基于硅通孔的三维堆叠封装方法

摘要

本发明公开了一种基于硅通孔的三维堆叠封装方法，涉及半导体领域的集成技术。该方法包括：提供待封装的晶圆，每一晶圆具有若干焊垫；在晶圆的正面沉积阻挡层后，进行蚀刻步骤，露出晶圆上的焊垫；在对应焊垫的位置制作所述硅通孔；采用无电极电镀向硅通孔内填充金属，填充的金属一端与焊垫电性连接，另一端延伸出晶圆的背面形成连接部；采用无电极电镀在焊垫上电镀金属，电镀的金属突出晶圆正面形成连接部；利用晶圆键合设备将一晶圆正面的连接部与另一晶圆背面的连接部进行键合堆叠。与现有技术相比，本发明提供的方法通过采用无电极电镀方法向硅通孔内填充金属，简化了封装步骤，且提高了晶圆堆叠后的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域的集成技术，具体地说，涉及一种基于硅通孔的三维堆叠封装方法。

背景技术

消费类产品，如数码相机、PDA和手机，以及下一代服务器等对产品的小型化要求越来越高：功能性要增强、存储能力要增大，同时要缩小存储器、处理器的封装外形。为满足这一要求，许多器件生产厂家开始研究三维互连技术，把芯片堆叠起来。

目前，基于铜填充硅通孔的三维堆叠封装技术已广泛应用于半导体的生产过程中。基于铜填充硅通孔的三维封装方法一般包括如下步骤：形成硅通孔；沉积阻挡层(一般为二氧化硅)；以及沉积铜籽层，然后接通电压进行电极电镀铜填充硅通孔的步骤。采用上述封装方法，需要沉积铜籽的步骤，工艺较复杂；且铜籽沉积的均匀性对电镀影响很大，工艺要求非常高；另外，对深宽比较大的通孔电镀时，开口出容易过早封口，使通孔产生空洞，这样形成的通孔电阻大，而且电镀时残留在空洞内的物质可能产生腐蚀性，影响通孔的可靠性。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种基于硅通孔的三维堆叠封装方法，其步骤简单且键合后的晶圆可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于硅通孔的三维堆叠封装方法，其包括：a.提供待封装的晶圆，每一晶圆具有若干焊垫；b.在晶圆的正面沉积阻挡层后，进行蚀刻步骤，露出晶圆上的焊垫；c.在对应焊垫的位置制作所述硅通孔；d.采用无电极电镀向硅通孔内填充金属，填充的金属一端与焊垫电性连接，另一端延伸出晶圆的背面形成连接部；e.采用无电极电镀在焊垫上电镀金属，电镀的金属突出晶圆正面形成连接部；f.利用晶圆键合设备将一晶圆正面的连接部与另一晶圆背面的连接部进行键合堆叠。

与现有技术相比，本发明提供的基于硅通孔的三维堆叠封装方法通过采用无电极电镀方法向硅通孔内填充金属，简化了封装步骤；位于硅通孔内的填充金属密度比较均匀，提高了晶圆堆叠后的可靠性。

附图说明

图1是晶圆沉积阻挡层后的结构示意图。

图2是晶圆形成通孔后的结构示意图。

图3是晶圆背面无电极电镀后的结构示意图。

图4是晶圆正面电镀后的结构示意图。

图5是两个或者多个晶圆键合后的结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明基于硅通孔的三维堆叠封装方法一实施例结合附图的进行描述，以期进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

请参阅图1，本发明的堆叠封装方法包括如下步骤，首先提供数个待封装的晶圆。由于每个晶圆制作硅通孔的步骤都是相同，以下步骤的叙述以晶圆100为例。晶圆100的正面具有若干焊垫2，在晶圆100的正面沉积阻挡层(二氧化硅)3，然后进行蚀刻步骤，露出焊垫2。请参阅图2，在晶圆的背面镀光刻胶(未图示)，进行光刻(曝光、显影)步骤，形成光刻图形，然后利用深层反应蚀刻(Deep Reactive Etch)技术进行蚀刻步骤，从晶圆背面向上蚀刻形成硅通孔4，其在竖直方向上与焊垫2对齐。

为了减少蚀刻硅通孔4的难度，可选择在蚀刻步骤之前进行晶圆减薄步骤。

请参阅图3，进行无电极电镀步骤，向硅通孔4内填充金属镍(Ni)5。镍5一端与焊垫2电性导通，另一端延伸出晶圆背面形成连接部50。该连接部50呈帽状，且其顶端距离晶圆背面约2-30微米(um)。为了在后续步骤中提高数个晶圆键合的稳定性，连接部50的外表面还镀有一层作为焊接材料的金属6。

请参阅图4，采用无电极电镀在焊垫2上面电镀金属镍，形成帽状的连接部7。连接部7的外表面镀一层作为焊接材料的金属8。图5是两个晶圆100、200键合后的示意图。采用晶圆键合设备将待封装晶圆按照图5所示的方式连接起来，键合方式可以采用热压键合、热超声键合以及其他可以应用的键合方法。如图5中所示，晶圆键合堆叠后，一晶圆的背面与另一晶圆的正面之间距离H至少是3um。采用本发明公开的堆叠封装方法，减小了电镀液体滞留硅通孔的可能性，提高了晶圆堆叠后的可靠性。

上述填充硅通孔的金属镍以及焊垫上面的金属镍均可以替换成铜、钯或者其他可以应用的金属。上述金属6、8可以是金、锡、铅或者它们混合合金。

上述描述，仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明的任何限定，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据上述揭示内容进行简单修改、添加、变换，且均属于权利要求书中保护的内容。