具有改进的形貌控制的衬底通孔形成制造技术

具有改进的形貌控制的衬底通孔形成。一种器件包括衬底和位于衬底上方的互连结构。互连结构包括层间电介质(ILD)和形成在ILD上方的第一金属间电介质(IMD)。在IMD处形成延伸穿过互连结构至衬底中第一深度的衬底通孔(TSV)。在IMD处形成邻接TSV并延伸至互连结构中第二深度的金属焊盘，其中第二深度小于第一深度。通过金属焊盘形成与TSV的连接件。

【技术实现步骤摘要】
具有改进的形貌控制的衬底通孔形成
本专利技术涉及集成电路，更具体而言，涉及衬底通孔及其形成方法。
技术介绍
三维集成电路(3DIC)和堆叠管芯通常用于减小集成电路的总尺寸。3DIC和堆叠管芯使用衬底通孔(TSV，有时也被称为硅通孔或者贯孔)将一个单独的管芯经由其背面连接至另一管芯。通过利用垂直空间，3DIC和堆叠管芯能够减少集成电路的整体足迹(overallfootprint)。此外，使用TSV以通过管芯的背面形成短的接地路径，该路径通常被接地的铝膜覆盖。然而，随着技术的改进，集成电路和其构成部件的尺寸持续减小，从而使得控制管芯中层的形貌变得日益重要。在典型的管芯中，提供了衬底，其包括诸如晶体管的有源器件；在衬底上方形成层间电介质(ILD)，然后在ILD上方形成任意数目的金属间电介质(IMD)，金属间电介质包括用于执行逻辑功能的金属沟槽/通孔。在3DIC或者堆叠管芯中，在ILD或者IMD处还可以形成TSV。ILD充当衬底中的有源器件和IMD中的金属沟槽/通孔之间的阻挡层。ILD阻止IMD中的金属微粒扩散至衬底中并且ILD对于衬底中有源器件的正常运行是至关重要的。当在ILD层形成TSV时，TSV可以被后续的IMD层中的衬层和金属焊盘覆盖。衬层和金属焊盘用于形成平坦的顶面，从而于TSV形成稳定的连接。使用这种方法，ILD常常遭受由TSV的形成工艺引起的腐蚀和凹陷(dishing)所造成的损失。对先进的技术来说，ILD损失尤其成问题，在先进的技术中管芯部件如此紧凑和精密使得这种损失的容差非常有限。而且，衬层的使用使得TSV和上覆的金属焊盘之间产生高接触电阻。另一方面，由于TSV的尺寸和晶粒生长，TSV在IMD层处的形成遇到了不平坦形貌的问题。这种不平坦形貌可能导致与TSV的连接断开和不稳定。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种方法，包括：在晶圆中在半导体衬底上方形成互连结构，其中所述互连结构包括层间电介质(ILD)和位于所述ILD上方的金属间电介质(IMD)；在所述晶圆中在所述IMD处形成延伸至所述互连结构和所述半导体衬底中第一深度的第一衬底通孔(TSV)开口；在所述晶圆中在所述IMD处形成邻接所述第一TSV开口并且延伸至所述互连结构中第二深度的第二TSV开口，其中所述第二深度小于所述第一深度；以及用金属材料填充所述第一TSV开口和所述第二TSV开口以形成TSV。所述的方法进一步包括：通过所述TSV的对应于所述第二TSV开口的区域形成与所述TSV的连接件的步骤。在所述的方法中，所述第二深度小于约1μm。在所述的方法中，在所述IMD处形成第一TSV开口的步骤包括：在第一IMD上方形成第一光刻胶层并且图案化所述光刻胶层从而使得所述光刻胶层包括具有第一宽度的第一光刻胶开口；以及在所述IMD处形成第二TSV开口的步骤包括：在所述第一IMD上方形成第二光刻胶层并且图案化所述光刻胶以形成具有第二宽度的第二光刻胶开口，所述第二光刻胶开口与所述第一TSV开口叠置。在一个实施例中，所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层是同一光刻胶层。在另一个实施例中，所述第一宽度小于所述第二宽度。在所述的方法中，所述IMD层包含伪金属。在所述的方法中，以基本上由矩形、圆形、椭圆形和它们的组合所构成的图案来配置所述第二TSV开口。根据本专利技术的另一方面，提供了一种方法，包括：在晶圆中在半导体衬底上方形成互连结构，其中所述互连结构包括：层间电介质(ILD)和形成在所述ILD上方的第一金属间电介质(IMD)，其中所述第一IMD包括第一金属部件；在所述晶圆中在所述第一IMD处形成延伸至所述互连结构和所述半导体衬底中的衬底通孔(TSV)；在所述第一IMD上方形成第二IMD，其中所述第二IMD包括第二金属部件；在所述第二IMD中形成延伸至所述第一IMD并且与所述TSV叠置的开口；在所述开口中形成衬层，其中所述衬层覆盖所述开口的底面和侧壁；以及将金属材料沉积至所述开口中以形成焊盘。在所述的方法中，所述第一IMD是IMD通孔层并且所述第一金属部件是使用单镶嵌工艺形成的通孔；以及所述第二IMD是IMD沟槽层并且所述第二金属部件是使用单镶嵌工艺形成的沟槽。在所述的方法中，所述第一IMD是IMD沟槽层并且所述金属部件是沟槽；以及所述第二IMD是IMD通孔层并且所述第二金属部件是通孔。在一个实施例中，同时执行在所述第二IMD处形成所述通孔的步骤和将金属材料沉积至所述开口中以形成焊盘的步骤。在所述的方法中，以基本上由矩形、圆形、椭圆形和它们的组合构成的图案来配置所述开口。在所述的方法中，以狭槽图案配置所述开口。在所述的方法中，所述第一IMD层包含伪金属。在所述的方法中，所述衬层是选自基本上由钛、氮化钛、钽、氮化钽和它们的组合构成的组中的材料。根据本专利技术的又一方面，提供了一种器件，包括：半导体衬底；互连结构，位于所述半导体衬底上方，所述互连结构包括：层间电介质(ILD)；和位于所述ILD上方的金属间电介质(IMD)；衬底通孔(TSV)，形成为基本上与所述IMD的顶面共面，所述TSV延伸至所述互连结构和所述衬底中第一深度；以及金属焊盘，形成为与所述TSV的顶面和所述IMD的顶面基本上共面，所述金属焊盘进一步邻接所述TSV并且延伸至所述互连结构中第二深度，其中所述第二深度小于所述第一深度。在所述的器件中，所述TSV和所述金属焊盘由相同的金属材料形成并且形成不间断的金属区域。所述的器件进一步包括：通过所述金属焊盘形成与所述TSV的连接件。在所述的器件中，所述第二深度小于约1μm。附图说明为更加充分地理解本专利技术实施例及其优点，现在将结合附图所作的以下描述作为参考，其中：图1A至图1G是根据各种实施例处于制造包括TSV和TSV的形貌上平坦的部分的晶圆的中间阶段的截面图；图2和图3示出根据各种实施例的图1A至图1G的晶圆中的TSV的俯视图；图4A至图4D是根据各种实施例处于制造包括TSV和覆在TSV上方的金属焊盘的晶圆的中间阶段的截面图；图5示出根据各种实施例包括TSV和覆在TSV上方的金属焊盘的另一晶圆的截面图；以及图5A和图5B示出根据各种实施例的图5的晶圆中的金属焊盘的俯视图。具体实施方式在下面详细讨论本专利技术实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术构思。所论述的具体实施例仅仅是制造和使用本专利技术的主题的示例性具体方式，而不用于限制不同实施例的范围。现参照图1A，提供了包括衬底102的晶圆100。衬底102优选为诸如块状硅衬底的半导体衬底，但是其也可以包括诸如III族、IV族和/或V族元素的其他半导体材料。集成电路110(示出为晶体管)和隔离区112形成在衬底102的顶面上。互连结构104形成在衬底102的顶面上方。互连结构104包括由k值例如小于约4.0的低k介电材料形成的层间电介质(ILD)106。接触插塞114由钨或者其他类似的金属材料形成，其可以形成在ILD106内。而且，互连结构104包括含有沟槽/通孔116的金属间电介质(IMD)108。IMD108可以由具有低k值(例如小于约4.0)的低k介电材料形成。IMD108和ILD106可以是例如氧化硅、SiCOH等。沟槽/通孔116本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在晶圆中在半导体衬底上方形成互连结构，其中所述互连结构包括层间电介质(ILD)和位于所述ILD上方的金属间电介质(IMD)；在所述晶圆中在所述IMD处形成延伸至所述互连结构和所述半导体衬底中第一深度的第一衬底通孔(TSV)开口；在所述晶圆中在所述IMD处形成邻接所述第一TSV开口并且延伸至所述互连结构中第二深度的第二TSV开口，其中所述第二深度小于所述第一深度；以及用金属材料填充所述第一TSV开口和所述第二TSV开口以形成TSV。

【技术特征摘要】
2012.11.15 US 13/678,1131.一种制造半导体器件的方法，包括：在晶圆中在半导体衬底上方形成互连结构，其中所述互连结构包括层间电介质(ILD)和位于所述层间电介质上方的金属间电介质(IMD)；在所述晶圆中在所述金属间电介质处形成延伸至所述互连结构和所述半导体衬底中第一深度的第一衬底通孔(TSV)开口；在所述晶圆中在所述金属间电介质处形成邻接所述第一衬底通孔开口并且延伸至所述互连结构中第二深度的第二衬底通孔开口，其中所述第二深度小于所述第一深度；以及用金属材料填充所述第一衬底通孔开口和所述第二衬底通孔开口以形成衬底通孔；其中，所述衬底通孔包括第一区域和第二区域，所述第一区域对应于所述第一衬底通孔开口，所述第二区域对应于所述第二衬底通孔开口，所述第一区域与所述第二区域共平面，且所述第二区域的顶面在形貌上比第一区域的顶面更平坦。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过所述衬底通孔的对应于所述第二衬底通孔开口的区域形成与所述衬底通孔的连接件的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二深度小于1μm。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述金属间电介质处形成第一衬底通孔开口的步骤包括：在第一金属间电介质上方形成第一光刻胶层并且图案化所述光刻胶层从而使得所述光刻胶层包括具有第一宽度的第一光刻胶开口；以及在所述金属间电介质处形成第二衬底通孔开口的步骤包括：在所述第一金属间电介质上方形成第二光刻胶层并且图案化所述光刻胶以形成具有第二宽度的第二光刻胶开口，所述第二光刻胶开口与所述第一衬底通孔开口叠置。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层是同一光刻胶层。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一宽度小于所述第二宽度。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属间电介质层包含伪金属。8.根据权利要求1所述的方法，其中，以由矩形、圆形、椭圆形或者它们的组合所构成的图案来配置所述第二衬底通孔开口。9.一种制造半导体器件的方法，包括：在晶圆中在半导体衬底上方形成互连结构，其中所述互连结构包括：层间电介质(ILD)和形成在所述层间电介质上方的第一金属间电介质(IMD)，其中所述第一金属间电介质包括第一金属部件；在所述晶圆中在所述第一金属间电介质处形成延伸至所述互连结构和所述半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：林咏淇，陈怡秀，杨固峰，邱文智，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：台湾;71