專利名稱：晶片通孔形成的制作方法
晶片通孔形成
相關(guān)申請的交叉引用這個(gè)申請?jiān)?5 USC 119(e) (l)下，要求美國臨時(shí)專利申請序列號(hào)60/829， 772 的優(yōu)先權(quán)的利益，通過引用將其全部結(jié)合在這里。
背景技術(shù)：
當(dāng)用半導(dǎo)體晶片工作時(shí)，希望操作厚的晶片以確保它們在處理的時(shí)候不破裂。 然而，通孔越深，越難以使用當(dāng)前可用的沉積技術(shù)和設(shè)備使得籽晶層進(jìn)入通孔之內(nèi)，特別 是如果成本是需要考慮的事項(xiàng)。典型地，將籽晶層施加到窄的通孔中150um以上的深度通 常是困難的和成本效率低的。因而，如果將使用電鍍的方法來充填狹窄寬度的通孔，而沒 有首先使它們變薄，就難以在維持大部分市場上可買到的晶片通用的典型地大約500到 750um (或者更厚的)厚度的同時(shí)，在晶片上使用前面提到的專利申請的通孔。然而，使 這樣的晶片變薄到適當(dāng)?shù)暮穸瓤赡苁咕犴g，但是，因?yàn)樗鼈兪谴嗳醯?，所以很有可?在操作的時(shí)候破裂。雖然這對(duì)于成本最低的預(yù)處理的晶片可能是可接受的風(fēng)險(xiǎn)，但它對(duì)于 完全處理的晶片(也就是說，已經(jīng)經(jīng)受了至少它的前端處理、并且在很多情況下也經(jīng)受了 它的后端處理的晶片)是不可接受的，因?yàn)槌杀颈伙@著地增高。

發(fā)明內(nèi)容
我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了用來允許以上提及的通孔被使用在完全處理的晶片上、而不 必使晶片變薄降至易碎的厚度的方式來克服以上問題的方法。此外，我們的方法不需要為 這樣做而使用極端高精度或者高成本的技術(shù)。在我們的方法中，僅僅晶片的所選擇部分的厚度將被減少。用這樣的方式， 在減少的區(qū)域之內(nèi)，厚度是這樣的以使以上提及的通孔方法能被使用并且適當(dāng)?shù)淖丫涌?以被沉積。此外，因?yàn)閮H僅所述區(qū)域的部分被減少，所以晶片的總的結(jié)構(gòu)剛度可以被保持 到允許必要的操作所必需的程度。更進(jìn)一步，其中厚度將被減少的區(qū)域可以被限制在其中通孔將被定位的區(qū)域，并且如果希望，可以使用粗糙的刻蝕技術(shù)以大式樣被刻t蟲r因?yàn)檫?界不是重要的。事實(shí)上，有時(shí)候，柱通孔形成變薄將整體地移除邊界。用于在完全處理的晶片中的導(dǎo)電通孔形成的方法的一個(gè)實(shí)施包含在所述完全 處理的晶片的后側(cè)上限定至少一個(gè)溝道區(qū)域，在所述溝道區(qū)域之內(nèi)形成至少一個(gè)溝道到總 深度，其將允許在所述溝道之內(nèi)形成的通孔遍及其整個(gè)長度被引晶，在進(jìn)入到所述完全處 理的晶片內(nèi)的溝道之內(nèi)形成所述通孔到預(yù)定深度，遍及所述通孔的所述整個(gè)長度，沉積籽 晶層，以及電鍍所述籽晶層以用導(dǎo)電金屬填充所述通孔。在這里描述的優(yōu)點(diǎn)和特征是從代表實(shí)施例中可得到的許多的優(yōu)點(diǎn)和特征的幾 個(gè)并且僅僅為幫助理解本發(fā)明而被給出。應(yīng)該理解，它們不將被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制或 者對(duì)等價(jià)物的限制。例如，這些優(yōu)點(diǎn)的一些是相互矛盾的，因?yàn)樗鼈儾豢赏瑫r(shí)地存在于單 個(gè)實(shí)施例。類似地， 一些優(yōu)點(diǎn)適用于本發(fā)明的一個(gè)方面，并且不適用于其它的。另外的特 征和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述和圖中變得顯而易見。


圖1A到1H以簡化形式圖解"溝道"技術(shù)的一個(gè)實(shí)例方法；圖2以簡化形式圖解使用這里描述的一個(gè)實(shí)例方法的晶片；圖3A到3L圖解包含兩個(gè)或更多"層疊的"溝道的前述方法的變化例；以及圖4是使用在這里描述的一個(gè)方法生成的一部分晶片的照片。
具體實(shí)施例方式美國專利申請，序列號(hào)11/329,481， 11/329,506， 11/329,539, 11/329,540， 11/329,556，11/329,557,11/329,558,11/329,574，11/329,575, 11/329,576， 11/329,873，11/329,874,11/329,875,11/329,883,11/329,885, 11/329,886, 11/329,887, 11/329,952， 11/329,953， 11/329,955， 11/330,011以及11/422,55，描 述用于在半導(dǎo)體晶片中形成小的、深的通孔的各種的技術(shù)。那些申請的內(nèi)容通過引用被結(jié) 合在這里，如同在這里被完全地闡述一樣。在那些申請中描述的我們的技術(shù)允許先前不可實(shí)現(xiàn)的通孔密度和安置，并且 可以在芯片、模具或者晶片標(biāo)度上被實(shí)行。有時(shí)候，希望在已經(jīng)讓它的器件形成、并且已 經(jīng)讓它的后端處理(即內(nèi)部器件的形成，使金屬化層互相連接)完成的晶片上，或者在還
5沒有被預(yù)先變薄的晶片上實(shí)行該技術(shù)。典型的半導(dǎo)體晶片的厚度典型為大約500um到750咖 或者更厚。然而，如上所述，以那個(gè)厚度的晶片，極難創(chuàng)建可以向下延伸到器件觸點(diǎn)或 者一個(gè)或多個(gè)后端金屬化層、并且可以被引晶以致它們可以被金屬化的很多小的密集包裝 的通孔。如果將使用晶片標(biāo)度方法，則在以上引用的專利申請中描述的方法通常通過在通 孔形成之前預(yù)變薄晶片來避免所述問題。然而，如上所述，使全部晶片變薄超過某個(gè)量會(huì) 導(dǎo)致它變得過于脆弱，以致不能使用常規(guī)晶片處理方法被處理。我們的方法是"溝道"技術(shù)，其包含首先刻蝕完全地形成的晶片的后側(cè)的區(qū) 域，以允許晶片在需要的那些區(qū)域中是薄的，以便用于深的通孔形成，同時(shí)允許適當(dāng)?shù)淖?晶沉積，而晶片的大部分被維持在全部的厚度，或者在仍然將晶片維持在將允許它以常規(guī) 方式被進(jìn)一步地處理的厚度和總的剛性的某個(gè)預(yù)變薄的厚度。取決于特定的實(shí)施，變薄的區(qū)域可以i)覆蓋等于或者超過如同一旦被切割 就將存在的單獨(dú)芯片的區(qū)域的區(qū)域；ii)覆蓋其中將形成通孔組的較小的區(qū)域；或者iii) 覆蓋僅僅其中將形成單獨(dú)通孔的那些單獨(dú)區(qū)域。為了連貫性，這樣減少的區(qū)域在這里將被稱為"溝道"，條件是該術(shù)語不是 想要包括任何特定的形狀，高寬比(即深度對(duì)寬度)關(guān)系或者其它的幾何的結(jié)構(gòu)。此外，可以生成這些溝道，以致它們可以輔助將在下面更詳細(xì)地描述的某個(gè) 隨后進(jìn)行的步驟。不管使用以上三個(gè)方法的哪一個(gè)，相對(duì)的作為晶片的總的區(qū)域的一部分的溝 道的總區(qū)域應(yīng)該典型地低于75%，并且典型地是50%以下，從而確保晶片的結(jié)構(gòu)的整體性 并且維持以傳統(tǒng)的方式被處理的能力。有利地，溝道形成可以以用于形成通孔的相同的刻蝕處理來做。替換地，可 以使用類似濕刻蝕處理的低精度的處理形成溝道。更進(jìn)一步，取決于通孔直徑和深度，溝道深度可以是更大的或者更少的。值 得注意地，需要的溝道深度是將允許被形成入溝道之內(nèi)的晶片被引晶到其完全深度的一 個(gè)。例如，具有750um的總厚度的晶片，如果將生成50um直徑的通孔，則將僅僅需要將 使晶片在需要的區(qū)域中為400um厚的溝道，或者如果將制做10um直徑的通孔，則將僅僅 需要使晶片為150um厚的溝道。如上所述，雖然溝道之內(nèi)的晶片越薄，必須被留下的晶片 的剩余區(qū)域就越大，但是更深的溝道(也就是說更薄的晶片部位)也可以被容納。
有時(shí)候，那些典型地具有最窄的直徑的通孔，多步驟的方法能被使用，其中 兩個(gè)或更多"層疊的溝道"被使用，以使晶片降至必須減少的厚度，并同時(shí)維持總的結(jié)構(gòu) 的整體性。最后，雖然關(guān)于通孔說明性地描述了方法，例如以上提及的，共同地轉(zhuǎn)讓的 專利申請中描述的，但相同的方法可以被用于具有相似的問題的其它的通孔形成技術(shù)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖，圖1A到1G以簡化形式說明"溝道"技術(shù)的一個(gè)實(shí)例方法。
圖1A以簡化形式說明半導(dǎo)體晶片100的一部分。
如所示，該半導(dǎo)體是完整的厚度，并且準(zhǔn)備好切割，前端和后端處理兩者都是完全的。 然而，為了這個(gè)實(shí)例，我們假定該晶片也將被處理以從后側(cè)下方到作為后端處理的一部分 放置的金屬化層的一個(gè)層的某個(gè)部分，添加通孔。該處理如下繼續(xù)下去。首先，如圖1B中所示，溝道102被形成遍及將是深的充填金屬的通孔的區(qū)域， 但是該晶片太厚，以致不能允許通孔刻蝕向下至需要的深度、籽晶沉積二者之一或者兩者。 例如，使用慣用的干刻蝕或者濕刻蝕方法，限定并形成溝道區(qū)域104向下至深度106，其 足夠限定自將被連接到的金屬化點(diǎn)110起的充足距離的新的外表面108,并且足夠滿足對(duì) 于通孔形成和籽晶沉積向下至那個(gè)金屬化點(diǎn)110必要的標(biāo)準(zhǔn)。注意溝道102的表面形狀僅僅由限定它的能力限制。因而，取決于該特定的 應(yīng)用，從簡單的四邊形的或者圓形的形狀到高度復(fù)雜的幾何形狀的任何形狀可以被使用。其次，以希望的方式形成通孔。如圖1C到圖1G所示，為了說明，使用例如 在以上引用的專利申請中描述的環(huán)形的通孔方法。為了說明和簡化，顯示溝道102之內(nèi)的兩個(gè)通孔110， 112。為了理解，在左 邊的通孔110將延伸到金屬化層中的中間點(diǎn)110，然而在右邊的通孔112將僅僅延伸到第 一金屬化層116。然而，應(yīng)該被理解的是，因?yàn)橥?10， 112的深度不同，所以它們將不 會(huì)同時(shí)被形成，而是，如果它們具有相同的直徑，則共同深度的通孔將被同時(shí)生成。另外， 應(yīng)該被理解的是，環(huán)形的通孔110， 112無論如何不是按標(biāo)度顯示，并且事實(shí)上所有的比 例是被整體夸大和脫離標(biāo)度。返回到圖，如圖1C所示，形成環(huán)形環(huán)狀的通孔溝道118。如圖1D所示，通孔 溝道118充滿了絕緣體120。如圖1E所示，絕緣體120之內(nèi)的半導(dǎo)體材料122的內(nèi)部的島 狀物被移除。如圖1F所示，在這個(gè)實(shí)例中，使用電鍍處理沉積籽晶層124，并且用金屬126充填通孔。其后，進(jìn)行任何另外希望的步驟處理，例如器件襯墊的形成或者其它與理 解該處理無關(guān)的行為。最后，如圖1G和1H所示，取決于使用的溝道的程度(也就是說它是否是超 過芯片的邊界的單個(gè)溝道)，該晶片將被簡單地被鋸開或者切割(對(duì)于前者情況)，或者 它現(xiàn)在可以被變薄以提供到由金屬充填的通孔形成的接觸128， 130的通道，然后被切割 或者鋸開。但不論是哪種情況，取決于變薄的方法，在一些實(shí)施變化例中，新形成的通孔 可以用作接線柱132， 134，在其它的實(shí)施變化例中，通孔可以具有附著于它們的接觸墊片 128， 130。注意，雖然該方法是對(duì)于一對(duì)通孔說明的，但該方法同樣用于單個(gè)通孔或者 多個(gè)通孔(從兩個(gè)到字面上百個(gè)或以上)，唯一的差別是將被使用的溝道的尺寸或者形狀。圖2以簡化形式說明使用這里，即從溝道側(cè)(圖2A)、和以在A—A取的橫斷 面(圖2B)兩者描述的一個(gè)實(shí)例方法的晶片200。用這個(gè)方法，溝道202被依尺寸制造并 且定形，以致與形成在晶片200上的單獨(dú)芯片204對(duì)準(zhǔn)，并且稍微大于芯片204。圖3A到3L說明前面提到的方法的變化例，包含兩個(gè)或更多"層疊"的溝道 以容納，例如在厚的晶片中極窄的通孔或者特殊的觸點(diǎn)的形成要求。如同用以上方法，這個(gè)方法以全部形成的晶片300開始，其簡化的部分在圖 3A中被顯示。如圖3B所示，例如再次使用，濕或者干刻蝕方法，溝道302被形成在晶片300 的后側(cè)304中向下至指定深度306。其次，如圖3C所示， 一對(duì)較小的溝道308， 310以與第一溝道302被形成的 同樣的方式，被形成在第一溝道302的底表面312中。為避免混淆，注意，"同樣的方式" 僅僅意味著第一溝道302的下表面312被視為開始表面(即，如同在第一溝道302被形成 之前那樣的晶片300的原表面314)。并不暗示用來形成第一溝道的完全相同的方法必須 被使用——可以使用相同的或者不同的方法。在第二深度溝道308， 310形成之后，第二溝道308， 310的底表面316和希 望的連接點(diǎn)318, 320之間的距離將在必要的范圍內(nèi)以允許具有想要的通孔尺寸的籽晶沉 積?，F(xiàn)在，實(shí)際的通孔形成處理可以開始，并且，為了實(shí)例和簡單性，使用基本 的環(huán)形的通孔方法(記住，如上，尺寸不是按標(biāo)度的)。因而，如圖3D所示，生成環(huán)形的通孔322， 324，其從第二溝道308， 310的底316分別延伸到各個(gè)希望的連接點(diǎn)318， 320，這里又是金屬化層中的各個(gè)的點(diǎn)。在這一點(diǎn)上，應(yīng)該注意，即使兩個(gè)不同的溝道302, 308被用以建立適當(dāng)?shù)纳?度，但在晶片基礎(chǔ)上，晶片的很大部分的厚度保持在原表面314到連接點(diǎn)318的厚度N。 此外，晶片300的甚至更大的部分保持在N-Z的厚度并且僅僅晶片的小部分是在N- (Y+Z) 的厚度。更進(jìn)一步，使用這個(gè)多深度(或者多個(gè)步驟的)方法，可得到選擇深度Y和Z的 靈活性，而沒有削弱晶片的很大危險(xiǎn)性。圖3E說明從溝道側(cè)取的晶片300的部分的視圖。因此，圖3E提供表面"a"， "b"，和"c"和環(huán)形的溝道"d"的交替的視圖。圖3F顯示在環(huán)形的通孔322， 324已經(jīng)用絕緣體326填充之后的晶片300。圖 3G顯示環(huán)形的絕緣體326之內(nèi)的半導(dǎo)體材料的島狀物328己經(jīng)被移除向下至希望的金屬化 連接點(diǎn)318， 320之后的晶片300。圖3H顯示空隙已經(jīng)被引晶322并且填充金屬324之后 的晶片300。在這一點(diǎn)上，用這個(gè)方法，兩個(gè)新的選擇變?yōu)榭捎玫?。用一個(gè)選擇，如圖31 所示，晶片300可以被切割，并且芯片可以被變薄以暴露新形成的觸點(diǎn)326， 328，或者晶 片300可以在切割之前被變薄——例如，在任一種情況下隨后生成接觸墊片330， 332，如 果希望或者必要(圖3J)。用另一個(gè)選擇，例如，如果非常窄的通孔的所需的理由涉及如 與整個(gè)通孔節(jié)距相對(duì)的，將要連接到的點(diǎn)，并且第二溝道被適當(dāng)?shù)囟ǔ叽绾烷g隔，則晶片 或者芯片(如果被切割)可以被簡單地變薄向下到第二通孔(圖3K)。其后，在接觸墊片 形成處理之前，或者作為其一部分，第二通孔本身可以被填充導(dǎo)體334，例如圖3L所示。 用這樣的方式，可以維持較大的晶片或者芯片厚度。圖4是使用以上的一個(gè)方法生成的晶片的一部分的照片。如可以看見的，在 圖4的方法中，在單個(gè)芯片的邊界之內(nèi)使用多個(gè)溝道，在這種情況下基于單獨(dú)通孔。最后，值得注意，在一些變化例中，也可以為適合其它的目的形成溝道。例 如，在不同的實(shí)施中，溝道可以被設(shè)計(jì)為輔助通道絕緣體變成環(huán)形的溝道，或者封閉金屬， 該金屬將變?yōu)榛蛘叻駝t形成變更的軌跡。因而，取決于特定的實(shí)施和配置，在僅僅解決以 上指出的通孔深度問題以外，溝道可以有利地適合多個(gè)用途。因而應(yīng)該被理解的是，這個(gè)說明書(包括附圖)僅僅代表一些說明性的實(shí)施 例。為了便于讀者，以上說明書已經(jīng)集中了全部可能的實(shí)施例的代表性例子，教導(dǎo)本發(fā)明 的原理的例子上。本說明書沒有試圖無遺漏地例舉全部可能的變化例。對(duì)于本發(fā)明的具體
9的部分，可能還未給出替換的實(shí)施例，或者進(jìn)一步未描述的替換的實(shí)施例可能對(duì)于部分是 適用的，這些不將被認(rèn)為是對(duì)那些替換的實(shí)施例的放棄。 一個(gè)普通的技術(shù)人員將理解那些 未描述的實(shí)施例中許多包括本發(fā)明的同樣的原理并且其它的是等效的。
權(quán)利要求
1.一種在完全處理的晶片中的導(dǎo)電通孔形成的方法，其特征在于，包括在所述完全處理的晶片的后側(cè)上限定至少一個(gè)溝道區(qū)域；向所述完全處理的晶片的后側(cè)內(nèi)，在所述溝道區(qū)域之內(nèi)形成至少一個(gè)溝道到總深度，其將允許在所述溝道之內(nèi)形成的通孔遍及其整個(gè)長度被引晶；在進(jìn)入到所述完全處理的晶片內(nèi)的溝道之內(nèi)形成所述通孔到預(yù)定深度，在所述溝道在所述通孔的邊緣的底部的表面與所述預(yù)定深度之間的距離限定所述整個(gè)長度；遍及所述通孔的所述整個(gè)長度，沉積籽晶層；以及電鍍所述籽晶層以用導(dǎo)電金屬填充所述通孔。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述至少一個(gè)溝道包括 在所述溝道區(qū)域之內(nèi)刻蝕所述完全處理的晶片的后側(cè)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蝕包括濕刻蝕處理。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蝕包括干刻蝕處理。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)溝道區(qū)域是多個(gè)溝道區(qū)域中 的一個(gè)，并且所述多個(gè)溝道區(qū)域的總和小于所述完全處理的晶片的后側(cè)的原始區(qū)域的全部 區(qū)域的75%。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)溝道區(qū)域的總和小于所述完全處 理的晶片的后側(cè)的原始區(qū)域的全部區(qū)域的50%。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述溝道區(qū)域之內(nèi)形成所述至少一個(gè)溝 道包括形成分級(jí)的溝道。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步地包括 在所述溝道之內(nèi)形成至少一個(gè)另外的通孔。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述溝道之內(nèi)形成所述至少一個(gè)另外的通孔包括形成所述通孔的同時(shí)，生成所述至少一個(gè)另外的通孔。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述溝道之內(nèi)形成所述至少一個(gè)另外的通孔包括在不同于所述形成所述通孔期間的時(shí)間并且到不同的預(yù)定深度，生成所述至少一個(gè)另 外的通孔。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述完全處理的晶片包括多個(gè)芯片，并 且限定所述至少一個(gè)溝道區(qū)域包括對(duì)超過一個(gè)或多個(gè)所述芯片的完全的外邊界的至少一個(gè)溝道區(qū)域限定周邊。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步地包括使所述完全處理的晶片的后側(cè)變薄，以提供在所述通孔中到所述導(dǎo)電金屬的通道。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步地包括 在變薄之后，從所述完全處理的晶片鋸成芯片。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在變薄之后，所述方法進(jìn)一步地包括-在變薄之后，從所述完全處理的晶片切割成芯片。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述完全處理的晶片包括多個(gè)芯片，并 且所述限定所述至少一個(gè)溝道區(qū)域包括對(duì)至少部分地在一個(gè)芯片的外邊界之內(nèi)的至少一個(gè)溝道區(qū)域限定周邊。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，限定所述至少一個(gè)溝道包括 限定與形成在所述晶片上的單獨(dú)芯片對(duì)準(zhǔn)并且稍微大于單獨(dú)芯片的溝道尺寸和形狀。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步地包括 從所述完全處理的晶片鋸成芯片。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步地包括 從所述完全處理的晶片切割成芯片。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述溝道區(qū)域之內(nèi)形成至少一個(gè)溝道 包括形成具有限定第一溝道區(qū)域的周邊的邊界的第一溝道；以及以與所述形成所述第一溝道同樣的方式在所述第一溝道區(qū)域之內(nèi)形成第二溝道。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在所述溝道之內(nèi)形成所述通孔包括在所述第二溝道的周邊的邊界之內(nèi)形成所述通孔。
全文摘要
在完全處理的晶片中的導(dǎo)電通孔形成的方法包括在所述完全處理的晶片的后側(cè)上限定至少一個(gè)溝道區(qū)域，在所述溝道區(qū)域之內(nèi)形成至少一個(gè)溝道到總深度，其將允許在所述溝道之內(nèi)形成的通孔遍及它的整體長度被引晶，在進(jìn)入所述完全處理的晶片之內(nèi)的溝道之內(nèi)形成所述通孔到預(yù)定深度，沉積籽晶層遍及所述通孔的整體長度，以及電鍍所述籽晶層以用導(dǎo)電金屬填充所述通孔。
文檔編號(hào)H01L21/30GK101553903SQ200780037549
公開日2009年10月7日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者約翰·特雷扎 申請人:丘費(fèi)爾資產(chǎn)股份有限公司