金属间电介质(3)和嵌入金属间电介质(3)中的金属层(4)布置在半导体材料的衬底(1)上。通孔(7)形成在衬底中，并且将接触金属层(4')之一的接触区(4*)的金属化层(9)施加在通孔中。在通孔的底部处部分地去除金属化层(9)、包括接触区(4*)的金属层(4')和金属间电介质(3)，以便形成穿透金属间电介质并延伸到通孔的孔(16)。连续钝化层(12)布置在通孔(7)和孔(16)内的侧壁上，并且金属化层(9)围绕孔(16)接触接触区(4*)。因此，避免存在通常在中空衬底通孔的底部处形成的层的薄膜。底通孔的底部处形成的层的薄膜。底通孔的底部处形成的层的薄膜。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有衬底通孔的半导体器件和制造具有衬底通孔的半导体器件的方法
[0001]本专利技术涉及一种包括衬底通孔的半导体器件。
[0002]半导体器件的三维集成采用硅通孔或衬底通孔(TSV)进行电互连。通常可以将金属化的导电层通常布置在通孔的壁上以形成电互连，并且在通孔内部留下空隙。因此，在TSV的底部形成类似于膜的薄结构，并且可以包括多个子层，所述子层包括金属和电介质，总厚度通常高达10μm。当在制造过程中处理包括TSV的半导体器件时，在半导体衬底中可能会发生热机械应力，并且TSV的底部结构可能会弯曲甚至断裂。
[0003]能够通过不同的方式实现TSV的底部结构的机械稳定，诸如施加保护涂层或保护层，以及减小底部结构的直径。这些层的热膨胀系数(CTE)的不匹配的问题是由于施加多个层引起的。由模拟支持的实验观察已经证明，如果构成膜的层数增加，则膜中的裂纹更可能发生。
[0004]本专利技术的目的是提供用于半导体器件的衬底通孔的机械稳定。
[0005]该目的通过根据权利要求1所述的半导体器件以及根据权利要求10所述的方法实现。实施例和变型源于从属权利要求。
[0006]半导体器件包括半导体材料的衬底、在衬底上的金属间电介质、嵌入金属间电介质中的金属层、金属层之一的接触区、衬底中的与接触区相对的通孔、以及布置在通孔中的金属化层，该金属化层与接触区相接触。孔布置在金属间电介质中，并且形成通孔的延伸。金属间电介质和包括接触区的金属层被孔穿透。连续钝化层布置在通孔和孔内的侧壁上。金属化层围绕孔与接触区相接触。
[0007]在半导体器件的实施例中，通孔与孔一起完全延伸穿过半导体器件。这能够意味着通孔和孔形成穿过半导体器件的通道，其中该通道完全延伸穿过半导体器件。通道能够是沟道或开口。通道完全延伸穿过半导体器件能够意味着通道完全延伸穿过衬底和金属间电介质。由于通孔与孔一起完全延伸穿过半导体器件，因此避免了在衬底通孔的底部处出现膜。这意味着，如果通孔与孔没有完全延伸穿过半导体器件，则在制造过程中衬底通孔的底部结构可能会损坏。因此，有利地避免了衬底通孔的底部结构的损坏。
[0008]在半导体器件的实施例中，金属化层至少局部地布置在连续钝化层与通孔的侧壁之间。这能够意味着，金属化层的至少一部分布置在连续钝化层与通孔的侧壁之间。因此，连续钝化层是作为面向通孔和孔的内部容积的最外层覆盖通孔和孔的侧壁的钝化层。连续钝化层能够直接与通孔和孔的内部容积接触。有利地，连续钝化层是布置在连续钝化层与通孔和孔的侧壁之间的层的保护。由于它是延伸穿过通孔和孔的连续层，因此连续钝化层提供了可靠的保护。
[0009]半导体器件的实施例包括钝化层，金属间电介质布置在衬底与钝化层之间。邻接连续钝化层的钝化层布置在孔内的侧壁上。钝化层与布置在通孔内的侧壁上的连续钝化层彼此邻接。这种布置的优点在于钝化在孔的边缘处不中断。
[0010]在半导体器件的另外的实施例中，通孔在通孔的侧壁上覆盖有绝缘层，并且金属化层在绝缘层上形成层。优点在于，金属化由此与衬底绝缘以避免短路，并且另外的优点在
于，能够由标准工艺步骤提供绝缘。
[0011]在半导体器件的另外的实施例中，金属化层包括在通孔内部的内径，孔包括与金属化层的内径平行的内径，并且金属化层的内径大于孔的内径。这种结构的优点在于它促进了金属化层的施加，并且另外的优点在于能够通过从与金属间电介质相对的一侧蚀刻孔来制造这种结构。
[0012]在半导体器件的另外的实施例中，金属化层包括在通孔内部的外径，孔包括与金属化层的外径平行的内径，并且金属化层的外径等于孔的内径。这种结构的优点在于由此避免了金属化层内部的步骤或不连续。
[0013]在半导体器件的另外的实施例中，连续钝化由连续钝化层形成。连续钝化层的优点在于它确保了连续钝化，并且另外的优点在于它能够在单个工艺步骤中施加。
[0014]半导体器件的另外的实施例包括通孔中的连续钝化层的钝化层和孔中的连续钝化层的另外的钝化层，并且钝化层邻接另外的钝化层。这种布置的优点在于钝化层能够从相对的侧面施加，并且需要较小的层深度。
[0015]在半导体器件的另外的实施例中，通过另外的钝化层形成基座，其中另外的钝化层邻接钝化层。另外的钝化层的这种形状确保了钝化层彼此邻接，并且由此获得连续钝化层。
[0016]半导体器件能够在各种应用中实现。它特别适用于光子器件，特别是高频光子器件。半导体器件在光子器件中的应用的优点在于，开放的通孔能够用于不受吸收或衍射的光传输。
[0017]这些应用包括3D相机(特别是结构光相机、飞行时间相机和立体成像设备)、CMOS成像传感器(特别是卷帘式图像传感器、线扫描图像传感器和相机模块)、使用垂直空腔表面发射激光器的激光雷达探测器、各种光传感器(特别是环境光传感器)、颜色传感器、接近传感器、手势传感器、用于光学字符识别或边缘检测的装置(特别是用于诸如复印机、文档扫描仪、光谱传感装置或光谱分析仪之类的产品中)。
[0018]在制造半导体器件的方法中，金属间电介质和嵌入在金属间电介质中的金属层布置在半导体材料的衬底的表面上，在衬底中形成通孔，金属化层施加在通孔中，金属化层接触金属层之一的接触区，并且在通孔的上方施加包括开口的掩模。通过部分地去除金属化层、包括接触区的金属层以及穿过掩模的开口的金属间电介质来形成孔，孔穿透金属间电介质并且延伸到通孔。在通孔和孔内的侧壁上形成连续钝化层。
[0019]在该方法的变型中，钝化层布置在与衬底的表面相对的金属间电介质上，并且形成邻接钝化层的连续钝化层。钝化层和布置在通孔和孔内的侧壁上的连续钝化层彼此邻接。这种布置的优点在于钝化层在孔的边缘处不中断，并且另外的优点在于以这种方式容易产生钝化。
[0020]在该方法的另外的变型中，将掩模施加在衬底的表面上方。在表面上方施加掩模允许从存在金属间电介质的一侧产生孔，这需要较小的蚀刻深度。特别地，在孔形成之前，另外的钝化层施加在通孔内的侧壁上，并且在孔形成之后，另外的钝化层施加在孔内的侧壁上，另外的钝化层形成连续钝化层。这种布置的优点在于孔内的侧壁上的钝化层邻接通孔的侧壁上的钝化层和另外的钝化层，并且以这种方式更精确地产生在孔的边缘处的钝化层的连接。
[0021]在该方法的另外的变型中，将掩模施加在衬底的相对表面上方。在相对表面上方施加掩模允许以基本相同的方法步骤产生直接穿过通孔的孔，从而促进该过程。特别地，在孔形成之后，另外的钝化层施加在通孔和孔内的侧壁上，以形成连续钝化层。制造直接穿过通孔的孔以及在一个步骤中同时在通孔中和在孔中形成连续钝化层，促进形成连续钝化层的过程，并且改进钝化。
[0022]在孔形成之前，处理晶片能够附接到金属间电介质。然后施加另外的钝化层，另外的钝化层的底部部分覆盖处理晶片在孔的底部处的区域，并且使用另外的掩模来去除底部部分，该另外的掩模施加在衬底的相对表面上方。替代地，底部部分从衬底的表面上方的一侧去除。
[0023]顶部金属能够在衬底的相对表面上方形成，顶部金属电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体器件，包括：半导体材料的衬底(1)，在所述衬底(1)上的金属间电介质(3)，嵌入所述金属间电介质(3)中的金属层(4)，金属层(4')之一的接触区(4*)，所述衬底(1)中的与所述接触区(4*)相对的通孔(7)，以及布置在所述通孔(7)中的金属化层(9)，所述金属化层与所述接触区(4*)相接触，其特征在于，孔(16)布置在所述金属间电介质(3)中，所述孔(16)形成所述通孔(7)的延伸，连续钝化层(12、24)布置在所述通孔(7)和所述孔(16)内的侧壁上，并且所述金属化层(9)围绕所述孔(16)与所述接触区(4*)相接触。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述通孔(7)和所述孔(16)一起完全延伸穿过所述半导体器件。3.根据权利要求1至2之一所述的半导体器件，其中，所述金属化层(9)至少局部地布置在所述连续钝化层(12、24)与所述通孔(7)的侧壁之间。4.根据权利要求1至3之一所述的半导体器件，还包括：钝化层(6)，所述金属间电介质(3)布置在所述衬底(1)与所述钝化层(6)之间，并且邻接所述连续钝化层(12、24)的所述钝化层(6)布置在所述孔(16)内的侧壁上。5.根据权利要求1至4之一所述的半导体器件，其中，绝缘层(8)布置在所述通孔(7)的侧壁上，并且所述金属化层(9)在所述绝缘层(8)上形成层。6.根据权利要求1至5之一所述的半导体器件，其中，所述金属化层(9)包括在所述通孔(7)内部的内径(D)，所述孔(16)包括与所述金属化层(9)的内径(D)平行的内径(d)，并且所述金属化层(9)的内径(D)大于所述孔(16)的内径(d)。7.根据权利要求1至6之一所述的半导体器件，其中，所述金属化层(9)包括在所述通孔(7)内部的外径(D')，所述孔(16)包括与所述金属化层(9)的外径(D')平行的内径(d)，并且所述金属化层(9)的外径(D')等于所述孔(16)的内径(d)。8.根据权利要求1至7之一所述的半导体器件，其中，所述连续钝化层(12、24)由连续钝化层(12)形成。9.根据权利要求1至7之一所述的半导体器件，还包括：在所述通孔(7)中的连续钝化层(12、24)的钝化层(12)，在所述孔(16)中的连续钝化层(12、24)的另外的钝化层(24)，并且所述连续钝化层(12、24)的钝化层(12)邻接所述连续钝化层(12、24)的钝化层的另外的钝化层(24)。10.根据权利要求9所述的半导体器件，还包括：通过另外的钝化层(24)形成的基座(26)，其中，所述另外的钝化层(24)邻接所述钝化层(12)。11.一种包括根据权利要求1至10之一所述的半导体器件的装置，所述装置为以下至少之一：光子器件、高频光子器件、3D相机、结构光相机、飞行时间相机、...
【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：
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