專利名稱：具有穿透襯底的通孔的集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
公開的實(shí)施例涉及包括TSV IC的集成電路(1C)，該TSV IC包括凸出的TSV的末端。
背景技術(shù)：
穿透襯底的通孔(TSV)是從在IC管芯的頂側(cè)半導(dǎo)體表面上形成的導(dǎo)電層級(jí)中的一個(gè)(例如，接觸層級(jí)或后段制程金屬互連層級(jí)中的一個(gè))延伸到其底側(cè)表面從而延伸晶圓的整個(gè)厚度的垂直電連接。垂直電路徑相對(duì)于常規(guī)引線結(jié)合技術(shù)顯著縮短，一般導(dǎo)致顯著更快的器件操作。在一種布置方式中，TSV作為凸出的TSV末端在IC管芯(這里稱為“TSV管芯”)的一側(cè)上終止，例如從TSV管芯的底側(cè)表面凸出。TSV管芯可以面向上或面向下結(jié)合，并可以從兩個(gè)側(cè)面結(jié)合，從而使得能夠形成堆疊IC器件。盡管TSV可以穿過任何襯底材料形成，但其統(tǒng)稱為穿透硅通孔。因?yàn)橛捎谠赥SV管芯上的面積約束和/或TSV在TSV管芯上的一個(gè)或更多層上施加的應(yīng)力，因此TSV面積一般不可以增加，所以TSV面積經(jīng)常受限制。對(duì)于涉及TSV末端的常規(guī)焊料間接接合，由于焊料具有相對(duì)低的電遷移(EM)電流限制(例如，常規(guī)焊料的通常EM限制電流密度是大約104A/cm2，是Cu或Al的大約百分之一)，通過含TSV的接頭的EM電流密度一般受在TSV末端和TSV末端上的覆蓋焊料之間的分界面面積限制。此外，應(yīng)用于堆疊管芯組件，相對(duì)于在結(jié)合到TSV管芯的頂部IC管芯上的鄰接結(jié)合墊或結(jié)合特征顯著較小的TSV面積通常限制堆疊管芯組件的總體EM性能。對(duì)該EM問題的常規(guī)解決方案涉及通過添加另外的背側(cè)金屬步驟，或通過形成另外TSV (以提供并行的TSV),從而能夠在TSV末端上方添加圖案化金屬墊，以減小TSV管芯上的已選擇TSV中的電流。

發(fā)明內(nèi)容
公開的示例實(shí)施例描述具有包括遠(yuǎn)側(cè)末端端部的凸出的TSV末端的TSV管芯，在沒有在TSV末端上方添加圖案化金屬墊的增加成本和生產(chǎn)周期或與包括另外的并行TSV關(guān)聯(lián)的管芯面積損失的情況下，該遠(yuǎn)側(cè)末端端部可以解決在上面描述的EM問題。本發(fā)明人也已認(rèn)識(shí)到公開的實(shí)施例在焊料間接接合的情況下避免或至少顯著延遲TSV的內(nèi)部金屬芯由于與覆蓋的Sn基焊料一起形成金屬間化合物(MO導(dǎo)致的消耗，這幫助防止外部介電套管的MC引起的破裂，該破裂可以在TSV管芯上(尤其是凸出的TSV末端離開芯片底側(cè)的點(diǎn)附近)導(dǎo)致故障(例如漏泄或短路)。遠(yuǎn)側(cè)末端端部包含第一金屬層和第二金屬層，該第一金屬層包括覆蓋凸出的TSV末端的暴露部分的除焊料之外的第一金屬，并且該第二金屬層包括不同于在第一金屬層上的第一金屬的除焊料之外的第二金屬。第一金屬層和第二金屬層一起提供覆蓋TSV的側(cè)壁的一部分和外部介電套管的最頂表面的球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部，并且球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部提供比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大> 25%的橫截面積。
—個(gè)公開的示例實(shí)施例是形成TSV管芯的方法，包括將除焊料之外的第一金屬層鍍覆在包含外部介電套管和內(nèi)部金屬芯的TSV的凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分上，并在第一金屬層上鍍覆不同于第一金屬層的除焊料之外的第二金屬層。第一金屬層和第二金屬層一起為凸出的TSV末端提供覆蓋TSV的側(cè)壁的一部分和外部介電套管的最頂表面的球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部，并且球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部提供比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大> 25%的橫截面積。該方法可以進(jìn)一步包含在包括多個(gè)TSV管芯的晶圓的底側(cè)表面上，包括在凸出的TSV末端上方淀積介電鈍化層。然后可以蝕刻鈍化層(例如，干蝕刻)從而顯露包括TSV的內(nèi)部金屬芯暴露部分的凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分。球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部可以然后在凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分上形成。球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部的形成可以包含選擇性無電鍍覆第一和第
二金屬層。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出在形成TSV管芯的示范方法中的步驟的流程圖。圖1B是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例示出在形成TSV管芯的示范方法中的步驟的流程圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的TSV管芯的簡(jiǎn)化橫截圖示，該TSV管芯包含具有球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部的TSV。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的TSV管芯的簡(jiǎn)化橫截圖示，該TSV管芯包含具有球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部的TSV。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的涉及在圖2A中示出的實(shí)施例的TSV管芯的簡(jiǎn)化橫截圖示，該TSV管芯包含具有球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部的TSV，該TSV管芯經(jīng)修改以便外部介電TSV套管沿凸出的TSV末端的側(cè)壁延伸小于凸出的TSV末端的長(zhǎng)度的距離。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含TSV管芯和第二IC管芯的堆疊IC器件的簡(jiǎn)化橫截圖示，該TSV管芯包含具有球狀遠(yuǎn)側(cè)TSV末端端部的TSV，并且該第二 IC管芯具有多個(gè)凸出結(jié)合特征，其中示出凸出結(jié)合特征在回流焊料接頭處接合到凸出的TSV末端。
具體實(shí)施例方式圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出在形成TSV管芯的示范方法100中的步驟的流程圖。步驟101包含提供包含多個(gè)TSV管芯的晶圓。TSV管芯包括至少一個(gè)，并且一般包括多個(gè)TSV，該TSV包含內(nèi)部金屬芯和外部介電套管，該外部介電套管延伸芯片的全部厚度，從頂側(cè)半導(dǎo)體表面(一般耦合到接觸層級(jí)或BEOL金屬層(例如M1、M2等)中的一個(gè))延伸到從TSV管芯的底側(cè)表面出現(xiàn)的凸出的TSV末端。在一個(gè)實(shí)施例中內(nèi)部金屬芯可以包含Cu。其他導(dǎo)電材料可以用于內(nèi)部金屬芯。在一個(gè)實(shí)施例中TSV直徑< 12 μ m,例如在一個(gè)特別實(shí)施例中的8.5到10 μ m。外部介電套管可以包含如下材料:例如氧化硅、氮化硅、摻磷硅酸鹽玻璃(PSG)、氮氧化硅或某些CVD聚合物(例如聚對(duì)二甲苯)。外部介電套管通常是0.2到5μπι厚。在內(nèi)部金屬芯為銅和某些其他材料的情況下，一般添加在此稱為“TSV阻擋層”的金屬擴(kuò)散阻擋層，例如耐熔金屬或耐熔金屬氮化物。例如，TSV阻擋層材料可以包括如下材料:包括Ta、W、Mo、T1、Tiff, TiN、TaN、WN、TiSiN或TaSiN，該材料可以由物理汽相淀積(PVD)或化學(xué)汽相淀積(CVD)來淀積。TSV阻擋層通常是100 - 500A厚。TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分包括暴露(即無介電套管的)區(qū)，該暴露區(qū)至少部分暴露內(nèi)部金屬芯的最頂表面從而允許連接至其的電接觸。步驟102包含在凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分上鍍覆除焊料之外的第一金屬層。第一金屬層形成與至少內(nèi)部金屬芯的最頂表面的電接觸。第一金屬層一般I到4 μ m厚。第一金屬層提供MC阻擋和電流擴(kuò)散器功能。第一金屬層可以包含如下材料:包括例如N1、Pd、Co、Cr、Rh、NiP、NiB、CoWP或CoP。鍍覆可以包含無電鍍覆。如在鍍覆的領(lǐng)域中已知，無電鍍覆是僅在某些暴露金屬或半導(dǎo)體表面上淀積，不在電介質(zhì)例如聚合物、氧化物和氮化物上淀積的選擇性淀積工藝，并因此不涉及生成圖案的光刻或移除過多淀積材料的蝕刻步驟。在另一實(shí)施例中，可以通過以下方式來使用電鍍:使用光刻建立圖案化層，以便可以在TSV末端上方形成電鍍墊，從而使用電鍍工藝將淀積定位到末端區(qū)。步驟103包含在第一金屬層上鍍覆不同于第一金屬層的除焊料之外的第二金屬層。鍍覆可以包含無電鍍覆。與在上面描述的步驟102相同，鍍覆可以包含電鍍。第一金屬層與第二金屬層一起為凸出的TSV末端提供球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部。球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部覆蓋TSV側(cè)壁的一部分和外部介電套管的最頂表面，并提供比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大> 25%的最大橫截面積。在另一實(shí)施例中，球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部具有比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大> 40%的最大橫截面積。例如，TSV末端直徑可以是6到10 μ m,并且第一和第二金屬層的組合厚度可以是I到5 μ m厚。對(duì)于在本領(lǐng)域中已知由在某些金屬(例如Cu)或半導(dǎo)體表面上開始的各向同性淀積圖案來表征的無電工藝，在垂直于TSV末端的長(zhǎng)度方向的尺寸中的淀積厚度通常是TSV末端的長(zhǎng)度尺寸中淀積厚度的70%到85%。因此，4 μ m厚的淀積厚度提供約6 μ m的TSV寬度尺寸的增加。在第一特別實(shí)施例中，第一金屬層包含Ni并且第二金屬層包含Cu、Pt、Pd或Au。例如，Ni可以是I到4 μ m厚，并且第二金屬層可以包含2到5 μ m厚的Cu。Ni提供MC阻擋，同時(shí)實(shí)施為Cu層的第二金屬有助于焊料隨后轉(zhuǎn)換成CuxSnyMC,并在第一金屬層中延遲Ni完全轉(zhuǎn)換成MC，由此擴(kuò)展EM能力。通過形成球狀末端端部，有效末端面積顯著增加，這降低在TSV末端和焊料之間分界面的電流密度。此外，球狀末端端部阻擋/延遲MC形成反應(yīng)進(jìn)入TSV末端。球狀遠(yuǎn)側(cè)末端也延緩TSV內(nèi)部金屬芯(例如Cu)由于與覆蓋的Sn基焊料一起形成MC而消耗。在第二特別實(shí)施例中，第一金屬層包含Ni并且第二金屬層包含Pd。在該第二特別實(shí)施例中，Pd可以是0.2到0.6 μ m厚。在第二特別實(shí)施例中，浸沒Au層可以淀積在Pd或其他第二金屬層上從而改善焊料浸濕。Au層可以是200到500A厚。Pd可以提供阻擋從而防止Au擴(kuò)散通過直到PSV末端，并可以提供阻擋從而防止P (例如源自下面的NiP)腐蝕Au。圖1B是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例示出在形成TSV芯片的示范方法150中的步驟的流程圖。步驟151包含提供晶圓，該晶圓包含多個(gè)TSV管芯，其中每個(gè)TSV管芯都具有包括有源電路的頂側(cè)半導(dǎo)體表面和底側(cè)表面，以及多個(gè)TSV。TSV包含內(nèi)部金屬芯和外部介電套管，該外部介電套管延伸管芯的整個(gè)厚度，從頂側(cè)半導(dǎo)體表面(一般耦合到接觸層級(jí)或BEOL金屬層(例如M1、M2等)中的一個(gè))延伸到從TSV管芯的底側(cè)表面出現(xiàn)的凸出的TSV末端。TSV末端包括側(cè)壁。步驟152包含在晶圓的底側(cè)表面上，包括在凸出的TSV上方淀積介電鈍化層。在一個(gè)實(shí)施例中，使用旋涂工藝淀積鈍化層。然而，可以使用其他淀積工藝。步驟153包含蝕刻鈍化層從而顯露凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分，該蝕刻包括暴露內(nèi)部金屬芯的一部分，其中在蝕刻之后鈍化層繼續(xù)覆蓋晶圓的橫向于凸出的TSV的底側(cè)表面和一部分側(cè)壁。干蝕刻可以用于該步驟。一些濕蝕刻工藝也可以是合適的。例如，一種示范濕蝕刻工藝用密封TSV末端的介電聚合物涂覆TSV末端，并然后使用溶劑將介電聚合物的一部分從TSV末端移除，從而暴露TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分以容許至其的電連接。在一個(gè)實(shí)施例中步驟152可以包含介電鈍化層的化學(xué)汽相淀積(CVD)，該介電鈍化層包含氮化娃或氮氧化娃，并且步驟153可以包含化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)從而顯露凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分，包括暴露內(nèi)部金屬芯的一部分。在該實(shí)施例中金屬鍍覆(在下面描述的步驟154、155)跨該鈍化層橫向生長(zhǎng)。步驟154類似于在方法100中的步驟102，并包含在TSV的凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分上鍍覆除焊料之外的第一金屬層。該鍍覆可以包含無電鍍覆。步驟155類似于在方法100中的步驟103，并包含在第一金屬層上鍍覆不同于第一金屬層的除焊料之外的第二金屬層。鍍覆可以包含無電鍍覆。第一金屬層與第二金屬層一起為凸出的TSV末端提供球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部。球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部覆蓋TSV側(cè)壁的一部分和外部介電套管的最頂表面，并具有比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大> 25%的最大橫截面積。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的TSV管芯200的簡(jiǎn)化橫截圖示，TSV管芯200包含具有凸出的TSV末端217的至少一個(gè)TSV216，凸出的TSV末端217具有球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部217 (a)。TSV管芯200包含襯底205，襯底205包括頂側(cè)半導(dǎo)體表面207和底側(cè)表面210，頂側(cè)半導(dǎo)體表面207包括有源電路209。示出的連接器208描繪在頂側(cè)半導(dǎo)體表面207上的TSV216到有源電路209之間的耦合。TSV216包含外部介電套管221和內(nèi)部金屬芯220，以及在外部介電套管221和內(nèi)部金屬芯220之間的TSV阻擋層222。TSV216從頂側(cè)半導(dǎo)體表面207延伸到從底側(cè)表面210出現(xiàn)的凸出的TSV末端217。TSV末端包括在其上具有外部介電套管221和阻擋層222的側(cè)壁。介電鈍化層231橫向于凸出的TSV末端217，包括在凸出的TSV末端217的側(cè)壁的一部分上。凸出的TSV末端217的遠(yuǎn)側(cè)部分缺少介電鈍化層231從而提供內(nèi)部金屬芯220的暴露部分。包括除焊料之外的第一金屬的第一金屬層覆蓋凸出的TSV末端217的暴露部分。第二金屬層242包括除焊料之外的第二金屬,其與第一金屬層241上的第一金屬不同?？梢姷谝唤饘賹?41與第二金屬層242 —起為凸出的TSV末端217提供球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部217(a)，其覆蓋TSV側(cè)壁的一部分和外部介電套管221的最頂表面221(a)，并且其提供大于在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部217 Ca)下面的凸出的TSV末端217的橫截面積> 25%的橫截面積。在組裝、可靠性測(cè)試期間以及在使用期間，當(dāng)TSV缺少充當(dāng)IMC阻擋層的金屬蓋時(shí)，在常規(guī)TSV接頭中使用的焊料將從TSV末端消耗內(nèi)部金屬芯(例如Cu)，這可以導(dǎo)致TSV內(nèi)部芯金屬例如Cu轉(zhuǎn)換成MC。本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到MC形成引起體積增加，這可以使周圍外部介電套管221 (尤其是凸出的TSV末端217離開襯底205的底側(cè)表面210的點(diǎn)附近)破裂。在此披露的球狀末端端部217 (a)除了減小在TSV末端與焊料的分界面的電流密度之夕卜，還如上所述阻止/延遲MC形成反應(yīng)進(jìn)入TSV末端。球狀末端也延緩TSV內(nèi)部金屬芯(例如Cu)由于與覆蓋的Sn基焊料一起形成MC而被消耗。在下面描述的圖4示出示范焊點(diǎn)，該示范焊點(diǎn)將具有從TSV管芯的底側(cè)表面凸出的球狀末端端部的TSV末端與具有多個(gè)凸出結(jié)合特征的第二 IC管芯耦合。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的TSV管芯250的簡(jiǎn)化橫截圖示，TSV管芯250包含具有球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部的至少一個(gè)TSV。在圖2B中示出的球狀末端端部217 (b)包含可選的第三金屬層243、第二金屬層242和第一金屬層241。在該實(shí)施例中，第一金屬層241可以包含Ni (例如I到4 μ m厚)，第二金屬層242可以包含Pd (例如0.2到0.6 μ m厚)，并且第三金屬層243可以包含Au (例如200到500A厚)。如上面提到，Pd可以阻擋可能的Au擴(kuò)散，并也可以阻擋源自下面的NiP的P對(duì)Au的可能腐蝕。圖3是涉及在圖2A中示出的實(shí)施例的TSV管芯300的簡(jiǎn)化橫截圖示，TSV管芯300包含具有球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部217 Ca)的TSV216，TSV管芯300經(jīng)修改使得外部介電TSV套管221沿凸出的TSV末端217的側(cè)壁延伸小于凸出的TSV末端217的長(zhǎng)度的距離。在此稱為中間距離(Di)的該距離可以是:凸出的TSV末端的長(zhǎng)度的1/3≤Di≤凸出的TSV末端的長(zhǎng)度-1 μ m。用于形成具有沿凸出的TSV末端217的側(cè)壁延伸小于凸出的TSV末端217的長(zhǎng)度的距離的外部介電TSV套管221的此類TSV末端的方法在授予Bonifield等人的共同受讓的公開美國(guó)專利申請(qǐng)N0.20090278238能夠找到。圖4是包含第一 TSV管芯200 (如上面描述在圖2A中示出)和第二 IC管芯420的堆疊IC器件的簡(jiǎn)化橫截圖示，第一 TSV管芯200包含具有球狀遠(yuǎn)TSV末端端部217 (a)的TSV216，并且第二 IC管芯420具有多個(gè)凸出結(jié)合特征，其中示出在結(jié)合墊422上的單個(gè)結(jié)合特征(例如銅墊)425在回流焊料(例如，電解SnAg2.5wt.%焊料)接頭435處接合到TSV管芯200的球狀末端端部217 (a)。IMC426 (例如CuxSny)在結(jié)合特征425上示出，其獲得自焊料回流工藝。在圖2B中示出的第三金屬層243沒有在圖4中示出，因?yàn)槠湟话阍诤噶匣亓髌陂g完全分解并因此完全擴(kuò)散進(jìn)入焊料從而被包括在回流焊料接頭435中。另外，另一 MC層426’在焊料接頭435中的焊料和第二金屬層242 (例如Ni第二金屬層)之間形成。在第二金屬層包含Ni的情況下，由于與Ni和Sn之間的MC形成速率相比，當(dāng)其是Cu和Sn時(shí)，IMC在結(jié)合墊425之間以更快的速率形成，因此MC層426’將比MC層426薄得多。圖4也示出公開的球狀末端端部怎樣通過顯著增加TSV末端217的遠(yuǎn)側(cè)部的有效面積，解決因?yàn)門SV末端與鄰接墊425相比的(相對(duì))較小橫截面積(例如直徑)上的EM限制，所以必須在晶圓背側(cè)上的TSV末端上方建立圖案化金屬墊，或添加額外的TSV從而向下一層供應(yīng)充足電流的問題。在頂側(cè)半導(dǎo)體表面上形成的有源電路包含電路元件，該電路元件一般包括晶體管、二極管、電容器和電阻器，以及將這些各種電路元件互連的信號(hào)線和其他電導(dǎo)體。公開的實(shí)施例可以集成各種工藝流程從而形成各種器件和相關(guān)產(chǎn)品。半導(dǎo)體襯底可以包括在其中的各種元件和/或其上的各種層。這些可以包括阻擋層、其他介電層、器件結(jié)構(gòu)，包括源極區(qū)、漏極區(qū)、位線、基極、發(fā)射極、集電極、導(dǎo)線、導(dǎo)電通孔等的有源元件和無源元件。此外，公開的實(shí)施例可以在包括雙極型、CMOS、BiCMOS和MEMS的各種工藝中使用。本發(fā)明涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到可以對(duì)已描述示例實(shí)施例和在要求保護(hù)的發(fā)明的范圍內(nèi)實(shí)施的其他實(shí)施例做出修改。
權(quán)利要求
1.一種形成穿透硅通孔管芯的方法，包含: 在TSV的凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分上鍍覆除焊料之外的第一金屬層，所述TSV包括側(cè)壁并包含外部介電套管和內(nèi)部金屬芯；以及 在所述第一金屬層上鍍覆不同于所述第一金屬層的除焊料之外的第二金屬層； 其中所述第一金屬層和所述第二金屬層一起為所述凸出的TSV末端提供覆蓋所述TSV側(cè)壁的一部分和所述外部介電套管的最頂表面的球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部，所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部具有比在所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的所述凸出的TSV末端的橫截面積大>25%的橫截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鍍覆所述第一金屬層和所述鍍覆所述第二金屬層都包含選擇性無電鍍覆，并且其中所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部在所述凸出的TSV末端的所述遠(yuǎn)側(cè)部分上選擇性形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法: 其中所述TSV管芯在包含多個(gè)所述TSV管芯的晶圓上，并且其中所述多個(gè)TSV管芯中的每個(gè)都具有包括有源電路的頂側(cè)半導(dǎo)體表面和底側(cè)表面，并包括多個(gè)所述TSV，其中所述多個(gè)TSV從在所述頂側(cè)半導(dǎo)體表面上的所述有源電路延伸到從所述底側(cè)表面出現(xiàn)的所述凸出的TSV末端，并且其中所述凸出的TSV末端包括側(cè)壁，所述方法進(jìn)一步包含在所述選擇性無電鍍覆之前: 在所述晶圓的所述底側(cè)表面上，包括在所述凸出的TSV末端上方淀積鈍化層；以及 蝕刻所述鈍化層從而顯露所述凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分，包括暴露所述內(nèi)部金屬芯的一部分，其中在所述蝕刻之后，所述鈍化層繼續(xù)覆蓋橫向于所述凸出的TSV末端的所述晶圓的所述底側(cè)表面和所述側(cè)壁的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述淀積包含化學(xué)汽相淀積(CVD)，所述鈍化層包含氮化硅或氮氧化硅，并且所述蝕刻包含化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一金屬層包含N1、Pd、Co、Cr、Rh、NiP、NiB、CoffP 或 CoP。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一金屬層包含Ni，并且第二金屬層包含Cu或Pd ;并且進(jìn)一步包含在所述第二金屬層上淀積Au層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述外部介電套管沿所述凸出的TSV末端的所述側(cè)壁延伸一中間距離(Di )，其中所述凸出的TSV末端的長(zhǎng)度的1/3 SDi <所述凸出的TSV末端的所述長(zhǎng)度-1 μ m。
8.一種穿透襯底的通孔(TSV)管芯，包含: 頂側(cè)半導(dǎo)體表面和底側(cè)表面，所述頂側(cè)半導(dǎo)體表面包括有源電路； 多個(gè)TSV，所述多個(gè)TSV包括側(cè)壁，并包含外部介電套管和內(nèi)部金屬芯，其中所述多個(gè)TSV從在所述頂側(cè)半導(dǎo)體表面上的所述有源電路延伸到從所述底側(cè)表面出現(xiàn)的凸出的TSV末端，其中所述凸出的TSV末端包括側(cè)壁； 鈍化層，所述鈍化層橫向于所述凸出的TSV末端的一部分，包括在所述凸出的TSV末端的所述側(cè)壁的一部分上，其中在所述凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分沒有所述鈍化層，從而提供所述內(nèi)部金屬芯的暴露部分； 第一金屬層，所述第一金屬層包括覆蓋所述凸出的TSV末端的所述暴露部分的除焊料之外的第一金屬；以及 第二金屬層，所述第二金屬層包括不同于在所述第一金屬層上的所述第一金屬的除焊料之外的第二金屬； 其中所述第一金屬層和所述第二金屬層一起為所述凸出的TSV末端提供覆蓋所述TSV側(cè)壁的一部分和所述外部介電套管的最頂表面的球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部，所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部具有比在所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的所述凸出的TSV末端的橫截面積大>25%的橫截面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的TSV管芯，其中所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部提供比在所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的所述凸出的TSV末端的橫截面積大> 40%的橫截面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的TSV管芯，其中所述第一金屬包含N1、Pd、Co、Cr、Rh、NiP,NiB、CoWP 或 CoP。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的TSV管芯，其中所述第一金屬包含Ni，并且第二金屬包含Cu或Pd ;并且進(jìn)一步包含在所述第二金屬層上的Au層。
12.根據(jù)權(quán)利要求 8所述的TSV管芯，其中所述外部介電套管沿所述凸出的TSV末端的所述側(cè)壁延伸一中間距離(Di )，其中所述凸出的TSV末端的長(zhǎng)度的1/3 SDiS所述凸出的TSV末端的所述長(zhǎng)度-1 μ m。
13.—種堆疊集成電路(IC)器件，包含: 頂側(cè)半導(dǎo)體表面和底側(cè)表面，所述頂側(cè)半導(dǎo)體表面包括有源電路； 多個(gè)穿透襯底的通孔(TSV)，所述多個(gè)TSV包括側(cè)壁，所述側(cè)壁包含外部介電套管和內(nèi)部金屬芯，其中所述多個(gè)TSV從在所述頂側(cè)半導(dǎo)體表面上的所述有源電路延伸到從所述底側(cè)表面出現(xiàn)的凸出的TSV末端，其中所述凸出的TSV末端包括側(cè)壁，以及 在所述底側(cè)表面上的鈍化層，所述鈍化層橫向于所述凸出的TSV末端，包括在所述凸出的TSV末端的所述側(cè)壁的一部分上，其中包括所述內(nèi)部金屬芯的暴露部分的所述凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分沒有所述鈍化層； 其中所述凸出的TSV末端在所述凸出的TSV末端的所述遠(yuǎn)側(cè)部分上包括球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部，所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部包含: 第一金屬層，所述第一金屬層包括除焊料之外的第一金屬；以及 第二金屬層，所述第二金屬層包括不同于在所述第一金屬層上的所述第一金屬的除焊料之外的第二金屬； 其中所述第一金屬層和所述第二金屬層一起為所述凸出的TSV末端提供覆蓋所述TSV側(cè)壁的一部分和所述外部介電套管的最頂表面的球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部，所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部具有比在所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的所述凸出的TSV末端的橫截面積大>25%的橫截面積；以及 第二 IC芯片，所述第二 IC芯片具有在接頭接合到所述第一 IC芯片的所述球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部的多個(gè)凸出的結(jié)合特征。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的堆疊IC管芯器件，所述第一金屬包含N1、Pd、Co、Cr、Rh、NiP、NiB、CoWP 或 CoP。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的堆疊IC管芯器件，其中所述外部介電套管沿所述凸出的TSV末端的所述側(cè)壁延伸一中間距離(Di )，其中所述凸出的TSV末端的長(zhǎng)度的1/3 ^ Di ^所述凸出的TSV末端的 所述長(zhǎng)度-1 μ m。
全文摘要
一種穿透襯底的通孔(TSV)芯片(200)，其包括多個(gè)TSV(216)，TSV(216)包括外部介電套管(221)和內(nèi)部金屬芯(220)以及凸出的TSV末端(217)，凸出的TSV末端端部(217)包括從TSV管芯出現(xiàn)的側(cè)壁。橫向于凸出的TSV末端的鈍化層(231)在凸出的TSV末端的側(cè)壁的一部分上。在凸出的TSV末端的遠(yuǎn)側(cè)部分缺少鈍化層，從而提供內(nèi)部金屬芯的暴露部分。TSV末端包括球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部(217(a))，其包括第一金屬層(241)和第二金屬層(242)，第一金屬層(241)包括除焊料之外的第一金屬，并且第二金屬層(242)包括覆蓋暴露末端部分的除焊料之外的第二金屬。球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部覆蓋TSV側(cè)壁的一部分并在外部介電套管的最頂表面上方，并具有比在球狀遠(yuǎn)側(cè)末端端部下面的凸出的TSV末端的橫截面積大≥25%的最大橫截面積。
文檔編號(hào)H01L23/48GK103109362SQ201180043062
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者J·A·韋斯特, Y-J·樸 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司