提高tsv转接板电迁移可靠性的结构和制备方法
【专利摘要】本发明提供一种提高TSV转接板电迁移可靠性的结构，包括一个衬底，衬底的正面和背面布设有再布线层，在衬底中开有连通正面和背面的再布线层的TSV孔，所述TSV孔包括位置对准并连通的正面孔和背面孔，正面孔呈上开口大、下开口小的形状，背面孔呈上开口小、下开口大的形状。进一步地，正面孔为倒圆台形，背面孔为圆台形；或者，正面孔为圆柱形，且上部设有倒圆台状倒角；背面孔为圆柱形，且下部设有圆台状倒角。更进一步地，TSV孔中填充有导电金属，TSV孔壁设有绝缘层和种子层。本发明可有效的避免电流在TSV和再布线层界面处的急剧偏转，缓解了该界面处电流密度的高度集中，从而降低了应力集中的风险，提高了TSV转接板的电迁移可靠性。
【专利说明】提高TSV转接板电迁移可靠性的结构和制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高密度电子封装结构，尤其是一种提高TSV转接板电迁移可靠性的结 构。
【背景技术】
[0002] 随着CMOS工艺的不断推进和发展，晶体管数量越来越多，导致互连尺寸越来越 小，信号延迟问题日趋严重，成为影响系统速度提高的关键因素。采用2. OT/3D集成的芯片 堆叠技术，将有助于大大减小布线长度、缩短信号延迟，降低功耗，同时又可以缩小芯片尺 寸、从而提高器件的系统性能。硅通孔（TSV)技术被认为是实现2. OT/3D芯片堆叠的关键 核心技术之一。然而，该技术的真正应用仍然面临着诸多的技术挑战，电迁移可靠性问题尤 为突出。传统TSV转接板的结构在TSV和再分布层的界面处，电流方向通常发生90°C改变， 因此，在此区域的电流密度高度集中，比TSV内部的电流密度高几个数量级，大大增加了电 迁移可靠性失效的几率。而且，随着TSV技术的发展，TSV的孔径、节距等不断缩小，深径比 不断提高，带来了更为严重的TSV电迁移失效问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种提高TSV转接板电迁移 可靠性的结构，可有效的避免电流在TSV和再布线层界面处的急剧偏转，缓解了该界面处 电流密度的高度集中，从而降低了应力集中的风险，提高了 TSV转接板的电迁移可靠性。本 发明采用的技术方案是： 一种提高TSV转接板电迁移可靠性的结构，包括一个衬底，衬底的正面和背面布设有 再布线层，在衬底中开有连通正面和背面的再布线层的TSV孔，所述TSV孔包括位置对准并 连通的正面孔和背面孔，正面孔呈上开口大、下开口小的形状，背面孔呈上开口小、下开口 大的形状。
[0004] 进一步地，正面孔为倒圆台形，背面孔为圆台形。或者，正面孔为圆柱形，且上部设 有倒圆台状倒角；背面孔为圆柱形，且下部设有圆台状倒角。
[0005] 更进一步地，TSV孔中填充有导电金属，TSV孔壁设有绝缘层和种子层。
[0006] 本发明还提出了一种提高TSV转接板电迁移可靠性结构的制备方法，包括下述步 骤： 步骤一，提供衬底，在衬底正面进行刻蚀开正面孔，正面孔呈上开口大、下开口小的形 状； 步骤二，在衬底正面和正面孔内壁进行绝缘层沉积； 步骤三，在正面的绝缘层上进行种子层沉积； 步骤四，在衬底正面进行电镀工艺，使用导电金属将刻蚀的正面孔完全填充； 步骤五，在衬底正面进行CMP工艺，去除衬底正面多余的电镀材料和种子层、绝缘层； 使得衬底正面平坦化； 步骤六，在衬底正面制作电连接正面孔内导电金属的再布线层，并在再布线层上植焊 球； 步骤七，对衬底背面进行打磨抛光，减薄到需要的厚度； 步骤八，在衬底背面进行刻蚀开背面孔，背面孔与正面孔的位置对准且连通，背面孔呈 上开口小、下开口大的形状； 步骤九，采用和衬底正面相同的工艺，进行背面的加工，形成衬底背面的结构。
[0007] 本发明的优点在于：此种结构可有效的避免电流在TSV和再布线层界面处的急剧 偏转，缓解了该界面处电流密度的高度集中，从而降低了应力集中的风险，提高了 TSV转接 板的电迁移可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本发明的实施例一的刻蚀开正面孔示意图。
[0009] 图2为本发明的实施例一的绝缘层沉积示意图。
[0010] 图3为本发明的实施例一的种子层沉积示意图。
[0011] 图4为本发明的实施例一的电镀填孔示意图。
[0012] 图5为本发明的实施例一的正面进行CMP工艺示意图。
[0013] 图6为本发明的实施例一的正面再布线层和植球不意图。
[0014] 图7为本发明的实施例一的背面减薄示意图。
[0015] 图8为本发明的实施例一的刻蚀开背面孔示意图。
[0016] 图9为本发明的实施例一的衬底背面工艺示意图。
[0017] 图10?14为本发明的实施例二的示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0019] 如图9所示，本发明提出的一种提高TSV转接板电迁移可靠性的结构，包括一个 衬底100,衬底100的正面和背面布设有再布线层104,在衬底100中开有连通正面和背面 的再布线层的TSV孔，所述TSV孔包括位置对准并连通的正面孔101和背面孔201，正面孔 101呈上开口大、下开口小的形状，背面孔201呈上开口小、下开口大的形状。具体地，正面 孔101为倒圆台形，背面孔201为圆台形。TSV孔中填充有导电金属300, TSV孔壁设有绝 缘层102和种子层103。
[0020] 下面结合实施例说明本发明提出的上述结构的制备方法。
[0021] 实施例一。
[0022] 步骤一，提供衬底100,在衬底100正面进行刻蚀开正面孔101，正面孔101呈上开 口大、下开口小的形状；如图1所示。
[0023] 此步骤中，衬底100采用常用的硅衬底。此例中，正面孔101为倒圆台形，使得正 面孔101的侧壁和衬底100正面的转角大于90度。正面孔101并不直接贯穿至衬底100 的背面。
[0024] 步骤二，在衬底100正面和正面孔101内壁进行绝缘层102沉积；如图2所示。
[0025] 绝缘层102的材料为Si02 ; 步骤三，在正面的绝缘层102上进行种子层103沉积；如图3所示。
[0026] 种子层103的材料为铜。
[0027] 步骤四，在衬底100正面进行电镀工艺，使用导电金属300将刻蚀的正面孔101完 全填充；如图4所示。
[0028] 此步骤中，电镀材料选用的导电金属为铜。
[0029] 步骤五，在衬底100正面进行CMP工艺(化学机械抛光)，去除衬底正面多余的电镀 材料和种子层103、绝缘层102 ;使得衬底100正面平坦化；如图5所示。
[0030] 步骤六，在衬底100正面制作电连接正面孔101内导电金属的再布线层104,并在 再布线层104上植焊球105 ;如图6所示。
[0031] 再布线层104的制作可采用常规的现有工艺，如包括：涂覆光刻胶，然后使光刻胶 上显露出用于制作电镀线路的图形，再使用电镀的方法在光刻胶显露出的图形区中形成电 锻线路等。
[0032] 步骤七，对衬底100背面进行打磨抛光，减薄到需要的厚度；如图7所示。
[0033] 此步骤中，对衬底100背面先研磨，即粗抛光，然后进行CMP工艺(化学机械抛光)， 进行减薄。
[0034] 步骤八，在衬底100背面进行刻蚀开背面孔201，背面孔201与正面孔101的位置 对准且连通，背面孔201呈上开口小、下开口大的形状；此例中，背面孔201为圆台形。如图 8所示。
[0035] 步骤九，采用和衬底100正面相同的工艺，进行背面的加工，形成衬底100背面的 结构。如图9所示。
[0036] 此步骤中，在衬底100背面采用和衬底正面相同的工艺进行绝缘层、种子层沉积、 电镀填孔、CMP、再布线、植焊球。
[0037] 实施例二。
[0038] 实施例二中，只是正面孔101和背面孔102的形状加工的与实施例一不同，其它的 工艺步骤都相同。
[0039] 图10?14给出了实施例二衬底正面的前五步骤加工示意图。可以看出，正面孔 101为圆柱形，且上部设有倒圆台状倒角；背面孔201虽然未画出，但是根据和正面孔101 对称分布的结构，可以容易想象出背面孔201为圆柱形，且下部设有圆台状倒角。
【权利要求】
1. 一种提高TSV转接板电迁移可靠性的结构，包括一个衬底（100)，衬底（100)的正面 和背面布设有再布线层（104)，在衬底（100)中开有连通正面和背面的再布线层的TSV孔， 其特征在于： 所述TSV孔包括位置对准并连通的正面孔（101)和背面孔（201)，正面孔（101)呈上开 口大、下开口小的形状，背面孔（201)呈上开口小、下开口大的形状。
2. 如权利要求1所述的提高TSV转接板电迁移可靠性的结构，其特征在于： 正面孔（101)为倒圆台形，背面孔（201)为圆台形。
3. 如权利要求1所述的提高TSV转接板电迁移可靠性的结构，其特征在于： 正面孔（101)为圆柱形，且上部设有倒圆台状倒角；背面孔（201)为圆柱形，且下部设 有圆台状倒角。
4. 如权利要求1、2或3所述的提高TSV转接板电迁移可靠性的结构，其特征在于： TSV孔中填充有导电金属（300)，TSV孔壁设有绝缘层（102)和种子层（103)。
5. -种提高TSV转接板电迁移可靠性结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤： 步骤一，提供衬底（100)，在衬底（100)正面进行刻蚀开正面孔（101)，正面孔（101)呈 上开口大、下开口小的形状； 步骤二，在衬底（100)正面和正面孔（101)内壁进行绝缘层（102)沉积； 步骤三，在正面的绝缘层（102)上进行种子层（103)沉积； 步骤四，在衬底（100)正面进行电镀工艺，使用导电金属（300)将刻蚀的正面孔（101) 完全填充； 步骤五，在衬底（100)正面进行CMP工艺，去除衬底正面多余的电镀材料和种子层 (103)、绝缘层（102);使得衬底（100)正面平坦化； 步骤六，在衬底（100)正面制作电连接正面孔（101)内导电金属的再布线层（104)，并 在再布线层（104)上植焊球（105); 步骤七，对衬底（100)背面进行打磨抛光，减薄到需要的厚度； 步骤八，在衬底（100)背面进行刻蚀开背面孔（201)，背面孔（201)与正面孔（101)的 位置对准且连通，背面孔（201)呈上开口小、下开口大的形状； 步骤九，采用和衬底（100)正面相同的工艺，进行背面的加工，形成衬底（100)背面的 结构。
6. 如权利要求5所述的提高TSV转接板电迁移可靠性结构的制备方法，其特征在于： 所开的正面孔（101)为倒圆台形，背面孔（201)为圆台形。
7. 如权利要求5所述的提高TSV转接板电迁移可靠性结构的制备方法，其特征在于： 所开的正面孔（101)为圆柱形，且上部设有倒圆台状倒角；背面孔（201)为圆柱形，且 下部设有圆台状倒角。
【文档编号】H01L21/768GK104091792SQ201410280447
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】何洪文, 孙鹏, 曹立强 申请人:华进半导体封装先导技术研发中心有限公司