形成具有绝缘环形环的导电TSV的方法和半导体器件技术

本发明专利技术涉及形成具有绝缘环形环的导电TSV的方法和半导体器件。一种半导体晶片具有在晶片的有源表面上形成的绝缘层。在绝缘层上形成导电层。从半导体晶片的背表面通过半导体晶片和绝缘层至导电层形成第一通孔。在第一通孔中沉积导电材料以形成导电TSV。可以在第一通孔中沉积绝缘材料以在导电通孔内形成绝缘芯。在形成导电TSV之后，在导电TSV周围从半导体晶片的背表面通过半导体晶片和绝缘层至导电层形成第二通孔。在第二通孔中沉积绝缘材料以形成绝缘环形环。导电通孔可以凹陷在半导体管芯的表面内或延伸到其之上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体器件，并且更特别地涉及形成具有绝缘环形环的导电 TSV的方法和半导体器件。
技术介绍
常常在现代电子产品中发现半导体器件。半导体器件在电部件的数目和密度方面变化。分立的半导体器件一般包含一种类型的电部件，例如发光二极管(LED)、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)。集成半导体器件典型地包含几百个到数以百万的电部件。集成半导体器件的示例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件(CXD )、太阳能电池以及数字微镜器件(DMD )。半导体器件执行各种的功能，诸如信号处理、高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子器件、将太阳光转变为电力以及产生用于电视显示的视觉投影。在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机以及消费产品的领域中发现半导体器件。还在军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公设备中发现半导体器件。半导体器件利用半导体材料的电属性。半导体材料的原子结构允许通过施加电场或基电流(base current)或通过掺杂工艺而操纵其导电性。掺杂向半导体材料引入杂质以操纵和控制半导体器件的导电性。半导体器件包含有源和无源电结构。包括双极和场效应晶体管的有源结构控制电流的流动。通过改变掺杂水平和施加电场或基电流，晶体管要么促进要么限制电流的流动。 包括电阻器、电容器和电感器的无源结构创建为执行各种电功能所必须的电压和电流之间的关系。无源和有源结构电连接以形成电路，这使得半导体器件能够执行高速计算和其他有用功能。半导体器件一般使用两个复杂的制造工艺来制造，S卩，前端制造和和后端制造，每一个可能涉及成百个步骤。前端制造涉及在半导体晶片的表面上形成多个管芯。每个管芯典型地是相同的且包含通过电连接有源和无源部件而形成的电路。后端制造涉及从完成的晶片分割(singulate)各个管芯且封装管芯以提供结构支撑和环境隔离。半导体制造的一个目的是生产较小的半导体器件。较小的器件典型地消耗较少的功率、具有较高的性能且可以更高效地生产。另外，较小的半导体器件具有较小的占位面积，这对于较小的终端产品而言是希望的。较小的管芯尺寸可以通过前端工艺中的改进来获得，该前端工艺中的改进导致管芯具有较小、较高密度的有源和无源部件。后端工艺可以通过电互连和封装材料中的改进而导致具有较小占位面积的半导体器件封装。图1示出具有在晶片上形成的被划片街区(saw street) 14分离的多个半导体管芯12的常规半导体晶片10。在有源表面18上形成绝缘或电介质层16。在绝缘层16上形成导电层20。导电层20作为接触焊盘用于到外部电路的电连接。在绝缘层16和导电层 20上形成绝缘或钝化层22。图2举例说明常规半导体管芯12的一部分。通过绝缘层16和管芯12的基础半导体材料形成多个通孔。首先在通孔的侧壁上形成绝缘材料作为绝缘环对。在形成绝缘环M之后，然后在绝缘环M上用导电材料填充剩余通孔区域以形成ζ方向垂直导电穿硅通孔(TSV) 26。 图3a_3d举例说明具有绝缘环的另一常规导电TSV。在图3a中，通过绝缘层16和管芯12的基础半导体材料形成多个通孔28。如图北所示，首先向通孔28中沉积绝缘材料以形成绝缘环30。在图3c中，切割通孔32以去除在绝缘环30和绝缘层16内或内部的基础半导体材料下至导电层20。在形成绝缘环30之后，然后用导电材料填充剩余通孔区域 32以形成ζ方向垂直导电TSV 34，如图3d所示。将导电TSV 34电连接到导电层20。 在每种情况下，在导电TSV之前沉积绝缘环。因此，绝缘材料在沉积期间积聚在暴露的导电层20上。在用导电材料来填充通孔之前必须从导电层20的TSV接触区域去除或清除绝缘材料以保证良好的电接触。从导电层20的TSV接触区域去除绝缘残余物的工艺是耗费时间的，并且添加制造成本。不能适当地从导电层20的TSV接触区域去除绝缘层M 在半导体管芯12中引起高接触电阻和缺陷。
技术实现思路
需要在不在底层导电层上留下绝缘材料残余物的情况下形成具有绝缘环的导电 TSV0因此，在一个实施例中，本专利技术是一种制造半导体器件的方法，包括步骤提供半导体晶片、在半导体晶片的有源表面上形成绝缘层、在绝缘层上形成导电层、形成从与有源表面相对的半导体晶片的背表面通过半导体晶片和绝缘层至导电层的第一通孔、在形成导电 TSV之后在第一通孔中沉积导电材料以形成导电TSV、在导电TSV周围形成从半导体晶片的背表面通过半导体晶片和绝缘层至导电层的第二通孔、以及在第二通孔中沉积第一绝缘材料以形成绝缘环形环。在另一实施例中，本专利技术是一种制造半导体器件的方法，包括步骤提供半导体晶片、形成通过半导体晶片的第一通孔、在第一通孔中沉积导电材料以形成导电通孔、在形成导电通孔之后在导电通孔周围形成通过半导体晶片的第二通孔、以及在第二通孔中沉积第一绝缘材料以形成绝缘环。在另一实施例中，本专利技术是一种制造半导体器件的方法，包括步骤提供半导体管芯、形成通过半导体管芯的第一通孔、在第一通孔中沉积导电材料以形成导电通孔、在导电通孔外面形成通过半导体管芯的第二通孔、以及在第二通孔中沉积第一绝缘材料以形成绝缘环。在另一实施例中，本专利技术是一种包括半导体管芯和通过半导体管芯形成的导电通孔的半导体器件。在导电通孔外面形成通过半导体管芯的绝缘环。附图说明图1举例说明具有被划片街区分离的多个半导体管芯的常规半导体晶片； 图2举例说明具有通过半导体管芯形成的绝缘环的常规导电TSV ；图3a-3d举例说明具有通过半导体管芯形成的绝缘环的另一常规导电TSV ； 图4举例说明具有被安装到其表面的不同类型的封装的PCB ； 图5a-5c举例说明被安装到PCB的代表性半导体封装的更多细节；5图6a_6c举例说明具有被划片街区分离的多个半导体管芯的常规半导体晶片； 图7a_7f举例说明形成具有绝缘环形环的导电TSV的工艺； 图8a_8g举例说明具有共形导电衬里和绝缘环形环的导电TSV ； 图9a_9f举例说明具有较大绝缘环形环的小导电TSV ； 图IOa-IOf举例说明具有绝缘环形环的突出导电TSV; 图Ila-Ilg举例说明具有绝缘环形环的凹陷导电TSV ；图举例说明具有在半导体管芯的有源表面处终止的绝缘环形环的导电TSV;以及图13a-13f举例说明具有在堆积互连层上的绝缘环形环的导电TSV。 具体实施例方式在下面的描述中，参考图以一个或更多实施例描述本专利技术，在这些图中相似的标号代表相同或类似的元件。尽管就用于实现本专利技术目的的最佳模式描述本专利技术，但是本领域技术人员应当理解，其旨在覆盖可以包括在如下面的公开和图支持的所附权利要求及其等价物限定的本专利技术的精神和范围内的备选、修改和等价物。半导体器件一般使用两个复杂制造工艺来制造前端制造和后端制造。前端制造涉及在半导体晶片的表面上形成多个管芯。晶片上的每个管芯包含有源和无源电部件，它们电连接以形成功能电路。诸如晶体管和二极管的有源电部件具有控制电流流动的能力。 诸如电容器、电感器、电阻器和变压器的无源电部件创建为执行电路功能所必须的电压和电流之间的关系。通过包括掺杂、沉积、光刻、蚀刻和平坦化的一系列工艺步骤在半导体晶片的表面上形成无源和有源部件。掺杂通过诸如离子注入或热扩散的技术将杂质引入到半导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RA佩盖拉，BT杜，N苏蒂万森索恩，
申请(专利权)人：RA佩盖拉，BT杜，N苏蒂万森索恩，
类型：发明
国别省市：