硅穿孔结构的制备方法和硅穿孔结构技术

本发明专利技术提供了一种硅穿孔结构的制备方法和硅穿孔结构，涉及硅穿孔技术领域，首先在衬底的正面刻蚀形成容置凹槽，然后在容置凹槽的周围和内部沉积形成第一保护层，第一保护层至少部分覆盖容置凹槽的底壁，并形成第二弧形结构

【技术实现步骤摘要】
硅穿孔结构的制备方法和硅穿孔结构


[0001]本专利技术涉及硅穿孔
，具体而言，涉及一种硅穿孔结构的制备方法和硅穿孔结构
。

技术介绍

随着半导体行业的快速发展，
chiplet
技术采用新的设计方式，将不同功能的小芯片封装在一起，从而形成异构集成的芯片封装结构
。
随着芯片的输入
/
输出密度越来越高以及集成在单个封装件内的数量显著增加，同时各种
2.5D
和
3D
封装技术作为多芯片封装方案来连接单个封装件内的相邻芯片焊盘线路，因此提出了硅穿孔技术以形成异构集成封装结构，从而实现多芯片集成并且减少封装体积以及布线层数
。
[0002]通常使用硅衬底上采用硅通孔技术（
Through Silicon Via
，缩写
TSV
）能实现芯片
Die
与
Die
间的垂直互连，通过在硅（
Si
）上打通孔进行芯片间的互连，有效缩短互连线长度，减少信号传输延迟和损失，降低功耗和封装体积，实现多功能
、
高性能的芯片系统级封装
。
常规技术中，硅通孔技术中通常采用刻蚀或者激光开孔技术形成孔后，再次采用电镀方式沉积金属层（铜）形成导电柱，再通过研磨手段露出金属柱
。
其硅衬底结构在金属导电柱表面研磨时容易导致导电柱与衬底（二氧化硅）内壁结合力不佳
(
其研磨时受到横向应力拉扯导致
)。
尤其在研磨时导电柱与研磨接触面区域导电柱与二氧化硅内壁周围存在结合不佳导致分层断裂等问题，影响导电柱的传输性能
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的包括，例如，提供了一种硅穿孔结构的制备方法和硅穿孔结构，其能够有效减小或避免研磨时的底部金属柱周围应力，避免传统技术中的金属柱与内壁应力分层问题，保证金属柱的传输性能
。
[0004]本专利技术的实施例可以这样实现：第一方面，本专利技术提供一种硅穿孔结构的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底的正面刻蚀形成容置凹槽；在所述容置凹槽的周围和内部沉积形成第一保护层，所述第一保护层部分覆盖所述容置凹槽的侧壁，并形成第一弧形结构，且所述第一保护层至少部分覆盖所述容置凹槽的底壁，并形成第二弧形结构，所述第一弧形结构和所述第二弧形结构相间隔，并露出所述容置凹槽的部分侧壁；在所述第一保护层的表面形成第一金属层；在所述第一金属层的表面形成第二金属层，所述第二金属层填充所述容置凹槽；对所述衬底的背面进行研磨或刻蚀至所述容置凹槽，以露出所述第二金属层的端面；在所述衬底的背面形成焊球，所述焊球与所述第二金属层电连接
。
[0005]在可选的实施方式中，对所述衬底的背面进行研磨至所述容置凹槽的步骤，包括：对所述衬底的背面研磨至停止层；其中，所述停止层位于所述第一弧形结构和所述第二弧形结构之间
。
[0006]在可选的实施方式中，对所述衬底的背面研磨至停止层的步骤，包括：对所述衬底的背面研磨至停止层，并去除所述第二弧形结构和所述第一金属层
。
[0007]在可选的实施方式中，在所述衬底的正面刻蚀形成容置凹槽的步骤，包括：利用干法刻蚀工艺在所述衬底的正面形成容置凹槽；利用清洗工艺将所述容置凹槽内的残留物清除；其中，所述容置凹槽的开口边缘形成有圆弧倒角
。
[0008]在可选的实施方式中，在所述容置凹槽的周围和内部沉积形成第一保护层的步骤，包括：利用化学气相沉积工艺在所述容置凹槽的周围和内部形成第一保护层；其中，所述第一弧形结构的厚度
T1
与第二弧形结构的厚度
T2
相同
。
[0009]在可选的实施方式中，对所述衬底的背面进行刻蚀至所述容置凹槽的步骤，包括：对所述衬底的背面刻蚀至停止层，并形成贯通凹槽；其中，所述停止层位于所述第一弧形结构和所述第二弧形结构之间
。
[0010]在可选的实施方式中，对所述衬底的背面刻蚀至停止层的步骤，包括：对所述衬底的背面刻蚀至停止层，并去除所述第二弧形结构
。
[0011]在可选的实施方式中，对所述衬底的背面刻蚀至停止层的步骤之后，所述制备方法还包括：在所述贯通凹槽的周围和内部沉积形成第二保护层，所述第二保护层部分覆盖所述贯通凹槽的侧壁，并形成第三弧形结构，且所述第二保护层部分覆盖所述贯通凹槽的底壁，并形成第四弧形结构，所述第四弧形结构和所述第三弧形结构相间隔，并露出所述贯通凹槽的部分侧壁；在所述第二保护层的表面形成第三金属层，所述第三金属层与所述第二金属层接触；在所述第三金属层的表面形成第四金属层，所述第四金属层填充所述贯通凹槽；其中，所述焊球设置在所述第四金属层的表面
。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种硅穿孔结构，采用如前述实施方式任一项所述的硅穿孔结构的制备方法制备而成，包括：衬底，所述衬底的正面设置有容置凹槽；第一保护层，所述第一保护层设置在所述容置凹槽的周围和内部，所述第一保护层部分覆盖所述容置凹槽的侧壁，并形成第一弧形结构；第一金属层，所述第一金属层设置在所述第一保护层的表面；第二金属层，所述第二金属层设置在所述第一金属层的表面；焊球，所述焊球设置在所述衬底的背面，并与所述第二金属层电连接
。
[0013]在可选的实施方式中，所述容置凹槽的开口边缘形成有圆弧倒角
。
[0014]在可选的实施方式中，所述第一弧形结构的厚度
T1
与第二弧形结构的厚度
T2
相同
。
[0015]在可选的实施方式中，所述衬底的背面还设置有贯通凹槽，所述贯通凹槽与所述容置凹槽连通，所述焊球覆盖在所述贯通凹槽上
。
[0016]在可选的实施方式中，所述硅穿孔结构还包括：第二保护层，所述第二保护层设置在所述贯通凹槽的周围和内部，所述第二保护层部分覆盖所述贯通凹槽的侧壁，并形成第三弧形结构，且所述第二保护层部分覆盖所述贯通凹槽的底壁，并形成第四弧形结构，所述第四弧形结构和所述第三弧形结构相间隔，并露出所述贯通凹槽的部分侧壁；第三金属层，所述第三金属层设置在所述第二保护层的表面，且所述第三金属层与所述第二金属层接触；第四金属层，所述第四金属层设置在所述第三金属层的表面，并填充所述贯通凹槽；其中，所述焊球设置在所述第四金属层的表面
。
[0017]本专利技术实施例的有益效果包括，例如：本专利技术实施例提供的硅穿孔结构的制备方法和硅穿孔结构，首先在衬底的正面刻蚀形成容置凹槽，然后在容置凹槽的周围和内部沉积形成第一保护层，第一保护层至少部分覆盖容置凹槽的底壁，并形成第二弧形结构，第一弧形结构和第二弧形结构相间隔，并露出容置凹槽的部分侧壁
。
然后在第一保护层的表面依次形成第一金属层和第二金属层，第二金属层填充容置凹槽，再对衬底的背面进行研磨或刻蚀至容置凹槽，从而露出第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硅穿孔结构的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底的正面刻蚀形成容置凹槽；在所述容置凹槽的周围和内部沉积形成第一保护层，所述第一保护层部分覆盖所述容置凹槽的侧壁，并形成第一弧形结构，且所述第一保护层至少部分覆盖所述容置凹槽的底壁，并形成第二弧形结构，所述第一弧形结构和所述第二弧形结构相间隔，并露出所述容置凹槽的部分侧壁；在所述第一保护层的表面形成第一金属层；在所述第一金属层的表面形成第二金属层，所述第二金属层填充所述容置凹槽；对所述衬底的背面进行研磨或刻蚀至所述容置凹槽，以露出所述第二金属层的端面；在所述衬底的背面形成焊球，所述焊球与所述第二金属层电连接
。2.
根据权利要求1所述的硅穿孔结构的制备方法，其特征在于，对所述衬底的背面进行研磨至所述容置凹槽的步骤，包括：对所述衬底的背面研磨至停止层；其中，所述停止层位于所述第一弧形结构和所述第二弧形结构之间
。3.
根据权利要求2所述的硅穿孔结构的制备方法，其特征在于，对所述衬底的背面研磨至停止层的步骤，包括：对所述衬底的背面研磨至停止层，并去除所述第二弧形结构和所述第一金属层
。4.
根据权利要求1所述的硅穿孔结构的制备方法，其特征在于，在所述衬底的正面刻蚀形成容置凹槽的步骤，包括：利用干法刻蚀工艺在所述衬底的正面形成容置凹槽；利用清洗工艺将所述容置凹槽内的残留物清除；其中，所述容置凹槽的开口边缘形成有圆弧倒角
。5.
根据权利要求1所述的硅穿孔结构的制备方法，其特征在于，在所述容置凹槽的周围和内部沉积形成第一保护层的步骤，包括：利用化学气相沉积工艺在所述容置凹槽的周围和内部形成第一保护层；其中，所述第一弧形结构的厚度
T1
与第二弧形结构的厚度
T2
相同
。6.
根据权利要求1所述的硅穿孔结构的制备方法，其特征在于，对所述衬底的背面进行刻蚀至所述容置凹槽的步骤，包括：对所述衬底的背面刻蚀至停止层，并形成贯通凹槽；其中，所述停止层位于所述第一弧形结构和所述第二弧形结构之间
。7.
根据权利要求6所述的硅穿孔结构的制备方法，其特征在于，对所述衬底的背面刻蚀至停止层的步骤，包括：对所述衬底的背面刻蚀至停止层，并去除所述第二弧形结构
。8.
根据权利要求7所述的硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：何正鸿，
申请(专利权)人：甬矽电子宁波股份有限公司，
类型：发明
国别省市：