專利名稱：具有基板通孔(tsv)的基板中的對準(zhǔn)標(biāo)記的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種器件，具體的說，本發(fā)明涉及一種具有基板通孔的基板中的對準(zhǔn)標(biāo)記。
背景技術(shù)：
為了形成三維(3D)集成電路結(jié)構(gòu)，使用基板通孔(TSVs)將晶片的正面部件電連接到背面部件。例如，在正面上，可能有互連結(jié)構(gòu)和金屬凸塊。在背面上，可能有金屬凸塊和再分配線。為了準(zhǔn)確地互相對準(zhǔn)正面部件和背面部件，需要實施雙面對準(zhǔn)。一般，首先在晶片上形成正面部件，然后通過背面研磨以減薄晶片中的硅基板直到暴露出TSVs。將正面對準(zhǔn)標(biāo)記合并到正面部件中。為了定位正面對準(zhǔn)標(biāo)記，使用紅外線 (IR)對準(zhǔn)系統(tǒng)從背面實施雙面對準(zhǔn)，其中頂對準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)射的紅外光穿透減薄了的硅基板， 以到達(dá)正面對準(zhǔn)標(biāo)記。然后通過蝕刻到背面層和硅基板中，在晶片的背面制作背面對準(zhǔn)標(biāo)記。由于頂對準(zhǔn)系統(tǒng)的局限，以及進(jìn)一步由于研磨了的硅基板的厚度變化，雙面對準(zhǔn)的準(zhǔn)確度低，并且失準(zhǔn)(軸心差misalignment)可高達(dá)約2 μ m。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種器件，包括基板；以及第一對準(zhǔn)標(biāo)記，所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記包括穿透所述基板的第一導(dǎo)電基板通孔(TSV)。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記包括多個穿透所述基板的第一導(dǎo)電TSV。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述多個第一導(dǎo)電TSV排列在矩形區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述多個第一導(dǎo)電TSV對準(zhǔn)成相互交叉的兩條線。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的背面上方的導(dǎo)電部件，其中所述導(dǎo)電部件非電連接到所述第一導(dǎo)電TSV。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電TSV是電浮置的。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的背面上的介電層， 并且其中所述第一導(dǎo)電TSV穿透所述介電層。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述基板為半導(dǎo)體基板，并且其中沒有有源器件形成在所述半導(dǎo)體基板的相反表面上。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述基板為半導(dǎo)體基板，并且其中在所述半導(dǎo)體基板的正面上形成有源器件。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的正面上的第二對準(zhǔn)標(biāo)記，其中所述第二對準(zhǔn)標(biāo)記包括金屬層。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括第二導(dǎo)電TSV，所述第二導(dǎo)電 TSV穿透所述基板并且為非電浮置的。
根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電TSV和所述第二導(dǎo)電TSV具有基本相同的高度。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電TSV和所述第二導(dǎo)電TSV具有基本相同的頂視形狀。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括位于所述基板的背面上并且與所述第二導(dǎo)電TSV電連接的導(dǎo)電部件，其中所述導(dǎo)電部件包括再分配線和金屬凸塊中的至少一種。一種形成器件的方法，所述方法包括提供基板；在所述基板中形成第一導(dǎo)電基板通孔(TSV)和第二導(dǎo)電基板通孔(TSV)；以及在所述基板的背面上形成導(dǎo)電部件并且所述導(dǎo)電部件通過使用所述第一導(dǎo)電TSV作為對準(zhǔn)標(biāo)記與所述第二導(dǎo)電TSV電連接。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電部件包括再分配線和金屬凸塊中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電部件非電連接到所述第一導(dǎo)電 TSV。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的正面上形成附加的對準(zhǔn)標(biāo)記。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的正面上形成互連結(jié)構(gòu)，其中所述互連結(jié)構(gòu)非電連接到所述第一導(dǎo)電TSV。通過本發(fā)明的方法和器件，基板上的基板通孔對準(zhǔn)的準(zhǔn)確度高。


為了更好地理解實施例及其優(yōu)點，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1到圖7為根據(jù)實施例的制造和使用對準(zhǔn)標(biāo)記的中間階段的橫截面圖；圖8示出了正面對準(zhǔn)標(biāo)記的頂視圖；圖9A到圖9G示出了由基板通孔(TSVs)形成的各種對準(zhǔn)標(biāo)記；圖10示出了用于形成TSVs的光刻掩模；以及圖IlA到圖IlD示出了由溝槽型TSVs形成的各種對準(zhǔn)標(biāo)記。
具體實施例方式下面，詳細(xì)討論本發(fā)明優(yōu)選實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實施例僅僅示出制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本公開的范圍。根據(jù)實施例提供了新穎的雙面對準(zhǔn)標(biāo)記以及其形成方法。根據(jù)實施例示出了制造雙面對準(zhǔn)標(biāo)記的中間階段。然后論述了實施例的變化。在各個附圖和示出的實施例中，相同的附圖編號用于標(biāo)示出相同的元件。參考圖1，提供了包括基板10的晶片2。在一個實施例中，基板10為半導(dǎo)體基板 (如凸塊硅基板，盡管其可包括其它半導(dǎo)體材料例如III族元素，IV族元素，和/或V族元素)。集成電路器件(可包括晶體管)可形成在基板10的正表面IOa上。在可選的實施例中，晶片2為中介層基板或封裝基板，其中可不包括有源器件(例如晶體管)。然而，晶片2中可包括無源器件，例如晶體管和電容器。因此基板10可由半導(dǎo)體材料(如硅)形成或由介電材料形成。在基板10的上方形成互連結(jié)構(gòu)12 (包括金屬線和其中形成的通孔)，而且可將互連結(jié)構(gòu)12與集成電路器件電連接。金屬線和通孔可由銅或銅合金形成，而且可使用公知的鑲嵌(damascene)工藝形成?；ミB結(jié)構(gòu)12可包括公知的層間介電層(ILD) 11和金屬間介電層(IMDs)，該金屬間介電層形成在ILDll的上方。對準(zhǔn)標(biāo)記14形成在基板10的正面上，例如，可在第一級金屬層(底部IMD層)中形成，盡管可在其它級金屬層中形成。圖8中示出了示例性對準(zhǔn)標(biāo)記14的頂視圖。除了圖 8中所示的形狀，對準(zhǔn)對準(zhǔn)標(biāo)記14還可具有其他不同的形狀。將基板通孔(TSVs) 20形成在基板10中，并且從基板10的正表面IOa延伸到基板 10中。取決于使用先通孔方法還是后通孔方法形成TSVs20，在互連結(jié)構(gòu)12中TSVs20可延伸到ILDll (用于覆蓋有源器件)中，而不延伸到IMD層中?？蛇x地，TSVs20可穿透基板 10，ILD11，以及可能穿透互連結(jié)構(gòu)12。將隔離層22形成在TSVs20的側(cè)壁上，并且使每個 TSVs20與基板10電絕緣。隔離層22可由通常使用的介電材料例如氮化硅，氧化硅(例如， 四乙基鄰硅酸鹽(TE0Q氧化物)等等形成，。TSVs20包括功能性TSVs20A和對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B。盡管只示出了一個對準(zhǔn)標(biāo)記 TSV20B，但是還可以有多個對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B，如圖9A到圖9G和圖IlA到圖IlD所示?？墒褂霉δ苄訲SVs20A將基板10正表面上的導(dǎo)電部件電連接到基板10背面上的導(dǎo)電部件。 對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B用于將晶片2的背面上的部件與晶片2正面上的部件對準(zhǔn)。對準(zhǔn)標(biāo)記 TSVs20B和對準(zhǔn)標(biāo)記14互相對準(zhǔn)。在一個實施例中，功能性TSVs20A與對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B 同時形成。在可選的實施例中，通過單獨的形成工藝在不同的時間形成功能性TSVs20A與對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B。而且，功能性TSVs20A可與對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B具有相同的直徑，相同的間距，和/或相同的高度?？蛇x地，功能性TSVs20A可與對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B具有不同的直徑， 間距，和/或高度。然后在晶片2的正表面上形成金屬凸塊18。參照圖2，例如通過粘合劑25(其可為紫外線(UV)膠水)將晶片2連接到載體27 上。接著，如圖3所示，實施背面研磨以除去基板10的多余部分。可以進(jìn)一步實施蝕刻，以削減(薄化，lower)基板10的背表面10b，使得TSVs20從背表面IOb突出出來。在圖4中，形成鈍化層M以覆蓋基板10的背表面IOb和TSVs20。在一個示例性實施例中，鈍化層M包括氮化硅層2 和在氮化硅層2 上方的氮氧化硅層Mb，盡管鈍化層M可由不同的材料形成和/或具有不同的結(jié)構(gòu)。接著，使用圖案化的光刻膠，蝕刻鈍化層M的部分，暴露出TSVs20 (包括功能性 TSVs20A和對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B)的末端。然后除去圖案化的光刻膠，形成圖5所示的結(jié)構(gòu)。 因此暴露的對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B可用作對準(zhǔn)標(biāo)記32，在背面部件(如RDLs和/或金屬凸塊) 的形成中，對準(zhǔn)標(biāo)記32用于對準(zhǔn)，使得將晶片2的背面上的背面部件準(zhǔn)確地對準(zhǔn)到期望位置，以及對準(zhǔn)到正面對準(zhǔn)標(biāo)記14。圖6示出了凸塊底部金屬化(UBM)層觀的形成，例如可將其以覆蓋的方式形成在鈍化層M上和暴露的TSVs20上?？墒褂脼R射法或其它合適的方法形成UBM層觀。UBM層 28可包括阻擋層28a和阻擋層28a上的種子層^b。在一些實施例中，阻擋層28a包括Ti 層，Ta層，TiN層，TaN層或其組合物，盡管也可使用其它材料。在一些實施例中，種子層^b包括銅。圖7示出了晶片的背面上示例性背面部件的形成，其中背面部件可包括金屬層， 金屬凸塊，鈍化層，微凸塊，和/或類似物。在圖7所示的示例性實施例中，背面部件30代表金屬凸塊和/或再分配線(redistribution line) (RDLs)0可以理解盡管只示出了一層金屬凸塊/RDLs，但是可以有一層或多層的RDLs以及在RDLs上方并與RDLs連接的金屬凸塊。在一個示例性實施例中，部件30的形成包括在皿11層觀的上方形成掩模(未示出)， 同時通過掩模中的開口暴露出皿11層觀的一部分。然后實施電鍍以將導(dǎo)電材料電鍍到開口中以形成背面部件30。然后除去掩模，蝕刻UBM層觀上最初被掩模覆蓋的部分。還暴露出對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B，并且對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B可用于在附加部件(如背面部件30上方的 RDLs和/或金屬凸塊)的形成中對準(zhǔn)。圖9E到圖9G示出了示例性對準(zhǔn)標(biāo)記32的頂視圖，每一個對準(zhǔn)標(biāo)記32都由多個對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B形成。當(dāng)將多個對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B分組以形成對準(zhǔn)標(biāo)記32時，可將多個對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B排列成具有長度L和寬度W的矩形區(qū)域(也標(biāo)記為3 ，其中矩形區(qū)域可以沒有功能性TSVs。長度L和寬度W可介于約50 μ m到約400 μ m之間，并且可介于約 100 μ m到約200 μ m之間。因此，矩形區(qū)域可具有比約400 μ mX 400 μ m小或比約200 μ mX 200 μ m小的頂視面積。在圖9A到圖9G中，可將對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B排列成不同的圖案。例如，在圖9A和圖9F中，對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B與相互交叉的線36A和36B對準(zhǔn)。在圖9B，圖9C和圖9G中，對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B與終止在公共點40的線38A和38B對準(zhǔn)。圖9D和圖9E示出了其它示例
性圖案。圖10示出了用于形成TSVs20的示例性光刻掩模33，其中，除了為了形成功能性 TSVs20的圖案20A，，在光刻掩模33中形成對準(zhǔn)標(biāo)記圖案32，。對準(zhǔn)標(biāo)記圖案32'限定了對準(zhǔn)標(biāo)記TSVs20B的圖案，同時圖案20A'限定了功能性TSVs20A的圖案。圖IlA到圖IlD示出了可選的實施例，其中對準(zhǔn)標(biāo)記32由溝槽型TSVs20B形成， 溝槽型TSVs20B除了具有圓形的頂視形狀，可具有其它形狀，包括但不限于矩形，十字形以及其組合形狀?？蓪喜坌蚑SVs20B與功能性TSVs20A在同一時間或不同時間形成。類似的，溝槽型TSVs20B也穿透基板10。通過使用實施例，可在功能性TSVs形成的同一時間形成對準(zhǔn)標(biāo)記。因此，節(jié)約了在傳統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)記形成工藝中產(chǎn)生的成本，傳統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)記形成工藝中包括形成光刻膠用于限定晶片2背面上的背面對準(zhǔn)標(biāo)記的圖案，蝕刻晶片2用于形成背面對準(zhǔn)標(biāo)記，以及脫去光刻膠的步驟都被省去。而且，改進(jìn)了形成對準(zhǔn)標(biāo)記的準(zhǔn)確度。在傳統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)記形成技術(shù)中，軸心差可高達(dá)約2 μ m。然而在實施例中，軸心差減少至小于1 μ m。根據(jù)實施例的部件包括基板，以及含有穿透基板的導(dǎo)電TSV的對準(zhǔn)標(biāo)記。根據(jù)又一實施例的部件包括具有正表面和背表面的半導(dǎo)體基板；穿透半導(dǎo)體基板的功能性TSV ；在半導(dǎo)體基板的正表面的有源器件；在半導(dǎo)體基板的正表面上包括多個金屬層的互連結(jié)構(gòu)；接觸半導(dǎo)體基板的背表面的介電層；以及包括多個TSVs的對準(zhǔn)標(biāo)記。多個TSVs穿透半導(dǎo)體基板和介電層，其中沒有再分配線和金屬凸塊在半導(dǎo)體基板的背面上以及與多個TSVs電連接。
根據(jù)實施例的部件包括具有正表面和背表面的半導(dǎo)體基板；在半導(dǎo)體基板中并且從正表面延伸到背表面的功能性TSV ；在半導(dǎo)體基板的正表面上包括多個金屬層的互連結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體基板的正表面上的對準(zhǔn)標(biāo)記；接觸半導(dǎo)體基板的背表面的介電層；以及多個穿透半導(dǎo)體基板的TSVs。沒有再分配線和金屬凸塊在半導(dǎo)體基板的背面上形成以及與多個 TSVs電連接。根據(jù)實施例的部件包括提供基板；在基板中形成第一和第二導(dǎo)電TSV ；以及在基板的背面上形成導(dǎo)電部件并且與第二導(dǎo)電TSV電連接。使用第一導(dǎo)電TSV作為對準(zhǔn)標(biāo)記來實施形成導(dǎo)電部件的步驟。沒有形成附加的導(dǎo)電部件以電連接到第一導(dǎo)電TSV并且在同一級作為導(dǎo)電部件。根據(jù)實施例的部件包括提供基板；在基板中形成功能性TSV和多個TSVs，其中將多個TSVs分組以形成對準(zhǔn)標(biāo)記；在基板的正面上形成互連結(jié)構(gòu)；研磨基板的背面直到暴露出功能性TSV和對準(zhǔn)標(biāo)記；形成接觸基板的背表面，功能性TSV以及對準(zhǔn)標(biāo)記的介電層；蝕刻介電層以暴露出功能性TSV和對準(zhǔn)標(biāo)記；形成凸塊底部金屬化(UBM)層以覆蓋介電層并且接觸功能性TSV和對準(zhǔn)標(biāo)記；以及在功能性TSV上方直接形成導(dǎo)電部件并且該導(dǎo)電部件與功能性TSV電連接，其中形成導(dǎo)電部件的步驟通過使用用于對準(zhǔn)的對準(zhǔn)標(biāo)記來實施。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。此外，每條權(quán)利要求構(gòu)成單獨的實施例，并且多個權(quán)利要求和實施例的組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種器件，包括 基板；以及第一對準(zhǔn)標(biāo)記，所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記包括穿透所述基板的第一導(dǎo)電基板通孔(TSV)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記包括多個穿透所述基板的第一導(dǎo)電TSV。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述多個第一導(dǎo)電TSV排列在矩形區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述多個第一導(dǎo)電TSV對準(zhǔn)成相互交叉的兩條線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的背面上方的導(dǎo)電部件，其中所述導(dǎo)電部件不與所述第一導(dǎo)電TSV電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電TSV是電浮置的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的背面上的介電層，并且其中所述第一導(dǎo)電TSV穿透所述介電層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述基板為半導(dǎo)體基板，并且其中沒有有源器件形成在所述半導(dǎo)體基板的相反表面上。
9.一種形成器件的方法，所述方法包括 提供基板；在所述基板中形成第一導(dǎo)電基板通孔(TSV)和第二導(dǎo)電基板通孔(TSV)；以及在所述基板的背面上形成導(dǎo)電部件并且所述導(dǎo)電部件通過使用所述第一導(dǎo)電TSV作為對準(zhǔn)標(biāo)記與所述第二導(dǎo)電TSV電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述基板的正面上形成互連結(jié)構(gòu)，其中所述互連結(jié)構(gòu)不與所述第一導(dǎo)電TSV電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裝置，其包括基板和對準(zhǔn)標(biāo)記，所述對準(zhǔn)標(biāo)記包括穿透所述基板的導(dǎo)電基板通孔(TSV)。本發(fā)明還公開了一種形成該器件的方法。通過本發(fā)明的方法和器件，基板上的基板通孔對準(zhǔn)的準(zhǔn)確度高。
文檔編號H01L23/538GK102386168SQ201110258788
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者林俊成, 章鑫, 蔡方文, 邱文智, 鄭心圃 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司