專利名稱：用于填充晶片中的空腔的方法、相應(yīng)填充的盲孔和具有相應(yīng)填充的絕緣溝槽的晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于填充晶片中的空腔的方法、晶片中借助于這樣的方法填充的盲孔和具有借助于這樣的方法填充的絕緣溝槽的晶片。
現(xiàn)有技術(shù)在晶片制造領(lǐng)域中，例如由EP 1744353A1公開了以填充材料填充金屬的中空通孔(Hohlvias)形式的敷鍍通孔(Durchkontaktierung)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)權(quán)利要求1的根據(jù)本發(fā)明的用于填充晶片中的空腔的方法和根據(jù)權(quán)利要求9 的借助于這樣的方法填充的盲孔以及根據(jù)權(quán)利要求10的具有借助于這樣的方法填充的絕緣溝槽的晶片提供了用于無縮孔地填充空腔的可行方案。本發(fā)明基于以下構(gòu)思，在以漆類的填充材料填充晶片中的空腔時(shí)，如果在用于從填充材料中排出溶劑的第一烘焙步驟之后添加與第一烘焙步驟時(shí)相同的溫度或者更高的溫度下的另一烘焙步驟，其中，所述另一烘焙步驟在真空下進(jìn)行，則可以去除出現(xiàn)的氣泡。 在排出了氣泡之后，使填充材料在高于第一和第二烘焙步驟時(shí)的溫度下的第三烘焙步驟中硬化。通過這樣的方式，可以無縮孔地填充晶片中的空腔、例如盲孔或者硅敷鍍通孔的絕緣溝槽。借助根據(jù)本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)直到30 μ m的溝槽寬度和大于200 μ m的深度的回填以及具有大于1/40的高縱橫比(Aspektverhaitnis)的回填(Verfullung)。此外，晶片中的空腔的回填能夠?qū)崿F(xiàn)如此程度的結(jié)構(gòu)化的晶片的再加工。尤其是，隨后可再借助標(biāo)準(zhǔn)光刻方法使所述晶片結(jié)構(gòu)化，因?yàn)樘畛洳牧鲜咕砻嫫矫婊Ｓ绕浣柚谛D(zhuǎn)涂敷將漆類的填充材料施加到晶片表面上。則可以使用一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)涂漆裝置 (Spinbelacker)和真空爐，從而使所述方法所需的開銷保持得很小。在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明相應(yīng)主題的有利擴(kuò)展構(gòu)型和改進(jìn)。特別有利的是，填充材料是在第二溫度下呈流質(zhì)的材料?？梢越柚谟擅?xì)力和真空處理支持的回填來填充具有側(cè)凹或者漸寬(auflaufend)或漸窄的(zulaufend)溝槽的本身構(gòu)造復(fù)雜的空腔以及甚至橫向延伸的空腔。此外，填充材料的彈性模數(shù)應(yīng)當(dāng)足夠高。 此外有利的是，填充材料的熱膨脹系數(shù)盡可能地近似于晶片材料的熱膨脹系數(shù)，其中，所述晶片材料尤其是硅。這可以例如通過以下方式實(shí)現(xiàn)通過引入附加填充材料、例如二氧化硅納米微粒使填充材料的熱膨脹系數(shù)近似于硅的熱膨脹系數(shù)。所述填充材料的其他值得期望的特性是小的吸水性以及對(duì)于某些應(yīng)用情況高的電阻。使用耐溫的填充材料能夠以較高溫度、尤其是直到450°C下的工藝步驟實(shí)現(xiàn)晶片的再加工，從而可能實(shí)現(xiàn)多層布線、平面化等。耐高溫的填充材料允許晶片的例如包含氧化沉積的再加工。這樣可以實(shí)現(xiàn)具有作為絕緣的中間層的氧化物或聚合物的多層布線。最后，所述填充材料可以實(shí)現(xiàn)為感光的，這能夠?qū)崿F(xiàn)填充材料的光刻結(jié)構(gòu)化。
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根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述填充材料涉及聚合物。特別適合的是聚酰亞胺或者苯并環(huán)丁烯化合物，尤其是商品名稱為CyClotene30-22-63的物質(zhì)B階段的二 乙烯基娃氧焼二苯并環(huán)丁烯樹月旨(B-staged di vinyl si loxane-bis-benzocyclobutene resin)0根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述第三溫度低于250°C。因?yàn)樵诖饲闆r下所述方法的所有工藝步驟在低于250°C的溫度下進(jìn)行，所以所述方法在晶片處理結(jié)束時(shí)也可用于其元件僅可耐受較小熱負(fù)荷的晶片。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，空腔涉及金屬的中空通孔或者涉及硅敷鍍通孔的絕緣溝槽。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述方法包括另一步驟，在所述另一步驟中，使施加到晶片的預(yù)先確定的表面上的填充材料結(jié)構(gòu)化，以露出金屬的中空通孔的或者硅敷鍍通孔的接觸端子。通過使填充材料保留在晶片表面上并且僅僅使接觸端子敞開，位于晶片表面上的填充材料可以用于晶片表面上的金屬的重新布線和多層布線的絕緣。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代的特別有利的實(shí)施方式，所述方法包括另一步驟，在所述另一步驟中，從晶片表面去除施加到晶片的預(yù)先確定的表面上的填充材料，以露出金屬的中空通孔的或者硅敷鍍通孔的接觸端子。這可以三種不同方式實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^活性離子蝕刻來背蝕刻位于晶片表面上的填充材料。替換地，可以在第三烘焙步驟中的硬化之前通過借助溶劑的清洗或濕化學(xué)的旋轉(zhuǎn)蝕刻來去除所述填充材料。作為第三替換方式，可以通過拋光研磨來去除所述填充材料。


附圖示出圖1 相應(yīng)于本發(fā)明的第一實(shí)施方式的具有硅敷鍍通孔的絕緣溝槽的晶片的橫截面圖；圖2 相應(yīng)于本發(fā)明的第一實(shí)施方式的填充絕緣溝槽的工藝階段的橫截面圖；圖3 相應(yīng)于本發(fā)明的第一實(shí)施方式的填充絕緣溝槽的另一工藝階段的橫截面圖；圖4:相應(yīng)于本發(fā)明的第二實(shí)施方式的填充絕緣溝槽的另一工藝階段的橫截面圖；圖5 相應(yīng)于本發(fā)明的第三實(shí)施方式的具有金屬的中空通孔的晶片的橫截面圖；圖6 相應(yīng)于本發(fā)明的第四實(shí)施方式的具有不同的填充空腔的晶片的橫截面圖。在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或作用相同的組件。
具體實(shí)施例方式圖1是具有硅敷鍍通孔的絕緣溝槽的晶片的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，待填充的空腔是硅敷鍍通孔的絕緣溝槽20A。在圖1中示出的晶片包括高摻雜的硅襯底10、硅襯底上的氧化層12、氧化層12上的由高摻雜的多晶硅制成的埋入的印制導(dǎo)線(Leiterbahn) 14、埋入的印制導(dǎo)線14上的另一氧化層16 和氧化層16上的功能層18。襯底10的背向所述埋入的印制導(dǎo)線14的表面構(gòu)成所述晶片的背側(cè)，所述表面在圖中設(shè)置在上部。在硅襯底10中構(gòu)造有硅敷鍍通孔，所述硅敷鍍通孔具有絕緣溝槽20A和接觸柱(Kontaktstempel) 21。所述接觸柱21是襯底10的部分區(qū)域， 其通過從晶片的背側(cè)直到氧化層12的絕緣溝槽20A與其余的襯底分隔開并且由此電絕緣。 在朝向所述埋入的印制導(dǎo)線14的側(cè)面上，接觸柱21通過導(dǎo)電連接M與所述埋入的印制導(dǎo)線14連接。在所述晶片的背側(cè)上，金屬焊盤觀作為接觸端子位于接觸柱21上?；蛘呖梢越柚诤副P觀上的引線鍵合或者在倒裝結(jié)構(gòu)中借助于焊球使所述接觸柱21觸點(diǎn)接通。但為此必需的是，接觸柱21是機(jī)械地鑲邊的。在此，所述機(jī)械的鑲邊必須實(shí)現(xiàn)為不導(dǎo)電的或者至少很高歐姆的。圖2是根據(jù)圖1的晶片在施加填充材料30后的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，填充材料30是一種聚合物，其滿足下述要求吸濕性小、電阻高，彈性模數(shù)足夠高以及熱膨脹系數(shù)與硅的熱膨脹系數(shù)盡可能近似。滿足這些前提條件的聚合物是聚酰亞胺或者一種商品名稱為Cyclotene 30-22-63的物質(zhì)。此外，后者具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn)。有利地借助于旋轉(zhuǎn)涂敷(也稱作旋轉(zhuǎn)涂漆)將所使用的聚合物施加到晶片的背側(cè)表面上。接著，進(jìn)行稱為預(yù)焙(Prebake)的烘焙，以便排出溶劑。在使用 Cyclotene的情形中，對(duì)此大約120°C的溫度是適合的。隨后進(jìn)行稱為流焙(Flow Bake)的烘焙步驟，所述步驟在真空下進(jìn)行。在所述烘焙步驟期間，聚合物從表面補(bǔ)充流入到待填充的空腔中，并且由此排出可能的氣泡或者空氣泡。在使用Cyclotene時(shí)，在大約120至170°C 下實(shí)施所述步驟。最后，在稱作硬烘焙(Hardcure)的烘焙步驟中使所述聚合物硬化。對(duì)于 Cyclotene，對(duì)此大約250°C的溫度是足夠的。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的方法的另一工藝階段的橫截面圖。在使聚合物30硬化之后，使位于晶片表面上的聚合物結(jié)構(gòu)化，以便露出焊盤觀。 如果使用感光的聚合物，則可以直接光刻地結(jié)構(gòu)化所述聚合物。以由金屬或氧化物制成的漆膜(Lackmaske)或硬膜(Hardmask)干化學(xué)地蝕刻不感光的聚合物。通過聚合物30保留在晶片表面上并且僅僅使通到焊盤觀的入口敞開，所述聚合物30可以附加地用于晶片背側(cè)的鈍化或者用于重新布線的電絕緣。圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的方法的另一工藝階段的橫截面圖。替代第一實(shí)施例，也可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)焊盤觀的露出完全去除位于晶片背側(cè)表面上的聚合物并且僅僅使所述聚合物保留在絕緣溝槽20A中。為了去除所述聚合物具有多種可行方案?？梢酝ㄟ^活性離子蝕刻來背蝕刻所述聚合物。替換地，可以在硬烘焙步驟中的硬化之前通過借助溶劑的清洗或者通過濕化學(xué)的旋轉(zhuǎn)蝕刻從晶片表面去除所述聚合物。最后，可以借助于拋光研磨從晶片表面去除聚合物。圖5是具有金屬的中空通孔的晶片的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例，待填充的空腔是用于埋入的印制導(dǎo)線14的觸點(diǎn)接通的中空通孔20B。晶片與第一實(shí)施例中構(gòu)造相同。但是，所述晶片取代硅敷鍍通孔具有內(nèi)襯金屬層22的接觸孔。在接觸孔的底部，所述金屬層22通過導(dǎo)電連接M與埋入的印制導(dǎo)線14連接。金屬層22通過介電層沈與襯底10絕緣。與兩個(gè)第一實(shí)施例的絕緣溝槽 20A的填充類似地進(jìn)行中空通孔20B的填充。圖6是具有不同形狀的空腔的晶片的橫截面圖。圖6示出了一些根據(jù)本發(fā)明方法適用的幾何結(jié)構(gòu)的示例。與結(jié)合第一和第二實(shí)施例說明的方法類似地，可以無縮孔地填充具有側(cè)凹的溝槽20C、具有腔20F的側(cè)凹、橫向空腔20D和變窄或變寬的溝槽20E。
權(quán)利要求
1.用于填充晶片中的空腔00)的方法，其中，所述空腔OO)是朝著所述晶片的一個(gè)預(yù)先確定的表面敞開的，所述方法具有以下步驟在所述晶片的所述預(yù)先確定的表面上施加漆類的填充材料(30)；在第一溫度下烘焙所述晶片；通過在第二溫度下在真空下烘焙所述晶片來排出包圍在所述填充材料(30)中的氣泡，所述第二溫度與所述第一溫度相同或者高于所述第一溫度；通過在第三溫度下烘焙所述晶片來使填充材料(30)硬化，所述第三溫度高于所述第-~-ilm, ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充材料(30)是在所述第二溫度下呈流質(zhì)的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述填充材料(30)是聚合物，尤其是聚酰亞胺或者苯并環(huán)丁烯化合物。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第三溫度低于250°C。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述空腔(20C)具有至少一個(gè)側(cè)凹。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述空腔是金屬的中空通孔 (20B)或者是硅敷鍍通孔的絕緣溝槽(20A)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述方法具有以下另外的步驟使施加在所述晶片的所述預(yù)先確定的表面上的填充材料(30)結(jié)構(gòu)化，以露出所述金屬的中空通孔O0B)的或者硅敷鍍通孔的接觸端子08)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法具有以下另外的步驟去除施加在所述晶片的所述預(yù)先確定的表面上的填充材料(30)，以露出所述金屬的中空通孔O0B)的或者硅敷鍍通孔的接觸端子08)。
9.晶片中的盲孔，所述盲孔借助于根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法以填充材料(30)無縮孔地填充。
10.晶片，所述晶片具有硅襯底(10)、所述硅襯底(10)上的絕緣層(12)、所述絕緣層 (12)上的埋入的印制導(dǎo)線(14)和所述硅襯底(10)中的至少一個(gè)用于所述埋入的印制導(dǎo)線(14)的觸點(diǎn)接通的硅敷鍍通孔，其中，所述硅敷鍍通孔包括一些絕緣溝槽O0A)，這些絕緣溝槽從所述硅襯底(10)的背向所述埋入的印制導(dǎo)線(14)的側(cè)面一直延伸到所述絕緣層(1 并且被如此設(shè)置，使得這些絕緣溝槽使所述硅襯底(10)的與所述埋入的印制導(dǎo)線 (14)導(dǎo)電地連接的部分區(qū)域與其余的硅襯底(10)電絕緣，其中，這些絕緣溝槽(20A) 借助于根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法以所述填充材料(30)無縮孔地填充。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于填充晶片中的空腔(20)的方法，其中，這些空腔(20)是朝著晶片的一個(gè)預(yù)先確定的表面敞開的，所述方法具有以下步驟在所述晶片的預(yù)先確定的表面上施加漆類的填充材料(30)；在第一溫度下烘焙所述晶片；通過在第二溫度下在真空下烘焙所述晶片來排出包圍在所述填充材料(30)中的氣泡，所述第二溫度與所述第一溫度相同或者高于所述第一溫度；通過在第三溫度下烘焙所述晶片來使填充材料(30)硬化，所述第三溫度高于所述第二溫度。此外，本發(fā)明還涉及一種借助這樣的方法填充的盲孔(20B)和通常3D空腔以及一種具有硅敷鍍通孔的借助于這樣的方法填充的絕緣溝槽(20A)的晶片。
文檔編號(hào)H01L23/48GK102376589SQ20111023554
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者E·格拉夫, H·韋伯, J·弗賴, R·施洛瑟 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司