TWI474459B

Microelectronic devices with through-substrate interconnects and associated methods of manufacturing

Abstract

Microelectronic devices with through-substrate interconnects and associated methods of manufacturing are disclosed herein. In one embodiment, a semiconductor device includes a semiconductor substrate carrying first and second metallization layers. The second metallization layer is spaced apart from the semiconductor substrate with the first metallization layer therebetween. The semiconductor device also includes a conductive interconnect extending at least partially through the semiconductor substrate. The first metallization layer is in electrical contact with the conductive interconnect via the second metallization layer.

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Term

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32 claims: 16 independent, 16 dependent

  1. 1
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;第一金屬化層及第二金屬化層,該第二金屬化層與該半導體基板間隔開,其中該第一金屬化層位於其間;及導電互連,其至少部分延伸穿透該半導體基板,其中該導電互連包括第一端及與該第一端相對之第二端,其中該第二金屬化層包括大致對應於該導電互連之第一部分及自該第一部分橫向延伸之第二部分,其中該導電互連之第一端包括橫向延伸至該第二金屬化層之第一部分的橫向部分,其中該導電互連的第一端電耦合至該第二金屬化層之第一部分且與其直接接觸;且其中該第一金屬化層係經由該第二金屬化層與該導電互連電接觸。
  2. 2
    如請求項1之半導體裝置,其中:該半導體基板包括第一側及第二側;且該半導體裝置亦包括:絕緣體,其位於該半導體基板之該第一側與該第一金屬化層之間;積體電路,其位於該半導體基板之上或其中;導電鏈路,其至少部分地位於該絕緣體中,該導電鏈路係位於該積體電路與該第一金屬化層之間;電介質,其位於該第一金屬化層與該第二金屬化層 之間;且該電介質包括直接位於該第一金屬化層與該第二金屬化層之該第二部分間之導電導通孔;及焊料球,其在該半導體基板之該第二側附接至該導電互連之該第二端。
  3. 3
    如請求項1之半導體裝置,其中:該半導體基板包括第一側及第二側;且該半導體裝置亦包括:絕緣體,其位於該半導體基板之該第一側與該第一金屬化層之間;積體電路,其位於該半導體基板之上或其中;導電鏈路,其至少部分位於該絕緣體中,該導電鏈路延伸於該積體電路與該第一金屬化層之間;及電介質,其位於該第一金屬化層與該第二金屬化層之間;該電介質包括第一導電導通孔及與該第一導電導通孔間隔開之第二導電導通孔,該第一導電導通孔直接位於該第一金屬化層與該第二金屬化層之該第二部分之間,該第二導電導通孔直接位於該第二金屬化層之該第一部分與該導電互連之該第一端之間;及焊料球,其在該半導體基板之該第二側附接至該導電互連之該第二端。
  4. 4
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;第一金屬化層及第二金屬化層,該第二金屬化層與該半導體基板間隔開,該第一金屬化層位於其間;及導電互連,其至少部分延伸穿透該半導體基板;其中該第一金屬化層經由該第二金屬化層與該導電互連電接觸;其中該半導體基板包括第一側及第二側;該第二金屬化層包括第一金屬化表面及與其相對之第二金屬化表面;且該半導體裝置亦包括:絕緣體,其位於該半導體基板之該第一側與該第一金屬化層之間;積體電路,其位於該半導體基板之上或其中;導電鏈路,其至少部分位於該絕緣體中,該導電鏈路係位於該積體電路與該第一金屬化層之間;電介質,其位於該第一金屬化層與該第二金屬化層之間;且該電介質包括直接位於該第一金屬化層與該第二金屬化層間之導電導通孔;該導電互連包括:孔,其至少部分地於該半導體基板之該第一側與該第二側之間延伸;於該孔中之導電材料之第一區段; 於該孔外部之該導電材料之第二區段;該導電材料之該第二區段在該第一區段上橫向延伸;且該第二區段係與該第二金屬化層之該第二金屬化表面之至少一部分直接接觸;及焊料球,其在該半導體基板之該第二側附接至該導電互連之該第二端。
  5. 5
    如請求項1之半導體裝置,其中:該半導體裝置亦包括在該第一金屬化層與該第二金屬化層之間之電介質,該介電質具有至少靠近於該第一金屬化層之第一表面及至少靠近於該第二金屬化層之第二表面;且該導電互連之該第一端與該電介質之該第二表面大致成平面,該第二端與該第一端相對。
  6. 6
    如請求項1之半導體裝置,其中:該半導體裝置亦包括在該第一金屬化層與該第二金屬化層之間之電介質,該電介質具有與該第一金屬化層直接接觸之第一表面及與該第二金屬化層之該第二部分直接接觸之第二表面。
  7. 7
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;第一金屬化層及第二金屬化層,該第二金屬化層與該半導體基板間隔開,該第一金屬化層位於其間;及導電互連,其至少部分延伸穿透該半導體基板; 其中該第一金屬化層經由該第二金屬化層與該導電互連電接觸;其中該第一金屬化層包括靠近該半導體基板之第一金屬化表面及與該第一金屬化表面相對之第二金屬化表面;且該導電互連包括第一端及第二端,該導電互連之該第一端與該第一金屬化層之該第二金屬化表面大致齊平,該第二端係與該第一端相對。
  8. 8
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;第一金屬化層及第二金屬化層,該第二金屬化層與該半導體基板間隔開,該第一金屬化層位於其間;及導電互連,其至少部分延伸穿透該半導體基板;其中該第一金屬化層經由該第二金屬化層與該導電互連電接觸;其中該導電互連包括:孔,其至少部分地於該半導體基板中延伸;於該孔中之導電材料之第一區段;於該孔外部之該導電材料之第二區段;且該導電材料之該第二區段自該孔橫向延伸且與該第二金屬化層直接接觸。
  9. 9
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;該半導體基板所攜載之複數個金屬路由層,該複數個 金屬路由層包括1、2、...、N(N係大於3之正整數)個金屬路由層;及導電互連,其至少部分延伸穿透該半導體基板,該導電互連包括靠近該金屬路由層之一端;其中該導電互連之該端延伸超過該第一金屬路由層或至少與其大致齊平;其中該導電互連之該端延伸超過第N-2個金屬路由層或與其大致齊平。
  10. 10
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;該半導體基板所攜載之複數個金屬路由層,該複數個金屬路由層包括1、2、...、N(N係大於3之正整數)個金屬路由層;及導電互連,其至少部分地延伸穿透該半導體基板,該導電互連包括靠近該金屬路由層之一端;其中該導電互連之該端延伸超過該第一金屬路由層或至少與其大致齊平;其中:該導電互連之該端延伸超過該第N-2個金屬路由層或與其大致齊平;且第N-1個金屬路由層將該第N-2個金屬路由層電連接至該導電互連。
  11. 11
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板; 該半導體基板所攜載之複數個金屬路由層,該複數個金屬路由層包括1、2、...、N(N係大於3之正整數)個金屬路由層;及導電互連,其至少部分延伸穿透該半導體基板,該導電互連包括靠近該金屬路由層之一端;其中該導電互連之該端延伸超過該第一金屬路由層或至少與其大致齊平;其中該導電互連之該端與該第N-1個金屬路由層直接接觸。
  12. 12
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;該半導體基板所攜載之複數個金屬路由層,該複數個金屬路由層包括1、2、...、N(N係大於3之正整數)個金屬路由層;導電互連,其至少部分地延伸穿透該半導體基板,該導電互連包括靠近該金屬路由層之一端;其中該導電互連之該端延伸超過該第一金屬路由層或至少與其大致齊平;及在該導電互連之該端與該第N-1個金屬路由層之間之導電導通孔。
  13. 13
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;該半導體基板所攜載之複數個金屬路由層,該複數個金屬路由層包括1、2、...、N(N係大於3之正整數)個金屬路由層; 導電互連,其至少部分地延伸穿透該半導體基板,該導電互連包括靠近該金屬路由層之一端;其中該導電互連之該端延伸超過該第一金屬路由層或至少與其大致齊平;其中該導電互連之該端包括第一區段及自該第一區段橫向延伸之第二區段,該第二區段與該第N-1個金屬路由層直接接觸。
  14. 14
    一種製造半導體裝置之方法,其包含:在半導體基板上形成第一金屬化層;在形成該第一金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之互連孔;用導電材料填充該互連孔以形成至少部分延伸穿透該半導體基板之導電互連,其中該導電互連包括第一端及與該第一端相對之第二端;及在該第一金屬化層上形成第二金屬化層,該第二金屬化層係與該互連孔中之該導電材料電接觸,其中該第二金屬化層包括大致對應於該導電互連之第一部分及自該第一部分橫向延伸之第二部分,其中該導電互連之第一端包括橫向延伸至該第二金屬化層之第一部分的橫向部分,其中該導電互連的第一端電耦合至該第二金屬化層之第一部分且與其直接接觸。
  15. 15
    如請求項14之方法,其中:形成互連孔包括:在該第一金屬化層上沈積第一電介質; 對該第一電介質實施圖案化並形成大致對應於該互連孔之開口;及經由該開口蝕刻該第一電介質及該半導體基板;填充該互連孔包括:將第一導電材料引入該互連孔中;及去除該互連孔外部過多的第一導電材料;且形成該第二金屬化層包括:在該第一電介質及該互連孔中之該導電材料上沈積第二電介質;基於該第二金屬化層之期望輪廓對所沈積之第二電介質實施圖案化;及在該圖案化第二電介質中形成導通孔及凹陷,該導通孔暴露該第一金屬化層之至少一部分,該凹陷暴露該互連孔中之該第一導電材料之至少一部分;及用第二導電材料填充該導通孔及該凹陷,該第二導電材料具有與該互連孔中之該第一導電材料直接接觸之第一部分及該導通孔中與該第一金屬化層直接接觸之第二部分。
  16. 16
    一種製造半導體裝置之方法,其包含:在半導體基板上形成第一金屬化層;在形成該第一金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之互連孔;用導電材料填充該互連孔;及在該第一金屬化層上形成第二金屬化層,該第二金屬 化層係與該互連孔中之該導電材料電接觸;其中:形成該互連孔包括:對具有該第一金屬化層之該半導體基板實施圖案化並形成大致對應於該互連孔之開口;及經由該開口蝕刻該半導體基板;填充該互連孔包括:將第一導電材料引入該互連孔中;及去除該互連孔外部過多的第一導電材料;且形成該第二金屬化層包括:在該第一金屬化層及該互連孔中之該第一導電材料上沈積第一電介質;在該第一電介質中形成第一導通孔及第二導通孔,該第一導通孔暴露該第一金屬化層之至少一部分,該第二導通孔暴露該互連孔中之該第一導電材料之至少一部分;在該第一電介質上沈積第二電介質;基於該第二金屬化層之期望輪廓對所沈積之第二電介質實施圖案化;在該圖案化第二電介質中形成凹陷,該凹陷大致對應於該第二金屬化層之該期望輪廓;及用第二導電材料填充該第一導通孔及該第二導通孔及該凹陷。
  17. 17
    一種製造半導體裝置之方法,其包含: 在半導體基板上形成第一金屬化層;在形成該第一金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之互連孔;用導電材料填充該互連孔;及在該第一金屬化層上形成第二金屬化層,該第二金屬化層係與該互連孔中之該導電材料電接觸;其中:形成該第二金屬化層包括:在該第一金屬化層上沈積第一電介質;基於該第二金屬化層之期望輪廓對該第一電介質實施圖案化;在該第一電介質中形成導通孔及凹陷,該凹陷大致對應於該第二金屬化層之該期望輪廓;及用第一導電材料填充該導通孔及該凹陷;且形成互連孔包括:在該第二金屬化層及該第一電介質上沈積第二電介質;對該第二電介質實施圖案化並形成大致對應於該互連孔及該第二金屬化層之至少一部分的開口;經由該開口蝕刻該第一電介質及該第二電介質及該半導體基板;在該互連孔中及該第二金屬化層上沈積絕緣材料;去除該第二金屬化層上之該絕緣材料之至少一部分;及 經由該開口用第二導電材料填充該互連孔,該第二導電材料之至少一部分與該第二金屬化層直接接觸。
  18. 18
    如請求項14之方法,其中:該導電材料係第一導電材料;且形成該第二金屬化層包括:在該互連孔中之該導電材料上沈積電介質;在該電介質中形成凹陷,該凹陷暴露該互連孔中之該導電材料之至少一部分;及用第二導電材料填充該凹陷,該第二導電材料具有與該互連孔中之該第一導電材料直接接觸之第一部分及自該第一部分橫向延伸之第二部分。
  19. 19
    如請求項14之方法,其中:該導電材料係第一導電材料;且形成該第二金屬化層包括:在該第一金屬化層及該互連孔中之該第一導電材料上沈積電介質;在該電介質中形成第一導通孔及第二導通孔,該第一導通孔暴露該第一金屬化層之至少一部分,該第二導通孔暴露該互連孔中之該第一導電材料之至少一部分;及用第二導電材料填充該第一導通孔及該第二導通孔。
  20. 20
    一種製造半導體裝置之方法,其包含:在半導體基板上形成第一金屬化層; 在形成該第一金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之互連孔;用導電材料填充該互連孔;及在該第一金屬化層上形成第二金屬化層,該第二金屬化層係與該互連孔中之該導電材料電接觸;其中:該導電材料係第一導電材料;且形成該互連孔包括:在該第二金屬化層上沈積電介質;形成穿透該電介質及該半導體基板之該互連孔;暴露該第二金屬化層之至少一部分;及在該互連孔中及該第二導電材料之該暴露部分上沈積第二導電材料。
  21. 21
    一種製造半導體裝置之方法,其包含:在半導體基板上形成第一、第二、...、及第N個金屬化層,N係不小於3之正整數;至少在形成該第一金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之互連孔;及用導電材料填充該互連孔,該導電材料與該等金屬化層中之至少一者電接觸。
  22. 22
    如請求項21之方法,其中形成互連孔包括在形成第N-2個金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之該互連孔。
  23. 23
    如請求項21之方法,其中: 形成互連孔包括在形成該第N-2個金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之該互連孔;且形成第一、第二、...、及第N個金屬化層包括在用該導電材料填充該互連孔後形成第N-1個金屬化層。
  24. 24
    如請求21之方法,其中:形成互連孔包括在形成該第N-2個金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之該互連孔;形成第一、第二、...、及第N個金屬化層包括在用該導電材料填充該互連孔後形成該第N-1個金屬化層;且該方法進一步包括使該第N-1個金屬化層與該互連孔中之該導電材料直接接觸。
  25. 25
    如請求項21之方法,其中:形成互連孔包括在形成該第N-2個金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之該互連孔;形成第一、第二、...、及第N個金屬化層包括在用該導電材料填充該互連孔後形成該第N-1個金屬化層;且該方法進一步包括直接在該第N-1個金屬化層與該互連孔中之該導電材料之間形成導電導通孔。
  26. 26
    如請求項21之方法,其中:形成互連孔包括在形成該第N-1個金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之該互連孔;及填充該互連孔包括用該導電材料填充該互連孔,其中第一部分與該第N-1個金屬化層直接接觸且第二部分位於該互連孔中。
  27. 27
    如請求項21之方法,其中:形成互連孔包括在形成該第N-1個金屬化層後,形成至少部分位於該半導體基板中之該互連孔;該方法進一步包括暴露該第N-1個金屬化層之至少一部分;且填充該互連孔包括將該互連孔引入該互連孔中及該第N-1個金屬化層之該暴露部分上。
  28. 28
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;第一金屬化層,其包含介電材料及導電材料;由至少該第一金屬化層與該半導體基板間隔開之第二金屬化層;及導電互連,其具有第一端部分及與該第一端部分相對之第二端部分,該第一端部分包括橫向延伸至該第二金屬化層之第一部分的橫向部分,該第二端部分至少部分延伸穿越該半導體基板,其中該導電互連經由該第二金屬化層與該第一金屬化層電連接,其中該第二金屬化層之第一部分大致電連接至該導電互連的該第一端部分,且該第二金屬化層之第二部分自該第一部分橫向延伸;且其中:該半導體基板包括第一側、第二側及至少部分延伸於該第一側及該第二側間之孔;該第二金屬化層包括第一金屬化表面及與之相對之第二金屬化表面;且該半導體裝置亦包含: 介於該半導體基板之第一側與該第一金屬化層間之絕緣體;位於該半導體基板上或其中之積體電路;至少部分位於該絕緣體中之導電鏈路,該導電鏈路介於該積體電路與該第一金屬化層間;介於該第一與第二金屬化層間之介電質;且該介電質包括直接介於該第一金屬化層與該第二金屬化層間的導電導通孔;該導電互連包括:於該孔中導電材料之第一區段;於該孔外部之該導電材料之第二區段;該導電材料之該第二區段橫向延伸至該第一區段上;及焊料球,其在該半導體基板之該第二側附接至該導電互連之該第二端。
  29. 29
    一種半導體裝置,其包含:半導體基板;第一金屬化層,其包含介電材料及導電材料;由至少該第一金屬化層與該半導體基板間隔開之第二金屬化層;及導電互連,其具有第一端部分及與該第一端部分相對之第二端部分,該第一端部分包括橫向延伸至該第二金屬化層之第一部分之橫向部分,該第二端部分至少部分延伸穿越該半導體基板,其中該導電互連係經由該第二金屬化層與該第一金屬化層電連接,其中該第二金屬化 層之第一部分大致電連接至該導電互連的該第一端部分,且該第二金屬化層之第二部分自該第一部分橫向延伸;且其中:該半導體裝置亦包括介於該第一與第二金屬化層間之介電質;該介電質具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面,該第二表面直接與該第二金屬化層接觸,該介電質包括第一導電導通孔及與該第一導電導通孔間隔開的第二導電導通孔;該第一導電導通孔直接介於該第一金屬化層及該第二金屬化層間;且該第二導電導通孔直接介於該第二金屬化層及該導電互連間。
  30. 30
    如請求項1之半導體裝置,其中該橫向部分延伸至該第二金屬化層之第一部分上方。
  31. 31
    如請求項14之方法,其中該橫向部分延伸至該第二金屬化層之第一部分上方。
  32. 32
    如請求項28之半導體裝置,其中該橫向部分延伸至該第二金屬化層之第一部分上方。
Independent claims32