用于形成半导体装置的后柱方法制造方法及图纸

本文中公开具有用导电材料填充的一或多个通孔的半导体装置。在一个实施例中，半导体装置包含半导体衬底，所述半导体衬底具有第一侧、接近所述第一侧的多个电路元件，及与所述第一侧相对的第二侧。通孔可在所述第一侧与所述第二侧之间延伸，且所述通孔中的导电材料可延伸超过所述衬底的所述第二侧以界定所述导电材料的突出部分。所述半导体装置可具有形成在所述第二侧上方且围绕所述导电材料的所述突出部分的高导电柱及形成在所述第一侧上方且电耦合到所述通孔中的所述导电材料的短导电垫。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成半导体装置的后柱方法
本专利技术大体上涉及具有硅穿孔(TSV)的半导体装置，且更特定来说，涉及用于制造具有电耦合到TSV的导电柱的半导体装置的系统及方法。
技术介绍
在半导体处理中，硅穿孔(TSV)往往用于提供相邻半导体裸片之间的电连接。TSV的制造涉及将深孔蚀刻到半导体衬底的前侧中，且用例如铜的导电填充物来填充所得孔。通常接着将导电柱形成为电耦合到衬底的前侧处的TSV的导电填充物，且衬底从其后侧薄化直到暴露导电填充物。接着，在衬底的后侧处的TSV的暴露导电材料上方形成凸块下金属化(UBM)特征。更特定来说，图1A到1G是说明根据现有技术的制造半导体装置100的方法中的各个阶段的横截面视图。如图1A中展示，半导体装置100包含衬底102，衬底102具有前侧107、与前侧相对的后侧109、及前侧107中及/或上的多个电路元件104(例如，电线、迹线、互连件、晶体管等)。举例来说，金属迹线可形成在衬底102的前侧107上，而集成电路元件可定位于衬底102中金属迹线下方。图1A进一步展示在TSV106已形成于衬底102中之后的半导体装置100。特定来说，TSV从前侧107延伸到衬底102中但无法在后侧109处接达。可使用所属领域中的众所周知的工艺来形成TSV106。举例来说，可通过在衬底102中形成孔且用导电材料105填充孔而制造TSV。图1A进一步展示在导电柱108已形成在衬底102的前侧107上以电耦合到TSV106中的对应者的导电材料105之后的半导体装置100。导电柱108是具有在衬底102的前侧107上方约10到100μm之间(例如，约35到60μm之间)的高度的相对较高结构。如所属领域中所众所周知，可通过适合电镀或无电镀工艺制造导电柱108。在其它实施例中，可使用其它沉积技术(例如，溅镀沉积)来代替电镀或无电镀。图1B展示在衬底102已经由粘合层112附接到载体110(例如，硅载体)之后的半导体装置100。载体110可用于贯穿衬底102的后侧109上的中间处理步骤而提供额外稳定性，且随后可连同粘合层112一起被移除。如图1B中展示，粘合层112具有大于导电柱108的高度的厚度且因此可形成为完全包围导电柱108。因此，粘合层112可具有约10到100μm之间(例如，约35到60μm之间)的厚度。如图1B中展示，通过相对较厚粘合层112对载体110施加的力可导致载体110翘曲。特定来说，由粘合层112赋予的粘合力可导致载体110翘曲使得载体102的后侧119基本上非共面。在可对衬底102的后侧109实行进一步处理步骤之前，载体110必须经平坦化以(举例来说)允许在随后处理阶段期间精确处置及对准载体110(及附接到其的半导体装置100)。因此，图1C说明在载体102的后侧119已经平坦化为大致共面之后的载体110及半导体装置100。图1D展示在衬底102的后侧109已经薄化以暴露穿过衬底102的后侧109的TSV106的导电材料105之后的半导体装置100。可使用(举例来说)所属领域中已知的适合背面研磨工艺来薄化衬底102。如图1D中展示，在薄化衬底102之后，TSV106的导电材料105的一部分可突出超过衬底102的后侧109。图1E展示在电介质层114已沉积在衬底102的后侧109上方及TSV106的导电材料105的暴露部分上方之后的半导体装置100。电介质层114可包括SiOx材料(例如，二氧化硅)、原硅酸四乙酯(TEOS)、其它氧化物材料等。如图1F中展示，电介质层114及/或TSV106的导电材料105的暴露部分随后经薄化以共平坦化导电材料105的暴露部分及电介质层114。因此，在薄化之后，TSV106的导电材料105及电介质层114一起界定半导体装置100的平坦后侧115。通常使用化学机械平坦化(CMP)工艺来实现薄化。图1G展示在UBM特征116已形成在半导体装置100的后侧115上以电耦合到TSV106中的对应者的导电材料105之后的半导体装置100。相较于导电柱108，UBM特征116是相对较短特征，其具有在半导体装置100的后侧115上方约1到10μm之间(例如，约1到5μm之间)的高度。如所属领域中所众所周知，可通过适合电镀或无电镀工艺制造导电柱108。在其它实施例中，可使用其它沉积技术(例如，溅镀沉积)来代替电镀或无电镀。图1G进一步说明(i)在已移除载体110及粘合层112(图1F)之后且(ii)在将焊球或焊锡凸块118沉积到导电柱108上之后的半导体装置100。举例来说，模板印刷机器可将离散焊锡膏块沉积到导电柱108上且接着可使焊锡膏回熔以在导电柱108上形成焊球118。应注意，参考图1A到1G说明的现有技术工艺的一个缺点是在移除载体110之后，无法在随后处理阶段中(例如，在制造另一半导体装置100期间)重用载体110。特定来说，由于载体110必须经平坦化(图1C)以解决由粘合层112导致的翘曲(图1B)，所以载体110不适合用于许多额外半导体制造工艺中。附图说明参考以下图式可更好地理解本专利技术技术的许多方面。图式中的组件不一定按比例绘制。代替地，强调清楚地说明本专利技术技术的原理。图1A到1G是说明根据现有技术的制造半导体装置的方法中的各个阶段的横截面视图。图2A到2F是说明根据本专利技术技术的实施例的制造半导体装置的方法中的各个阶段的横截面视图。图3是根据本专利技术技术的实施例的半导体装置组合件的横截面视图。图4是根据本专利技术技术的实施例的包含半导体装置的系统的示意图。具体实施方式下文中描述用于制造半导体装置的方法及相关系统及方法的数个实施例的具体细节。相关领域的技术人员将认识到，可在晶片级或裸片级执行本文中描述的方法的适合阶段。因此，取决于使用术语“衬底”的上下文，术语“衬底”可指代晶片级衬底或指代单粒化裸片级衬底。此外，除非上下文另有指示，否则可使用常规半导体制造技术来形成本文中公开的结构。可(举例来说)使用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、旋涂及/或其它适合技术来沉积材料。类似地，可(举例来说)使用等离子蚀刻、湿式蚀刻、化学机械平坦化或其它适合技术来移除材料。相关领域的技术人员还将了解，本专利技术可具有额外实施例，且可在无下文中参考图2A到4描述的实施例的数个细节的情况下实践本专利技术。在下文中描述的数个实施例中，制造具有TSV的半导体装置的方法包含在半导体装置的衬底的前侧上形成凸块下金属化(UBM)特征且将UBM特征电耦合到TSV中的对应者。衬底可具有接近前侧的有源电路元件。方法可进一步包含使用薄粘合层来将载体晶片附接到衬底的前侧及随后薄化衬底的后侧以显露TSV。方法也可包含在TSV的暴露部分上及/或周围直接形成比UBM特征高的导电柱。接着，可使载体与衬底解耦合且在额外半导体制造工艺中重用载体。相对于在衬底的前侧上形成较高导电柱(例如，如在参考图1A到1G说明的常规方法中)，在衬底的前侧上形成UBM结构使较薄粘合层能够用于将半导体装置耦合到载体。预期较薄粘合层将不导致载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其包括：/n衬底，其具有第一侧、接近所述第一侧的多个电路元件及与所述第一侧相对的第二侧；/n通孔，其从所述第一侧延伸穿过所述衬底到所述第二侧；/n导电材料，其在所述通孔中且具有延伸超过所述衬底的所述第二侧的突出部分；/n导电垫，其在所述第一侧上且电耦合到所述导电材料；以及/n导电柱，其在所述第二侧上、至少部分包围所述导电材料的所述突出部分且电耦合到所述导电材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171229 US 15/858,5011.一种半导体装置，其包括：
衬底，其具有第一侧、接近所述第一侧的多个电路元件及与所述第一侧相对的第二侧；
通孔，其从所述第一侧延伸穿过所述衬底到所述第二侧；
导电材料，其在所述通孔中且具有延伸超过所述衬底的所述第二侧的突出部分；
导电垫，其在所述第一侧上且电耦合到所述导电材料；以及
导电柱，其在所述第二侧上、至少部分包围所述导电材料的所述突出部分且电耦合到所述导电材料。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述导电垫延伸超过所述衬底的所述第一侧达第一距离，且其中所述导电柱延伸超过所述衬底的所述第二侧达大于所述第一距离的第二距离。


3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一距离介于约0.1到5μm之间且其中所述第二距离介于约10到100μm之间。


4.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第二距离介于约35到60μm之间。


5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述导电柱完全包围所述导电材料的所述突出部分。


6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体装置不包含所述衬底与所述导电柱之间的电介质材料。


7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述衬底直接接触所述导电柱。


8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述通孔是第一通孔，其中所述导电材料是第一导电材料，其中所述导电柱是第一导电柱，且所述半导体装置进一步包括：
第二通孔，其从所述第一侧延伸穿过所述衬底到所述第二侧；
第二导电材料，其在所述第二通孔中且具有延伸超过所述衬底的所述第二侧的突出部分；以及
第二导电柱，其在所述第二侧上、至少部分包围所述第二导电材料的所述突出部分且电耦合到所述第二导电材料，
其中所述第一导电材料的所述突出部分具有在所述衬底的所述第二侧上方的第一高度，其中所述第二导电材料的所述突出部分具有在所述衬底的所述第二侧上方的第二高度，且其中所述第一高度不同于所述第二高度。


9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述导电材料的表面基本上与所述衬底的所述第一侧共面。


10.一种制造半导体装置的方法，其包括：
在衬底的第一侧上形成导电垫且将所述导电垫电耦合到部分延伸穿过所述衬底的通孔的导电材料；
从所述衬底的第二侧移除材料使得所述通孔的所述导电材料突出超过所述衬底的所述第二侧以界定所述导电材料的突出部分；以及
在所述衬底的所述第二侧上且至少部分围绕所述导电材料的所述突出部分形成导电柱。


11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
在形成所述导电垫之后，经由具有小于约30μm的厚度的粘合剂将载体耦合到所述衬底的所述第一侧。


12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
在形成所述导电垫之后，经由具有小于约10μm的厚度的粘合剂将载体耦合到所述衬底的所述第一侧。


13.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
在形成所述导电垫之后，将载体耦合到所述衬底的所述第一侧；及
在形成所述导电柱之后，将所述载体从所述衬底解耦合，其中在将所述载体耦合到所述衬底之前及在从所述衬底移除所述载体之后所述载体具有相同厚度。


14.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述导电垫包含将导电垫材料至少部分镀覆到(a)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·查杜鲁，W·H·黄，S·S·瓦德哈维卡，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US