硅通孔金属柱背面互联方法
【专利摘要】本发明提供一种硅通孔金属柱背面互联方法，包括：以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在凸点表面形成凸点下金属层，该硅基板上包括至少一个硅通孔金属柱；在相邻的固定数目的凸点对应的凸点下金属层上形成锡球，该锡球环包所述固定数目的凸点下金属层，以实现对应的硅通孔金属柱背面互联。该方案简化了工艺，降低了生产和工艺风险。
【专利说明】硅通孔金属柱背面互联方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，尤其涉及一种硅通孔金属柱背面互联方法。
【背景技术】
[0002]在娃通孔(through silicon via, TSV)工艺的背面凸块(bump)工艺中，常常使传统bump的工艺,进行背面bump的加工，即将圆片经过物理气相沉积(Physical VaporDeposit1n, PVD)、photo (包括涂胶、曝光、显影等)，电镀、剥离、腐蚀等工艺环节，其工艺复杂，出现问题的几率较大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种硅通孔金属柱背面互联方法。
[0004]本发明提供一种硅通孔金属柱背面互联方法，包括:
[0005]以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在所述凸点表面形成凸点下金属层，所述硅基板上包括至少一个硅通孔金属柱；在相邻的固定数目的所述凸点对应的所述凸点下金属层上形成锡球，所述锡球环包所述固定数目的所述凸点下金属层，以实现对应的所述硅通孔金属柱背面互联。
[0006]本发明提供的硅通孔金属柱背面互联方法，在硅通孔金属柱本体上，以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在该凸点表面形成可焊接用的凸点下金属层；然后再使用多个凸点对应的凸点下金属层作为底座在其之上形成锡球。简化了工艺，降低可生产和工艺风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明提供的硅通孔金属柱背面互联方法一个实施例的流程图；
[0008]图2为本发明提供的硅通孔金属柱背面互联方法另一个实施例的流程图；
[0009]图3为本发明提供的硅基板背面薄化处理前的结构示意图；
[0010]图4为本发明提供的硅基板正面键合载体晶片后的结构示意图；
[0011]图5为本发明提供的硅基板背面薄化处理后的结构示意图；
[0012]图6为本发明提供的硅基板背面形成隔离层后的结构示意图；
[0013]图7为本发明提供的硅通孔金属柱薄化处理后的结构示意图；
[0014]图8A为本发明提供的一种硅基板背面形成凸点下金属层后的结构示意图；
[0015]图SB为本发明提供的另一种硅基板背面形成凸点下金属层后的结构示意图；
[0016]图9为本发明提供的在凸点下金属层上形成锡球后的结构示意图；
[0017]图10为本发明提供的去除载体晶片后的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]图1为本发明提供的硅通孔金属柱背面互联方法一个实施例的流程图，如图1所示，该方法具体包括:
[0019]S101，以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在凸点表面形成凸点下金属层，该硅基板上包括至少一个硅通孔金属柱；
[0020]采用现有工艺制造硅通孔金属柱，通常是将至少一个硅通孔金属柱设置在硅基板内，并且将硅通孔金属柱的一端延伸至硅基板背面露出，以供后续焊接。本实施例是在已完成硅穿孔工艺形成硅通孔金属柱之后，给出的一种如何进一步将需要互联的硅通孔金属柱在硅基板背面进行互联的方法。具体的，本实施例以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点；然后在该凸点表面形成凸点下金属层。形成该凸点下金属层时，可采用化学镀的方式，即先形成种子层，然后通过掩膜电镀出凸点下金属层。
[0021]S102，在相邻的固定数目的凸点对应的凸点下金属层上形成锡球，该锡球环包所述固定数目的凸点下金属层，以实现硅通孔金属柱背面互联；
[0022]在硅基板背面选取待互联的固定数目的凸点，通常这些凸点会在设计硅通孔金属柱的位置时设置为相邻位置关系，以便后续完成互联工艺。在被选取的凸点对应的凸点下金属层上形成锡球，该锡球环包了上述待互联的所有固定数目的凸点下金属层，以使这些固定数目的凸点下金属层之间实现连通互联。具体的，形成上述锡球的方式可采用锡球回流工艺实现其与凸点下金属层的连接。
[0023]本发明提供的硅通孔金属柱背面互联方法，以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在凸点表面形成凸点下金属层，所述硅基板上包括至少一个硅通孔金属柱；在相邻的固定数目的凸点对应的凸点下金属层上形成锡球，该锡球环包所述固定数目的凸点下金属层，以实现对应的硅通孔金属柱在硅基板背面互联。该方案简化了工艺，降低可生产和工艺风险。
[0024]图2为本发明提供的硅通孔金属柱背面互联方法另一个实施例的流程图，是图1所示硅通孔金属柱背面互联方法的一种具体实现方式，如图2所示，该方法具体包括:
[0025]S201，对设置有至少一个硅通孔金属柱的硅基板背面进行薄化处理，以使硅通孔金属柱从硅基板背面露出，并与硅基板背面相距第一预设距离；
[0026]图3为本发明提供的硅基板背面薄化处理前的结构示意图；如图3所示，在已完成硅穿孔工艺形成硅通孔金属柱31的硅基板3的原始结构中，硅通孔金属柱31是设置在硅基板3内部的，且距离硅基板3背面是存在一定距离，硅基板3正面通常还设置有至少一个顶层凸块32，可用于多层基板间的互联。
[0027]可选的，由于通常在硅通孔工艺过程中，硅基板已经减薄到100微米左右，不便于工艺操作。因此，如图4所示，本实施例在执行步骤201之前可先在硅基板3正面通过键合层33键合一层具有固定厚度的载体晶片34作为附加的承载来提高硅基板的整体厚度，以提高或许工艺的可操作性。本实施例后续方法步骤中，也将参照图3对硅通孔金属柱背面互联方法进行说明。
[0028]如图5所示，为实现硅通孔金属柱背面互联，先要对图4所示硅基板3进行薄化处理，包括如化学机械研磨、蚀刻等方法使得硅通孔金属柱31露出。具体的，在本实施例中，硅通孔金属柱31与薄化处理后的硅基板3背面相距第一预设距离。
[0029]S202，在露出硅通孔金属柱的硅基板背面形成隔离层，该隔离层的厚度小于第一预设距离；
[0030]如图6所示，为本发明提供的硅基板背面形成隔离层后的结构示意图。其中，该隔离层35为介电材料，如SiN、氧化物等，可通过旋涂法，直接印刷，或是化学气相沉积(Chemical vapor deposit1n,CVD))等方法形成。该隔离层35的厚度小于上述第一预设距离，即硅通孔金属柱31露出隔离层35表面一段距离。
[0031]S203,对露出于隔离层表面的娃通孔金属柱进行薄化处理，以使娃通孔金属柱表面与隔离层表面在同一平面上；
[0032]图7为本发明提供的硅通孔金属柱薄化处理后的结构示意图；其中，本步骤中对硅通孔金属柱31进行薄化处理的工艺步骤可参见步骤201中的薄化工艺步骤。
[0033]S204，以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在该凸点表面形成凸点下金属层；该步骤具体执行过程可参见步骤101的相应内容。
[0034]图8A和图SB分别为本发明提供的两种硅基板3背面形成凸点下金属层36后的结构示意图。具体的，如图8A所示，在每个凸点表面分别形成凸点下金属层36，且各凸点对应的凸点下金属层36间隔设置，是相互分离的。或者，如图8B所示，在每个凸点表面分别形成凸点下金属层36，且各凸点对应的凸点下金属层36间连通，特殊的，例如SB所示是一个整体闭合的层结构。
[0035]具体的，该凸点下金属层36可以为单一金属也可以为复合金属材料；本实施例给出了在凸点表面形成该凸点下金属层36的几种方式，包括:
[0036]在凸点表面依次使用化学镀方式形成镍层和锡层，以形成凸点下金属层36 ；
[0037]在凸点表面使用化学镀方式形成镍层，然后将形成的镍层的凸点表面浸溃到熔融锡液中，以形成凸点下金属层36 ；
[0038]将凸点表面直接浸溃到熔融锡液中，以形成凸点下金属层36。
[0039]S205，在相邻的固定数目的凸点对应的凸点下金属层上形成锡球，该锡球环包上述固定数目的凸点下金属层，以实现对应的硅通孔金属柱背面互联；该步骤具体执行过程可参见步骤102的相应内容。
[0040]图9为本发明提供的在凸点下金属层上形成锡球后的结构示意图。
[0041]进一步的，如图10所示，如果在步骤201之前硅基板3正面键合了载体晶片34，则在凸点下金属层36上形成锡球37后，还要将硅基板31正面通过键合层33键合的载体晶片34去除掉，方法是可根据键合层33具体采用的粘结材料适应性采用热分解或化学分解等方法去除键合层33,进而去除载体晶片34。
[0042]本发明提供的硅通孔金属柱背面凸块制造方法，对设置有至少一个硅通孔金属柱的硅基板背面进行薄化处理，以使硅通孔金属柱从硅基板背面露出，并与硅基板背面相距第一预设距离；在露出硅通孔金属柱的硅基板背面形成隔离层，该隔离层的厚度小于第一预设距离；对露出于隔离层表面的硅通孔金属柱进行薄化处理，以使硅通孔金属柱表面与隔离层表面在同一平面上；以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在该凸点表面形成凸点下金属层；在相邻的固定数目的凸点对应的凸点下金属层上形成锡球，该锡球环包上述固定数目的凸点下金属层，以实现对应的硅通孔金属柱背面互联。该方案简化了工艺，降低了生产和工艺风险。
[0043]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种硅通孔金属柱背面互联方法，其特征在于，包括: 以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在所述凸点表面形成凸点下金属层，所述硅基板上包括至少一个硅通孔金属柱； 在相邻的固定数目的所述凸点对应的所述凸点下金属层上形成锡球，所述锡球环包所述固定数目的所述凸点下金属层，以实现对应的所述硅通孔金属柱背面互联。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在所述凸点表面形成凸点下金属层之前，还包括: 对设置有至少一个硅通孔金属柱的硅基板背面进行薄化处理，以使所述硅通孔金属柱从所述硅基板背面露出，并与所述硅基板背面相距第一预设距离； 在露出所述硅通孔金属柱的所述硅基板背面形成隔离层，所述隔离层的厚度小于所述第一预设距离； 对露出于所述隔离层表面的所述硅通孔金属柱进行薄化处理，以使所述硅通孔金属柱表面与所述隔离层表面在同一平面上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对设置有至少一个硅通孔金属柱的硅基板背面进行薄化处理之前，还包括: 在所述硅基板正面键合一层具有固定厚度的载体晶片。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在相邻的固定数目的所述凸点对应的所述凸点下金属层上形成锡球之后，还包括: 对键合的所述载体晶片进行脱胶处理，以去除所述载体晶片。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在所述凸点表面形成凸点下金属层，包括: 在每个所述凸点表面分别形成凸点下金属层，且各所述凸点对应的所述凸点下金属层间隔设置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以延伸至硅基板背面的硅通孔金属柱作为凸点，在所述凸点表面形成凸点下金属层，包括: 在每个所述凸点表面分别形成凸点下金属层，且各所述凸点对应的所述凸点下金属层间连通。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在相邻的固定数目的所述凸点对应的所述凸点下金属层上形成锡球，包括: 在所述凸点下金属层表面采用回流焊接工艺形成所述锡球。
【文档编号】H01L21/60GK104347494SQ201410459812
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】丁万春 申请人:南通富士通微电子股份有限公司