低成本芯片背部硅通孔互連結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體封裝技術領域，具體是涉及一種低成本芯片背部硅通孔互連結構。
【背景技術】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)，智能移動終端小型化、多功能化的需求，、三維集成，特別是基于硅通孔(TSV)的晶圓級封裝技術扮演越來越重要的角色。
[0003]中國專利201520550505.5提出一種硅通孔互連結構，包括硅基體和若干個硅通孔，所述硅基體的上面設置半導體工藝層，所述硅通孔上下貫穿硅基體，并填充金屬形成金屬柱，所述金屬柱與半導體工藝層形成電氣連通，所述金屬柱與硅通孔的內壁之間設置鈍化層I，在金屬柱和鈍化層的的下表面設置金屬塊，金屬塊將硅通孔完全覆蓋，在金屬塊周圍和硅基體的下表面覆蓋鈍化層II，并設置金屬塊開口露出金屬塊的下表面，在鈍化層II上選擇性的重布線金屬層，并在再布線金屬層的表面覆蓋保護層，開設保護層開口，該方案能夠很好的解決之前將金屬柱露出采用化學-機械拋光造成的漏電問題，同時提高了封裝的可靠性。但是該工藝復雜，成本高，對于不是金屬柱的結構不再適用。
[0004]中國專利201210570600.2公開了一種基于化學鍍鎳合金的通孔填充方法及其應用，首先在基體上制備通孔，然后在通孔的側壁表面上直接或間接地通過化學鍍的方法制備化學鍍鎳合金層，再以化學鍍鎳合金層作為種子層進行電鍍填充。本實用新型提出一種通過化學鍍鎳合金作為通孔的阻擋層和電鍍的種子層的技術，此技術可以實現(xiàn)阻擋層和種子層的一體化，可以簡化傳統(tǒng)的工藝流程，大大節(jié)省成本;通過化學鍍的方法，在高深徑比的通孔內可以使鍍膜分布更加均勻，有效避免離子濺射方法產(chǎn)生的“盲區(qū)”，這有利于獲得完整的電鍍填充效果。該方法用于微電子三維封裝的硅通孔互連技術，或者用于玻璃或樹脂基體的通孔連接技術，但是該技術中的通孔側壁也需要化鍍，增加了工藝的難度，可靠性較低。
[0005]后通孔(Vialast)技術是硅通孔技術中成本較低的方案。主要的工藝步驟包括芯片背面減薄，硅刻蝕，硅背面和側壁絕緣層制備，焊墊介質層開口，金屬填充，植球等工藝。但半導體工業(yè)發(fā)展一直在追求保證可靠性的前提下，降低成本。后通孔技術也需要進一步降低成本。
[0006]目前，主要通過降低3D縱向疊加的高度，并降低TSV所需的孔深，為TSV制造技術的應用減少障礙，降低成本。從降低成本角度看，后通孔(Via last)技術的深孔物理氣相沉積，電鍍，背面再布線是主要的成本構成。此外，后通孔(Via last)技術形成的硅通孔結構通常是部分填充方式，孔底和焊墊連接部分較薄，容易造成分層、斷裂等問題，且無介質層填充保護會導致金屬的氧化，腐蝕以及應力造成的失效。

【發(fā)明內容】

[0007]為了解決Vialast硅通孔的深孔物理氣相沉積，電鍍，背面再布線的成本過高，以及焊墊連接以及孔填充帶來的技術難題和可靠性上述技術問題，本實用新型提出一種低成本芯片背部硅通孔互連結構，無需要化鍍硅通孔側壁，并可避免使用深孔物理氣相沉積及深孔電鍍，具有成本低、工藝簡單和可靠性高等優(yōu)點。
[0008]本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0009]一種低成本芯片背部硅通孔互連結構，包括至少一正面帶有焊墊的芯片，所述芯片背面形成有對應所述焊墊的通孔，所述通孔的底部開口暴露所述焊墊且尺寸小于所述焊墊的尺寸;所述芯片背面及所述通孔的側壁上覆蓋有絕緣層;所述通孔的底部開口暴露的焊墊表面上采用化鍍的方法形成有一定厚度的金屬層;所述通孔內采用非電鍍的方法填充滿了導電材料。
[0010]進一步的，所述焊墊的材質是鋁、鋁合金、銅和銅合金中的一種。
[0011]進一步的，所述焊墊正面部分或全部被無機介質層或有機聚合物介質層覆蓋，所述焊墊背面邊緣被無機介質層覆蓋。
[0012]進一步的，所述絕緣層的材質為二氧化硅、氮化硅、聚合物絕緣材料中的一種。
[0013]進一步的，所述通孔為直孔或斜孔或直孔與斜孔的組合。
[0014]進一步的，所述金屬層為一層結構或多層結構，每層的材質為鎳、鎳磷、銀、銅、鈷、金、鈀中的一種。
[0015]進一步的，所述金屬層的厚度大于0.2微米。
[0016]進一步的，所述通孔內填充的導電材料凸出所述芯片的背面，形成凸點。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]本實用新型提供一種芯片背部硅通孔互連結構，通過在通孔的底部開口暴露的焊墊表面上采用化鍍的方法形成一定厚度的金屬層，并通過在通孔內采用非電鍍的方法填充滿導電材料，可以增強導電材料與焊墊連接的可靠性，解決部分填充孔底與焊墊連接部分較薄，造成的分層、斷裂等問題；由于其制備方法只化鍍了硅通孔底部而沒有化鍍硅通孔的側壁，因此，大大降低了工藝的難度，可靠性較高;且導電材料采用非電鍍的焊料回流填充或導電膠印刷/點膠填充形成，避免了使用深孔物理氣相沉積及深孔電鍍，大大降低了后通孔(Via last)技術的工藝成本，因此，本實用新型具有成本低、工藝簡單和可靠性高等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型晶圓與載片鍵合后的結構示意圖；
[0020]圖2為本實用新型在晶圓背面對應焊墊位置刻蝕硅通孔的結構示意圖；
[0021]圖3為本實用新型在晶圓背面整面制備絕緣層的結構示意圖；
[0022]圖4為本實用新型刻蝕去除通孔底部絕緣層及介質層，露出焊墊背面的結構示意圖；
[0023]圖5為本實用新型在通孔底部焊墊背面化鍍金屬層的結構示意圖；
[0024]圖6為本實用新型利用焊料回流或導電膠填充的方式填充硅通孔的結構示意圖；
[0025]圖7本實用新型晶圓與載片解鍵合后的結構示意圖；
[0026]圖8為本實用新型中硅通孔為斜孔時的結構示意圖；
[0027]圖9為本實用新型一應用實例結構不意圖；
[0028]圖10為本實用新型另一應用實例結構不意圖；
[0029]1-芯片，2-焊墊，3-通孔，4-絕緣層，5-金屬層，6_導電材料，7_介質層，8_載片，9 一鍵合膠，10—空腔，11-蓋板
【具體實施方式】
[0030]為使本實用新型能夠更加易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。為方便說明，實施例附圖的結構中各組成部分未按正常比例縮放，故不代表實施例中各結構的實際相對大小。
[0031]如圖7所示，一種低成本芯片背部硅通孔互連結構，包括至少一正面帶有焊墊2的芯片I，所述芯片背面形成有對應所述焊墊的通孔3，所述通孔的底部開口暴露所述焊墊且尺寸小于所述焊墊的尺寸;所述芯片背面及所述通孔的側壁上覆蓋有絕緣層4;所述通孔的底部開口暴露的焊墊表面上采用化鍍的方法形成有一定厚度的金屬層5;所述通孔內采用非電鍍的方法填充滿了導電材料6。這樣，通過在通孔的底部開口