RU2546710C2 - Production of chips with heat sink elements for through silicon vias of multiple chip super ssics - Google Patents
Production of chips with heat sink elements for through silicon vias of multiple chip super ssics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2546710C2 RU2546710C2 RU2013135556/28A RU2013135556A RU2546710C2 RU 2546710 C2 RU2546710 C2 RU 2546710C2 RU 2013135556/28 A RU2013135556/28 A RU 2013135556/28A RU 2013135556 A RU2013135556 A RU 2013135556A RU 2546710 C2 RU2546710 C2 RU 2546710C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plates
- svp
- protrusions
- thinned
- crystals
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к технологии изготовления многокристальных СБИС методом вертикальной сборки кристаллов, в которых сформированы сквозные проводники, пронизывающие утоненную кремниевую пластину (метод TSV, through-silicon vias).The invention relates to the field of electronic engineering, in particular, to the technology of manufacturing multi-chip VLSIs by the method of vertical crystal assembly, in which through conductors are pierced through a thinned silicon wafer (TSV method, through-silicon vias).
Текущее состояниеCurrent state
Известен способ формирования теплоотводящих элементов для вертикальной сборки кристаллов посредством одновременного создания сигнальных проводников сквозь кремний и дополнительных проводников для теплоотвода от сборки: US 8294261 В2 «Protruding TSV tips for enhanced heat dissipation for IC devices» (Texas Instruments Incorporated). Грант, заявленный 22 сентября 2010 года и опубликованный 23 октября 2012 года, описывает интегральную схему, состоящую из подложки с выводами на лицевой поверхности и кристалла с выполненным сквозным изолирующим слоем, наносятся барьерный и зародышевый слои типа TaN/Ta/Cu, внутренние объемы ГВО заполняются, а поверхность пластины и стенки ГВТ покрываются проводящим электрический ток материалом (ПЭТМ) таким образом, чтобы между образовавшимися ПЭТМ на противоположных стенках ГВТ осталась щель, определяющая ширину промежутка между кристаллами, щель заполняется нанесением на пластину временной пленки (ВП) для придания пластине большей механической прочности, с поверхности пластины ВП и ПЭТМ химико-механической полировкой удаляются, планаризуя тем самым поверхность пластины и формируя сквозные вертикальные проводники (СВП), а на стенках ГВТ сквозные теплоотводящие рамки (СТР), затем формируется многоуровневая металлизация, характеризующаяся тем, что в топологии как горизонтального, так и вертикального проводников каждого уровня металлизации, по краю кристалла предусматривается изготовление металлической рамки, по ширине и расположению на фотошаблоне совпадающей с ранее сформированной СТР, а между кристаллами над щелью между ПЭТМ в процессе изготовления каждого уровня металлизации формируется изолирующая пленка, состоящая из межуровневой (МУИ) и внутриуровневой изоляции (ВУИ), далее проводят утонение и соединение пластин.There is a method of forming heat-removing elements for vertical assembly of crystals by simultaneously creating signal conductors through silicon and additional conductors for heat removal from assembly: US 8294261 B2 "Protruding TSV tips for enhanced heat dissipation for IC devices" (Texas Instruments Incorporated). The grant, announced on September 22, 2010 and published on October 23, 2012, describes an integrated circuit consisting of a substrate with leads on the front surface and a crystal with a through insulating layer, the barrier and germ layers of the TaN / Ta / Cu type are applied, the internal volumes of the HBO are filled and the surface of the plate and the walls of the GWT are covered with an electric current-conducting material (PETM) in such a way that a gap exists between the formed PETM on the opposite walls of the GWT, which determines the gap between the crystals, l is filled by applying a temporary film (VP) to the plate to give the plate greater mechanical strength, the VP and PETM are removed from the surface of the plate by chemical mechanical polishing, thereby planarizing the surface of the plate and forming through vertical conductors (SVP), and through the walls of the GWT through heat-removing frames (STR), then a multilevel metallization is formed, characterized in that in the topology of both horizontal and vertical conductors of each metallization level, along the edge of the crystal is provided the preparation of a metal frame, the width and location of the photomask coinciding with the previously formed STR, and between the crystals above the gap between the PETM during the manufacturing process of each metallization level an insulating film is formed consisting of inter-level (MUI) and intra-level insulation (IUI), then thinning and connection plates.
Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа к лицевой стороне некоторых пластин можно приклеивать вспомогательные пластины-носители (ВПН), обратная сторона этих пластин утоняется и на поверхности утонения формируются выступы СВП и СТР, далее эти пластины сформированными выступами совмещаются и соединяются с СВП и СТР на лицевой поверхности не утоненных пластин с последующим утонением этих пластин и формированием на поверхности утонения выступов СВП и СТР, далее образовавшаяся сборка пластин совмещается и присоединяется сформированными выступами к лицевой поверхности следующей не утоненной пластины и выполняется ее утонение до вскрытия донной части СВП, СТР и ВП между кристаллами и изготовлением на ее поверхности выступов СВП и СТР и т.д., далее сборка пластин разделяется на сборки кристаллов удалением ВП и чередующихся слоев внутриуровневой (ВУИ) и межуровневой (МУИ) изоляции между кристаллами, далее сборки кристаллов отсоединяются от ВПН.In addition, when implementing the proposed method, auxiliary carrier plates (VPN) can be glued to the front side of some plates, the reverse side of these plates is thinned and the protrusions of SVP and STR are formed on the surface of the thinning, then these plates are formed by the formed protrusions and connected with SVP and STR the front surface of the non-thinned plates with the subsequent thinning of these plates and the formation of the protrusions of the SVP and STR on the thinning surface, then the resulting assembly of the plates is combined and joined lined protrusions to the front surface of the next non-thinned plate and it is thinned until the bottom part of the SVP, STR and VP is opened between the crystals and the protrusions of the SVP and STR are made on its surface, etc., then the plate assembly is divided into crystal assemblies by removing the VP and alternating layers of intra-level (IUI) and inter-level (IUI) isolation between the crystals, then the crystal assemblies are disconnected from the VPN.
Для повышения механической прочности в процессе утонения к лицевой поверхности всех пластин возможно временно приклеивать ВПН, далее с обратной стороны пластины с ВПН утоняются, и на части из них формируются выступы СВП и СТР над поверхностью обратной стороны утоненных пластин, далее выступы СВП и СТР на обратной стороне утоненных пластин совмещаются и соединяются с СВП и СТР на обратной стороне утоненных пластин без выступов СВП и СТР, и одна из ВПН отсоединяется, образовавшаяся сборка пластин может быть увеличена присоединением еще одной или нескольких чередующихся пластин с выступами и без выступов СВП и СТР на утоненной поверхности пластин или присоединением отдельных кристаллов, далее из промежутка между кристаллами удаляется ВП и чередующиеся слои МУИ и ВУИ и сборка пластин разделяется на сборки кристаллов, далее сборки кристаллов отсоединяются от ВПН.To increase the mechanical strength during thinning, VPNs can be temporarily glued to the front surface of all plates, then plates with VPNs are thinned on the reverse side, and SVP and STR protrusions are formed on parts of them above the surface of the reverse side of the thinned plates, then SVP and STR protrusions on the reverse the side of the thinned plates are combined and connected with the SVP and STR on the reverse side of the thinned plates without protrusions of the SVP and STR, and one of the VPN is disconnected, the resulting assembly of plates can be increased by attaching another oh or several alternating plates with protrusions and without protrusions SVP and CTP on the thinned wafer surface or addition of single crystals, further from the gap between the crystals removed VI and alternating layers of MIE and IUI and assembly plates separated at assembling crystals further assembly crystals are separated from the VPN.
Кроме того, на половине от числа пластин в партии на лицевой поверхности пластин возможно формирование выступов над СВП и СТР, после чего пластины с выступами присоединяются к пластинам без выступов лицевыми сторонами, герметизируя тем самым лицевые поверхности кристаллов, далее одна из пластин полученной сборки утоняется и к утоненной поверхности приклеивается ВПН, далее утоняется другая пластина сборки и на поверхности утонения плазменным травлением кремния селективно к СВП и СТР формируются выступы СВП и СТР, далее эти сдвоенные пластины можно присоединять друг к другу необходимое число раз, после присоединения последней сдвоенной пластины сборка пластин разделяется на сборки кристаллов, используя жидкостное стравливание ВП и чередующиеся слои МУИ и ВУИ, далее сборки кристаллов отсоединяются от ВПН.In addition, half of the number of plates in a batch on the front surface of the plates, it is possible to form protrusions above the SVP and STR, after which the plates with protrusions are attached to the plates without protrusions by the front sides, thereby sealing the front surfaces of the crystals, then one of the plates of the assembly obtained is thinned and VPN is glued to the thinned surface, then another assembly plate is thinned, and on the thinning surface by plasma etching of silicon, projections of SVP and STR are formed selectively to the SVP and STR, then these double plaques Stins can be connected to each other as many times as necessary, after the last double plate is attached, the plate assembly is divided into crystal assemblies using liquid etching of the VP and alternating layers of MUI and IUI, then the crystal assemblies are disconnected from the VPN.
При осуществлении способа ширина глубоких траншей может быть шире диаметра вертикального отверстия, чтобы после заполнения вертикальных отверстий ПЭТМ между образовавшимися ПЭТМ на противоположных стенках ГВТ осталась щель шириной 0,5÷2,0 мкм, а в качестве основного проводящего металлического материала, заполняющего вертикальные отверстия и глубокую траншею в виде рамки по краю кристаллов, насквозь пронизывающих полупроводниковую пластину, могут использоваться медь, вольфрам и другие металлы с низким электросопротивлением.When implementing the method, the width of the deep trenches can be wider than the diameter of the vertical hole, so that after filling the vertical PETM holes, a gap of 0.5 ÷ 2.0 μm wide remains on the opposite walls of the GWT between the formed PETMs, and as the main conductive metal material filling the vertical holes and a deep trench in the form of a frame along the edge of crystals piercing through the semiconductor wafer, copper, tungsten and other metals with low electrical resistance can be used.
При этом после вытравливания вертикальных отверстий и глубоких траншей в виде рамок по краю кристаллов в полупроводниковой пластине, внутренняя поверхность отверстий и траншей в виде рамок по краям кристаллов покрывается слоем изолирующего диэлектрика методами атомарно слоевого осаждения, электрохимического окисления кремния, газофазного, например CVD из TEOS осаждения, а перед заполнением медью вертикальных отверстий и траншей в виде рамок по краям кристаллов, на покрытые изолирующим диэлектриком стенки ГВО и ГВТ необходимо наносить барьерный и зародышевый слои типа TaN/Ta/Cu, TaN/Ta/Co, Со, CoWP или TaN/Ta/CoWP методами магнетронного нанесения с обратным распылением, методом газофазного (CVD) нанесения или методом газофазного атомно-слоевого осаждения (АСО), а перед заполнением ГВО и ГВТ медью поверхность пластины и покрытые изолирующим слоем стенки ГВО и ГВТ могут быть покрыты слоями TiN/W/Co методом газофазного осаждения.After etching the vertical holes and deep trenches in the form of frames along the edge of the crystals in the semiconductor wafer, the inner surface of the holes and trenches in the form of frames on the edges of the crystals is coated with an insulating dielectric by atomic layer deposition, electrochemical oxidation of silicon, gas-phase, for example CVD from TEOS deposition , and before filling vertical holes and trenches with copper in the form of frames along the edges of the crystals, it is necessary to apply gVO and GVT on the walls of the insulating dielectric tier / embryonic layers of the type TaN / Ta / Cu, TaN / Ta / Co, Co, CoWP or TaN / Ta / CoWP by magnetron sputter deposition, gas-phase (CVD) deposition, or gas-phase atomic layer deposition (ASO), and before filling the GVO and GVT with copper, the plate surface and the walls of the GVO and GVT coated with an insulating layer can be coated with TiN / W / Co layers by gas-phase deposition.
Кроме того, для заполнения медью вертикальных отверстий и траншей в виде рамок по краям кристаллов в полупроводниковой пластине можно использовать метод электрохимического осаждения, для заполнения вольфрамом отверстий и траншей в виде рамок по краям кристаллов в полупроводниковой пластине можно использовать метод газофазного осаждения, а перед заполнением вольфрамом вертикальных отверстий и траншей в виде рамок по краям кристаллов на стенки глубоких вертикальных отверстий и траншей в виде рамок по краям кристаллов необходимо наносить барьерный слой типа TiN методом магнетронного нанесения из ионизированной металлической плазмы (IMP) с подачей электрического смещения на подложку, газофазным методом, либо методом газофазного атомно-слоевого осаждения (АСО).In addition, the electrochemical deposition method can be used to fill vertical holes and trenches in the form of frames along the edges of the crystals in the semiconductor wafer with copper, the method of gas-phase deposition can be used to fill holes and trenches in the form of frames along the edges of the crystals in the semiconductor wafer, and before filling with tungsten vertical holes and trenches in the form of frames at the edges of the crystals on the walls of the deep vertical holes and trenches in the form of frames at the edges of the crystals to apply a TiN type barrier layer by the method of magnetron deposition from ionized metal plasma (IMP) with the application of electric displacement to the substrate, by the gas-phase method, or by the method of gas-phase atomic layer deposition (ASO).
Осуществление предлагаемого способа поясняется чертежами.The implementation of the proposed method is illustrated by drawings.
На Фиг. 1 представлен способ по прототипу, описывающий интегральную схему, состоящую из подложки 3 с выводами на лицевой поверхности и кристалла 4 с выполненными сквозными проводниками и заключающийся в формировании теплоотводящих элементов для вертикальной сборки кристаллов 4 посредством одновременного создания сигнальных проводников сквозь кремний 1 и таких же проводников для теплоотвода от сборки 2.In FIG. 1 shows a prototype method that describes an integrated circuit consisting of a
На Фиг. 2 представлена кремниевая пластина 5 с транзисторными структурами после процесса глубокого травления ГВО 6 и ГВТ 7.In FIG. 2 shows a
На Фиг. 3 представлена структура после процесса заполнения ПЭТМ 8 ГВО 6 и стенок ГВТ 7 и получившимися при этом СВП 10 и СТР 11.In FIG. Figure 3 shows the structure after the filling process of PETM 8 GVO 6 and walls of GVT 7 and the resulting
На Фиг. 4 показана структура после операции заполнения промежутков между стенками ГВТ 7 между кристаллами 4 ВП 9 и удаление с поверхности пластины 5 химико-механической полировкой ВП 9 и ПЭТМ 8.In FIG. 4 shows the structure after the operation of filling the gaps between the walls of the GWT 7 between
Для наглядности на Фиг. 5 показано, что на последующих фигурах 6-9 рассматривается разрез части кристалла 4, включающего элементы многоуровневой металлизации на примере изготовления одного уровня медной металлизации с использованием внутри уровневого диэлектрика с очень низким значением диэлектрической постоянной в совокупности с изготовлением медной рамки 12 на торцах кристаллов 4 при формировании многоуровневой металлизации по способу изготовления усовершенствованной многоуровневой медной металлизации (патент №2486632, дата публикации: 27.01.2013) с применением диэлектриков с очень низкой диэлектрической постоянной (ultra low-k), разработанный в ОАО «НИИМЭ и Микрон».For clarity, in FIG. 5 shows that in the following figures 6–9, a section is considered of a part of a
Фиг. 6: на поверхность пластины 4 нанесены барьерный и зародышевый слои, сформирована первая временная маска и локальным электрохимическим методом выращены горизонтальные медные проводники 12 и идентичной толщины медная рамка 14 вокруг кристалла 4.FIG. 6: the barrier and germ layers are applied to the surface of the
Фиг. 7: сформирована вторая временная маска и локальным электрохимическим методом выращены вертикальные медные проводники 13 и идентичной толщины медная рамка 14 вокруг кристалла 4.FIG. 7: a second temporary mask is formed and
На Фиг. 8 первая и вторая временные маски удалены, поверхности медных проводников покрыты защитной пленкой, удалены металлические слои у основания, промежутки между горизонтальными 12 и вертикальными 13 проводниками, а также между медными рамками 14 вокруг кристалла 4 заполнены диэлектрическими слоями с ультранизкой и низкой диэлектрической постоянной.In FIG. 8, the first and second temporary masks are removed, the surfaces of the copper conductors are covered with a protective film, the metal layers at the base are removed, the gaps between the horizontal 12 and vertical 13 conductors, and also between the
Фиг. 9: пластина 5 лицевой поверхностью приклеена к ВПН 17 слоем клея 18 и утонена. Для разделения пластины 5 на кристаллы 4 необходимо в селективном жидкостном травителе удалить ВП 9, а также слои МУИ 15 и ВУИ 16 между кристаллами.FIG. 9: the
На Фиг. 10-14 показан пример применения ВПН 17 для операций утонения и совмещения пластин 5 (тыльной стороной первой пластины 5 к лицевой стороне второй пластины 5). После присоединения пластин 5 друг к другу пространство 20 между кристаллами 4 герметизируется. При этом в процессе разделения пластин 5 на кристаллы 4 будет отсутствовать риск загрязнения внутренней поверхности 21 герметизированных областей 20 соединенных кристаллов 4.In FIG. 10-14 show an example of application of
На Фиг. 15 изображен эскиз кристалла 4 с выполненными СВП 10 и СТР 11 по краю кристалла 4.In FIG. 15 shows a sketch of a
На Фиг. 16 изображена структура со сформированной системой теплоотвода: в процессе формирования последнего уровня металлизации наносится тонкий слой металла 19, который соединяется с СТР 11, но не соединяется с СВП 10. На чертеже а) представлена структура из двух пластин 5, соединенных тыльной стороной первой пластины 5 к лицевой стороне второй пластины 5, а на чертеже б) - структура из двух пластин, соединенных обратной стороной первой пластины 5 к обратной стороне второй пластины 5.In FIG. 16 shows a structure with a formed heat removal system: in the process of formation of the last metallization level, a thin layer of metal 19 is applied, which is connected to
На Фиг. 17-19 показан пример применения ВПН 17 для операций утонения и совмещения пластин 5 (тыльной стороной первой пластины 5 к тыльной стороне второй пластины 5).In FIG. 17-19 show an example of the application of
На Фиг. 20-23 показан пример применения сдвоенных пластин 5 для операций утонения и совмещения пластин 5.In FIG. 20-23 shows an example of the use of
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135556/28A RU2546710C2 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Production of chips with heat sink elements for through silicon vias of multiple chip super ssics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135556/28A RU2546710C2 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Production of chips with heat sink elements for through silicon vias of multiple chip super ssics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013135556A RU2013135556A (en) | 2015-02-10 |
RU2546710C2 true RU2546710C2 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=53281492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013135556/28A RU2546710C2 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Production of chips with heat sink elements for through silicon vias of multiple chip super ssics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2546710C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2133523C1 (en) * | 1997-11-03 | 1999-07-20 | Закрытое акционерное общество "Техно-ТМ" | Three-dimensional electron module |
RU2299497C2 (en) * | 2005-05-06 | 2007-05-20 | Геннадий Андреевич Блинов | Method for producing three-dimensional multichip micromodule |
US8097964B2 (en) * | 2008-12-29 | 2012-01-17 | Texas Instruments Incorporated | IC having TSV arrays with reduced TSV induced stress |
US8294261B2 (en) * | 2010-01-29 | 2012-10-23 | Texas Instruments Incorporated | Protruding TSV tips for enhanced heat dissipation for IC devices |
-
2013
- 2013-07-30 RU RU2013135556/28A patent/RU2546710C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2133523C1 (en) * | 1997-11-03 | 1999-07-20 | Закрытое акционерное общество "Техно-ТМ" | Three-dimensional electron module |
RU2299497C2 (en) * | 2005-05-06 | 2007-05-20 | Геннадий Андреевич Блинов | Method for producing three-dimensional multichip micromodule |
US8097964B2 (en) * | 2008-12-29 | 2012-01-17 | Texas Instruments Incorporated | IC having TSV arrays with reduced TSV induced stress |
US8294261B2 (en) * | 2010-01-29 | 2012-10-23 | Texas Instruments Incorporated | Protruding TSV tips for enhanced heat dissipation for IC devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013135556A (en) | 2015-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11735523B2 (en) | Laterally unconfined structure | |
TWI738947B (en) | Bonded structures and method of forming the same | |
TWI624006B (en) | A hybrid bond using a copper alloy for yield improvement | |
KR101117444B1 (en) | Through-Silicon Via with Scalloped Sidewalls | |
TWI483312B (en) | Conductive via formation utilizing electroplating | |
TWI524492B (en) | 3-d integration using multi stage vias | |
TWI525776B (en) | Optimized annular copper tsv | |
JP5274004B2 (en) | Method for manufacturing a conductive via structure in a semiconductor substrate | |
US8525343B2 (en) | Device with through-silicon via (TSV) and method of forming the same | |
KR101441776B1 (en) | Microelectronic devices with through-substrate interconnects and associated methods of manufacturing | |
CN114899166A (en) | Offset pads on TSV | |
TW201248802A (en) | Vias in porous substrates | |
TW200901343A (en) | Stacked integrated circuit and semiconductor component | |
Song et al. | High aspect ratio copper through-silicon-vias for 3D integration | |
TW201023331A (en) | Semiconductor device and method for forming the same | |
CN104347492A (en) | Manufacturing methods for through hole structure with high depth-to-width ratio and multi-chip interconnection | |
US20180151475A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
TW201340282A (en) | Through silicon via structure and method for fabricating the same | |
Dixit et al. | Fabrication and electrical characterization of high aspect ratio poly-silicon filled through-silicon vias | |
CN104752239A (en) | Semiconductor device, preparation method and packaging method | |
CN104900543B (en) | A kind of semiconductor devices and preparation method thereof | |
US9524924B2 (en) | Dielectric cover for a through silicon via | |
RU2546710C2 (en) | Production of chips with heat sink elements for through silicon vias of multiple chip super ssics | |
Luo et al. | Fabrication and characterization of a low-cost interposer with an intact insulation layer and ultra-low TSV leakage current | |
CN104517921B (en) | It is bonded substrate and forming method thereof, three-dimension packaging structure and forming method thereof |