晶圆级tsv封装结构及封装工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子技术领域一种封装结构及封装工艺，具体涉及一种晶圆级TSV封装结构及封装工艺，属于半导体封装技术领域。
【背景技术】
[0002]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。因此，TSV技术已经被广泛认为是继键合、载带焊和倒装芯片之后的第四代封装技术，将逐渐成为高密度封装领域的主流技术。
[0003]对于采用via-last技术对指纹识别，CIS (CMOS image sensor)等进行封装时，多采用从芯片背面制孔，目的是与芯片正面的金属焊盘进行互连。但是要与金属焊盘进行互连，就必须穿透覆盖在金属焊盘上方的介质层(一般为Si02)，对于Si02的刻蚀，一般采用干法刻蚀技术，该层介质层的刻蚀技术将刻蚀掉TSV孔的侧壁和拐角处的氧化硅绝缘层，这就会出现电的可靠性问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种晶圆级TSV封装结构及封装工艺，避免了 TSV的侧壁和拐角处的氧化硅绝缘层也会被刻蚀，有效提高器件可靠性。
[0005]本发明采用的的技术方案是:
一种晶圆级TSV封装结构，包括器件晶圆，所述器件晶圆包括衬底、设置在衬底上的第一绝缘层以及设置在第一绝缘层上的若干焊盘，所述器件晶圆包括贯穿所述第一绝缘层的凹槽，所述凹槽和焊盘错开设置，所述凹槽中设有金属材料，所述金属材料与焊盘电连接，所述衬底设有贯穿的TSV孔，所述TSV孔与凹槽对应设置，所述TSV孔的直径大于所述凹槽的宽度，所述TSV孔的侧壁及衬底的表面设有第二绝缘层，所述TSV孔的底部及第二绝缘层上设有至少一层再布线层，所述再布线层与金属材料电连接，所述再布线层上设有凸点，所述凸点与再布线层电连接。
[0006]与一种晶圆级TSV封装结构对应，本发明还提供一种晶圆级TSV封装工艺，包括下述步骤，
步骤一、提供一器件晶圆，所述器件晶圆包括衬底、设置在衬底上的第一绝缘层以及设置在第一绝缘层上的若干焊盘；将所述第一绝缘层所在的面设为衬底的正面，与正面应的衬底的另一面设为背面；所述器件晶圆包括正面和相对应的背面，所述器件晶圆的正面与衬底的正面同向；
步骤二、对第一绝缘层进行刻蚀，所述刻蚀区域形成凹槽，所述凹槽贯穿所述第一绝缘层并与焊盘错开设置；
步骤三、在凹槽中设置金属材料，使金属材料与焊盘电连接；
步骤四、对衬底背面进行减薄；
步骤五、在减薄后的衬底背面对应焊盘的位置制作TSV孔直至裸露出金属材料，所述TSV孔的孔径大于凹槽的宽度；
步骤六、在TSV孔的孔内及衬底的背面制作第二绝缘层；
步骤七、去除TSV孔的底部的第二绝缘层，使TSV孔的底部的金属材料裸露出来；步骤八、在TSV孔的底部及第二绝缘层上制作至少一层再布线层，使再布线层与金属材料电连接；
步骤九、在再布线层上利用凸点工艺制作凸点，所述凸点与再布线层电连接。
[0007]进一步地，所述步骤四包括如下步骤:
A、对器件晶圆1的正面键合一载片晶圆，所述键合方式为临时键合或永久键合；
B、利用晶圆减薄机对衬底背面进行减薄，使衬底减薄到20~200微米。
[0008]本发明的优点:本发明通过先对第一绝缘层进行刻蚀，并在刻蚀区域形成的凹槽中设置金属材料，使金属材料与焊盘电连接；然后再开设TSV孔以及设置再布线层，该工艺可以避免TSV的侧壁和拐角处的氧化硅绝缘层被刻蚀，有效提高器件可靠性。
【附图说明】
[0009]图1为本发明器件晶圆的结构示意图；
图2为本发明刻蚀露出凹槽后的结构示意图；
图3为本发明凹槽设置金属材料后的结构示意图；
图4为本发明衬底背面开设TSV孔后的结构示意图；
图5为本发明制作第二绝缘层和再布线层后的结构示意图；
图6为本发明制作凸点后的结构示意图。
[0010]图中序号:1、器件晶圆1 ;2、衬底；3、第一绝缘层；4、焊盘；5、凹槽；6、金属材料；7、TSV孔；8、第二绝缘层；9、再布线层；10、凸点；11、钝化层。
【具体实施方式】
[0011]以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0012]此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。
[0013]如图1~6所示:一种晶圆级TSV封装结构，包括器件晶圆1，所述器件晶圆1包括衬底2、设置在衬底2上的第一绝缘层3以及设置在第一绝缘层3上的若干焊盘4，所述器件晶圆1包括贯穿所述第一绝缘层3的凹槽5，所述凹槽5和焊盘4错开设置，所述凹槽5设有金属材料6，所述金属材料6与焊盘4电连接，所述衬底2设有贯穿的TSV孔7，所述TSV孔7与凹槽5对应设置，所述TSV孔7的直径大于所述凹槽5的宽度，所述TSV孔7的侧壁及衬底的表面设有第二绝缘层8，所述TSV孔7的底部及第二绝缘层8上设有至少一层再布线层，所述再布线层9与金属材料6电连接，所述再布线层9上设有凸点10，所述凸点10与再布线层9电连接。
[0014]所述再布线层9上还设有钝化层11，所述钝化层11设有开口，所述凸点10部分收容在所述开口内。
[0015]下面详细介绍一种晶圆级TSV封装工艺，包括下述步骤:
步骤一、如图1所示，提供一 8英寸，厚度为725um器件晶圆1，所述器件晶圆1中设有器件，所述器件晶圆1包括衬底2、设置在衬底2上的第一绝缘层3以及设置在第一绝缘层3上的若干焊盘4 ;将所述第一绝缘层3所在的面设为衬底2的正面，与正面应的衬底2的另一面设为背面；所述器件晶圆1包括正面和背面，所述器件晶圆1的正面与衬底2的正面同向；
步骤二、如图2所示，通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺对第一绝缘层3进行刻蚀，所述刻蚀区域形成凹槽5，所述凹槽5贯穿所述第一绝缘层3并与焊盘4错开设置，所述凹槽5的宽度为2~100微米；
步骤三、如图3所示，在凹槽5中设置金属材料6，使金属材料6与焊盘4电连接；具体为:首先通过物理气相沉积(PVD)工艺在凹槽5、第一绝缘层3及焊盘4上沉积一层种子层(图中未示出)，厚度对应取0.lum/0.3um ；;然后进行光刻工艺，定义出金属材料6的覆盖区域，进行电镀工艺，对凹槽5进行金属材料6填充，所述金属材料6覆盖部分焊盘5以及焊盘4与凹槽5之间的部分，使得所述金属材料6和焊盘5电连接，去除光刻胶，并把金