穿透硅通孔金属互连结构及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种穿透硅通孔金属互连结构，在保证器件的可靠性的同时，大大降低了制造成本，其包括TSV孔，所述TSV孔设置在硅基底上，所述TSV孔底、上下端以及内侧均有绝缘层，TSV孔下端为Al焊盘（Alpad），成型下端封闭的TSV孔，其特征在于：所述封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧设置有铜镍锡层，利用铜镍锡层作为RDL（再布线）层，镍锡层在回流过程中会形成镍锡IMC（金属间共化物）达到保护线路的作用。所述铜镍锡层外侧设置有钝化层，TSV孔上端的所述铜镍锡层层上成型焊球（Solderball），本发明同时还提供了一种穿透硅通孔金属互连结构的制造方法。
【专利说明】穿透硅通孔金属互连结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子行业TSV CIS (CMOS图像传感器)封装【技术领域】，具体涉及ー种穿透硅通孔金属互连结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在TSV (硅通孔)CIS (CMOS图像传感器)产品中使用Cu/Ni/Au电镀层作为RDL层。Cu具有良好的导电性和良好的机械性能，铜容易活化，能够与其他金属镀层形成良好的金属-金属间键合，从而获得镀层间的良好结合力。Ni作为金的衬底镀层，可大大提高耐磨性，同样可以作为阻挡层，有效的防止铜和金之间的扩散。金作为ー种贵金属，具有良好的可焊性，耐氧化性，抗蚀性，接触电阻小，合金耐磨性好等优点，作为整个RDL线路的保护作用。但同样存在一定的缺点，金作为ー种贵金属，成本较高，当金电镀层较薄时，会存在一定的针孔，影响器件的可靠性。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提供了一种穿透硅通孔金属互连结构及其制造方法，在保证器件的可靠性的同时，大大降低了制造成本。
[0004]其技术方案是这样的:一种穿透硅通孔金属互连结构，其包括TSV孔，所述TSV孔设置在硅基底上，所述TSV孔底、上下端以及内侧设置有绝缘层，TSV孔下端为Al焊盘(Alpad),成型下端封闭的TSV孔，其特征在于:所述封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧设置有铜镍锡层，所述铜镍锡层外侧设置有钝化层，TSV孔上端的所述铜镍锡层层上成型焊球(Solder ball)。
[0005]其进ー步特征在于:所述绝缘层为ニ氧化硅或者聚合物。
[0006]一种穿透硅通孔金属互连结构的制造方法，其特征在于:其包括以下步骤:
(1)在硅基底上刻蚀TSV孔；
(2)沉积绝缘层，并将底部绝缘层以及Al焊盘上的ニ氧化硅刻蚀掉；
(3)在封闭的TSV孔内和TSV孔上端分别电镀铜镍锡层；
(4)在封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧再进行TSV孔钝化层填充；
(5)焊球(Solderball)エ艺制程，由于Ni Sn层较薄，回流后Ni Sn形成(金属间共化物)頂C。
[0007]其进ー步特征在干，
通过硅通孔和金属互连层把焊盘从正面互连到背面，金属层由内到外分别是铜、镍、錫。金属层和硅基底之间由绝缘层隔离。在背面金属层上形成焊球。
[0008]更进ー步特征在干，
步骤(2)中的绝缘层为ニ氧化硅或者聚合物；
步骤(3)中通过连续电镀的方式形成铜镍锡层；
步骤(4)中利用光刻胶进行TSV孔填充； 步骤(5)中焊球(Solder ball)直接在Cu/Ni/Sn金属层上制作；
更进一步特征在于，
步骤(5)中在回流过程中形成镍锡MC，形成Cu/Ni/镍锡MC/Sn结构。
[0009]本发明的上述穿透硅通孔金属互连结构中，由于封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧电镀铜镍锡层，在保证器件的可靠性的同时，大大降低了制造成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明穿透硅通孔金属互连结构示意图；
图2为绝缘层结构示意图；
图3为电镀铜镍锡层示意图；
图4为钝化层填充示意图；
图5为焊球(Solder ball)成型工艺不意图。
【具体实施方式】
[0011]见图1、其技术方案是这样的:一种穿透硅通孔金属互连结构，其包括TSV孔8，TSV孔8设置在硅基底I上，TSV孔8底、上下端以及内侧设置有二氧化硅或者聚合物绝缘层2，TSV孔下端为Al焊盘3 (Al pad)，成型下端封闭的TSV孔8，封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧设置有铜镍锡层5，铜镍锡层5外侧设置有钝化层6，TSV孔上端的铜镍锡层上成型焊球 7 (Solder ball)。
[0012]一种穿透硅通孔金属互连结构的制造方法，其包括以下步骤:
(1)见图2，在硅基底I上刻蚀TSV孔8;
(2)见图2，沉积二氧化硅或聚合物绝缘层2，并将底部二氧化硅或聚合物绝缘层2以及Al焊盘3上的二氧化硅4刻蚀掉；
(3)见图3，在封闭的TSV孔内和TSV孔上端分别电镀铜镍锡层5；
(4)见图4，在封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧再进行TSV孔钝化，6填充；
(5)见图5，焊球7(Solder ball)工艺制程，由于Ni Sn层较薄，回流后Ni Sn形成IMC (金属间共化物)。
[0013]焊球(Solder ball)可以直接在Cu/Ni/Sn金属层上制作，回流过程中形成镍锡IMC (金属间共化物)，形成Cu/Ni/镍锡MC/Sn结构。
[0014]通过硅通孔和金属互连层把焊盘从正面互连到背面，金属层由内到外分别是铜、镍、锡。金属层和硅基底之间由绝缘层隔离。在背面金属层上形成焊球。
【权利要求】
1.一种穿透硅通孔金属互连结构，其包括TSV孔，所述TSV孔设置在硅基底上，所述TSV孔底、上下端以及内侧设置有绝缘层，TSV孔下端为Al焊盘(Al pad)，成型下端封闭的TSV孔，其特征在于:所述封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧设置有铜镍锡层，所述铜镍锡层外侧设置有钝化层，TSV孔上端的所述铜镍锡层层上成型焊球(Solder ball)。
2.根据权利要求1所述的穿透硅通孔金属互连结构，其特征在于:所述绝缘层为二氧化硅或者聚合物。
3.根据权利要求1所述的穿透硅通孔金属互连结构的制造方法，其特征在于:其包括以下步骤: (1)在硅基底上刻蚀TSV孔； (2)沉积绝缘层，并将底部绝缘层以及Al焊盘上的二氧化硅刻蚀掉； (3)在封闭的TSV孔内和TSV孔上端分别电镀铜镍锡层； (4)在封闭的TSV孔内和TSV孔上端两侧再进行TSV孔钝化层填充； (5)焊球(Solderball)工艺制程，由于Ni Sn层较薄，回流后Ni Sn形成IMC (金属间共化物)。
4.根据权利要求3所述的穿透硅通孔金属互连结构的制造方法，其特征在于:步骤(4)中通过连续电镀的方式形成铜镍锡层。
5.根据权利要求3所述的穿透硅通孔金属互连结构的制造方法，其特征在于:步骤(5)中利用光刻胶进行TSV孔填充。
6.根据权利要求3所述的穿透硅通孔金属互连结构的制造方法，其特征在于:步骤(6)中焊球(Solder ball)直接在Cu/Ni/Sn金属层上制作。
7.根据权利要求3-6任何一项所述的穿透硅通孔金属互连结构的制造方法，其特征在于:步骤(6)中在回流过程中形成镍锡MC，形成Cu/Ni/镍锡MC/Sn结构。
【文档编号】H01L21/768GK103606542SQ201310621461
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】李昭强, 于大全, 戴风伟, 徐成 申请人:华进半导体封装先导技术研发中心有限公司