具有在金属互连下形成绝缘层的结构的半导体装置制造方法及图纸

公开了一种具有在金属互连下形成绝缘层的结构的半导体装置。所述半导体装置包括形成在衬底上的通孔插塞和形成在通孔插塞的一端处的用于互连的金属层，其中绝缘结构位于用于互连的金属层下方，并且绝缘结构根据与用于互连的金属层的位置关系具有不同的分层结构。

Semiconductor devices with structures that form insulating layers under metal interconnections

【技术实现步骤摘要】
具有在金属互连下形成绝缘层的结构的半导体装置相关申请的交叉引用要求于2017年12月22日在韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2017-0178361的优先权和权益，其公开内容通过引用全部并入本文。
本专利技术构思涉及一种半导体装置，其具有在金属互连下形成绝缘层的结构，该金属互连形成在通孔插塞结构上。
技术介绍
目前本领域中使用了一种三维(3D)封装技术，其中多个半导体芯片安装在一个封装件(例如，多芯片堆叠封装件或系统级封装件)中。垂直穿过衬底(例如裸片)的通孔插塞结构被应用于实现高密度、低功率和高速薄膜3D封装。
技术实现思路
一些示例实施例旨在提供一种半导体装置，该半导体装置具有在通孔插塞结构上的互连下形成绝缘层的结构，用于改善半导体装置的电特性和可靠性。根据一些示例实施例的半导体装置包括：衬底上的通孔插塞；以及所述通孔插塞一端处的金属层，所述金属层连接到互连层。绝缘结构位于所述金属层下方，并且根据与所述金属层的位置关系，所述绝缘结构具有不同的分层结构。根据一些示例实施例的半导体装置包括：半导体结构；通孔插塞，所述通孔插塞形成为至少部分地穿过所述半导体结构；以及所述通孔插塞一端处的金属层。与所述金属层的侧表面相邻的底表面根据与所述侧表面的距离而具有不同的深度。根据一些示例实施例的半导体装置包括：其上形成光电二极管的衬底；所述衬底上的绝缘层；穿过所述衬底的至少一部分的通孔插塞；以及在所述通孔插塞上形成的金属层。包括一个或更多个分层结构的绝缘结构位于用于互连的所述金属层下方。附图说明通过参照附图详细描述本专利技术的示例实施例，示例实施例的上述和其他目的、特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显，其中：图1是根据一些示例实施例的半导体装置的截面图；图2是图1的A部分的放大截面图；图3至图12、图19和图20是用于描述根据一些示例实施例的制造半导体装置的方法并根据工艺顺序示出的截面图；图13是图12的A部分的放大截面图；图14至图18是根据一些示例实施例的半导体装置中的对应于图12的A部分的放大截面图；以及图21和图22是示出根据一些示例实施例的半导体装置的堆叠结构的截面图。具体实施方式图1是用于描述根据一些示例实施例的半导体装置100的截面图。参照图1，根据一些示例实施例的半导体装置100可以包括半导体结构和通孔插塞130。通孔插塞130可以通过形成在半导体结构中的通孔131完全或部分地穿过半导体结构。通孔插塞130的上端和下端可以分别通过互连图案连接到连接端子170和182。通孔插塞130可以是穿过硅衬底110的穿硅通孔(TSV)。根据一些示例实施例的半导体结构可以包括在衬底110的前表面110a上的单元器件121和接触122。下层间绝缘膜120可以在衬底110的前表面110a上。上层间绝缘膜150可以位于下层间绝缘膜120上。封装衬底180和再分布层181可以位于衬底110的后表面110c上。前表面110a可以是有源表面，后表面110c可以是无源表面。衬底110可以包括半导体衬底，例如硅衬底。其上形成有单元器件121和接触122的衬底110的前表面110a可以被下层间绝缘膜120覆盖。下层间绝缘膜120可以包括氧化硅(SiO2)和/或硅氮化物(SiN)，并且可以形成为单层或多层。单元器件121可以通过前端工序(FEOL)工艺形成在衬底110的前表面110a上。单元器件121可以是单独的器件，并且可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、系统大规模集成(LSI)器件、CMOS成像传感器(CIS)、微机电系统(MEMS)、有源器件、无源器件等。单元器件121可以通过覆盖单元器件121的下层间绝缘膜120彼此电隔离。接触122可以垂直地穿过下层间绝缘膜120，以将电信号传输到下层间绝缘膜120的上部和下部结构。接触122可以包括钨(W)、铝(Al)和/或或铜(Cu)。蚀刻停止层141(参照图3)可以形成在下层间绝缘膜120的表面(例如，上表面)上。蚀刻停止层141可以是或包括由化学气相沉积(CVD)工艺形成的氮化硅(SiN)膜、氧氮化硅(SiON)膜、氧化硅(SiO2)膜等。蚀刻停止层141可以作为单层或与另一层一起形成绝缘结构140。通孔131可以是通过完全或部分蚀刻蚀刻停止层141、下层间绝缘膜120和衬底110而形成的沟槽。通孔131可以通过在蚀刻停止层141上应用光刻胶(PR)膜、使用掩模图案曝光PR膜，然后根据光刻胶的形状蚀刻通孔131而形成。可以使用各向异性蚀刻工艺(例如，博世工艺或激光钻孔技术)形成通孔131。缓冲部分132和导电阻挡膜133可以顺序地形成在通孔131的内表面上。通孔131的剩余空间可以通过电镀和/或其他沉积方法填充金属，以在导电阻挡膜133上形成通孔电极134。可以通过化学机械抛光(CMP)工艺对通孔电极134和蚀刻停止层141的上表面的一部分进行抛光。可以在抛光的表面上形成附加绝缘层以形成绝缘结构140。上层间绝缘膜150可以形成在绝缘结构140上，并且互连图案可以通过后段制程(BEOL)工艺形成。上层间绝缘膜150可以包括氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)，并且可以形成为单层或多层。互连图案可以形成为多个互连结构，所述多个互连结构用于将通过FEOL工艺形成的单元器件121连接到衬底110上的其他互连。例如，互连结构可以包括用于互连的金属层153、接触插塞154和金属互连层155。用于互连的金属层153、接触插塞154和金属互连层155中的每一个可以包括选自钨(W)、铝(Al)和铜(Cu)中的至少一种金属。用于互连的金属层153可以通过用金属电镀互连孔151来形成。可以通过蚀刻绝缘结构140、在绝缘结构140的下端处的接触122及通孔插塞130的一部分来形成互连孔151。上绝缘膜160可以形成在上层间绝缘膜150的上端。上绝缘膜160可以是包括氮化硅(SiN)和/或聚酰亚胺的钝化层。上连接端子170可以在上绝缘膜160上，该上连接端子170通过连接孔161连接到互连图案的最上端处的前焊盘156。可以使用CMP工艺、回蚀工艺或其组合从衬底110的后表面110b(参照图19)移除通孔插塞130的下端的一部分。包括再分布层181的封装衬底180可以连接到衬底110的后表面110c，其通过CMP工艺暴露。通孔插塞130的下端的暴露表面可以通过再分布层181连接到连接端子182。根据示例实施例的半导体装置100不限于上面参照图1描述的配置。在根据一些示例实施例的制造半导体装置100的工艺中，下面将描述从FEOL工艺之后到形成通孔插塞130的工艺的工艺。在衬底110的前表面110a上形成FEOL结构之后，下层间绝缘膜120可以在衬底110的前表面110a上。下层间绝缘膜120可以包括氧化硅(SiO2)。蚀刻停止层141可以形成在下层间绝缘膜120的表面上。蚀刻停止层141可以是包括氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、碳化硅(SiC)、硅碳氮化物(SiCN)等的绝缘层。在形成蚀刻停止层141之后，可以对蚀刻停止层141、下层间绝缘膜120和衬底110的一部分进行蚀刻以穿过其形成沟槽形通孔131。可以在通孔131的内侧形成(例如共形地形成)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：衬底上的通孔插塞；以及所述通孔插塞一端处的金属层，所述金属层连接到互连层，其中，绝缘结构位于所述金属层下方，并且所述绝缘结构根据与所述金属层的位置关系而具有不同的分层结构。

【技术特征摘要】
2017.12.22 KR 10-2017-01783611.一种半导体装置，包括：衬底上的通孔插塞；以及所述通孔插塞一端处的金属层，所述金属层连接到互连层，其中，绝缘结构位于所述金属层下方，并且所述绝缘结构根据与所述金属层的位置关系而具有不同的分层结构。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述绝缘结构根据与所述金属层的外周的距离而具有不同的厚度。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述绝缘结构根据与所述金属层的外周的距离而包括不同数量的层。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述绝缘结构包括蚀刻停止层和一个或更多个绝缘层中的至少一种。5.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述绝缘结构包括数量随着与所述金属层的所述外周的距离增大而增多的层。6.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述绝缘结构包括数量随着与所述金属层的所述外周的距离增大而减少的层。7.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述绝缘结构在与所述金属层的外周间隔开的位置处包括数量比在与所述金属层的所述外周相邻的位置处更少的层。8.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述绝缘结构包括所述金属层下方的蚀刻停止层。9.一种半导体装置，包括：半导体结构；通孔插塞，所述通孔插塞形成为至少部分地穿过所述半导体结构；以及所述通孔插塞一端处的金属层，其中，与所述金属层的侧表面相邻的底表面根据与所述侧表面的距离而具有不同深度。10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，所述金属层从所述金属层的所述侧表面向下倾斜。11.根据权利要求9所述的半导体装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔珉准，权杜原，金宽植，宋泰荣，尹惺铉，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR