[实用新型]一种具有内部限位环的硅通孔互连结构

说明书

一种具有内部限位环的硅通孔互连结构，所述硅通孔互连结构包括：衬底，所述衬底上开设有至少一个通孔；第一绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述衬底的上端面和下端面上；第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在所述通孔的内壁上；种子层，所述种子层设置在所述通孔内第二绝缘层的表面；金属层，所述金属层填充设置在种子层内侧；以及设置在所述通孔，第二绝缘层，种子层和金属层上的限位部。本实用新型工艺简单，成本较低，可靠性高，制作的硅通孔结构由于内部限位环的存在，有较高的热机械可靠性，具有很高的实用价值。

技术领域

本实用新型涉及微电子封装领域，具体涉及一种具有内部限位环的硅通孔互连结构。

背景技术

随着微机电系统不断向小型化、高密度和三维堆叠技术的发展，利用硅通孔制作的互连技术已成为半导体行业先进的技术之一。硅通孔互连技术是一项高密度封装技术，正在逐渐取代目前工艺比较成熟的引线键合技术，被认为是第四代封装技术。所谓硅通孔互连技术是通过硅晶片的通孔建立了从硅晶片的正面到背面的垂直电连接，从而实现了芯片与芯片、晶圆与晶圆多层堆叠之间的垂直导通，极大提高了封装密度和自由度，为三维堆叠技术提供了一种方法。这种技术不仅可以用在微电子领域，而且还可以用在机械、声学、流体、光电子、生物医学等领域。由于压力传感器、加速度计和陀螺仪、投射式微镜、喷墨打印头等快速增长的市场需求，这种新技术通常开发在单独的芯片上。

硅通孔直径通常为数十微米，深宽比最高可达50，通常以铜作为填充料。由于当前种子层的制作技术还不够完善，无法实现深孔的种子层沉积，导致当前的金属填充方式制作的硅通孔结构还无法满足 MEMS封装的需要。同时由于硅通孔填充的铜金属层与孔外硅材料之间存在热膨胀系数(CTE)失配的问题，当器件中硅通孔互连结构区域热量增加时(热量可来自服役中作为信号通道的硅通孔互连结构自发热，也可来自环境热源)，由于硅通孔互连结构区域中材料热膨胀系数失配导致的热机械应力进一步加剧，通常表现为铜金属层胀出，增加芯片局部出现分层的风险，最终可能会导致器件失效。因此，深孔金属填充的实现以及减小硅通孔热应力带来的损害是亟待解决的问题。

为了解决上述问题，目前都是考虑以外部散热的方式来降低硅通孔互连结构周围的温度，从而降低热膨胀系数失配的程度。然而，外部散热的方法成本较高，并且散热效果不理想。因此，开发一种散热效果更好，通孔填充更深，成本更低的硅通孔互连结构制作工艺是十分有必要的，避免硅通孔填充的铜金属层受热后向外膨胀破坏芯片之间的连接点。

实用新型内容

为了有效解决上述背景技术问题的不足，通过分步深硅刻蚀的工艺在通孔内部形成内部限位环结构来代替传统的刻蚀工艺，通过双面盲孔电镀工艺将通孔金属完全填充，设计了一种具有内部限位环的硅通孔结构制作工艺。内部限位环结构可以在高温环境下有效地固定填充金属，具体是温度导致金属膨胀，内部限位环结构将金属固定，避免金属脱离硅通孔，从而延长高温环境下芯片的寿命。

一种具有内部限位环的硅通孔互连结构，可长期稳定工作在 300℃的高温环境中，所述硅通孔互连结构包括：

衬底，所述衬底上开设有至少一个通孔；

第一绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述衬底的上端面和下端面上；

第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在所述通孔的内壁上；

种子层，所述种子层设置在所述通孔内第二绝缘层的表面；

金属层，所述金属层填充设置在种子层内侧；

以及设置在所述通孔，第二绝缘层，种子层和金属层上的限位部。

可选地，所述限位部包括：设置在所述通孔内壁上的第一凹陷部，所述通孔内壁设置有至少一个环形的第一凹陷部，设置在所述第二绝缘层上的第二凹陷部，设置在所述种子层上的第三凹陷部以及设置在所述金属层上的限位环。