专利名称：封装件互连结构的制作方法
技术领域：
本发明是关于ー种封装结构，特别是，关于一种封装件互连结构。
背景技术：
已提供晶圆级封装来将晶圆堆栈在一起以制造极度紧密的电子封装件。硅穿孔信道(TSV, through silicon via)エ艺是为使用晶圆级封装的ー种技术。其可实现小型装置的生产以及晶圆的堆栈以提供整合。虽然TSV可提供较高的可靠度以及较少的寄生效应，然而，其需要长的エ艺时间以蚀刻深孔，例如，大约150μπι的深度。此外，TSV是为相当昂贵的技木，且亦产生可能影响良率的高应力。此减少生产量以及导致装置的制造成本増加。
发明内容
本发明是揭露ー种用以形成装置的方法。该方法包括提供支撑基板，其具有第一主要表面及第ニ主要表面。该方法还包括形成穿过于该支撑基板中的该第一主要表面及该第二主要表面的互连结构。该互连结构具有第一部分及第二部分。该第一部分自该第一主要表面或该第二主要表面中的一者延伸，该第二部分自该第一主要表面或第二主要表面中的另ー者延伸。该互连结构包括部分的穿孔栓塞，该穿孔栓塞包含于该互连结构的第一部分中的导电材料。该穿孔栓塞具有底部，底部是位于该第一部分及该第二部分的接ロ的附近。以第一极性类型的掺杂物重掺杂该互连结构的该第二部分。在一实施例中，是揭露ー种形成半导体封装件的方法。该方法包含提供支撑基板，其具有第一及第ニ主要表面。该方法亦包括形成互连结构，其穿过该支撑基板中的该第一及第ニ主要表面。该互连结构具有第一及第二部分。该第一部分自该第一或第二主要表面中的一者延伸，该第二部分自该第一或第二主要表面中的另ー者延伸。该互连结构包括部分的穿孔栓塞，该穿孔栓塞具有于该互连结构的第一部分中的导电材料。该穿孔栓塞具有底部，底部是位于该第一部分及该第二部分的接ロ的附近。以第一极性类型的掺杂物重掺杂该互连结构的第二部分。该方法还包括在该支撑基板上设置半导体装置。在另ー实施例中，是揭露ー种装置。该装置包括支撑基板，其具有第一及第ニ主要表面。该装置亦包括互连结构，其穿过该支撑基板中的该第一及第ニ主要表面。该互连结构具有第一及第二部分。该第一部分自该第一或第二主要表面中的一者延伸，该第二部分自该第一或第二主要表面中的另ー者延伸。该互连结构包括部分的穿孔栓塞，该穿孔栓塞包含于该互连结构的第一部分中的导电材料。该穿孔栓塞具有底部，底部是位于该第一部分及该第二部分的接ロ的附近且以第一极性类型的掺杂物重掺杂该互连结构的第二部分。在此处所揭露的该些实施例与其它优点及特征，将经由參照下列叙述以及附加图标而变得显而易见。此外，应了解到，在此处所述的各种实施例的特征并不会互相排斥，且可以存在于各种组合及排列中。
图式中，类似引用符号于不同图式中是參照为相同组件。再者，图式并非为实际比例，其强调本发明的原理并非放在图式上。在下列叙述中，本发明的各种实施例是伴随下列图式叙述，其中图Ia至Id显示装置各种实施例的剖面图；图2a及2b显示互连结构实施例的剖面图及俯视图；图3显示互连结构实施例的电路模型；以及图4a至4k显示形成装置的エ艺实施例的剖面图。
具体实施例方式实施例大体上是关于装置。举例而言，装置可为半导体装置。在其它实施例中，装 置可为包括微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)以及半导体或集成电路装置的混合型装置。MEMS装置可为各种类型的MEMS装置，例如射频MEMS或生物MEMS。亦可使用其它类型的MEMS装置。特别是，实施例是关于有助于装置封装的互连结构。举例而言，可在晶圆级封装技术中运用实施例。举例而言，可将装置整合至例如加速度计、陀螺仪或共鸣器的产品内。亦可使用其它类型的产品。图Ia至Id显示装置100的各种实施例的部分的剖面图。举例而言，此部分可为装置的一半。參阅图la，是提供支撑基板120。支撑基板可作为处理基板(handlersubstrate)或处理晶圆。例如，处理基板可为装置的封装件或部分封装件。至于处理晶圆，其可用作晶圆级封装。在一些实施例中，支撑基板可为MEMS装置。支撑基板包括第一主要基板表面122以及第二主要基板表面124。举例而言，第一主要表面是为顶面，而第二主要表面是为底面。例如，顶面可提供半导体或集成电路装置安装于其上的表面。在一实施例中，支撑基板包含半导体材料，例如结晶材料。例如，支撑基板包含硅。其它类型的半导体材料，例如锗化硅、锗、神化镓或任何其它适当的半导体材料，包括后来发展出的材料，亦可使用作为支撑基板。举例而言，对于200mm的晶圆，处理基板的厚度可在大约150至725 μ m的范围。提供具有其它厚度的处理基板亦是有用的。支撑基板可掺杂具有极性的掺杂物。例如，基板可掺杂P型或η型掺杂物。P型掺杂物可包括硼、铝、铟或其组合，而η型掺杂物可包括磷、神、锑或其组合。在其它实施例中，基板可为本质基板。在一实施例中，处理基板可为重掺杂基板。在一实施例中，基板包含重掺杂η型(η+)基板。亦可使用提供的重掺杂P型(Ρ+)基板。基板的掺杂物浓度应足以提供低薄膜电阻(sheet resistance)。在一实施例中，掺杂物浓度应足以提供大约O. 05 Ω cm或更低的薄膜电阻。亦可使用提供具有其它薄膜电阻值的基板。第一主要基板表面及第ニ主要基板表面是具有第一表面介电层132以及第二表面介电层134。举例而言，介电层可为硅氧化物。亦可使用例如氮化硅的其它形式介电材料作为介电层。应了解到第一介电层以及第ニ介电层不需要以相同材料形成。第一基板表面包括形成于第一导电轨迹140 (conductive traces)上的第一接触衬垫146。举例而言，第一接触衬垫的排列及布局有助于电性耦合接触安装于第一基板表面上的半导体装置。例如，第一接触衬垫布局有助于连接接触覆晶芯片(flip chip)。亦可使用第一接触衬垫布局透过打线连接技术以有助于连接其它形式的芯片。第二基板表面包括形成于第二导电轨迹150上的第二接触衬垫156。封装接触160，例如传导接触球，是形成于第二接触衬垫上。举例而言，封装接触可包含焊锡球。亦可使用其它形式的封装接触。第二接触衬垫的排列或布局可形成球格数组(ball grid array,BGA)格式。亦可使用提供的第二接触衬垫布局的其它形式以提供其它封装接触组态。接触衬垫以及导电轨迹可由导电材料形成，例如铜或铜合金。使用其它形式的导电材料形成的导电轨迹以及接触衬垫亦可使用。导电轨迹以及接触衬垫亦通过表面介电层与支撑基板隔离。互连结构170是设置于基板上，以提供第一主要表面及第ニ主要表面上第一及第ニ导电轨迹之间的电性连接。此允许第一接触衬垫电性耦合至第二接触衬垫以及封装接触。电性轨迹可作为重新分配层(redistribution layers)以有助于第一及第ニ表面上所需的第一及第ニ接触衬垫布局。互连结构通常在各自的第一及第ニ接触衬垫之间提供电性连接。举例而言，互连 结构提供电性连接至基板的ニ个表面。在一些例子中，互连结构可提供互相连接至表面上超过ー个的接触衬垫。例如，ー些接触衬垫可为表面上共同的接触。在一实施例中，互连结构是通过互连结构介电层166而与支撑基板的其它组件隔离。举例而言，互连结构介电层可为硅氧化物。亦可使用其它形式的介电材料作为互连结构介电层。在一实施例中，互连结构介电层围绕互连结构以及从基板的第一主要表面延伸至第二主要表面。互连结构可具有矩形剖面形状。举例而言，剖面的直径可为大约40 μ m。亦可使用提供具有其它剖面形状或尺寸的互连结构。在一实施例中，互连结构包含基板的掺杂区域。在一实施例中，互连结构是为重掺杂的互连结构区域。例如，互连结构是为具有第一极性掺杂物的重掺杂互连结构区域。第ー极性可为η型，形成重掺杂η型(η+)互连结构区域。亦可使用提供的重掺杂P型(P+)互连结构区域。重掺杂区域的掺杂物浓度应足以提供低薄膜电阻。在一实施例中，掺杂物浓度应足以提供大约O. 05 Ω cm或更低的薄膜电阻。亦可使用提供具有其它薄膜电阻值的基板。在一实施例中，互连结构可具有与支撑基板相同的掺杂物形式以及浓度。例如，基板包含具有第一极性类型掺杂物的重掺杂基板。在一实施例中，基板可为用于η—互连结构的η—掺杂基板。在其它实施例中，支撑基板可具有相较于互连结构区域，不同掺杂物浓度的不同极性类型掺杂物。例如，基板相较于互连结构可为本质或具有不同掺杂物或不同掺杂浓度的掺杂。此例中，互连结构可通过例如使用植入物掩模(implant mask)的离子布值分别地掺杂。互连结构包括第一部分171及第二部分172。第一部分是来自于基板的主要表面中的一者，第二部分是来自于基板的主要表面中的另ー者。互连结构的第一及第ニ部分的接ロ 173是设置于基板内。互连结构的第一部分包括至少ー个部分导电穿孔栓塞176。部分导电穿孔栓塞具有自基板的主要表面中的一者延伸的表面末端。部分导电穿孔栓塞具有表面末端以及内部末端。举例而言，部分穿孔的表面末端是大约与支撑基板的表面共平面。在一实施例中，表面末端是耦合至基板表面上的导电轨迹。部分导电穿孔栓塞的内部末端是大约设置于互连结构的第一及第ニ部分的接ロ 173附近。就其本身而论，部分导电穿孔栓塞并未自ー个主要表面延伸至其它主要表面。如图所示，第一部分是为互连结构的上面部分。例如，第一部分是由基板的上(或第一)表面形成。在其它实施例中，第一部分可为互连结构的下面部分。例如，第一部分是由基板的下(或第二)表面形成。在一实施例中，导电穿孔栓塞或多个栓塞包含掺杂有与互连结构区域相同的极性类型掺杂物的多晶硅。例如，多晶硅栓塞是掺杂第一极性类型掺杂物。第一极性类型可为η型(η)或ρ型(ρ)。在一实施例中，导电穿孔栓塞包含重掺杂有第一极性类型掺杂物的多晶硅。例如，导电穿孔栓塞可重掺杂有η型(η+)或ρ型(ρ+)多晶硅穿孔栓塞。使用的多晶硅可实现穿孔第一方法以及在高温エ艺中使用。在其它实施例中，导电穿孔栓塞可包含导电材料，例如，铜、钨或铝。亦可使用提供的其它形式导电材料。材料可根据使用于エ艺中的温度选择。互连结构的第二部分包含重掺杂有第一极性类型掺杂物的基板材料。互连结构的重掺杂部分在部分导电穿孔栓塞以及互连结构区域的基板材料之间形成电性连接。此在第 一及第ニ基板表面上第一及第ニ电性轨迹之间建立电性连接，而不需通过自支撑基板的一个主要表面延伸至另ー个主要表面的接触栓塞。图Ib显示装置100的另ー实施例。装置是类似于图Ia所述的装置。类似的參考编号是标示为类似组件。类似组件不需详细讨论。如图所示，是提供支撑基板120。例如，支撑基板包含半导体材料且作为处理基板。在一实施例中，支撑基板包含具有空腔128的空腔基板。空腔基板可例如用于形成例如射频MEMS或Inertial MEMS的MEMS装置。亦可使用形成MEMS装置的其它形式。例如，MEMS装置是整合至例如麦克风、压カ传感器或能量采集器的产品内。MEMS装置亦可使用于其它型式的产品。在一实施例中，空腔基板包括主要或主体基板121，其具有空腔128以及表面基板123。主体基板可选择地通过埋藏介电层126分离。例如此种组态，建立例如绝缘体上硅(silicon on insulator, SOI)基板的绝缘体上结晶(crystalline on insulator, C0I)基板。亦可使用其它形式的COI基板。COI基板可包括形成MEMS装置的特征及装置层。支撑基板包括如图Ia所示的第一主要表面122上的第一接触衬垫146以及第ー导电轨迹140、第二主要表面124上具封装接触160的第二接触衬垫156及第ニ导电轨迹150以及互连结构 170。图Ic至Id显示装置100的其它实施例。如图所示，装置包括支撑基板，类似于图Ia-Ib所示。类似的參考编号是标示为类似组件。类似组件不需详细讨论。參阅图lc-ld，是提供支撑基板120。支撑基板包含例如半导体材料且作为处理基板。在一实施例中，支撑基板包含具有空腔128的空腔基板，如图Id所示。支撑基板可为MEMS装置。支撑基板包括第一主要表面122上的第一接触衬垫146以及第ー导电轨迹140、第二主要表面124上具有封装接触160的第二接触衬垫156及第ニ导电轨迹150以及互连结构170。在一实施例中，半导体装置110是安装于支撑基板的第一表面上。在一实施例中，半导体装置可固定至使用共晶结合182的支撑基板上。共晶结合可包含例如铝、铜、金、银、铟、锡、锗、焊锡、硅或其中组合的材料。在一些实施例中，共晶结合可包含铝锗或硅镍。共晶结合可作为支撑基板以及半导体装置之间的互连结构。此外，共晶结合可形成支撑基板以及半导体装置之间的密封，作为密封连结。在其它实施例中，半导体装置可固定至使用例如BCB、SU8或具有硅奈米粒子的SU8的粘着结合的支撑基板上。亦可根据エ艺需求使用提供的其它粘着剂或结合方法，例如玻璃粉末。举例而言，半导体装置是为覆晶。覆晶包括接触表面上的芯片接触。芯片接触可以例如列的方式排列，例如単一或一对排成一直线的覆晶。在其它实施例中，芯片接触可以BGA格式的方式排列。亦可使用其它组态排列芯片接触。芯片接触是与支撑基板上的第一接触衬垫紧密配合。在其它实施例中，半导体装置可为其它形式的半导体装置。例如，半导体装置可包括结合衬垫。结合衬垫可通过例如打线结合耦合至支撑基板的第一接触衬垫。亦可使用耦合半导体装置至支撑基板的其它技木。图2a至2b显示互连结构细节的实施例的剖面图及俯视图。互连结构自基板120的第一及第ニ主要表面122，124延伸。互连结构提供例如组件之间的电性连接，例如第一及第ニ主要表面上的电性轨迹。互连结构介电层166围绕互连结构以绝缘互连结构与支撑 基板的其它组件。如图所示，互连结构包含矩形剖面形状。亦可使用其它剖面形状的的互连结构。互连结构剖面的直径可为大约40 μ m。亦可使用其它尺寸的互连结构。互连结构是重掺杂有掺杂物。在一实施例中，互连结构是重掺杂有第一极性类型掺杂物。互连结构包括第一部分171及第二部分172。如图所示，第一部分是由基板的第一主要表面形成，第二部分是由基板的第二主要表面形成。互连结构的第一及第ニ部分的接ロ 173是设置于基板内。互连结构的第一部分至少包括一部分导电穿孔栓塞176。在一实施例中，第一部分包括多个部分导电穿孔栓塞176^176”部分导电穿孔栓塞具有自主要表面延伸的表面末端以及大约于互连结构第一及第二部分的接ロ附近的内部末端。穿孔栓塞可具有例如图2a图所示的矩形剖面形状。亦可使用提供的其它形状或不同剖面形状的组合。选择的剖面形状应有助于形成无空隙穿孔栓塞(void free via plugs)。例如,剖面形状有助于形成多晶硅穿孔栓塞或其它导电材料的穿孔栓塞。穿孔栓塞的剖面可具有例如大约Iym的尺寸。亦可使用其它尺寸的剖面。穿孔栓塞可以数组组态排列。例如，穿孔栓塞可以MXN矩阵排列。如图2b所示，穿孔栓塞是以5X5(M = 5，N = 5)矩阵排列。应了解到N不需要等于M。亦可使用穿孔栓塞的其它组态。例如，列不需要具有如其它列相同数量的穿孔栓塞，或者行不需要具有如其它列相同数量的穿孔栓塞。在一实施例中，部分穿孔栓塞包含多晶娃。多晶娃是重掺杂有第一极性类型掺杂物。第一极性类型的掺杂物浓度是根据例如设备能力。使用的多晶硅有助于兼容于前端エ艺。例如，通过兼容前端エ艺，亦可实施高温エ艺。在一实施例中，部分穿孔栓塞包含其它型式的导电材料，例如铜、铜合金、铝、钨及/或其中的组合。亦可根据エ艺以及温度需求使用其它形式的导电材料。应了解到不同互连结构的穿孔栓塞不需要包含相同材料。例如，一些互连结构可由掺杂多晶硅形成，而其它的互连结构可由其它型式的导电材料形成。类似地，在一些例子中，互连结构的穿孔栓塞不需全部包含相同材料。举例而言，第一及第ニ部分的接ロ的位置是决定部分穿孔栓塞的深度。举例而言，穿孔栓塞的深度可为大约2μπ 至200μπι的范围。例如，穿孔栓塞的深度可为大约80 μ m。亦可使用穿孔栓塞的其它深度。穿孔栓塞的尺寸，例如剖面、尺寸以及深度可取决于设计需求，例如穿孔栓塞的阻抗。阻抗可取决于例如材料、掺杂物的浓度(若合适)、穿孔栓塞的剖面尺寸及深度。此外，互连结构的整体阻抗是考虑到有关互连结构的设计。包括例如穿孔栓塞的阻抗、穿孔栓塞的数量以及基板材料及掺杂浓度。如图所示，包含穿孔栓塞或多个穿孔栓塞的第一部分是设置于互连结构的上面部分。例如，第一部分是由基板的上(或第一)表面形成。在其它实施例中，第一部分可为互连结构的下面部分。例如，第一部分是由基板的下(或第二)表面形成。此外，应了解到支撑基板的所有互连结构不需具有相同的穿孔栓塞布局。例如，不同的互连结构可以根据例如设计需求提供不同的穿孔栓塞布局。图3显不互连结构170实施例的电路模型。描绘介于互连结构的第一末端141以及第ニ末端151之间的各种阻抗组件。第一末端是为互连结构的部分第一部分171,第二末端是为互连结构的部分第二部分172。
在一实施例中，互连结构的第一部分包括并联耦合的多个第一阻抗组件R1-Ritl第ー阻抗组件是对应于穿孔栓塞176^176,。包括单ー栓塞的第一部分的例子中，第一部分包括単一第一阻抗组件。第一阻抗组件或组件是与互连结构第二部分的第二阻抗组件串联耦合。第二阻抗组件对应于基板材料Rsub的阻杭。例如，第二阻抗组件对应于整个互连结构第二或下面部分的阻杭。互连结构第一及第ニ末端之间的总阻抗可通过如下的方程式I定义
R
权利要求
1.一种用以形成装置的方法，包括 提供具有第一及第ニ主要表面的支撑基板；以及 形成穿过该支撑基板中的该第一及第ニ主要表面的互连结构，该互连结构具有第一及第二部分，该第一部分自该第一或第二主要表面中的一者延伸，且该第二部分自该第一及第二主要表面中的另ー者延伸，其中，形成该互连结构包含 于该互连结构的第一部分中形成包括导电材料的部分穿孔栓塞，该穿孔栓塞具有大约位于该第一及第ニ部分的接ロ的底部；以及 于该互连结构的第二部分设置具有第一极性类型的掺杂物的重掺杂第二部分。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，该导电材料包括多晶硅。
3.根据权利要求2所述的方法,其中，该多晶娃掺杂有该第一极性类型的掺杂物。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，该第一极性类型为η型。
5.根据权利要求I所述的方法，还包括形成围绕该互连结构的隔离沟槽，以将该互连结构与该支撑基板的部分隔离。
6.根据权利要求5所述的方法，包括以介电材料填充该隔离沟槽，其中，该介电材料填充该隔离沟槽且位于该支撑基板的该第一主要表面上。
7.根据权利要求6所述的方法，包括移除在该支撑基板上的过量介电材料，以形成在该支撑基板的该第一主要表面上的平坦的第一表面介电层。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，该部分穿孔栓塞是通过深度反应离子蚀刻所形成。
9.根据权利要求I所述的方法，其中，形成部分穿孔栓塞包括 图案化该支撑基板以形成部分通孔； 将导电材料沉积于该支撑基板上并填充该部分通孔；以及 移除该支撑基板上的过量导电材料，以留下耦合至该部分穿孔栓塞的穿孔衬垫。
10.根据权利要求9所述的方法,包括在该第一表面介电层上形成介电层。
11.根据权利要求10所述的方法，包括在该介电层中形成接触开ロ，以暴露该穿孔村垫。
12.根据权利要求11所述的方法，包括在该介电层上形成耦合至该穿孔衬垫的导电轨迹。
13.根据权利要求I所述的方法，包括于该支撑基板上附接半导体装置。
14.ー种形成半导体封装件的方法，包括 提供具有第一及第ニ主要表面的支撑基板； 形成穿过该支撑基板中的该第一及第ニ主要表面的互连结构，该互连结构具有第一及第二部分，该第一部分自该第一或第二主要表面中的一者延伸，且该第二部分自该第一及第二主要表面中的另ー者延伸，其中，形成该互连结构包含 于该互连结构的第一部分中形成包括导电材料的部分穿孔栓塞，该穿孔栓塞具有大约位于该第一及第ニ部分的接ロ的底部；以及 于该互连结构的第二部分设置具有第一极性类型的掺杂物的重掺杂第二部分；以及 在该支撑基板上设置半导体装置。
15.ー种装置,包括支撑基板，具有第一及第ニ主要表面； 互连结构，穿过该支撑基板中的该第一及第ニ主要表面，该互连结构具有第一及第ニ部分，该第一部分自该第一或第二主要表面中的一者延伸，且该第二部分自该第一及第ニ主要表面中的另ー者延伸，其中，该互连结构包含 部分穿孔栓塞，包括位于该互连结构的第一部分中的导电材料，该穿孔栓塞具有大约位于该第一及第ニ部分的接ロ的底部，且 该互连结构的第二部分重掺杂有第一极性类型的掺杂物。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，该导电材料包括多晶硅。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，该多晶硅掺杂有该第一极性类型的掺杂物。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，该第一极性类型为η型。
19.根据权利要求15所述的装置，包括隔离沟槽，该隔离沟槽围绕该互连结构，以将该互连结构与该支撑基板的部分隔离。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，该隔离沟槽包含介电材料。
全文摘要
一种封装件互连结构。是提供支撑基板，其具有第一主要表面及第二主要表面。互连结构是形成穿过于该支撑基板中的该第一主要表面及该第二主要表面。互连结构具有第一部分及第二部分。该第一部分自该第一主要表面或第二主要表面中的一者延伸，该第二部分自该第一主要表面及第二主要表面中的另一者延伸。互连结构包括部分的穿孔栓塞，穿孔栓塞具有于该互连结构的第一部分中的导电材料。穿孔栓塞具有底部，底部是位于该第一部分及该第二部分的接口的附近。以第一极性类型的掺杂物重掺杂该互连结构的第二部分。
文档编号B81C1/00GK102693936SQ20111041948
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年3月21日
发明者P·R·耶勒汉卡, P·奇拉亚瑞卡帝维度桑卡拉皮莱, R·K·科特兰特, R·库马尔 申请人:新加坡商格罗方德半导体私人有限公司