[发明专利]具有带有变形保护尖端的穿衬底通孔的裸片及制作所述裸片的方法

说明书

技术领域

所揭示实施例一般来说涉及集成电路(IC)装置的制作，且更具体来说，涉及制作具有突出的穿衬底通孔(TSV)尖端的TSV裸片及牵涉此TSV裸片的热压接接合的半导体组合件。 

背景技术

如集成电路(IC)技术中所已知，穿衬底通孔(在本文中称为TSV)是延伸衬底的全厚度的垂直电连接，所述穿衬底通孔在硅衬底的情形中通常称为穿硅通孔。TSV从形成于半导体裸片的顶侧表面上的导电层级(例如，接触层级或后端工艺(BEOL)金属互连层级中的一者)延伸到至少其底侧表面。此半导体裸片在本文中称为“TSV裸片”。 

TSV的框架通常由电介质衬里构造，所述TSV接着用铜或另一导电TSV填充物材料来填充以形成金属芯以提供穿过衬底的全厚度的低电阻垂直电连接。扩散势垒层包括形成于构造TSV的框架且在高度活动的金属TSV填充物材料(例如铜)的情形中保护TSV填充物材料不漏到半导体中的电介质衬里上的金属(例如，难熔金属)。 

由TSV提供的垂直电路径的长度相对于常规电线接合技术被缩短，从而通常导致显著较快的装置操作。在一个布置中，TSV在TSV裸片的底侧上作为突出的TSV尖端而终止，例如从底侧衬底(例如，硅)表面突出达3μm到15μm的距离。为形成突出的尖端，TSV裸片通常以晶片形式薄化同时接合到提供机械支撑的载体晶片以暴露TSV及形成TSV尖端，例如使用通常包含背磨的工艺来形成25μm到100μm的裸片厚度。所述TSV裸片可面向上或面向下地接合，且可经接合以形成其的两侧以实现堆叠(三维)装置的形成。 

TSV裸片通常使用热压接(TC)接合来组装。TC接合是牵涉在两个配合表面之间的界面处同时施加预定量的热及压力以便在其之间形成熔接型接合的技术。TC接合可用于形成包括结合的焊接及其它金属结合。 

发明内容

所揭示实施例认识到：将集成电路(IC)裸片热压接(TC)接合到工件(例如，半导体装置)牵涉TSV尖端的有限横截面积上所施加的显著力，所述集成电路(IC)裸片包含具有从衬底的底侧突出的TSV尖端的穿衬底通孔(“TSV裸片”)。所得高压(力／区)可导致TSV尖端的变形，此可产生电介质衬里及薄金属势垒层(如果存在)两者的破裂，从而导致TSV与周围衬底(例如，Si)之间的电泄漏(例如，短路)，所述电泄漏可致使紧靠的装置故障。甚至在所述TSV与周围衬底经设计为在集成电路(IC)的操作期间处于相同电势(例如，接地)的情形中，在TC接合期间的TSV尖端变形还可产生问题。举例来说，TSV的内金属芯(例如，铜)的导电填充物材料向外扩散到所述周围衬底(例如，Si衬底)中可造成半导体中的降级的少数载流子寿命且导致例如增加的结泄漏或金属氧化物半导体(MOS)晶体管阈值电压的移位的问题。 

一个实施例包括一种TSV裸片，其包含衬底，所述衬底具有顶侧半导体表面及底侧表面，所述顶侧半导体表面在其中具有包含功能上连接的多个晶体管的有源电路。多个TSV从所述顶侧半导体表面延伸到从所述底侧表面突出的TSV尖端，且包含由形成所述TSV的外边缘的电介质衬里环绕的导电填充物材料的内金属芯。无机电介质材料的尖端变形保护层横向于所述TSV尖端而在所述底侧表面上，且在尖端变形保护层上存在包括聚合物的第二电介质层。 

所揭示实施例通过使用所述衬底的所述底侧上的电介质层而解决此TSV尖端变形诱发的衬里损坏问题，所述电介质层具有大于(>)所述TSV内金属芯金属的弹性模数的弹性模数，所述电介质层在本文中称为“尖端变形保护电介质层”。所述尖端变形保护电介质层可直接在所述衬底的所述底侧上，其中如本文中所使用的“直接在...上”意指在所述衬底的所述底侧的50埃内(例如，在硅衬底的情形中，在10埃到20埃的“原生”氧化物层上)。在另一实施例中，无机电介质层可介于所述衬底的所述底侧与所述尖端变形保护电介质层之间。所揭示的尖端变形保护电介质层减小所述TSV尖端(例如)在TC接合期间沿垂直于TSV长度轴的方向的变形，且还进一步从所述底侧衬底表面垂直地偏移最近变形区带(其在TC接合期间形成)(达取决于其厚度的距离)以减小所述TSV的所述内金属芯与所述衬底之间的电短路的机会。 

附图说明

现在将参考附图，所述附图未必按比例绘制，其中： 

图1是根据实例实施例的展示形成TSV裸片的实例方法中的步骤的流程图，所述TSV裸片包含具有TSV尖端的多个TSV，所述TSV尖端包含衬底的底侧上的所揭示的尖端变形保护电介质层。