導(dǎo)電凸塊的柱設(shè)計(jì)制造技術(shù)

提供了導(dǎo)電柱的系統(tǒng)和方法。實(shí)施例包括：在其外部邊緣周圍具有溝槽的導(dǎo)電柱。當(dāng)在導(dǎo)電柱上方形成導(dǎo)電凸塊時(shí)，將溝槽用于引導(dǎo)導(dǎo)電材料，例如，焊料。然后，通過(guò)導(dǎo)電材料可以將導(dǎo)電柱電連接至另一接觸件。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了一種導(dǎo)電凸塊的柱設(shè)計(jì)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本專利技術(shù)涉及一種導(dǎo)電凸塊的柱設(shè)計(jì)。
技術(shù)介紹
為了提供外部連接器的物理連接和電連接點(diǎn)，可以在半導(dǎo)體襯底上形成導(dǎo)電柱。通常，穿過(guò)半導(dǎo)體襯底的頂部鈍化層形成這些導(dǎo)電柱，從而為形成在半導(dǎo)體襯底上的有源器件提供外部連接。為了包括隨后形成的連接，例如，球形導(dǎo)電凸塊，將導(dǎo)電柱形成 為圓柱形?？梢杂芍T如焊料的連接材料在導(dǎo)電柱上方形成導(dǎo)電凸塊。通常，將導(dǎo)電凸塊設(shè)置在導(dǎo)電柱上方，然后加熱該導(dǎo)電凸塊，從而使得該導(dǎo)電凸塊部分熔化并且回流為凸塊形狀。一旦形成，然后，可以將導(dǎo)電凸塊設(shè)置為與分離的襯底相接觸，例如，該襯底為印刷電路板或另一半導(dǎo)體襯底。在將導(dǎo)電凸塊設(shè)置為接觸以后，為了將導(dǎo)電凸塊接合至分離襯底，導(dǎo)電凸塊可以再次回流，從而不僅在半導(dǎo)體襯底和分離襯底之間提供了電連接，而且在半導(dǎo)體襯底和分離襯底之間提供了接合機(jī)制。然而，為了使這種工藝可靠，當(dāng)將導(dǎo)電凸塊設(shè)置在圓形導(dǎo)電柱的上方時(shí)，必須精確控制導(dǎo)電材料的數(shù)量。如果導(dǎo)電材料的數(shù)量過(guò)多，則增加了在回流工藝期間無(wú)意之中可能造成彼此相鄰的導(dǎo)電凸塊接觸和橋接的危險(xiǎn)，提供了不期望的短路。反之，如果導(dǎo)電材料的數(shù)量不足，則增加了提供在襯底之間的充分連接的導(dǎo)電材料不足的危險(xiǎn)，從而導(dǎo)致增加虛焊的危險(xiǎn)。另外，在導(dǎo)電凸塊和圓形導(dǎo)電柱之間的界面為出現(xiàn)裂紋的薄弱環(huán)節(jié)，可能通過(guò)接合工藝導(dǎo)致這種裂紋。如果導(dǎo)電柱的側(cè)壁完全暴露在周圍環(huán)境中并且可能使該導(dǎo)電柱的側(cè)壁有過(guò)多的氧化，則可能使這種弱點(diǎn)進(jìn)一步加劇，從而增加了在導(dǎo)電柱和底部填充之間產(chǎn)生分層的危險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括第一襯底；以及導(dǎo)電柱，向遠(yuǎn)離所述第一襯底的方向延伸，所述導(dǎo)電柱包括垂直于所述第一襯底的一個(gè)或多個(gè)溝槽。在該半導(dǎo)體器件中，進(jìn)一步包括導(dǎo)電材料，位于所述一個(gè)或多個(gè)溝槽內(nèi)。在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電材料為焊料。在該半導(dǎo)體器件中，進(jìn)一步包括第二襯底，位于所述第一襯底上方；以及導(dǎo)電區(qū)域，位于所述第二襯底上方，其中，所述導(dǎo)電區(qū)域與所述導(dǎo)電材料相接觸。在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電材料延伸超過(guò)所述導(dǎo)電柱的直徑。在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電材料僅填充了所述一個(gè)或多個(gè)溝槽的一部分。在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電柱包含銅。在該半導(dǎo)體器件中，所述一個(gè)或多個(gè)溝槽包括對(duì)稱地設(shè)置在所述導(dǎo)電柱周圍的至少兩個(gè)或更多個(gè)溝槽。根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括鈍化層，位于襯底上方；導(dǎo)電柱，延伸穿過(guò)所述鈍化層，所述導(dǎo)電柱具有外圓周；多個(gè)凹槽，位于所述導(dǎo)電柱的所述外圓周的周圍；以及導(dǎo)電材料，位于所述導(dǎo)電柱上方。在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電材料為焊料。在該半導(dǎo)體器件中，所述多個(gè)凹槽包括四個(gè)凹槽。在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電材料填充了所述鈍化層上方的所述多個(gè)凹槽。在該半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電材料僅部分填充了位于所述鈍化層上方的所述多個(gè)凹槽。 在該半導(dǎo)體器件中，進(jìn)一步包括第二襯底；以及接觸件，位于所述第二襯底上方，其中，位于所述第二襯底上方的所述接觸件與所述導(dǎo)電材料相接觸。根據(jù)本專利技術(shù)的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括在襯底上方形成具有一個(gè)或多個(gè)溝槽的第一導(dǎo)電柱，所述一個(gè)或多個(gè)溝槽垂直于所述襯底；將導(dǎo)電材料設(shè)置在所述第一導(dǎo)電柱上；以及將所述導(dǎo)電材料回流，使得所述導(dǎo)電材料的一部分被動(dòng)地導(dǎo)入所述一個(gè)或多個(gè)溝槽中。在該方法中，進(jìn)一步包括將第二導(dǎo)電柱設(shè)置為與所述導(dǎo)電材料相接觸；以及將所述導(dǎo)電材料回流，從而將第二導(dǎo)電柱與所述第一導(dǎo)電柱相接合，其中，所述導(dǎo)電材料將所述第一導(dǎo)電柱與所述第二導(dǎo)電柱自對(duì)準(zhǔn)。在該方法中，將所述導(dǎo)電材料回流進(jìn)一步形成延伸超過(guò)所述第一導(dǎo)電柱的直徑的所述導(dǎo)電材料的延伸部。在該方法中，形成具有一個(gè)或多個(gè)溝槽的所述導(dǎo)電柱進(jìn)一步包括在所述導(dǎo)電柱周圍對(duì)稱地形成兩個(gè)或多個(gè)溝槽。在該方法中，所述導(dǎo)電柱包含銅。在該方法中，進(jìn)一步包括在將所述導(dǎo)電材料設(shè)置在所述第一導(dǎo)電柱上以前，在所述第一導(dǎo)電柱上方形成勢(shì)魚層。附圖說(shuō)明為了更好地理解本實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中圖IA至圖IB示出了根據(jù)實(shí)施例的帶有導(dǎo)電柱的襯底，該導(dǎo)電柱具有溝槽；圖2A至圖2B示出了根據(jù)實(shí)施例的將導(dǎo)電材料設(shè)置在導(dǎo)電柱上方并且設(shè)置在溝槽內(nèi)的設(shè)置方式；圖3A至圖3B示出了根據(jù)實(shí)施例的通過(guò)導(dǎo)電材料將襯底與另一襯底的接合；以及圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的具有不對(duì)稱設(shè)置的溝槽的導(dǎo)電柱。除非另有說(shuō)明，否則在不同附圖中的相應(yīng)數(shù)字和標(biāo)號(hào)通常指的是相應(yīng)部件。為了清楚地示出實(shí)施例的相關(guān)方面而繪制附圖，并且沒(méi)有必要按比例繪制這些附圖。具體實(shí)施例方式下面，詳細(xì)討論實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本實(shí)施例提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的專利技術(shù)概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出制造和使用本實(shí)施例的具體方式，而不用于限制本實(shí)施例的范圍。結(jié)合具體上下文中的實(shí)施例描述了具體實(shí)施方式，即，在其上形成有導(dǎo)電凸塊的導(dǎo)電柱。然而，還可以將實(shí)施例應(yīng)用于其他物理連接和電連接?，F(xiàn)在，參考圖1A，示出了半導(dǎo)體管芯100，期望在該半導(dǎo)體管芯上方形成導(dǎo)電凸塊205(在圖IA中沒(méi)有示出，但是在以下圖2A中進(jìn)行了示出和論述)。半導(dǎo)體管芯100具有第一襯底101、有源器件103、金屬化層105、鈍化層107、一系列導(dǎo)電柱109、以及沿著導(dǎo)電柱109的側(cè)壁的溝槽111。第一襯底101可以包括體硅(摻雜或未摻雜)、或者絕緣體上硅(SOI)襯底的有源層。通常，SOI襯底包括半導(dǎo)體材料層，例如，硅、鍺、硅鍺、SOI、絕緣體上硅鍺(SGOI)、或者其組合?？梢允褂玫钠渌r底包括多層襯底、梯度襯底、或者混合定向襯底?！ぴ趫DI中，有源器件103示出為單個(gè)晶體管。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)至IJ，可以將諸如電容器、電阻器、以及電感器等的各種無(wú)源器件用于生成設(shè)計(jì)的期望結(jié)構(gòu)和功能要求。可以使用任何適當(dāng)方法在第一襯底101的表面內(nèi)或在第一襯底的表面上形成有源器件103。在第一襯底101和有源器件103的上方形成金屬化層105，并且該金屬化層設(shè)計(jì)為連接各種有源器件103，從而形成功能電路。雖然在圖I中將金屬化層示出為單層，但是金屬化層105由介電材料和導(dǎo)電材料的交替層形成，并且可以通過(guò)任何適當(dāng)工藝(例如，沉積、鑲嵌、雙鑲嵌等)形成該金屬化層。在實(shí)施例中，存在通過(guò)至少一個(gè)層間介電層(ILD)與第一襯底101分離的至少四層金屬化層，但是金屬化層105的準(zhǔn)確數(shù)量取決于半導(dǎo)體管芯100的設(shè)計(jì)。為了防止暴露可能導(dǎo)致的物理和環(huán)境損害，可以在位于有源器件103上方的金屬化層105上形成鈍化層107。鈍化層107可以由以下材料組成一種或多種適當(dāng)介電材料，例如，聚合物、氧化硅、氮化硅；低k介電材料，例如，摻碳氧化物；超低k介電材料，例如，多孔碳摻雜二氧化硅；或者其組合。可以通過(guò)諸如化學(xué)汽相沉積(CVD)的工藝形成鈍化層107，但是可以利用任何適當(dāng)工藝，并且可以具有在約O. 5μπι和約5μπι之間的厚度，例如，約 9.25ΚΑ?？梢孕纬蓪?dǎo)電柱109，從而為了在金屬化層105和外部器件301 (在圖I中沒(méi)有示出，而是下文中結(jié)合圖3Α示出和論述)之間形成接觸而提供導(dǎo)電區(qū)域，該外部器件為例如印刷電路板或者例如以倒裝法布置的其他半導(dǎo)體管芯?？梢酝ㄟ^(guò)最初在鈍化層107的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種半導(dǎo)體器件，包括：第一襯底；以及導(dǎo)電柱，向遠(yuǎn)離所述第一襯底的方向延伸，所述導(dǎo)電柱包括：垂直于所述第一襯底的一個(gè)或多個(gè)溝槽。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝政杰，黃震麟，蔡柏豪，侯上勇，林俊成，鄭心圃，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：