一种硅通孔封装方法技术

本发明专利技术提供了一种硅通孔封装方法，提供具有衬底和半导体器件层的晶片，该方法包括，在所述半导体器件层上沉积金属间电介质，在所述晶片的芯片区对应的所述金属间电介质中制作与所述半导体器件层电连接的金属连线和金属衬垫，从所述衬底的晶片背面依次刻蚀所述衬底、半导体器件层和金属间电介质，以所述金属衬垫作为刻蚀停止层，形成与所述金属衬垫相通的硅通孔后，在所述硅通孔中填充金属并制作焊球。本发明专利技术一方面无需制作延伸金属层，通过减小切割道面积增大芯片区面积，使每个晶片上制作半导体器件数量增加；另一方面导电通孔在芯片区的密封环保护范围内，避免外界对其电信号传输的干扰，提高半导体器件可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体制造方法，特别涉及。
技术介绍
目前，半导体集成电路(IC)制造主要在衬底的晶片(wafer)器件面上生长半导体器件并进行互连。半导体器件制作在器件层中，以金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)器件为例，MOSFET器件的主要结构包括有源区、源极、漏极和栅极，其中，所述有源区位于衬底中，所述栅极位于有源区上方，所述栅极两侧的有源区分别进行离子注入后形成源极和漏极，所述栅极下方具有导电沟道，所述栅极和导电沟道之间有栅极电介质层。在MOSFET器件所在的器件层制作完毕后，还要在器件层之上制作金属互连层，由金属互连层为NOSFET器件之间的电信号传输提供物理保证。最终形成1C。金属互连层的制作称为金属互连层工艺(BEOL)。现有技术中，BEOL通常是指在金属间电介质(MD)中刻蚀通孔(via) 和沟槽并在其中填充金属形成金属衬垫(metal pad)和金属连线，其中，IMD用于metalpad和金属连线在金属互连层中的电绝缘，根据IC设计由金属连线将不同MOSFET器件的栅极、源极或者漏极连接到同一 metal pad。在半导体IC制造中，同一晶片上会制作成千上万个半导体器件形成1C。对制造完成的1C，还要经过晶片划片步骤，分割为一个个独立的芯片(chip)。因此需要在晶片上预先规划出芯片区(main chip)和切割道区域，其中，半IC(包括半导体器件的器件层和金属互连层)所在区域称为main chip，用于切割的区域称为切割道区域。图像传感器是一种把光学图像信号转换为电信号并进行存储和传输的半导体器件。数码相机、数码摄像机、手机和其他许多便携式电子设备的图像传感器大体上可以分为两类一类为电荷稱合器件(CCD, Charge-coupled Device)图像传感器,另一类为互补型金属氧化物半导体(CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器。两者都是利用光电二极管进行光电转换，将光学图像转换为电信号，而其主要差异是信号传送的方式不同。CCD图像传感器通过对电信号传输方向上的潜在井深的持续控制来传输电信号。CMOS图像传感器利用(包括在像素unit cell里的)一个或多个CMOS器件和光电二极管的组合进行光学图像传感。CMOS器件由导电沟道中多数载流子为电子的N型MOSFET (NMOS)和导电沟道中多数载流子为空穴的P型MOSFET (PMOS)组成，因此，由CMOS器件和光电二极管组成的CMOS图像传感器相比CXD图像传感器功耗较小，运算速度较快，而且采用最常用的半导体制造工艺，可以轻易地把CMOS图像传感器集成到外围电路系统中，例如放大器和信号处理器的操作系统，从而大大降低了制造成本。因此，CMOS图像传感器已经应用在移动电话和个人数字助理(PDA, Personal digital Assistant)的摄像头中。随着消费者对设备轻便性需求的增加，基于娃通孔(TSV, Through Silicon Via)技术的三维封装技术的发展大大减小了 CMOS图像传感器的器件尺寸。但是，当硅通孔的尺寸减小到微米级时，当前半导体制造技术就受到了挑战。传统TSV是从衬底的晶片器件面开始向晶片背面刻蚀，但这种方法由于在衬底中没有刻蚀停止层，使在衬底中形成的TSV深度不均匀，从而导致晶片背面的衬底表面化学机械研磨(CMP,Chemical Mechanical Polishing)控制困难。为了克服上述问题，出现了一种背面TSV的半导体器件封装方法。下面以COMS图像传感器的封装为例，详细说明现有技术中采用背面TSV的半导体器件封装方法。图I为现有技术中TSV的CMOS图像传感器封装方法步骤流程图，结合图2 图7所示的现有技术中TSV的CMOS图像传感器封装结构的简化剖面示意图，说明现有技术中从晶片背面进行刻蚀TSV的CMOS图像传感器封装方法的具体步骤。步骤101，硅衬底201的晶片器件面201a制作CMOS图像传感器器件层202，得到如图2所示的结构，包括硅衬底201和CMOS图像传感器器件层202 ；此步骤中，衬底可以是半导体衬底，例如，硅衬底，当然也可以是包括III族、IV族和/或V族元素的半导体衬底，CMOS图像传感器器件层202中包括CMOS器件和光电二极管(图2中CMOS器件和光电二极管未画出)，具体制作方法为现有技术，不再赘述。步骤102，CMOS图像传感器器件层202上方依次制作第一金属互连层(metal) 310 和包含延伸金属层324的第二金属互连层320，得到如图3所示的结构，包括硅衬底201、第一金属互连层310、第二金属互连层320、CMOS图像传感器器件层202 ；本步骤中，制作完成的第一金属互连层310中包括第一 IMD311、第一 metal pad313和第一金属连线312，同样，第二金属互连层320中包括第二 MD321、第二 metal pad323、延伸金属层324和第二金属连线322，延伸金属层324可以视为第二 metal pad 323向切割道区域的延伸，延伸金属层324和第二 metal pad 323同时制作，与第二 metal pad323 一样通过第二金属连线322与第一 metal pad 313电连接。本实施例中，仅以第一金属互连层310为例对现有技术中的金属互连层工艺方法进行说明，第一金属互连层310在实际应用中可为任意一层金属互连层。首先在CMOS图像传感器器件层202上沉积第一 MD311，在沉积第一 MD311之前还可以先在CMOS图像传感器器件层202上沉积氮化硅(Si3N4)作为后续步骤中对第一 MD311进行刻蚀的停止层。本步骤中，第一 MD311为二氧化硅(SiO2)，在第一 MD311上还可以沉积硅的氧化物(TEOS)作为后续刻蚀和去胶(ashing)步骤中第一 MD311的保护层。然后，光刻和刻蚀第一 MD311，形成穿透第一 MD311的通孔和位于通孔上方具有较大开口宽度的沟槽；其中，第一金属互连层310中的沟槽和通孔都位于main chip,在现有技术中main chip所在区域的CMOS图像传感器器件层和各个金属互连层上都会加入密封环(seal ring),其作用主要有以下两点第一、通过seal ring接地,避免对CMOS图像传感器的电信号传输的干扰；第二、防止后续晶片的划片步骤中可能造成的机械损伤，保证划片后所得chip的完整性。接着，在通孔、沟槽和第一 IMD311表面沉积扩散阻挡层，沉积扩散阻挡层的目的是防止后续步骤填充在沟槽和通孔中的金属铜散落扩散至第一 MD311，采用物理气相沉积(PVD)工艺沉积扩散阻挡层；最后，由PVD工艺在扩散阻挡层上沉积铜籽晶层，采用电化学镀工艺(ECP)在沟槽和通孔中生长金属铜后，将金属铜、铜籽晶层和扩散阻挡层通过CMP抛光至第一 MD311的表面，形成第一金属互连层310。其中,填充金属铜的沟槽称为第一 metal pad 313,填充金属铜的通孔称为第一金属连线312。第一金属互连层310制作完毕后,在第一金属互连层310上方制作第二金属互连层320。需要注意的是，第二金属互连层320本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅通孔封装方法，提供具有衬底和半导体器件层的晶片，所述衬底具有晶片器件面和与其相对的晶片背面，所述半导体器件层位于所述衬底的晶片器件面上，该方法包括，所述半导体器件层上沉积金属间电介质，在所述晶片的芯片区对应的所述金属间电介质中制作与所述半导体器件层电连接的金属连线和金属衬垫，其特征在于，该方法还包括：从所述衬底的晶片背面依次刻蚀所述衬底、半导体器件层和金属间电介质，以所述金属衬垫作为刻蚀停止层，形成与所述金属衬垫相通的硅通孔；所述硅通孔中填充金属形成导电通孔，制作与所述导电通孔电连接的焊球。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁万春，刘煊杰，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：