低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法；该互连结构包括至少一正面带有焊垫的芯片，芯片背面形成有对应焊垫的通孔，通孔的底部开口暴露焊垫且尺寸小于焊垫的尺寸；芯片背面及通孔的侧壁上覆盖有绝缘层；通孔的底部开口暴露的焊垫表面上采用化镀的方法形成有一定厚度的金属层；通孔内采用非电镀的方法填充满了导电材料。本发明专利技术无需要化镀硅通孔侧壁，并可避免使用深孔物理气相沉积及深孔电镀，具有成本低、工艺简单和可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装
，具体是涉及一种低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法。
技术介绍
随着物联网，智能移动终端小型化、多功能化的需求，、三维集成，特别是基于硅通孔(TSV)的晶圆级封装技术扮演越来越重要的角色。中国专利201520550505.5提出一种硅通孔互连结构，包括硅基体和若干个硅通孔，所述硅基体的上面设置半导体工艺层，所述硅通孔上下贯穿硅基体，并填充金属形成金属柱，所述金属柱与半导体工艺层形成电气连通，所述金属柱与硅通孔的内壁之间设置钝化层I，在金属柱和钝化层的的下表面设置金属块，金属块将硅通孔完全覆盖，在金属块周围和硅基体的下表面覆盖钝化层II，并设置金属块开口露出金属块的下表面，在钝化层II上选择性的重布线金属层，并在再布线金属层的表面覆盖保护层，开设保护层开口，该方案能够很好的解决之前将金属柱露出采用化学-机械抛光造成的漏电问题，同时提高了封装的可靠性。但是该工艺复杂，成本高，对于不是金属柱的结构不再适用。中国专利201210570600.2公开了一种基于化学镀镍合金的通孔填充方法及其应用，首先在基体上制备通孔，然后在通孔的侧壁表面上直接或间接地通过化学镀的方法制备化学镀镍合金层，再以化学镀镍合金层作为种子层进行电镀填充。本专利技术提出一种通过化学镀镍合金作为通孔的阻挡层和电镀的种子层的技术，此技术可以实现阻挡层和种子层的一体化，可以简化传统的工艺流程，大大节省成本；通过化学镀的方法，在高深径比的通孔内可以使镀膜分布更加均匀，有效避免离子溅射方法产生的“盲区”，这有利于获得完整的电镀填充效果。该方法用于微电子三维封装的硅通孔互连技术，或者用于玻璃或树脂基体的通孔连接技术，但是该技术中的通孔侧壁也需要化镀，增加了工艺的难度，可靠性较低。后通孔(Vialast)技术是硅通孔技术中成本较低的方案。主要的工艺步骤包括芯片背面减薄，硅刻蚀，硅背面和侧壁绝缘层制备，焊垫介质层开口，金属填充，植球等工艺。但半导体工业发展一直在追求保证可靠性的前提下，降低成本。后通孔技术也需要进一步降低成本。目前，主要通过降低3D纵向叠加的高度，并降低TSV所需的孔深，为TSV制造技术的应用减少障碍，降低成本。从降低成本角度看，后通孔(Vialast)技术的深孔物理气相沉积，电镀，背面再布线是主要的成本构成。此外，后通孔(Vialast)技术形成的硅通孔结构通常是部分填充方式，孔底和焊垫连接部分较薄，容易造成分层、断裂等问题，且无介质层填充保护会导致金属的氧化，腐蚀以及应力造成的失效。
技术实现思路
为了解决Vialast硅通孔的深孔物理气相沉积，电镀，背面再布线的成本过高，以及焊垫连接以及孔填充带来的技术难题和可靠性上述技术问题，本专利技术提出一种低成本芯片背部硅通孔互连结构及其制备方法，无需要化镀硅通孔侧壁，并可避免使用深孔物理气相沉积及深孔电镀，具有成本低、工艺简单和可靠性高等优点。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种低成本芯片背部硅通孔互连结构，包括至少一正面带有焊垫的芯片，所述芯片背面形成有对应所述焊垫的通孔，所述通孔的底部开口暴露所述焊垫且尺寸小于所述焊垫的尺寸；所述芯片背面及所述通孔的侧壁上覆盖有绝缘层；所述通孔的底部开口暴露的焊垫表面上采用化镀的方法形成有一定厚度的金属层；所述通孔内采用非电镀的方法填充满了导电材料。进一步的，所述焊垫的材质是铝、铝合金、铜和铜合金中的一种。进一步的，所述焊垫正面部分或全部被无机介质层或有机聚合物介质层覆盖，所述焊垫背面边缘被无机介质层覆盖。进一步的，所述绝缘层的材质为二氧化硅、氮化硅、聚合物绝缘材料中的一种。进一步的，所述通孔为直孔或斜孔或直孔与斜孔的组合。进一步的，所述金属层为一层结构或多层结构，每层的材质为镍、镍磷、银、铜、钴、金、钯中的一种。进一步的，所述金属层的厚度大于0.2微米。进一步的，所述通孔内填充的导电材料凸出所述芯片的背面，形成凸点。一种低成本芯片背部硅通孔互连结构的制备方法，包括如下步骤：a、提供一包括至少一芯片的晶圆，所述芯片正面带有焊垫和介质层，所述焊垫嵌入在所述介质层中，将所述芯片的正面与一载片键合在一起；b、将所述芯片背面减薄，通过光刻工艺在键合后的芯片背面与焊垫对应的位置制作通孔，所述通孔的底部开口暴露出所述介质层；c、在所述芯片背面及所述通孔内沉积一层绝缘层；d、刻蚀所述通孔底部的绝缘层及介质层，暴露出所述通孔对应的焊垫背面；e、在所述通孔底部的焊垫背面化镀金属，形成金属层；f、在所述通孔内填充满导电材料，并使填充的导电材料凸出所述芯片的背面，形成凸点；g、划片。进一步的，所述绝缘层的制备采用低温化学汽相沉积或聚合物喷涂或聚合物旋涂的方法。进一步的，步骤d中刻蚀为等离子体干法刻蚀。进一步的，所述导电材料通过植球后回流填充形成或通过焊膏印刷后回流填充后固化形成。进一步的，所述导电材料通过导电胶印刷方法填充后固化形成或通过导电胶点胶方法填充后固化形成。进一步的，划片前将芯片与载片拆键合，然后对芯片清洗，划片。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种芯片背部硅通孔互连结构，通过在通孔的底部开口暴露的焊垫表面上采用化镀的方法形成一定厚度的金属层，并通过在通孔内采用非电镀的方法填充满导电材料，可以增强导电材料与焊垫连接的可靠性，解决部分填充孔底与焊垫连接部分较薄，造成的分层、断裂等问题；由于其制备方法只化镀了硅通孔底部而没有化镀硅通孔的侧壁，因此，大大降低了工艺的难度，可靠性较高；且导电材料采用非电镀的焊料回流填充或导电胶印刷/点胶填充形成，避免了使用深孔物理气相沉积及深孔电镀，大大降低了后通孔(Vialast)技术的工艺成本，因此，本专利技术具有成本低、工艺简单和可靠性高等优点。附图说明图1为本专利技术晶圆与载片键合后的结构示意图；图2为本专利技术在晶圆背面对应焊垫位置刻蚀硅通孔的结构示意图；图3为本专利技术在晶圆背面整面制备绝缘层的结构示意图；图4为本专利技术刻蚀去除通孔底部绝缘层及介质层，露出焊垫背面的结构示意图；图5为本专利技术在通孔底部焊垫背面化镀金属层的结构示意图；图6为本专利技术利用焊料回流或导电胶填充的方式填充硅通孔的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本芯片背部硅通孔互连结构，其特征在于：包括至少一正面带有焊垫(2)的芯片(1)，所述芯片背面形成有对应所述焊垫的通孔(3)，所述通孔的底部开口暴露所述焊垫且尺寸小于所述焊垫的尺寸；所述芯片背面及所述通孔的侧壁上覆盖有绝缘层(4)；所述通孔的底部开口暴露的焊垫表面上采用化镀的方法形成有一定厚度的金属层(5)；所述通孔内采用非电镀的方法填充满了导电材料(6)。

【技术特征摘要】
1.一种低成本芯片背部硅通孔互连结构，其特征在于：包
括至少一正面带有焊垫(2)的芯片(1)，所述芯片背面形成
有对应所述焊垫的通孔(3)，所述通孔的底部开口暴露所述焊
垫且尺寸小于所述焊垫的尺寸；所述芯片背面及所述通孔的侧
壁上覆盖有绝缘层(4)；所述通孔的底部开口暴露的焊垫表面
上采用化镀的方法形成有一定厚度的金属层(5)；所述通孔内
采用非电镀的方法填充满了导电材料(6)。
2.根据权利要求1所述的低成本芯片背部硅通孔互连结
构，其特征在于：所述焊垫的材质是铝、铝合金、铜和铜合金
中的一种。
3.根据权利要求1所述的低成本芯片背部硅通孔互连结
构，其特征在于：所述焊垫正面部分或全部被无机介质层或有
机聚合物介质层覆盖，所述焊垫背面边缘被无机介质层覆盖。
4.根据权利要求1所述的低成本芯片背部硅通孔互连结
构，其特征在于：所述绝缘层的材质为二氧化硅、氮化硅、聚
合物绝缘材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的低成本芯片背部硅通孔互连结
构，其特征在于：所述通孔为直孔或斜孔或直孔与斜孔的组合。
6.根据权利要求1所述的低成本芯片背部硅通孔互连结
构，其特征在于：所述金属层为一层结构或多层结构，每层的
材质为镍、镍磷、银、铜、钴、金、钯中的一种。
7.根据权利要求1所述的低成本芯片背部硅通孔互连结
构，其特征在于：所述金属层的厚度大于0.2微米。
8.根据权利要求1所述的低成本芯片背部硅通孔互连结
构，其特征在于：所述通孔内填充的导电材料凸出所述芯片的
背面，形成凸点。
9.一种低成本芯片背部硅通孔互连结构的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于大全，邹益朝，王晔晔，肖智轶，
申请(专利权)人：华天科技昆山电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32