一种半导体器件及其制作方法_3

文档序号:9827160阅读:来源:国知局
。例如,可以通过交替沉积或者生长金属层和介质层并执行刻蚀工艺来形成子组件,然后(例如通过沉积和刻蚀工艺)执行金属电性连接,使得第一通孔2021中的金属与子组件203的第一金属层2031电性连接,第二通孔2022中的金属与子组件的第二金属层2032电性连接。为了避免遮蔽本发明的构思,没有描述本领域所公知的一些细节,这里所示出的体声波组件(例如BAW或者FBAR)仅是示例性的,本发明的范围并不仅限于此处所示出形成的子组件的结构。本领域技术人员根据上面的描述,完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
[0097]在该步骤中,在衬底上形成包围子组件的金属连接衬垫。如图4B所示,在衬底201上形成包围子组件203的金属连接衬垫204。从子组件向下看,所述金属连接衬垫的形状可以为正方形、长方形、圆形等环状形状(图4B未示出)。该金属连接衬垫的作用是与帽盖组件的金属连接件对接,将所述子组件封装。其中金属连接件与金属连接衬垫可以均为铜,即形成铜-铜对接。又例如,金属连接件与金属连接衬垫可以分别为铝和锗,即形成铝-锗对接。因此,本发明的范围并不仅限于这里所述的金属连接件和金属连接衬垫的金属材料。
[0098]在本发明的一些实施例中,可以在形成金属连接衬垫之前,在所述衬底上形成图案化的绝缘层以在所述绝缘层上形成所述金属连接衬垫。例如可以利用沉积和刻蚀等工艺在衬底上形成图案化的氧化物(二氧化硅)或者氮化物(例如氮化硅)作为所述绝缘层,然后在所述绝缘层上形成所述金属连接衬垫,使得所述绝缘层位于金属连接衬垫与衬底之间。
[0099]在步骤303,将帽盖组件的金属连接件与金属连接衬垫对接。如图4C所示,帽盖组件205具有金属连接件206,将金属连接件206与金属连接衬垫204对接,将子组件203封装。其中,若金属连接件与金属连接衬垫均为铜,即形成铜-铜对接,则执行铜-铜对接的工艺条件可以包括:温度为400?410°C ;时间为I?2小时;压力为2000?3000牛。当然,上述工艺条件仅是示例性的,本发明的范围并不仅限于此。采用铜-铜对接能够节约成本,并且也适合应用于CMOS器件的制作。
[0100]在步骤S304,减薄衬底背面且暴露第一通孔和第二通孔,使得第一通孔和第二通孔贯穿衬底。如图2A所述,例如可以通过研磨和/或抛光工艺将衬底201背面减薄,并且可以通过背面刻蚀和CMP (Chemical-mechanical planarizat1n,化学机械平坦化)工艺暴露第一通孔2021和第二通孔2022,使得第一通孔2021和第二通孔2022贯穿所述衬底201,即第一通孔和第二通孔将所述衬底穿透。
[0101]在该实施例中,通过上述制作方法,形成根据本发明一些实施例的半导体器件。通过形成贯穿衬底并且填充有金属的第一通孔和第二通孔,并且使得第一通孔中的金属与子组件的第一金属层电性连接,第二通孔中的金属与子组件的第二金属层电性连接,其中子组件的第一金属层与第二金属层绝缘,即为子组件的两个电极,所以子组件的两个电极分别通过填充有金属的第一通孔和第二通孔电性连接至半导体器件之外,而不通过金属连接件与金属连接衬垫对接的界面,因此避免了由于界面接合处存在电阻而导致器件性能较差的问题。本发明的制作方法可以应用于CMOS器件的封装工艺。
[0102]进一步地,由于利用铜、铝或者钨等来填充贯穿衬底的通孔,从而解决了在器件制作过程中的金污染问题,且成本也降低。
[0103]在本发明的一些实施例中,在衬底上形成第一通孔和第二通孔之前,还包括:在衬底上形成空腔,并且用填充物填充所述空腔;以及在衬底上形成子组件之后,还包括:去除所述空腔中的填充物。
[0104]在本发明的一些实施例中,在衬底背面形成第一重布线层以及与所述第一重布线层绝缘的第二重布线层,其中所述第一重布线层与所述第一通孔中的金属电性连接,所述第二重布线层与所述第二通孔中的金属电性连接。进一步地,在所述第一重布线层的至少一部分上形成第一凸点,以及在所述第二重布线层的至少一部分上形成第二凸点,使得第一凸点与第一重布线层电性连接,第二凸点与第二重布线层电性连接,所述第一凸点和所述第二凸点绝缘,用于连接外接电路。
[0105]在本发明的一些实施例中,减薄所述衬底背面且暴露所述第一通孔和所述第二通孔之后,还包括:在所述衬底背面形成第一绝缘层,以及在所述第一绝缘层上形成第二绝缘层,其中,所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包围所述第一重布线层和所述第二重布线层,使得第一重布线层与第二重布线层绝缘,并且也使得第一重布线层和第二重布线层与外界绝缘,从而防止外界干扰。
[0106]下面结合图5A至图5F详细描述重布线层和凸点等的制作方法的过程。
[0107]首先,在衬底201背面形成第一绝缘层2091 (也可以称为钝化层),如图5A所示。可以通过涂覆或者沉积工艺形成第一绝缘层2091。所述第一绝缘层例如为ΡΒ0,当然也可以为其他绝缘材料。
[0108]然后,刻蚀第一绝缘层2091以形成两个开口,分别暴露第一通孔2021和第二通孔2022,如图5B所示。例如,可以在第一绝缘层2091上涂覆光刻胶,经过光刻形成图案化的光刻胶,以所述图案化的光刻胶为掩模,刻蚀第一绝缘层2091以形成两个开口,分别暴露第一通孔2021和第二通孔2022。
[0109]接下来,在具有开口的第一绝缘层2091上形成重布线材料层207,所述重布线材料层通过开口分别与第一通孔2021中的金属和第二通孔2022中的金属电性连接,如图5C所示。例如,可以利用PVD (Physical Vapor Deposit1n,物理气相沉积)等工艺形成所述重布线材料层。在一些实施例中,所述重布线材料层可以为铜等。
[0110]接下来,图案化重布线材料层207以形成第一重布线层2071和第二重布线层2072,其中第一重布线层2071和第二重布线层2072之间绝缘,如图K)所示。例如,可以在重布线材料层207上形成图案化的光刻胶,以所述光刻胶为掩模,刻蚀所述重布线材料层207以形成图案化的重布线材料层,即形成第一重布线层2071和第二重布线层2072。
[0111]接下来,在第一绝缘层2091,第一重布线层2071和第二重布线层2072上形成第二绝缘层2092,并且刻蚀第二绝缘层2092以暴露所述第一重布线层2071的至少一部分以及第二重布线层2072的至少一部分,如图5E所示。可以通过涂覆或者沉积工艺形成第二绝缘层2092。所述第二绝缘层例如为ΡΒ0,当然也可以为其他绝缘材料。接下来,在第一重布线层2071的至少一部分上形成第一凸点2081以及在第二重布线层2072的至少一部分上形成第二凸点2082,其中所述第一凸点与所述第二凸点绝缘,如图5F所示。例如,所述凸点例如为球形触点,可以采用焊接凸点(solder bump)工艺或者球形触点放置(ball drop)工艺形成。
[0112]至此,详细描述了形成第一重布线层2071、第二重布线层2072、第一凸点2081、第二凸点2082、第一绝缘层2091以及第二绝缘层2092的过程。
[0113]下面结合图6A至图6C以及图4A详细描述形成填充有金属的第一通孔和第二通孔的制作方法的过程。
[0114]首先,在衬底201上形成第一通孔2021和第二通孔2022,如图6A所示。例如可以利用DRIE(Deep Reactive 1n Etching,深反应离子刻蚀)工艺形成第一通孔2021和第二通孔2022。
[0115]然后,在第一通孔2021和第二通孔2022的底部和侧面上形成种子层213,如图6B所示。例如,可以利用PVD工艺形成所述种子层。所述种子层的材料例如为Ta/Cu合金(即钽铜合金)。当然也可以形成其他的种子层以填充铝或者钨等。
[0116]接下来,通过金属电镀填充第一通孔2021和第二通孔2022,在该步骤中,可以形成金属层202,如图6C所示。例如在种子层为Ta/Cu合金的情况下,可以进行铜电镀以在所述第一通孔和所述第二通孔中填充铜。
[0117]接下来,平坦化衬底201,如图4A所示。例如,可以通过CMP工艺去除衬底表面的金属层202并且平坦化所述衬底。
[0118]至此,详细描述了在衬底上形成填充有金属的第一通孔和第二通孔的过程。
[0119]在本发明的另一些实施例中,在平坦化所述衬底,形成填充有金属的第一通孔和第二通孔之后,还可以执行退火工艺,这可以降低应力并且使得铜等所填充金属的电阻更低。例如,退火工艺的温度可以为350?450°C。
[0120]在本发明的一些实施例中,可以在将帽盖组件的金属连接件与金属连接衬垫对接之前,所述半导体器件的制作方法还包括:形成具有金属连接件的帽盖组件。下面结合图7A至图7F详细描述帽盖组件的制作方法的过程。
[0121]首先,在半导体衬底205上形成种子层214,如图7A所示。例如,半导体衬底可以为硅衬底,种子层可以为Ti/Cu合金(即钛铜合金)。例如可以利用沉积工艺在半导体衬底形成所述种子层。
[0122]然后,在种子层214上形成图案化的第一阻挡层215,如图7B所示。例如,第一阻挡层215可以为光刻胶。
[0123]接下来,执行金属电镀和剥离工艺以形成金属连接件206,如图7C所示。例如,在种子层为Ti/Cu合金的情况下,可以电镀铜,然后利用剥离工艺去除第一阻挡层215及其上面的铜层,从而形成金属连接件206,在该示例中,金属连接件为铜连接件。当然,金属连接件206还可以为其他金属材料的连接件。本领域技术人员应该理解,所述金属连接件的形状可以为正方形、长方形、圆形等环状形状,以能够与金属连接衬垫对接为准。
[0124]接下来,以金属连接件206为掩模,刻蚀暴露的种子层214,形成如图7D所示的结构。
[0125]接下来,在半导体衬底205上形成图案化
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