一種具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著摩爾定律逼近物理極限，TSV三維封裝技術(shù)(Through-S1-Via，TSV)通過TSV互連技術(shù)在芯片層次實現(xiàn)三維集成，具有小體積、高密度、三維異質(zhì)集成的特點，被業(yè)界認為是突破甚至超越摩爾定律的重要途徑，已成為先進封裝領(lǐng)域乃至微電子領(lǐng)域的前沿與熱點。
[0003]TSV/TGV轉(zhuǎn)接板技術(shù)(Through-Glass-Via，TGV)是從TSV互連技術(shù)衍生出來的重要發(fā)展方向，可以提供與三維封裝集成電路IC相匹配的線寬/節(jié)距、熱膨脹系數(shù)，具有小尺寸、高密度、高集成度的特點，已成為集成電路IC、MEMS、微納傳感器等芯片級三維集成的最具競爭力的轉(zhuǎn)接基板技術(shù)。
[0004]TSV/TGV互連是TSV三維封裝技術(shù)的關(guān)鍵之一，某種意義上講，其性能/可靠性對TSV三維集成模塊性能好壞具有決定性影響。目前，業(yè)界已經(jīng)公開了不同的TSV/TGV互連技術(shù)方案，具有代表性的有:譬如CN101752270A公開了一種實心TSV互連技術(shù)方案，CN2011101128047.2公開了一種內(nèi)部填充有機物的環(huán)形TSV互連技術(shù)方案。其中實心TSV互連技術(shù)方案適用于小孔徑、高密度TSV互連的三維集成應(yīng)用，如3D 1C，但是由于實心TSV互連材料熱膨脹系數(shù)失配，其熱力學可靠性是個問題，尤其是當需要大孔徑、高深寬比的TSV互連時，如應(yīng)用于MEMS、微納傳感器等三維集成的TSV轉(zhuǎn)接板時，熱力學可靠性問題更加棘手。與實心TSV互連相比，內(nèi)部填充有機物的環(huán)形TSV互連方案在緩解熱應(yīng)力問題具有一定進步，在低密度I/O需求的TSV轉(zhuǎn)接板應(yīng)用具有一定優(yōu)勢，但是由于其橫截面呈圓環(huán)型、在其溫度變化時由于對稱性仍然會對周圍襯底形成向外輻射狀擠壓或向圓心內(nèi)拉伸作用，對其熱力學可靠性仍是一大威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可以有效地改善垂直通孔結(jié)構(gòu)互連的應(yīng)力問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底、多個橫截面為花瓣狀的垂直通孔互連、金屬互連層，其中:
[0007]所述襯底為娃或玻璃，具有相對的第一表面和第二表面；
[0008]所述橫截面為花瓣狀的垂直通孔互連由垂直貫穿所述襯底的第一表面和第二表面的嵌于所述襯底中橫截面為花瓣狀的垂直通孔、以及保型覆蓋至所述垂直通孔側(cè)壁的一一即橫截面同為花瓣狀的并且同中心一一金屬層組成；
[0009]在所述襯底第一表面、或第二表面、或者第一和第二表面存在金屬互連層(Redistribut1n-Layer，RDL，也可稱為重新布線層)，所述金屬互連層由導(dǎo)電金屬層和介質(zhì)層組成。
[0010]優(yōu)選的，所述橫截面為花瓣的硅通孔，其花瓣數(shù)量為2?5瓣，也可以是更多瓣，具有內(nèi)凸的自由端，用于釋放由于熱膨脹系數(shù)失配產(chǎn)生的熱應(yīng)力；
[0011]優(yōu)選的，所述襯底為硅時所述垂直通孔與金屬層之前存在一絕緣層，絕緣層為氧化硅、氮化硅；
[0012]優(yōu)選的，所述橫截面為花瓣的硅通孔互連的金屬層為銅。
[0013]相應(yīng)的，本發(fā)明公開了該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括以下步驟:
[0014]a)提供襯底，所述襯底具有相對的第一表面和第二表面，在所述襯底內(nèi)制作多個橫截面為花瓣狀的異型通孔；
[0015]b)在所述襯底的橫截面為花瓣狀的通孔側(cè)壁形成金屬層；
[0016]c)在所述襯底的第一表面、或第二表面、或第一表面與第二表面上制作重新布線層和金屬焊墊。
[0017]優(yōu)選的，襯底為硅圓片或玻璃圓片；
[0018]優(yōu)選的，在步驟a)中異型通孔制作方法為下列中的一種:深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)、激光燒蝕、噴砂、超聲加工；
[0019]優(yōu)選的，在步驟a)中在硅圓片上制作異型通孔之后，還包括在所述通孔側(cè)壁形成絕緣層，所述絕緣層的材料為氧化硅、氮化硅；
[0020]優(yōu)選的，在步驟b)中形成金屬層的方法包括蒸發(fā)、濺射、電鍍、化學鍍、化學氣相沉積及其組合，所述金屬層材料為銅。
[0021]優(yōu)選的，在步驟c)中在所述襯底的第一表面、或第二表面、或第一表面與第二表面制作重新布線層和金屬焊墊的方法包括包括蒸發(fā)、濺射、電鍍、化學鍍、化學氣相沉積及其組合，所述金屬層材料為銅、金、銀、鉑、鎳、鎢、鋁或其合金，所述重新布線層的介質(zhì)層為二氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺、BCB等。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023]本發(fā)明提供的具有橫截面為花瓣狀垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，通過垂直通孔內(nèi)凸出的自由端可以釋放由于熱膨脹系數(shù)失配產(chǎn)生的熱應(yīng)力，可以改善傳統(tǒng)實心或空心硅通孔互連結(jié)構(gòu)面臨的熱應(yīng)力問題，提高具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的熱力學可靠性。
【附圖說明】
[0024]圖1是實施例一中具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)橫切面圖與俯視圖。
[0025]圖2是實施例二中具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法示意圖。
[0026]圖3是實施例三中具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細描述。
[0028]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0029]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。
[0030]實施例一:
[0031]本實施例公開的具有硅通孔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可參考圖1，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底100、多個橫截面為花瓣狀的垂直通孔互連以及金屬互連層，其中:
[0032]所述襯底100為硅或玻璃，具有相對的第一表面000和第二表面200 ；
[0033]所述橫截面為花瓣狀的垂直通孔互連由垂直貫穿所述襯底的第一表面000和第二表面200的嵌于所述襯底中橫截面為花瓣狀的垂直通孔101、以及保型覆蓋至所述垂直通孔側(cè)壁的的金屬層102組成；
[0034]在所述襯底第一表面000、第二表面200分別存在金屬互連層，所述金屬互連層分別由導(dǎo)電金屬層001、201和介質(zhì)層002、202組成；
[0035]所述襯底100為硅時所述垂直通孔101與金屬層102之前存在一絕緣層103，介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅；
[0036]所述橫截面為花瓣的垂直通孔互連為三瓣或四瓣，如圖1(b)所示，其中101是體內(nèi)通孔，102是孔內(nèi)的金屬層，103是絕緣層，104是凸出的自由端；
[0037]所述橫截面為花瓣的垂直通孔互連的金屬層102為銅；
[0038]實施例二:
[0039]本實施例公開了一種具有垂直通孔互連的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法，可參考圖2，下面結(jié)合圖2對該方法做進一步介紹:
[0040]步驟一，提供襯底100，襯底為硅圓片或玻璃圓片，所述襯底100具有相對的第一表面000和第二表面200，在所述襯底