衬底通孔及制造衬底通孔的方法技术

一种开放式衬底通孔(1)TSV包括绝缘层(20)，该绝缘层与沟槽(14)的侧壁(15)的至少部分以及与衬底主体(10)的表面(13)相邻设置。TSV还包括：金属化层(30)，其与绝缘层(20)的至少部分以及与所述沟槽(14)的底壁(16)的至少部分相邻设置；再分布层(40)，其与金属化层(30)的至少部分以及与绝缘层(20)的与表面(13)相邻设置的部分相邻设置；以及覆盖层(50)，其与金属化层(30)的至少部分以及与再分布层(40)的至少部分相邻设置。绝缘层(20)和/或覆盖层(50)包括在材料特性方面彼此不同的子层(21、22、51、52)。子层中的第一层(21、51)与侧壁(15)的至少部分以及与表面(13)的至少部分相邻设置，并且子层中的第二层(22、52)与表面(13)的至少部分相邻设置。面(13)的至少部分相邻设置。面(13)的至少部分相邻设置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】衬底通孔及制造衬底通孔的方法
[0001]本专利技术涉及一种开放式衬底通孔和一种制造开放式衬底通孔的方法。
[0002]为了使半导体器件的集成电路或半导体器件的另一部分电接触，常用的方法是通过器件的衬底形成衬底通孔TSV。因此，在衬底中形成沟槽。沟槽至少部分地填充有导电接触材料并且该接触材料与衬底电绝缘。可以布置在衬底的电路侧的集成电路能够通过TSV电接触。通过焊料凸块，TSV能够在衬底的背离衬底的电路侧的接触侧处被电接触。这样，器件或集成电路能够从衬底的接触侧被电接触。
[0003]为了实现上述TSV结构，采用不同的材料层。通常为金属的导电接触材料与通常为硅衬底的衬底之间的电绝缘通过诸如二氧化硅层的绝缘层来实现。此外，可以采用覆盖层以保护TSV的某些部分和/或半导体器件的其余部分。
[0004]然而，所采用的不同材料可能具有明显不同的材料特性，诸如不同的杨氏模量值。这又可能导致不同层之间的大的应力梯度，这可能导致最终器件中的不希望的应变，从而增加开裂的可能性。常规方法采用高应力绝缘层以补偿在其余层中形成的任何应力。然而，这种方法可能会导致TSV的沟槽内的开裂概率增加。
[0005]本专利技术的目的是提供一种用于TSV结构的具有增加的应力补偿的改进的构思。该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了进一步的改进方案和实施例。
[0006]改进的构思基于在TSV制造过程中将绝缘层和/或覆盖层沉积为子层的思想。这些子层具有不同的内应力，从而防止了最终器件的任何不希望的显著应变，同时保持了特别是在最终器件的TSV区域中的不显著的开裂概率。
[0007]根据改进构思的开放式TSV包括基本上平坦的衬底主体，该衬底主体包括半导体部分和与半导体部分相邻设置的层间电介质部分，其中半导体部分具有表面。TSV还包括从表面至少延伸穿过半导体部分的沟槽，其中沟槽的特征在于侧壁和底壁。TSV还包括与侧壁的至少部分和表面相邻设置的绝缘层、与绝缘层的至少部分以及底壁的至少部分相邻设置的金属化层、以及与金属化层的至少部分和绝缘层的与表面相邻设置的部分相邻设置的再分布层。TSV还包括与金属化层的至少部分以及与再分布层的至少部分相邻设置的覆盖层。
[0008]绝缘层和/或覆盖层包括在材料特性方面彼此不同的子层。子层中的第一层与侧壁的至少部分以及与表面的至少部分相邻设置。子层中的第二层与表面的至少部分相邻设置。
[0009]衬底主体例如包括半导体衬底来作为半导体部分。半导体衬底例如是硅衬底。层间电介质部分例如包括金属层，这些金属层通过诸如氧化物的层间电介质彼此绝缘并且形成例如集成电路的有源电路。层间电介质部分设置在半导体部分的衬底表面上。例如，层间电介质部分设置在半导体部分的经处理的表面上，该经处理的表面可以被称为硅衬底的顶侧。通过首先形成沟槽来实现TSV，该沟槽从衬底主体的背离层间电介质部分的表面延伸，至少穿过半导体部分，并且可选地在垂直方向或基本垂直方向上部分地穿过层间电介质部分。半导体部分的表面可以称为衬底的底表面。在本文中，“垂直”是指垂直于衬底主体的所述表面的方向。沟槽的特征在于垂直或基本垂直于表面定向的侧壁和平行或基本平行于表
面的底壁。
[0010]绝缘层与侧壁的至少部分以及表面相邻设置。例如，绝缘层是覆盖沟槽的侧壁的至少部分或可选地整个侧壁的共形类型层。绝缘层可以与侧壁紧邻设置，即与侧壁直接接触。或者，可以在沟槽的侧壁与绝缘层的覆盖侧壁的部分之间设置附加层。此外，绝缘层覆盖表面的至少部分。类似于绝缘层的覆盖侧壁的部分，绝缘层的覆盖表面的部分可以与表面紧邻设置，即与表面直接接触，或者附加层可以布置在表面与绝缘层的所述部分之间。
[0011]金属化层与底壁以及与绝缘层的与侧壁相邻设置的部分相邻设置。这意味着金属化层被设置在沟槽内。类似于上述绝缘层的布置，相邻可以表示紧邻的布置，或者替代地，表示绝缘层与金属化层之间的附加层的布置。金属化层由诸如金属的导电材料制成。
[0012]与金属化层一样，再分布层也由导电材料制成。例如，金属化层的材料与再分布层的材料相同。再分布层紧邻金属化层的至少部分并且与绝缘层的与表面相邻的部分相邻设置。特别地，金属化层与金属化层的所述部分电接触并且因此可以部分地延伸到沟槽中。在一些实施例中，金属化层和再分布层设置为例如诸如共形金属层的单个层。
[0013]例如，覆盖层设置成使得在沟槽的区域中，金属化层和再分布层被所述覆盖层覆盖。覆盖层可以由与绝缘层的材料相同的材料制成。覆盖层可以用作保护层和/或用作应力补偿层，该应力补偿层对在其余层内和/或横跨其余层形成的应力进行补偿。
[0014]绝缘层和/或覆盖层包括子层。这意味着绝缘层和/或覆盖层通过沉积至少两个子层来形成。例如，绝缘层和/或覆盖层包括子层中的第一层和第二层，其中第一层可以是与侧壁的部分以及与表面的部分相邻设置的共形层，而第二层可以是与第一子层的与表面的所述部分相邻设置的部分相邻设置的非共形层。
[0015]子层在材料特性方面彼此不同。例如，子层由不同的材料制成，或者它们由同一材料制成但具有不同的材料特性，这些特性来自于例如不同的成分和/或沉积方法。例如，子层中的第一层和第二层在内应力、材料成分和/或微结构方面彼此不同。
[0016]由于沟槽内的大量内应力是不期望的——因为它可能导致开裂概率增加——所以子层中的第二层可以是如上所述的非共形层，并且可以具有比子层中的第一层的内应力大的内应力，子层中的第一层可以是共形层。这样，通过TSV的其他层(即，在TSV的其他层内部或跨TSV的其他层)形成的内应力可以被补偿，使得防止最终TSV中的显著应变，同时避免在TSV的沟槽内的显著的内应力。
[0017]在一些实施例中，绝缘层包括第一绝缘子层和第二绝缘子层，其中第一绝缘层与侧壁的至少部分以及与表面的至少部分相邻设置。此外，第二绝缘子层紧邻第一绝缘子层并且与表面的至少部分相邻设置。
[0018]在这些实施例中，第一绝缘子层对应于子层中的第一层，而第二绝缘子层对应于子层中的第二层。
[0019]在一些实施例中，覆盖层包括第一覆盖子层和第二覆盖子层，其中第一覆盖子层与侧壁的至少部分以及与表面的至少部分相邻设置。此外，第二覆盖子层紧邻第一覆盖子层并且与表面的至少部分相邻设置。
[0020]在这些实施例中，第一覆盖子层对应于子层中的第一层，而第二覆盖子层对应于子层中的第二层。
[0021]根据制造工艺，绝缘层或覆盖层可以如上所述通过沉积子层来形成。或者，绝缘层
和覆盖层都可以通过沉积相应的子层来形成。
[0022]在一些实施例中，子层中的第一层布置在表面与子层中的第二层之间。在一些替代实施例中，子层中的第二层布置在表面与子层中的第一层之间。
[0023]根据制造工艺，子层中的第二层可以在子层中的第一层之前或之后沉积。这意味着与可以是共形层的子层中的第一层相比，可以是非共形层的子层中的第二层被布置在距衬底主体的表面较大或较小的距离处。
[0024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】1.一种开放式衬底通孔(1)TSV，所述衬底通孔(1)包括
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基本上平坦的衬底主体(10)，其包括半导体部分(11)和与所述半导体部分(11)相邻设置的层间电介质部分(12)，所述半导体部分(11)具有表面(13)；
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沟槽(14)，其从所述表面(13)延伸至少穿过半导体部分(11)，所述沟槽(14)的特征在于侧壁(15)和底壁(16)；
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绝缘层(20)，其与所述侧壁(15)和所述表面(13)的至少部分相邻设置；
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金属化层(30)，其与所述绝缘层(20)的至少部分以及所述底壁(16)的至少部分相邻设置；
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再分布层(40)，其与所述金属化层(30)的至少部分相邻设置，并且与绝缘层(20)的与所述表面(13)相邻设置的部分相邻设置；以及
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覆盖层(50)，其与所述金属化层(30)的至少部分以及所述再分布层(40)的至少部分相邻设置；其中
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所述绝缘层(20)和/或所述覆盖层(50)包括在材料特性方面彼此不同的子层(21、22、51、52)；
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所述子层中的第一层(21、51)与所述侧壁(15)的至少部分以及与所述表面(13)的至少部分相邻设置；和
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所述子层中的第二层(22、52)与所述表面(13)的至少部分相邻设置。2.根据权利要求1所述的开放式TSV(1)，其中，所述子层中的第一层(21、51)是共形层，而所述子层中的第二层(22、52)是非共形层。3.根据权利要求1或2所述的开放式TSV(1)，其中，所述绝缘层(20)包括第一绝缘子层和第二绝缘子层(21、22)，其中
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所述第一绝缘子层(21)与所述侧壁(15)的至少部分以及与所述表面(13)的至少部分相邻设置；并且
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所述第二绝缘子层(22)紧邻所述第一绝缘子层(21)并且与所述表面(13)的至少部分相邻设置。4.根据权利要求1至3之一所述的开放式TSV(1)，其中，所述覆盖层(50)包括第一覆盖子层和第二覆盖子层(51、52)，其中
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所述第一覆盖子层(51)与所述侧壁(15)的至少部分以及与所述表面(13)的至少部分相邻设置；和
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所述第二覆盖子层(52)紧邻所述第一覆盖子层(51)并且与所述表面(13)的至少部分相邻设置。5.根据权利要求1至4之一所述的开放式TSV(1)，其中，所述子层中的第一层(21、51)设置在所述表面(13)与所述子层中的第二层(22、52)之间。6.根据权利要求1至4之一所述的开放式TSV(1)，其中，所述子层中的第二层(22、52)设置在所述表面(13)与所述子层中的第一层(21、51)之间。7.根据权利要求1至6之一所述的开放式TSV(1)，其中，所述子层中的第一层和第二层(21、22、51、52)在内应力、材料成分和/或微结构方面彼此不同。8.根据权利要求1至7之一所述的开放式TSV(1)，其中
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所述子层中的第一层(21、51)具有拉伸型或压缩型的内应力；以及
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所述子层中的第二层(22、52)具有相应其他类型的内应力。9.根据权利要求1至7之一所述的开放式TSV(1)，其中
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所述子层中的第一层(21、51)的特征在于拉伸型或压缩型的内应力；以及
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔治，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：