CN104600059B - 一种带有ipd的tsv孔结构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有IPD的TSV孔结构，采用传统的TSV工艺流程，通过结构设计，使得TSV孔的结构简单，在保证TSV孔简单成型的同时实现了电阻、电容、电感的TSV转接板结构，提高转接板性能，其包括硅晶圆体，其特征在于：所述硅晶圆体上设置有多个TSV通孔，所述TSV通孔内连同硅晶圆体表面沉积有绝缘层，所述TSV通孔中至少一个TSV通孔内设置有横向绝缘层，形成TSV通孔上下隔断，所述TSV通孔内电镀金属层，所述TSV通孔上的所述金属层上下端交错互连，所述硅晶圆体表面成型环状电镀金属层，所述环状电镀金属层与所述TSV通孔内电镀金属层互连，本发明同时提供了一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法。
Description
技术领域
本发明涉及微电子制造或处理半导体或固体器件的方法的技术领域，具体涉及一种带有IPD的TSV孔结构及其加工方法。
背景技术
随着微电子技术的不断进步，集成电路的特征尺寸不断缩小，互连密度不断提高。同时用户对高性能低耗电的要求不断提高。在这种情况下，靠进一步缩小互连线的线宽来提高性能的方式受到材料物理特性和设备工艺的限制，二维互连线的电阻电容（RC）延迟逐渐成为限制半导体芯片性能提高的瓶颈。硅穿孔（Through Silicon Via，简称TSV）工艺通过结合在晶圆中形成金属立柱， 并配以金属凸点，可以实现晶圆(芯片)之间或芯片与基板间直接的三维互连，这样可以弥补传统半导体芯片二维布线的局限性。这种互连方式与传统的堆叠技术如键合技术相比具有三维方向堆叠密度大、封装后外形尺寸小等优点，从而大大提高芯片的速度并降低功耗。目前广泛应用的是以TSV转接板为基础的2.5D封装，不同类型的芯片，通过TSV转接板链接至下方的基板，这样可以大大提高互连密度，提高机械可靠性和散热能力。TSV转接板为无源转接板，主要提供互连通道，但是在一些高频、高速的芯片集成中，互连延迟以及寄生现象严重，因此通过添加去耦电容、电感元件，提高互连性能，现有的去耦电容、电感元件通常通过互连的方式添加，这种添加方式集成电路结构和其加工工艺都较为复杂。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种带有IPD的TSV孔结构，采用传统的TSV工艺流程，通过结构设计，使得TSV孔的结构简单，在保证TSV孔简单成型的同时实现了电阻、电容、电感的TSV转接板结构，提高转接板性能，本发明同时提供了一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法。
本发明的其技术方案是这样的：一种带有IPD的TSV孔结构，其包括硅晶圆体，其特征在于： 所述硅晶圆体上设置有多个TSV通孔，所述TSV通孔内连同硅晶圆体表面沉积有绝缘层，所述TSV通孔中至少一个TSV通孔内设置有横向绝缘层，形成TSV通孔上下隔断，所述TSV通孔内电镀金属层，所述TSV通孔上的所述金属层上下端交错互连，所述硅晶圆体表面成型环状电镀金属层，所述环状电镀金属层与所述TSV通孔内电镀金属层互连。
其进一步特征在于：连通的所述TSV通孔内电镀金属层为环状电感状金属层。
一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其包括以下步骤：
（1）、在硅晶圆体上刻蚀多个第一TSV深孔；
（2）、在第一TSV深孔内和硅晶圆体上沉积第一绝缘层；
（3）、在第一绝缘层上沉积种子层、在种子层上电镀金属层，并形成部分第一TSV深孔的电镀金属层互连；
（4）、在硅晶圆体背面对应所述第一TSV深孔刻蚀第二深孔，
（5）、在第二TSV深孔内和硅晶圆体上沉积第二绝缘层；
（6）、刻蚀部分第二TSV深孔的横向的所述第一绝缘层和所述第二绝缘层，形成第一TSV深孔和第二TSV深孔连通；
（7）、在第二绝缘层上沉积种子层、在种子层和第二TSV深孔上电镀金属层，并形成部分第二TSV深孔的电镀金属层互连。
其进一步改进在于：
在第一TSV深孔和第二TSV深孔连通的TSV通孔内成型环状电感状金属层；在所述硅晶圆体表面成型环状电镀金属层，形成电阻型金属层。
本发明的上述结构中，由于在硅晶圆体上成型TSV孔，在TSV孔内成型绝缘的电镀金属层，形成电容结构，在TSV孔内成型电镀金属层，形成电感结构，在硅晶圆体上成型环状的电镀金属层，形成电阻结构，在保证TSV孔简单成型的同时实现了电阻、电容、电感的TSV转接板结构，避免了后续无源元件的组装，减少了元件占用的空间和成本，提高封装整体的互连性能。
附图说明
图1为本发明TSV孔结构剖面示意图；
图2为刻蚀第一TSV深孔示意图；
图3为在第一TSV深孔内成型第一绝缘层示意图；
图4为在第一绝缘层上沉积种子层和电镀金属层示意图；
图5为在刻蚀第二TSV深孔示意图；
图6为在第二TSV深孔内成型第二绝缘层示意图；
图7为部分刻蚀第二绝缘层示意图；
图8为在第二绝缘层上沉积种子层和电镀金属层示意图。
具体实施方式
根据附图对本发明作进一步说明：
见图1，
一种带有IPD的TSV结构，其包括硅晶圆体1，硅晶圆体1上设置有多个TSV通孔4，TSV通孔4内连同硅晶圆体1表面沉积有绝缘层2，TSV通孔4中至少一个TSV通孔4a内设置有横向绝缘层2a，形成TSV通孔4a上下隔断，TSV通孔4内电镀金属层3，连通的TSV通孔4内电镀金属层3为环状电感状金属层，TSV通孔4上的金属层3上下端交错互连，硅晶圆体1表面成型环状电镀金属层5，环状电镀金属层5与TSV通孔内电镀金属层3互连，由于在硅晶圆体上成型TSV孔，在TSV孔内成型绝缘的电镀金属层，形成电容结构，在TSV孔内成型电镀金属层，形成电感结构，在硅晶圆体上成型环状的电镀金属层，形成电阻结构，在保证TSV孔简单成型的同时实现了电阻、电容、电感的TSV转接板结构，避免了后续无源元件的组装，减少了元件占用的空间和成本，提高封装整体的互连性能。
一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其包括以下步骤：
见图2，（1）、采用干法或者湿法在硅晶圆体1上刻蚀多个第一TSV深孔4；
见图3，（2）、在第一TSV深孔4内和硅晶圆体1上采用热氧化、CVD沉积、旋涂、喷涂等方式形成第一绝缘层2；
见图4、（3）、在第一绝缘层2上PVD沉积粘附层和种子层（图中未画出）、在种子层上电镀金属层3，通过光刻和金属干法或湿法刻蚀工艺，在硅晶圆体1表面成型环状电镀金属层5，形成电阻型金属层，并形成部分第一TSV深孔4的电镀金属层互连；
见图5、（4）、在硅晶圆体1背面对应第一TSV深孔4位置，通过双面套刻以及湿法或干法刻蚀形成第二TSV深孔4-1，
见图6、（5）、在第二TSV深孔4-1内和硅晶圆体1上CVD沉积、旋涂或喷涂形成第二绝缘层2-1；
见图7、（6）、采用光刻以及干法或湿法工艺，刻蚀部分第二TSV深孔4的横向的第一绝缘层2和第二绝缘层2-1，形成第一TSV深孔4和第二TSV深孔4-1连通；
见图8、（7）、在第二绝缘层上沉积种子层、在种子层和第二TSV深孔4-1上电镀金属层3，并形成部分第二TSV深孔的电镀金属层互连，第一TSV深孔4和第二TSV深孔4-1通过第一绝缘层2和第二绝缘层2-1断开的通孔内电镀金属层3形成电容结构，在第一TSV深孔4和第二TSV深孔4-1连通的通孔内成型环状电感状金属层3。
本发明带有IPD的TSV孔结构及其加工方法的上述结构和工艺方法中，
（1）、通过TSV孔和表面布线形成立体式环绕电感结构；
（2）、通过在TSV孔中间形成绝缘层，两端形成金属，形成电容结构；
（3）、在表面形成电阻结构；
（4）、同时带有正常功能的TSV孔结构。
TSV孔转接板通过集成电阻、电容、电感等元件，进一步提升互连的电性能，从而实现智能转接板。
Claims (8)
1.一种带有IPD的TSV孔结构，其包括硅晶圆体，其特征在于： 所述硅晶圆体上设置有多个TSV通孔，所述TSV通孔内连同硅晶圆体表面沉积有绝缘层，所述TSV通孔中至少一个TSV通孔内设置有横向绝缘层，形成TSV通孔上下隔断，所述TSV通孔内电镀金属层，所述TSV通孔上的所述金属层上下端交错互连，所述硅晶圆体表面成型环状电镀金属层，所述环状电镀金属层与所述TSV通孔内电镀金属层互连。
2.根据权利要求1所述的一种带有IPD的TSV孔结构：连通的所述TSV通孔内电镀金属层为环状电感状金属层。
3.一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（1）、在硅晶圆体上刻蚀多个第一TSV深孔；
（2）、在第一TSV深孔内和硅晶圆体上沉积第一绝缘层；
（3）、在第一绝缘层上沉积种子层、在种子层上电镀金属层，并形成部分第一TSV深孔的电镀金属层互连；
（4）、在硅晶圆体背面对应所述第一TSV深孔刻蚀第二TSV深孔，
（5）、在第二TSV深孔内和硅晶圆体上沉积第二绝缘层；
（6）、刻蚀部分第二TSV深孔的横向的所述第一绝缘层和所述第二绝缘层，形成第一TSV深孔和第二TSV深孔连通；
（7）、在第二绝缘层上沉积种子层、在种子层和第二TSV深孔上电镀金属层，并形成部分第二TSV深孔的电镀金属层互连。
4.根据权利要求3所述的一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其特征在于：在第一TSV深孔和第二TSV深孔连通的TSV通孔内成型环状电感状金属层。
5.根据权利要求3或者4所述的一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其特征在于：在所述硅晶圆体表面成型环状电镀金属层，形成电阻型金属层。
6.根据权利要求3所述的一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其特征在于：采用热氧化、CVD沉积、旋涂、喷涂方式形成第一绝缘层。
7.根据权利要求3所述的一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其特征在于：通过光刻和金属干法或湿法刻蚀工艺，在硅晶圆体表面成型环状电镀金属层。
8.根据权利要求3所述的一种带有IPD的TSV孔结构的加工方法，其特征在于：通过双面套刻以及湿法或干法刻蚀形成第二TSV深孔。
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