用于填充晶片中的空腔的方法、相应填充的盲孔和具有相应填充的绝缘沟槽的晶片

摘要

本发明涉及一种用于填充晶片中的空腔(20)的方法，其中，这些空腔(20)是朝着晶片的一个预先确定的表面敞开的，所述方法具有以下步骤：在所述晶片的预先确定的表面上施加漆类的填充材料(30)；在第一温度下烘焙所述晶片；通过在第二温度下在真空下烘焙所述晶片来排出包围在所述填充材料(30)中的气泡，所述第二温度与所述第一温度相同或者高于所述第一温度；通过在第三温度下烘焙所述晶片来使填充材料(30)硬化，所述第三温度高于所述第二温度。此外，本发明还涉及一种借助这样的方法填充的盲孔(20B)和通常3D空腔以及一种具有硅敷镀通孔的借助于这样的方法填充的绝缘沟槽(20A)的晶片。

说明书

技术领域

本发明涉及用于填充晶片中的空腔的方法、晶片中借助于这样的方法填充的盲孔和具有借助于这样的方法填充的绝缘沟槽的晶片。 

现有技术

在晶片制造领域中，例如由EP 1744353A1公开了以填充材料填充金属的中空通孔(Hohlvias)形式的敷镀通孔(Durchkontaktierung)。 

发明内容

根据权利要求1的根据本发明的用于填充晶片中的空腔的方法和根据权利要求9的借助于这样的方法填充的盲孔以及根据权利要求10的具有借助于这样的方法填充的绝缘沟槽的晶片提供了用于无缩孔地填充空腔的可行方案。 

本发明基于以下构思，在以漆类的填充材料填充晶片中的空腔时，如果在用于从填充材料中排出溶剂的第一烘焙步骤之后添加与第一烘焙步骤时相同的温度或者更高的温度下的另一烘焙步骤，其中，所述另一烘焙步骤在真空下进行，则可以去除出现的气泡。在排出了气泡之后，使填充材料在高于第一和第二烘焙步骤时的温度下的第三烘焙步骤中硬化。通过这样的方式，可以无缩孔地填充晶片中的空腔、例如盲孔或者硅敷镀通孔的绝缘沟槽。借助根据本发明的方法可以实现直到30μm的沟槽宽度和大于200μm的深度的回填以及具有大于1/40的高纵横比 的回填(Verfüllung)。此外，晶片中的空腔的回填能够实现如此程度的结构化的晶片的再加工。尤其是，随后可再借助标准光刻方法使所述晶片结构化，因为填充材料使晶片表面平面化。尤其借助于旋转涂敷将漆类的填充材料施加到晶片表面上。则可以使用一些标准设备，如旋转涂漆装置 (Spinbelacker)和真空炉，从而使所述方法所需的开销保持得很小。 

在从属权利要求中给出本发明相应主题的有利扩展构型和改进。 

特别有利的是，填充材料是在第二温度下呈流质的材料。可以借助于由毛细力和真空处理支持的回填来填充具有侧凹或者渐宽(auflaufend)或渐窄的(zulaufend)沟槽的本身构造复杂的空腔以及甚至横向延伸的空腔。此外，填充材料的弹性模数应当足够高。此外有利的是，填充材料的热膨胀系数尽可能地近似于晶片材料的热膨胀系数，其中，所述晶片材料尤其是硅。这可以例如通过以下方式实现：通过引入附加填充材料、例如二氧化硅纳米微粒使填充材料的热膨胀系数近似于硅的热膨胀系数。 

所述填充材料的其他值得期望的特性是小的吸水性以及对于某些应用情况高的电阻。使用耐温的填充材料能够以较高温度、尤其是直到450℃下的工艺步骤实现晶片的再加工，从而可能实现多层布线、平面化等。耐高温的填充材料允许晶片的例如包含氧化沉积的再加工。这样可以实现具有作为绝缘的中间层的氧化物或聚合物的多层布线。最后，所述填充材料可以实现为感光的，这能够实现填充材料的光刻结构化。 

根据本发明的一个优选实施方式，所述填充材料涉及聚合物。特别适合的是聚酰亚胺或者苯并环丁烯化合物，尤其是商品名称为Cyclotene30-22-63的物质B阶段的二乙烯基硅氧烷二苯并环丁烯树脂(B-staged divinylsiloxane-bis-benzocyclobutene resin)。 

根据本发明的一个优选实施方式，所述第三温度低于250℃。因为在此情况下所述方法的所有工艺步骤在低于250℃的温度下进行，所以所述方法在晶片处理结束时也可用于其元件仅可耐受较小热负荷的晶片。 

根据本发明的一个优选实施方式，空腔涉及金属的中空通孔或者涉及硅敷镀通孔的绝缘沟槽。 

根据本发明的一个优选实施方式，所述方法包括另一步骤，在所述另一步骤中，使施加到晶片的预先确定的表面上的填充材料结构化，以露出金属的中空通孔的或者硅敷镀通孔的接触端子。通过使填充材料保留在晶片表面上并且仅仅使接触端子敞开，位于晶片表面上的填充材料可以用于晶片表面上的金属的重新布线和多层布线的绝缘。 

根据本发明的一个替代的特别有利的实施方式，所述方法包括另一步 骤，在所述另一步骤中，从晶片表面去除施加到晶片的预先确定的表面上的填充材料，以露出金属的中空通孔的或者硅敷镀通孔的接触端子。这可以三种不同方式实现。可以通过活性离子蚀刻来背蚀刻位于晶片表面上的填充材料。替换地，可以在第三烘焙步骤中的硬化之前通过借助溶剂的清洗或湿化学的旋转蚀刻来去除所述填充材料。作为第三替换方式，可以通过抛光研磨来去除所述填充材料。 

附图说明

附图示出： 

图1：相应于本发明的第一实施方式的具有硅敷镀通孔的绝缘沟槽的晶片的横截面图； 

图2：相应于本发明的第一实施方式的填充绝缘沟槽的工艺阶段的横截面图； 

图3：相应于本发明的第一实施方式的填充绝缘沟槽的另一工艺阶段的横截面图； 

图4：相应于本发明的第二实施方式的填充绝缘沟槽的另一工艺阶段的横截面图； 

图5：相应于本发明的第三实施方式的具有金属的中空通孔的晶片的横截面图； 

图6：相应于本发明的第四实施方式的具有不同的填充空腔的晶片的横截面图。 

在附图中，相同的参考标号表示相同或作用相同的组件。 

具体实施方式

图1是具有硅敷镀通孔的绝缘沟槽的晶片的横截面图。 

根据本发明的第一优选实施例，待填充的空腔是硅敷镀通孔的绝缘沟槽20A。在图1中示出的晶片包括高掺杂的硅衬底10、硅衬底上的氧化层12、氧化层12上的由高掺杂的多晶硅制成的埋入的印制导线(Leiterbahn)14、埋入的印制导线14上的另一氧化层16和氧化层16上的功能层18。衬底10的背向所述埋入的印制导线14的表面构成所述晶片的背侧，所述表 面在图中设置在上部。在硅衬底10中构造有硅敷镀通孔，所述硅敷镀通孔具有绝缘沟槽20A和接触柱(Kontaktstempel)21。所述接触柱21是衬底10的部分区域，其通过从晶片的背侧直到氧化层12的绝缘沟槽20A与其余的衬底分隔开并且由此电绝缘。在朝向所述埋入的印制导线14的侧面上，接触柱21通过导电连接24与所述埋入的印制导线14连接。在所述晶片的背侧上，金属焊盘28作为接触端子位于接触柱21上。或者可以借助于焊盘28上的引线键合或者在倒装结构中借助于焊球使所述接触柱21触点接通。但为此必需的是，接触柱21是机械地镶边的。在此，所述机械的镶边必须实现为不导电的或者至少很高欧姆的。 

图2是根据图1的晶片在施加填充材料30后的横截面图。 

根据本发明的优选实施例，填充材料30是一种聚合物，其满足下述要求：吸湿性小、电阻高，弹性模数足够高以及热膨胀系数与硅的热膨胀系数尽可能近似。满足这些前提条件的聚合物是聚酰亚胺或者一种商品名称为Cyclotene 30-22-63的物质。此外，后者具有耐高温的优点。有利地借助于旋转涂敷(也称作旋转涂漆)将所使用的聚合物施加到晶片的背侧表面上。接着，进行称为预焙(Prebake)的烘焙，以便排出溶剂。在使用Cyclotene的情形中，对此大约120℃的温度是适合的。随后进行称为流焙(Flow Bake)的烘焙步骤，所述步骤在真空下进行。在所述烘焙步骤期间，聚合物从表面补充流入到待填充的空腔中，并且由此排出可能的气泡或者空气泡。在使用Cyclotene时，在大约120至170℃下实施所述步骤。最后，在称作硬烘焙(Hardcure)的烘焙步骤中使所述聚合物硬化。对于Cyclotene，对此大约250℃的温度是足够的。 

图3是根据本发明的第一实施例的方法的另一工艺阶段的横截面图。 

在使聚合物30硬化之后，使位于晶片表面上的聚合物结构化，以便露出焊盘28。如果使用感光的聚合物，则可以直接光刻地结构化所述聚合物。以由金属或氧化物制成的漆膜(Lackmaske)或硬膜(Hardmask)干化学地蚀刻不感光的聚合物。通过聚合物30保留在晶片表面上并且仅仅使通到焊盘28的入口敞开，所述聚合物30可以附加地用于晶片背侧的钝化或者用于重新布线的电绝缘。 

图4是根据本发明的第二实施例的方法的另一工艺阶段的横截面图。 

替代第一实施例，也可以通过以下方式实现焊盘28的露出：完全去除位于晶片背侧表面上的聚合物并且仅仅使所述聚合物保留在绝缘沟槽20A中。为了去除所述聚合物具有多种可行方案。可以通过活性离子蚀刻来背蚀刻所述聚合物。替换地，可以在硬烘焙步骤中的硬化之前通过借助溶剂的清洗或者通过湿化学的旋转蚀刻从晶片表面去除所述聚合物。最后，可以借助于抛光研磨从晶片表面去除聚合物。 

图5是具有金属的中空通孔的晶片的横截面图。 

根据本发明的第三优选实施例，待填充的空腔是用于埋入的印制导线14的触点接通的中空通孔20B。晶片与第一实施例中构造相同。但是，所述晶片取代硅敷镀通孔具有内衬金属层22的接触孔。在接触孔的底部，所述金属层22通过导电连接24与埋入的印制导线14连接。金属层22通过介电层26与衬底10绝缘。与两个第一实施例的绝缘沟槽20A的填充类似地进行中空通孔20B的填充。 

图6是具有不同形状的空腔的晶片的横截面图。 

图6示出了一些根据本发明方法适用的几何结构的示例。与结合第一和第二实施例说明的方法类似地，可以无缩孔地填充具有侧凹的沟槽20C、具有腔20F的侧凹、横向空腔20D和变窄或变宽的沟槽20E。