具有穿透衬底的通孔的集成电路制造技术

技术编号:8714619 阅读:215 留言:0更新日期:2013-05-17 18:03
一种穿透衬底的通孔(TSV)芯片(200),其包括多个TSV(216),TSV(216)包括外部介电套管(221)和内部金属芯(220)以及凸出的TSV末端(217),凸出的TSV末端端部(217)包括从TSV管芯出现的侧壁。横向于凸出的TSV末端的钝化层(231)在凸出的TSV末端的侧壁的一部分上。在凸出的TSV末端的远侧部分缺少钝化层,从而提供内部金属芯的暴露部分。TSV末端包括球状远侧末端端部(217(a)),其包括第一金属层(241)和第二金属层(242),第一金属层(241)包括除焊料之外的第一金属,并且第二金属层(242)包括覆盖暴露末端部分的除焊料之外的第二金属。球状远侧末端端部覆盖TSV侧壁的一部分并在外部介电套管的最顶表面上方,并具有比在球状远侧末端端部下面的凸出的TSV末端的横截面积大≥25%的最大横截面积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
公开的实施例涉及包括TSV IC的集成电路(1C),该TSV IC包括凸出的TSV的末端。
技术介绍
穿透衬底的通孔(TSV)是从在IC管芯的顶侧半导体表面上形成的导电层级中的一个(例如,接触层级或后段制程金属互连层级中的一个)延伸到其底侧表面从而延伸晶圆的整个厚度的垂直电连接。垂直电路径相对于常规引线结合技术显著缩短,一般导致显著更快的器件操作。在一种布置方式中,TSV作为凸出的TSV末端在IC管芯(这里称为“TSV管芯”)的一侧上终止,例如从TSV管芯的底侧表面凸出。TSV管芯可以面向上或面向下结合,并可以从两个侧面结合,从而使得能够形成堆叠IC器件。尽管TSV可以穿过任何衬底材料形成,但其统称为穿透硅通孔。因为由于在TSV管芯上的面积约束和/或TSV在TSV管芯上的一个或更多层上施加的应力,因此TSV面积一般不可以增加,所以TSV面积经常受限制。对于涉及TSV末端的常规焊料间接接合,由于焊料具有相对低的电迁移(EM)电流限制(例如,常规焊料的通常EM限制电流密度是大约104A/cm2,是Cu或Al的大约百分之一),通过含TSV的接头的EM电流密度一般受在TSV末端和TSV末端上的覆盖焊料之间的分界面面积限制。此外,应用于堆叠管芯组件,相对于在结合到TSV管芯的顶部IC管芯上的邻接结合垫或结合特征显著较小的TSV面积通常限制堆叠管芯组件的总体EM性能。对该EM问题的常规解决方案涉及通过添加另外的背侧金属步骤,或通过形成另外TSV (以提供并行的TSV),从而能够在TSV末端上方添加图案化金属垫,以减小TSV管芯上的已选择TSV中的电流。
技术实现思路
开的示例实施例描述具有包括远侧末端端部的凸出的TSV末端的TSV管芯,在没有在TSV末端上方添加图案化金属垫的增加成本和生产周期或与包括另外的并行TSV关联的管芯面积损失的情况下,该远侧末端端部可以解决在上面描述的EM问题。本专利技术人也已认识到公开的实施例在焊料间接接合的情况下避免或至少显著延迟TSV的内部金属芯由于与覆盖的Sn基焊料一起形成金属间化合物(MO导致的消耗,这帮助防止外部介电套管的MC引起的破裂,该破裂可以在TSV管芯上(尤其是凸出的TSV末端离开芯片底侧的点附近)导致故障(例如漏泄或短路)。远侧末端端部包含第一金属层和第二金属层,该第一金属层包括覆盖凸出的TSV末端的暴露部分的除焊料之外的第一金属,并且该第二金属层包括不同于在第一金属层上的第一金属的除焊料之外的第二金属。第一金属层和第二金属层一起提供覆盖TSV的侧壁的一部分和外部介电套管的最顶表面的球状远侧末端端部,并且球状远侧末端端部提供比在球状远侧末端端部下面的凸出的TSV末端的横截面积大> 25%的横截面积。—个公开的示例实施例是形成TSV管芯的方法,包括将除焊料之外的第一金属层镀覆在包含外部介电套管和内部金属芯的TSV的凸出的TSV末端的远侧部分上,并在第一金属层上镀覆不同于第一金属层的除焊料之外的第二金属层。第一金属层和第二金属层一起为凸出的TSV末端提供覆盖TSV的侧壁的一部分和外部介电套管的最顶表面的球状远侧末端端部,并且球状远侧末端端部提供比在球状远侧末端端部下面的凸出的TSV末端的横截面积大> 25%的横截面积。该方法可以进一步包含在包括多个TSV管芯的晶圆的底侧表面上,包括在凸出的TSV末端上方淀积介电钝化层。然后可以蚀刻钝化层(例如,干蚀刻)从而显露包括TSV的内部金属芯暴露部分的凸出的TSV末端的远侧部分。球状远侧末端端部可以然后在凸出的TSV末端的远侧部分上形成。球状远侧末端端部的形成可以包含选择性无电镀覆第一和第二金属层。附图说明图1A是根据本专利技术的实施例示出在形成TSV管芯的示范方法中的步骤的流程图。图1B是根据本专利技术的另一实施例示出在形成TSV管芯的示范方法中的步骤的流程图。图2A是根据本专利技术的实施例的TSV管芯的简化横截图示,该TSV管芯包含具有球状远侧末端端部的TSV。图2B是根据本专利技术的另一实施例的TSV管芯的简化横截图示,该TSV管芯包含具有球状远侧末端端部的TSV。图3是根据本专利技术的另一实施例的涉及在图2A中示出的实施例的TSV管芯的简化横截图示,该TSV管芯包含具有球状远侧末端端部的TSV,该TSV管芯经修改以便外部介电TSV套管沿凸出的TSV末端的侧壁延伸小于凸出的TSV末端的长度的距离。图4是根据本专利技术的实施例的包含TSV管芯和第二IC管芯的堆叠IC器件的简化横截图示,该TSV管芯包含具有球状远侧TSV末端端部的TSV,并且该第二 IC管芯具有多个凸出结合特征,其中示出凸出结合特征在回流焊料接头处接合到凸出的TSV末端。具体实施例方式图1A是根据本专利技术的实施例示出在形成TSV管芯的示范方法100中的步骤的流程图。步骤101包含提供包含多个TSV管芯的晶圆。TSV管芯包括至少一个,并且一般包括多个TSV,该TSV包含内部金属芯和外部介电套管,该外部介电套管延伸芯片的全部厚度,从顶侧半导体表面(一般耦合到接触层级或BEOL金属层(例如M1、M2等)中的一个)延伸到从TSV管芯的底侧表面出现的凸出的TSV末端。在一个实施例中内部金属芯可以包含Cu。其他导电材料可以用于内部金属芯。在一个实施例中TSV直径< 12 μ m,例如在一个特别实施例中的8.5到10 μ m。外部介电套管可以包含如下材料:例如氧化硅、氮化硅、掺磷硅酸盐玻璃(PSG)、氮氧化硅或某些CVD聚合物(例如聚对二甲苯)。外部介电套管通常是0.2到5μπι厚。在内部金属芯为铜和某些其他材料的情况下,一般添加在此称为“TSV阻挡层”的金属扩散阻挡层,例如耐熔金属或耐熔金属氮化物。例如,TSV阻挡层材料可以包括如下材料:包括Ta、W、Mo、T1、Tiff, TiN、TaN、WN、TiSiN或TaSiN,该材料可以由物理汽相淀积(PVD)或化学汽相淀积(CVD)来淀积。TSV阻挡层通常是100 - 500A厚。TSV末端的远侧部分包括暴露(即无介电套管的)区,该暴露区至少部分暴露内部金属芯的最顶表面从而允许连接至其的电接触。步骤102包含在凸出的TSV末端的远侧部分上镀覆除焊料之外的第一金属层。第一金属层形成与至少内部金属芯的最顶表面的电接触。第一金属层一般I到4 μ m厚。第一金属层提供MC阻挡和电流扩散器功能。第一金属层可以包含如下材料:包括例如N1、Pd、Co、Cr、Rh、NiP、NiB、CoWP或CoP。镀覆可以包含无电镀覆。如在镀覆的领域中已知,无电镀覆是仅在某些暴露金属或半导体表面上淀积,不在电介质例如聚合物、氧化物和氮化物上淀积的选择性淀积工艺,并因此不涉及生成图案的光刻或移除过多淀积材料的蚀刻步骤。在另一实施例中,可以通过以下方式来使用电镀:使用光刻建立图案化层,以便可以在TSV末端上方形成电镀垫,从而使用电镀工艺将淀积定位到末端区。步骤103包含在第一金属层上镀覆不同于第一金属层的除焊料之外的第二金属层。镀覆可以包含无电镀覆。与在上面描述的步骤102相同,镀覆可以包含电镀。第一金属层与第二金属层一起为凸出的TSV末端提供球状远侧末端端部。球状远侧末端端部覆盖TSV侧壁的一部分和外部介电套管的最顶表面,并提供比在球状远侧末端端部下面的凸出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成穿透硅通孔管芯的方法,包含:在TSV的凸出的TSV末端的远侧部分上镀覆除焊料之外的第一金属层,所述TSV包括侧壁并包含外部介电套管和内部金属芯;以及在所述第一金属层上镀覆不同于所述第一金属层的除焊料之外的第二金属层;其中所述第一金属层和所述第二金属层一起为所述凸出的TSV末端提供覆盖所述TSV侧壁的一部分和所述外部介电套管的最顶表面的球状远侧末端端部,所述球状远侧末端端部具有比在所述球状远侧末端端部下面的所述凸出的TSV末端的横截面积大≥25%的横截面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·A·韦斯特YJ·朴
申请(专利权)人:德克萨斯仪器股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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