具有贯穿衬底通孔的半导体器件及其制造方法技术

介电层(2)设置在半导体衬底(1)的主表面(10)上；提供接触区域(4)的金属层(3)嵌入在所述介电层中；顶部金属(5)设置在所述衬底的相对的主表面(11)上；以及贯穿所述衬底的导电互连(6)将所述接触区域与所述顶部金属连接，所述导电互连包括设置在多个导通孔(17)中的多个金属化部(7)。多个金属化部由穿透所述衬底的绝缘层(8)围绕。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有贯穿衬底通孔的半导体器件及其制造方法本专利技术涉及包括贯穿衬底通孔的半导体器件。贯穿衬底通孔，特别是贯穿硅通孔，用于设置在半导体晶片或衬底的相对表面上的电导体之间的电互连。形成这种贯穿衬底通孔的电互连的导电材料通常通过导通孔侧壁上的绝缘层与衬底的半导体材料绝缘。绝缘层中的裂缝可以使电互连与半导体衬底短路，从而导致器件故障。如果导电材料仅施加为薄层，则该层的裂纹可以中断电互连。本专利技术的目的是提供一种包括可靠的贯穿衬底通孔的半导体器件以及一种制造这种半导体器件的方法。该目的通过根据权利要求1的半导体器件和根据权利要求5的制造半导体器件的方法来实现。实施例及变型通过从属权利要求得出。除非另有说明，如上所述的限定也应用于以下描述。该半导体器件包括半导体材料的衬底、在衬底的主表面上的介电层、嵌入在介电层中的金属层、金属层的接触区域、在衬底的相对的主表面上的顶部金属、以及贯穿衬底的导电互连，该导电互连将接触区域与顶部金属连接。导电互连包括设置在多个导通孔中的多个金属化部，并且多个金属化部由穿透衬底的绝缘层围绕。在半导体器件的一实施例中，金属化部通过顶部金属电互连。在另一实施例中，金属化部通过衬底的半导体材料彼此分开。金属化部可以与衬底的半导体材料接触。制造这种半导体器件的方法包括：提供半导体材料的衬底，介电层在主表面上并且具有接触区域的金属层嵌入介电层中；在形成介电层和包括接触区域的金属层之后，从衬底的相对的主表面到衬底中蚀刻沟槽，对沟槽的蚀刻在介电层上停止，使得沟槽到达介电层并完全围绕衬底的一区域；用电绝缘材料填充沟槽，从而形成绝缘层；从相对的主表面到由绝缘层围绕的区域内的接触区域蚀刻多个导通孔；在导通孔中设置金属化部，金属化部中的每个与接触区域接触；以及在衬底的相对的主表面的上方施加与金属化部中的每个接触的顶部金属。在该方法的变型中，在导通孔中设置金属化部之后以及在施加顶部金属之前，用填充材料填充通孔中的剩余空隙。在该方法的另一变型中，金属化部直接设置在衬底的在导通孔中暴露的半导体材料上。在该方法的另一变型中，另一介电层设置在衬底的相对的主表面上，并且顶部金属施加在另一介电层上。在该方法的另一变型中，在衬底的半导体材料中形成集成电路，并且在介电层中形成多个金属层作为集成电路的布线，金属化部通过接触区域连接到布线。在该方法的另一变型中，导通孔和金属化部设置在接触区域上在方形网格的顶点处。以下是结合附图对半导体器件和制造方法的示例的详细描述。图1是包括多个金属化部的半导体器件的横截面，该多个金属化部形成贯穿衬底的互连；图2示出了金属化部布置的图样；图3示出了金属化部布置的另一图样；图4是根据图1的、方法的中间产物的横截面；图5是根据图4的、包括导通孔的另一中间产物的横截面。图1是具有贯穿衬底的电互连的半导体器件的横截面。衬底1包括半导体材料，例如尤其是硅。在衬底1的主表面10上施加有介电层2。具有接触区域4的金属层3嵌入介电层2中。金属层3尤其可以是多个金属层13中的一层，该多个金属层能够通过垂直互连14结构化和连接，以形成用于衬底1中的集成电路19的，例如特别是CMOS电路的布线。介电层3可以由钝化层15覆盖。在衬底1的相对的主表面11的上方施加顶部金属5。顶部金属5能够通过另一介电层12与半导体材料绝缘。顶部金属5和可选的另一介电层12可以由另一钝化层16覆盖。在接触区域4上形成贯穿衬底的电互连6。互连6包括衬底1中的多个导通孔17以及设置在导通孔17中与接触区域4电接触的金属化部7。穿透衬底1的绝缘层8围绕包含互连6的区域，并且使多个金属化部7与衬底1的在围绕的区域之外的部分绝缘。各个金属化部7可以在围绕的区域内通过衬底1的半导体材料彼此分开。绝缘层8能够由衬底1的半导体材料中的沟槽18形成。沟槽18可以例如是圆柱形的。沟槽18中的介电材料提供电绝缘。填充材料9可以填充导通孔17中的剩余空隙。图1示出了绝缘层8能够设置为在空间上与各个金属化部7分开，该金属化部形成贯穿衬底的互连6的导电部分。这与传统的贯穿衬底通孔不同，其中贯穿衬底的电互连的电导体被直接施加在导通孔侧壁处的绝缘层或绝缘区域上。此外，图1中所示的导通孔17和沟槽18的布置允许为互连6提供不止一个金属化部7，从而多个电导体，而不是仅单个导体，可以贡献于互连6。图2以俯视图示出了金属化部布置的图样，该俯视图在图1中以水平虚线和箭头表示。在图2所示的示例中，金属化部7中的每个具有圆形空心直圆柱体的形状。金属化部7的轴线设置在方形网格的顶点处。金属化部7可以替代地具有其他形状，并且金属化部布置能够与附图中所示的示例不同。金属化部7布置尤其可以是不规则的。金属化部7可以完全地填充导通孔17，或者可以用图2所示的填充材料9填充剩余的空隙。图2示出了在该示例中绝缘层8围绕衬底1的设置有多个金属化部7的圆柱形区域，该绝缘层也是圆形空心直圆柱体。各个金属化部7在围绕的区域内通过衬底1的半导体材料彼此分开。图2中的水平虚线和箭头表示图1中所示的横截面的位置。图3以俯视图示出了金属化部布置的另一图样，该俯视图在图1中以水平虚线和箭头表示。在图3所示的示例中，金属化部7也是圆柱形的，并且也设置在方形网格的顶点处。金属化部7可以完全地填充导通孔17，或者可以用填充材料9填充剩余的空隙。图3示出了在该示例中绝缘层8包括通过圆形边缘以框架状方式连接的平坦部分。该绝缘层围绕衬底1的设置有多个金属化部7的区域。各个金属化部7在围绕的区域内通过衬底1的半导体材料彼此分开。图3中的水平虚线和箭头表示图1中所示的横截面的位置。图4是根据图1的、方法的中间产物的横截面。与图1所示的元件相对应的元件用相同的附图标记表示。图4示出了衬底1、主表面10上的介电层2、嵌入介电层2中的多个金属层13中的金属层3、接触区域4、垂直互连14和钝化层15。从相对主表面11到衬底1中蚀刻沟槽18，该沟槽围绕衬底1的与接触区域4相对的区域。沟槽18贯穿衬底1并到达介电层2。对沟槽18的蚀刻在介电层2上停止。图5是根据图4的、方法的另一中间产物的横截面。与图4所示的元件相对应的元件用相同的附图标记表示。沟槽18填充有介电材料以形成绝缘层8，该介电材料例如可以是半导体材料的氧化物。介电材料还能够用于在衬底1的相对的主表面11上形成另一介电层12。然后，将导通孔17蚀刻到衬底1中，直到接触区域4暴露于导通孔17中。金属化部7设置在导通孔17中以在接触区域4上形成多个电触部。顶部金属5能够与金属化部7一起在同一方法步骤中形成，或者顶部金属可以施加为电连接到金属化部7的另一金属层。可选地用填充材料9填充导通孔17中的剩余空隙，尤其是如果顶部金属5被提供为连续覆盖互连6的单独的金属层时。施加图1中所示的另外的层，从而获得根据图1的器件。所描述的贯穿衬底通孔的结构具有的优点是：围绕多个金属化部的绝缘层提供了与半导体衬底外侧部分的可靠电绝缘，并且各个金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：/n半导体材料的衬底(1)，/n在所述衬底(1)的主表面(10)上的介电层(2)，/n嵌入在所述介电层(2)中的金属层(3)，/n所述金属层(3)的接触区域(4)，/n在所述衬底(1)的相对的主表面(11)上的顶部金属(5)，以及/n贯穿所述衬底(1)的导电互连(6)，所述导电互连(6)将所述接触区域(4)与所述顶部金属(5)连接，/n其特征在于，/n所述导电互连(6)包括设置在多个导通孔(17)中的多个金属化部(7)，并且/n所述多个金属化部(7)由穿透所述衬底(1)的绝缘层(8)围绕。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180219 EP 18157371.81.一种半导体器件，包括：
半导体材料的衬底(1)，
在所述衬底(1)的主表面(10)上的介电层(2)，
嵌入在所述介电层(2)中的金属层(3)，
所述金属层(3)的接触区域(4)，
在所述衬底(1)的相对的主表面(11)上的顶部金属(5)，以及
贯穿所述衬底(1)的导电互连(6)，所述导电互连(6)将所述接触区域(4)与所述顶部金属(5)连接，
其特征在于，
所述导电互连(6)包括设置在多个导通孔(17)中的多个金属化部(7)，并且
所述多个金属化部(7)由穿透所述衬底(1)的绝缘层(8)围绕。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述多个金属化部(7)中的金属化部(7)通过所述顶部金属(5)电互连。


3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，所述多个金属化部(7)中的金属化部(7)通过所述衬底(1)的半导体材料彼此分开。


4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述多个金属化部(7)中的金属化部(7)与所述衬底(1)的半导体材料接触。


5.一种制造根据权利要求1至4之一所述的半导体器件的方法，包括：
提供半导体材料的衬底(1)，并且介电层在所述衬底(1)的主表面(10)上，金属层(3)嵌入所述介电层(2)中，所述金属层(3)具有接触区域(4)，
在形成所述介电层(2)和包括所述接触区域(4)的所述金属层(3)之后，从所述衬底(1)的相对的主表面(11)到衬底(1)中蚀刻沟槽(18)，对所述沟槽(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克托·西多罗夫，斯蒂芬·杰森尼戈，乔治·帕特德尔，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT