專利名稱：硅通孔結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅通孔結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
硅通孔技術(shù)是一種熱門的封裝技術(shù)，其主要技術(shù)流程為硅片減薄、刻蝕硅通孔、導電物質(zhì)填充硅通孔以及微封蓋與帶硅通孔硅片的鍵合。目前的硅通孔結(jié)構(gòu)存在一些問題第一，刻蝕硅通孔會對硅片造成損傷，造成硅片結(jié)構(gòu)破壞，而且刻蝕出垂直且側(cè)壁形貌良好(平滑且孔徑一致)的硅通孔技術(shù)難度大，難以實現(xiàn)，硅通孔的不良形狀和形貌對封裝器件性能的有很大影響；第二，填充硅通孔的導電物質(zhì)主要是金屬(比如銅和鎢)，它們和硅的熱膨脹系數(shù)不同，因此在有電流通過時金屬和硅之間存在熱應力，嚴重地造成硅片開裂，從而降低真空封裝的可靠性和壽命。相應的，目前硅通孔的制造方法也存在以下問題第一，硅通孔刻蝕工藝一致性難解決，刻蝕時間長，而且容易造成硅片破壞，降低了成品率；第二，用導電物質(zhì)填充硅通孔前需要對硅通孔側(cè)壁進行絕緣處理，由于硅通孔的側(cè)壁形貌并不是完全平滑和垂直，因此難保證真?zhèn)€硅通孔側(cè)壁均能實現(xiàn)良好絕緣；第三，導電物質(zhì)填充硅通孔一般是電鍍或者化學氣相沉積銅、鎢等金屬實現(xiàn)的，但是目前這種填充方法容易產(chǎn)生空隙，對封裝器件的電性能和封裝的氣密性保持造成不利影響；第四，無論是刻蝕硅通孔還是導電物質(zhì)填充工藝，工藝步驟繁瑣，耗時間長，影響了制造效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種硅通孔結(jié)構(gòu)，其制造工藝簡單，同時可提高真空封裝的可靠性和壽命。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種硅通孔結(jié)構(gòu)的制造方法，其制造工藝簡單，可避免刻蝕、絕緣處理等工藝對硅片的破壞，并能夠提高制造硅通孔結(jié)構(gòu)的成品率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種硅通孔結(jié)構(gòu)，其形成于硅片上，并包括摻雜粒子構(gòu)成的導電區(qū)和絕緣區(qū)，其特征在于絕緣區(qū)與導電區(qū)摻雜的粒子的極性相反，導電區(qū)表面覆蓋有金屬電極，硅片的表面除金屬電極之外的區(qū)域覆蓋有絕緣層。一種硅通孔結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟將硅片的厚度減薄至5微米至20微米；去除硅片表面的所有絕緣層；在硅片的導電區(qū)表面和絕緣區(qū)表面制作摻雜掩膜，以對導電區(qū)和絕緣區(qū)分別進行粒子摻雜，絕緣區(qū)與導電區(qū)摻雜的粒子的極性相反；在粒子摻雜完成后去除摻雜掩膜；在導電區(qū)表面覆蓋金屬電極；在硅片的表面除金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層。采用化學機械拋光、機械磨削或濕法腐蝕對硅片進行減薄。去除硅片表面的所有絕緣層的步驟包括清洗硅片，以去除其表面的灰塵、顆粒等雜質(zhì)；通過刻蝕工藝去除硅片表面的所有絕緣層。
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對導電區(qū)進行粒子摻雜的步驟包括在硅片表面上覆蓋一層光刻膠或金屬；去除硅片的導電區(qū)表面上覆蓋的光刻膠或金屬；對硅片的導電區(qū)進行粒子摻雜。對絕緣區(qū)進行粒子摻雜的步驟包括在硅片表面上覆蓋一層光刻膠或金屬；去除硅片的絕緣區(qū)表面上覆蓋的光刻膠或金屬；對硅片的絕緣區(qū)進行粒子摻雜。在導電區(qū)表面覆蓋金屬電極的步驟包括在硅片表面上覆蓋一層光刻膠；通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面的光刻膠；在硅片表面上覆蓋一層金屬；剝離硅片表面的剩余光刻膠。在導電區(qū)表面覆蓋金屬電極的步驟還可包括在硅片表面上覆蓋一層金屬；在金屬上覆蓋一層光刻膠；通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面之外的光刻膠；通過刻蝕工藝去除硅片的導電區(qū)表面之外的金屬；去除硅片表面的剩余光刻膠。在硅片的表面除金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層的步驟包括在硅片表面上覆蓋一層光刻膠；通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面之外的光刻膠；在硅片表面上覆蓋絕緣層；剝離硅片表面的剩余光刻膠。在硅片的表面除金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層的步驟還可包括在硅片表面上覆蓋一層金屬；在金屬上覆蓋一層光刻膠；通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面的光刻膠；通過刻蝕工藝去除硅片的導電區(qū)表面的絕緣層；去除硅片表面的剩余光刻膠。本發(fā)明硅通孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于通過粒子摻雜方式形成硅通孔結(jié)構(gòu)的導電區(qū)和絕緣區(qū)，導電區(qū)和絕緣區(qū)的基體都還是硅片本身，避免了目前硅通孔技術(shù)中金屬和硅片熱膨脹系數(shù)不同造成的熱應力問題，能夠提高器件的可靠性和壽命；同時，由于本發(fā)明硅通孔結(jié)構(gòu)實際上的硅通孔已經(jīng)被經(jīng)過粒子摻雜的導電區(qū)和絕緣區(qū)代替，硅通孔結(jié)構(gòu)不存在漏氣的問題，其良好的氣密性能使其能夠運用于真空封裝領(lǐng)域并提高封裝的氣密性保持壽命。本發(fā)明硅通孔結(jié)構(gòu)的制造方法的優(yōu)點在于與目前主流的硅通孔制造技術(shù)相比， 本發(fā)明不需要對硅片進行硅通孔刻蝕、也不需要硅通孔側(cè)壁絕緣處理、粘附層、阻擋層金屬濺射、硅通孔電鍍或者化學氣相沉積等填充工藝，降低了工藝難度，提高了制造效率，同時避免了刻蝕、絕緣處理等工藝對硅片的破壞，從而能夠提高制造硅通孔結(jié)構(gòu)的成品率。


圖1為本發(fā)明硅通孔結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為圖1的剖視圖。圖3為本發(fā)明硅通孔結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的硅通孔結(jié)構(gòu)形成于硅片1上，并包括摻雜粒子構(gòu)成的導電區(qū)2和絕緣區(qū)3。導電區(qū)2表面覆蓋有金屬電極4，硅片的表面除金屬電極4之外的區(qū)域覆蓋有絕緣層5。絕緣區(qū)3與導電區(qū)2摻雜的粒子的極性相反。如圖3所示，本發(fā)明硅通孔的制造方法包括以下步驟(1)將硅片的厚度減薄至5微米至20微米；
(2)去除硅片表面的所有絕緣層；(3)在硅片的導電區(qū)表面和絕緣區(qū)表面制作摻雜掩膜，以對導電區(qū)和絕緣區(qū)分別進行粒子摻雜，絕緣區(qū)與導電區(qū)摻雜的粒子的極性相反；(4)在粒子摻雜完成后去除摻雜掩膜；
(5)在導電區(qū)表面覆蓋金屬電極；(6)在硅片的表面除金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層。在步驟(1)中，是采用化學機械拋光、機械磨削或濕法腐蝕對硅片進行減薄。步驟(2)進一步包括以下子步驟(21)清洗硅片，以去除其表面的灰塵、顆粒等雜質(zhì)；(22)通過刻蝕工藝去除硅片表面的所有絕緣層。在本實施方式中，刻蝕工藝包括濕法刻蝕和干法刻蝕。步驟(3)中，對導電區(qū)進行粒子摻雜的步驟包括以下子步驟(31)在硅片表面上覆蓋一層光刻膠或金屬；(32)通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面上覆蓋的光刻膠或金屬；(33)對硅片的導電區(qū)進行粒子摻雜。在步驟(32)中，若硅片表面覆蓋的為光刻膠，則采用光刻和顯影方法去除硅片的導電區(qū)表面上覆蓋的光刻膠；若硅片表面覆蓋的為金屬，則采用光刻、顯影以及刻蝕方法去除硅片的導電區(qū)表面上覆蓋的金屬。步驟(3)中，對絕緣區(qū)進行粒子摻雜的步驟包括以下子步驟(34)在硅片表面上覆蓋一層光刻膠或金屬；(35)去除硅片的絕緣區(qū)表面上覆蓋的光刻膠或金屬；(36)對硅片的絕緣區(qū)進行粒子摻雜。在步驟(35)中，若硅片表面覆蓋的為光刻膠，則采用光刻和顯影方法去除硅片的絕緣區(qū)表面上覆蓋的光刻膠；若硅片表面覆蓋的為金屬，則采用光刻、顯影以及刻蝕方法去除硅片的絕緣區(qū)表面上覆蓋的金屬。摻雜的粒子為三價元素和五價元素中的一種或多種，摻雜掩膜是由光刻膠或金屬制成。步驟( 進一步包括以下子步驟(51)在硅片表面上覆蓋一層光刻膠；(52)通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面的光刻膠；(53)在硅片表面上覆蓋一層金屬；(54)剝離硅片表面的剩余光刻膠?；蛘撸襟E(5)可包括以下子步驟(51，)在硅片表面上覆蓋一層金屬；(52’ )在金屬上覆蓋一層光刻膠；(53’ )通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面之外的光刻膠；(54’ )通過刻蝕工藝去除硅片的導電區(qū)表面之外的金屬；(55’ )去除硅片表面的剩余光刻膠。步驟(6)進一步包括以下子步驟
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(61)在硅片表面上覆蓋一層光刻膠；(62)通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面之外的光刻膠；(63)在硅片表面上覆蓋絕緣層；(64)剝離硅片表面的剩余光刻膠?；蛘?，步驟(6)可包括以下子步驟(61，)在硅片表面上覆蓋絕緣層；(62’ )在絕緣層上覆蓋一層光刻膠；(63’ )通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)表面的光刻膠；(64’ )通過刻蝕工藝去除硅片的導電區(qū)表面的絕緣層；(65’ )去除硅片表面的剩余光刻膠。在本實施方式中，絕緣層是由氮化硅或二氧化硅制成。示例1 首先，通過化學機械拋光將硅片1雙面拋光減薄到5微米厚。其后，清洗硅片1，以去除其表面的灰塵、顆粒等雜質(zhì)，通過反應離子刻蝕去除硅片 1表面的所有絕緣層。其后，在硅片1表面上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片1導電區(qū)2表面上覆蓋的光刻膠，用硅片1上剩余的光刻膠作摻雜掩膜，通過離子注入對導電區(qū)2摻雜五價元素磷。其后，粒子摻雜完成后去除硅片1表面的光刻膠。其后，在硅片1表面上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片1的絕緣區(qū)3表面上覆蓋的光刻膠，用硅片1上剩余的光刻膠作摻雜掩膜，通過離子注入對絕緣區(qū)3摻雜三價元素硼。其后，粒子摻雜完成后去除硅片1表面的光刻膠。其后，在硅片1表面上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片的導電區(qū)2表面的光刻膠，然后在硅片1上表面濺射一層金屬銅，剝離硅片1表面的光刻膠。最后，在硅片上1表面上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片1的導電區(qū)2 表面之外的光刻膠，在硅片1上表面通過低壓化學氣相沉積生長二氧化硅絕緣層5，剝離硅片1表面的剩余光刻膠。示例 2 首先，通過機械磨削將硅片1雙面拋光減薄到20微米厚。其后，清洗硅片1，以去除其表面的灰塵、顆粒等雜質(zhì)，通過氫氟酸酸進行濕法刻蝕，以去除硅片1表面的所有絕緣層。其后，在硅片1表面上濺射一層鈦，在鈦層上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片1導電區(qū)2表面上覆蓋的光刻膠，用感應離子耦合刻蝕工藝去除硅片1導電區(qū)2表面上的鈦，以硅片1上剩余的鈦作摻雜掩膜，通過熱擴散工藝對導電區(qū)2摻雜三價元素硼。其后，粒子摻雜完成后去除硅片1表面的鈦。其后，在硅片1表面上濺射一層鈦，在鈦層上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片1絕緣區(qū)3表面上覆蓋的光刻膠，用感應離子耦合刻蝕工藝去除硅片1絕緣區(qū)3表面上的鈦，以硅片1上剩余的鈦作摻雜掩膜，通過熱擴散工藝對絕緣區(qū)3摻雜五價元素磷。
其后，粒子摻雜完成后去除硅片1表面的鈦。其后，在硅片1表面上濺射一層鈦，在鈦層上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片1導電區(qū)2表面之外覆蓋的光刻膠，通過感應離子耦合刻蝕工藝去除硅片導電區(qū)2 表面之外的鈦，剝離硅片1表面的光刻膠。最后，在硅片上1表面上覆蓋絕緣層，在絕緣層上覆蓋一層光刻膠，通過光刻和顯影去除硅片1的導電區(qū)2表面上的光刻膠，通過感應離子耦合刻蝕工藝去除硅片的導電區(qū) 2表面的絕緣層，剝離硅片1表面的剩余光刻膠。
權(quán)利要求
1.一種硅通孔結(jié)構(gòu)，其形成于硅片上，并包括摻雜粒子構(gòu)成的導電區(qū)和絕緣區(qū)，其特征在于所述絕緣區(qū)與所述導電區(qū)摻雜的粒子的極性相反，所述導電區(qū)表面覆蓋有金屬電極， 所述硅片的表面除所述金屬電極之外的區(qū)域覆蓋有絕緣層。
2.—種硅通孔結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟 將硅片的厚度減薄至5微米至20微米；去除所述硅片表面的所有絕緣層；在所述硅片的導電區(qū)表面和絕緣區(qū)表面制作摻雜掩膜，以對所述導電區(qū)和所述絕緣區(qū)分別進行粒子摻雜，所述絕緣區(qū)與所述導電區(qū)摻雜的粒子的極性相反； 在粒子摻雜完成后去除所述摻雜掩膜； 在所述導電區(qū)表面覆蓋金屬電極；在所述硅片的表面除所述金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于采用化學機械拋光、機械磨削或濕法腐蝕對所述硅片進行減薄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述去除所述硅片表面的所有絕緣層的步驟包括清洗所述硅片，以去除其表面的灰塵、顆粒等雜質(zhì)； 通過刻蝕工藝去除所述硅片表面的所有絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述對所述導電區(qū)進行粒子摻雜的步驟包括在所述硅片表面上覆蓋一層光刻膠或金屬； 去除所述硅片的導電區(qū)表面上覆蓋的光刻膠或金屬； 對所述硅片的導電區(qū)進行粒子摻雜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述對所述絕緣區(qū)進行粒子摻雜的步驟包括在所述硅片表面上覆蓋一層光刻膠或金屬； 去除所述硅片的絕緣區(qū)表面上覆蓋的光刻膠或金屬； 對所述硅片的絕緣區(qū)進行粒子摻雜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在所述導電區(qū)表面覆蓋金屬電極的步驟包括在所述硅片表面上覆蓋一層光刻膠；通過光刻和顯影去除所述硅片的導電區(qū)表面的光刻膠；在所述硅片表面上覆蓋一層金屬；剝離所述硅片表面的剩余光刻膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在所述導電區(qū)表面覆蓋金屬電極的步驟包括在所述硅片表面上覆蓋一層金屬； 在所述金屬上覆蓋一層光刻膠；通過光刻和顯影去除所述硅片的導電區(qū)表面之外的光刻膠； 通過刻蝕工藝去除所述硅片的導電區(qū)表面之外的金屬；去除所述硅片表面的剩余光刻膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述在所述硅片的表面除所述金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層的步驟包括在所述硅片表面上覆蓋一層光刻膠；通過光刻和顯影去除所述硅片的導電區(qū)表面之外的光刻膠；在所述硅片表面上覆蓋絕緣層；剝離所述硅片1表面的剩余光刻膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述在所述硅片的表面除所述金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層的步驟包括在所述硅片表面上覆蓋絕緣層； 在所述絕緣層上覆蓋一層光刻膠； 通過光刻和顯影去除所述硅片的導電區(qū)表面的光刻膠； 通過刻蝕工藝去除所述硅片的導電區(qū)表面的絕緣層； 去除所述硅片表面的剩余光刻膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅通孔結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟將硅片的厚度減薄至5微米至20微米；去除硅片表面的所有絕緣層；在硅片的導電區(qū)表面和絕緣區(qū)表面制作摻雜掩膜，以對導電區(qū)和絕緣區(qū)分別進行粒子摻雜，絕緣區(qū)與導電區(qū)摻雜的粒子的極性相反；在粒子摻雜完成后去除摻雜掩膜；在導電區(qū)表面覆蓋金屬電極；在硅片的表面除金屬電極之外的區(qū)域覆蓋絕緣層。本發(fā)明的方法制造工藝簡單，可避免刻蝕、絕緣處理等工藝對硅片的破壞，并能夠提高制造硅通孔結(jié)構(gòu)的成品率。本發(fā)明還公開了一種硅通孔結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/768GK102420201SQ201110363430
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者劉勝, 徐明海, 徐春林, 汪學方, 王宇哲, 胡暢 申請人:華中科技大學