結(jié)構(gòu)，可以容易想象出背面孔201為圓柱形，且下部設(shè)有圓臺(tái)狀倒角。
【權(quán)利要求】
1. 一種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)襯底（100)，襯底（100)的正面 和背面布設(shè)有再布線層（104)，在襯底（100)中開(kāi)有連通正面和背面的再布線層的TSV孔， 其特征在于： 所述TSV孔包括位置對(duì)準(zhǔn)并連通的正面孔（101)和背面孔（201)，正面孔（101)呈上開(kāi) 口大、下開(kāi)口小的形狀，背面孔（201)呈上開(kāi)口小、下開(kāi)口大的形狀。
2. 如權(quán)利要求1所述的提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)，其特征在于： 正面孔（101)為倒圓臺(tái)形，背面孔（201)為圓臺(tái)形。
3. 如權(quán)利要求1所述的提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)，其特征在于： 正面孔（101)為圓柱形，且上部設(shè)有倒圓臺(tái)狀倒角；背面孔（201)為圓柱形，且下部設(shè) 有圓臺(tái)狀倒角。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性的結(jié)構(gòu)，其特征在于： TSV孔中填充有導(dǎo)電金屬（300)，TSV孔壁設(shè)有絕緣層（102)和種子層（103)。
5. -種提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下述步驟： 步驟一，提供襯底（100)，在襯底（100)正面進(jìn)行刻蝕開(kāi)正面孔（101)，正面孔（101)呈 上開(kāi)口大、下開(kāi)口小的形狀； 步驟二，在襯底（100)正面和正面孔（101)內(nèi)壁進(jìn)行絕緣層（102)沉積； 步驟三，在正面的絕緣層（102)上進(jìn)行種子層（103)沉積； 步驟四，在襯底（100)正面進(jìn)行電鍍工藝，使用導(dǎo)電金屬（300)將刻蝕的正面孔（101) 完全填充； 步驟五，在襯底（100)正面進(jìn)行CMP工藝，去除襯底正面多余的電鍍材料和種子層 (103)、絕緣層（102);使得襯底（100)正面平坦化； 步驟六，在襯底（100)正面制作電連接正面孔（101)內(nèi)導(dǎo)電金屬的再布線層（104)，并 在再布線層（104)上植焊球（105); 步驟七，對(duì)襯底（100)背面進(jìn)行打磨拋光，減薄到需要的厚度； 步驟八，在襯底（100)背面進(jìn)行刻蝕開(kāi)背面孔（201)，背面孔（201)與正面孔（101)的 位置對(duì)準(zhǔn)且連通，背面孔（201)呈上開(kāi)口小、下開(kāi)口大的形狀； 步驟九，采用和襯底（100)正面相同的工藝，進(jìn)行背面的加工，形成襯底（100)背面的 結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求5所述的提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于： 所開(kāi)的正面孔（101)為倒圓臺(tái)形，背面孔（201)為圓臺(tái)形。
7. 如權(quán)利要求5所述的提高TSV轉(zhuǎn)接板電遷移可靠性結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于： 所開(kāi)的正面孔（101)為圓柱形，且上部設(shè)有倒圓臺(tái)狀倒角；背面孔（201)為圓柱形，且 下部設(shè)有圓臺(tái)狀倒角。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104091792SQ201410280447
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】何洪文, 孫鵬, 曹立強(qiáng) 申請(qǐng)人:華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司