半导体结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种半导体结构及其制造方法。所述半导体结构包括基板、直通硅穿孔孔洞、层间介电质、衬层及导体。直通硅穿孔孔洞形成于基板中。层间介电质形成于基板上。层间介电质定义出对应直通硅穿孔孔洞的开口。层间介电质包括接近直通硅穿孔孔洞的鸟嘴部分。衬层形成于直通硅穿孔孔洞的底部及侧壁上。导体填充于直通硅穿孔孔洞及开口中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体结构及其制造方法。特别是涉及一种包括直通硅穿孔(Through Silicon Via,TSV)的半导体结构及其制造方法。
技术介绍
直通硅穿孔是一种完全穿过晶片或管芯的垂直互连件(通孔)。相较于打线接合或倒装堆叠，直通硅穿孔可提供更高的互连密度及更大的空间效益。此外，使用直通硅穿孔，电流可通过晶片或管芯的最短路径，能量或信号因此可以用更有效率的方式传输。并且，还可以降低电阻。
技术实现思路
专利技术的目的在于提供一种包括直通硅穿孔的半导体结构及其制造方法，以解决上述问题。为达上述目的，根据一些实施例，本专利技术提供的一种半导体结构包括基板、直通硅穿孔孔洞、层间介电质(interlayer dielectric)、衬层(liner layer)及导体。直通硅穿孔孔洞形成于基板中。层间介电质形成于基板上。层间介电质定义出对应直通硅穿孔孔洞的开口。层间介电质包括接近直通硅穿孔孔洞的鸟嘴(bird beak)部分。衬层形成于直通硅穿孔孔洞的底部及侧壁上。导体填充于直通硅穿孔孔洞及开口中。根据一些实施例，一种半导体结构的制造方法包括下列步骤。首先，提供基板。基板具有正面及背面。在基板的正面及背面上依序形成第一垫层(pad layer)及第二垫层。接着，使用位于基板的正面上的第一垫层及第二垫层，同时形成定义区及标记。在定义区于基板中形成直通硅穿孔孔洞。接着，同时在直通硅穿孔孔洞中形成衬层并在基板上形成层间介电质。层间介电质定义出对应直通硅穿孔孔洞的开口。层间介电质包括接近直通硅穿孔孔洞的鸟嘴部分。之后，将导体填入至直通硅穿孔孔洞及开口中。为了让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，
作详细说明如下：附图说明图1A-图1L为一实施例的半导体结构制造方法的示意图；图2A-图2H为另一实施例的半导体结构制造方法的示意图。附图标记102：基板102b：背面102f：正面104B、104F：第一垫层106B、106F：第二垫层108：标记110：直通硅穿孔孔洞112：衬层114、1140：第一障壁层116、1160：第一导体118：停止层120：层间介电质122：开口124：第二障壁层126：第二导体202：基板202b：背面202f：正面204B、204F：第一垫层206B、206F：第二垫层208：定义区210：标记212：直通硅穿孔孔洞214：衬层216：层间介电质216b：鸟嘴部分218：开口220：障壁层222：导体具体实施方式图1A-图1L绘示根据一实施例的半导体结构制造方法。请参照图1A，提供基板102。基板102具有正面102f及背面102b。基板102可由硅(Si)所制成。请参照图1B，在基板102的正面102f及背面102b上依序形成第一垫层104F/104B及第二垫层106F/106B。第一垫层104F/104B可由氧化物所制成，例如氧化硅(SiO2)。第二垫层106F/106B可由氮化物所制成，例如氮化硅(SiN)。接着，请参照图1C，移除基板102的正面102f上的第二垫层106F。此一步骤可通过蚀刻制作工艺来进行。可选择性地进行清洁制作工艺。请参照图1D，形成标记108。标记108可通过光刻(lithography)及蚀刻制作工艺来形成，并可进行清洁制作工艺。标记108可在形成直通硅穿孔时用于对准。请参照图1E，形成直通硅穿孔孔洞110。直通硅穿孔孔洞110的形成可使用标记108来对准。直通硅穿孔孔洞110可通过光刻及蚀刻制作工艺来形成，并可进行清洁制作工艺。请参照图1F，在直通硅穿孔孔洞110中及基板102上形成衬层112。衬层112可由氧化物所制成，例如氧化硅(SiO2)。请参照图1G，在衬层112上形成第一障壁层(barrier layer)1140。第一障壁层1140可由钽(Ta)及氮化钽(TaN)所制成。请参照图1H，在第一障壁层1140上形成第一导体1160，第一导体1160完全填满直通硅穿孔孔洞110。第一导体1160可通过电镀制作工艺来形成。第一导体1160可为铜(Cu)。接着，移除多余的第一障壁层1140及第一导体1160，只留下在直通硅穿孔孔洞110中的第一障壁层114及第一导体116，如图1I所示。此一步骤可通过化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)制作工艺来进行。如此一来，便形成直通硅穿孔的主要元件。请参照图1J图，可在基板102上依序形成停止层(stop layer)118及层间介电质120。停止层118可由氮化物所制成，例如氮化硅(SiN)。层间介电质120可由氧化物所制成，例如氧化硅(SiO2)。请参照图1K，在层间介电质120
及停止层118中形成对应直通硅穿孔孔洞110的开口122。开口122可通过光刻及蚀刻制作工艺来形成，并可进行清洁制作工艺。接着请参照图1L，在开口122中形成第二障壁层124，并将第二导体126填入至开口122中。类似于第一障壁层114，第二障壁层124可由钽(Ta)及氮化钽(TaN)所制成。类似于第一导体116，第二导体126可为铜(Cu)，并由电镀及化学机械研磨制作工艺来形成。在上述步骤后，可从基板102的背面102b减薄基板102，直到暴露出位于直通硅穿孔孔洞110中的第一导体116为止。如此一来，便完成直通硅穿孔的制造。由根据此一实施例的方法所形成的半导体结构包括基板102、直通硅穿孔孔洞110、衬层112、第一导体116、层间介电质120及第二导体126。直通硅穿孔孔洞110形成于基板102中。衬层112形成于直通硅穿孔孔洞110的底部及侧壁上。第一导体116填充于直通硅穿孔孔洞110中，并构成直通硅穿孔的主要部分。层间介电质120形成于基板102上。第二导体126形成于层间介电质120对应直通硅穿孔孔洞110的开口122中，并构成直通硅穿孔的接点的一部分。半导体结构还可包括第一障壁层114及第二障壁层124。第一障壁层114形成于直通硅穿孔孔洞110中，而第一导体116形成于第一障壁层114上。第二障壁层124形成于开口122中，而第二导体126形成于第二障壁层124上。半导体结构还可包括停止层118，位于层间介电质120下方。图2A-图2H绘示根据另一实施例的半导体结构制造方法。请参照图2A，提供基板202。基板202具有正面202f及背面202b。基板202可由硅(Si)所制成。请参照图2B，在基板202的正面202f及背面202b上依序形成第一垫层204F/204B及第二垫层206F/206B。第一垫层204F/204B可由氧化物所制成，例如氧化硅(SiO2)。第二垫层206F/206B可由氮化物所制成，例如氮化硅(SiN)。请参照图2C，使用位于基板202的正面202f上的第一垫层204F及第二垫层206F，同时形成定义区208及标记210。此一步骤可通过光刻及蚀刻制作工艺来进行，并可进行清洁制作工艺。标记210可在形成直通硅穿孔时用于对准。请参照图2D，在定义区208于基板202中形成直通硅穿孔孔洞212。直
通硅穿孔孔洞212的形成可使用标记210来对准。直通硅穿孔孔洞212可通过光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：基板；直通硅穿孔孔洞，形成于所述基板中；层间介电质，形成于所述基板上，所述层间介电质定义出对应所述直通硅穿孔孔洞的开口，所述层间介电质包括接近所述直通硅穿孔孔洞的鸟嘴部分；衬层，形成于所述直通硅穿孔孔洞的底部及侧壁上；以及导体，填充于所述直通硅穿孔孔洞及所述开口中。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，包括：基板；直通硅穿孔孔洞，形成于所述基板中；层间介电质，形成于所述基板上，所述层间介电质定义出对应所述直通硅穿孔孔洞的开口，所述层间介电质包括接近所述直通硅穿孔孔洞的鸟嘴部分；衬层，形成于所述直通硅穿孔孔洞的底部及侧壁上；以及导体，填充于所述直通硅穿孔孔洞及所述开口中。2.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括：障壁层，形成于所述衬层上及所述开口中，其中所述导体是形成于所述障壁层上。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述障壁层是由钽及氮化钽所制成。4.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述基板是由硅所制成。5.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述层间介电质及所述衬层是由氧化物所制成。6.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述导体是铜。7.一种半导体结构的制造方法，包括：提供基板，所述基板具有正面及背面；在所述基板的所述正面及所述背面上依序形成第一垫层及第二垫层；使用位于所述基板的所述正面上的所述第一垫层及所述第二垫层，同时形成定义区及标记；在所述定义区于所述基板中形成直通硅穿孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓飞，钱钧，张聚宝，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71