半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件及其制造方法，所述半导体器件包括：第一晶圆；沟槽隔离环，形成于所述第一晶圆中，所述沟槽隔离环包括第一金属层；第一绝缘介质层，形成于所述第一晶圆的表面，所述第一绝缘介质层中形成有至少一个第一通孔和至少一个第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分别单独暴露出所述第一金属层的表面和所述第一晶圆的表面；阻挡层，至少形成于所述第二通孔暴露出的所述第一晶圆的表面；以及，第二金属层，形成于所述第一绝缘介质层上，且所述第二金属层填充所述第一通孔和所述第二通孔。本发明专利技术的技术方案能够避免导致接触电阻增大以及铝尖峰等问题，提高了半导体器件的制造工艺的稳定性以及提高了半导体器件的性能。体器件的性能。体器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种半导体器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]对于半导体技术而言，常常需要对半导体器件进行加压工作，例如，现有的背照式CMOS图像传感器(Back
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side Illumination CMOS Imagination Sensor，简称BSI
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CIS)以及深度传感器(Depth Sensor)需要比较高的偏压才能正常工作。其中，对于采用从器件背面加偏压的方式而言，需要从金属焊盘加偏压，再通过金属栅格层(BMG)和金属通孔结构(BMV)连接到硅衬底，使得整个感光器件能够形成一定的偏压。
[0003]例如现有的金属栅格层和金属通孔结构的形成步骤包括：
[0004]首先，将器件晶圆和承载晶圆进行键合；
[0005]然后，对器件晶圆的背面的硅衬底进行减薄；
[0006]然后，形成深沟槽于器件晶圆背面的硅衬底中，并依次覆盖绝缘材料层和第一阻挡层于深沟槽的内表面上，并向深沟槽填充第一金属层，以在深沟槽中形成沟槽隔离环；
[0007]接着，覆盖缓冲氧化层于器件晶圆的背面，并刻蚀缓冲氧化层以形成通孔，通孔同时暴露出沟槽隔离环和沟槽隔离环外围的硅衬底的部分顶表面；
[0008]接着，覆盖第二阻挡层于通孔的内表面上，并覆盖第二金属层于缓冲氧化层上，第二金属层将通孔填满；
[0009]接着，刻蚀缓冲氧化层的顶表面上的第二金属层，以形成位于缓冲氧化层的顶表面上的金属栅格层和位于通孔中的金属通孔结构。以图1a～图1c所示的一种现有的同时暴露出硅衬底和沟槽隔离环的通孔分布的结构为例，从图1a和图1b中可看出，在方形的沟槽隔离环13的四个角上的缓冲氧化层12中均形成有同时暴露出沟槽隔离环13和沟槽隔离环13外围的硅衬底11的部分顶表面的通孔(未图示)，通孔中形成有金属通孔结构14，金属通孔结构14的顶表面上形成有金属栅格层15；从图1a和图1c中可看出，方形的沟槽隔离环13的四条边上的缓冲氧化层12中未形成通孔，而是直接在沟槽隔离环13上的缓冲氧化层12上形成金属栅格层15。
[0010]其中，在上述的形成步骤中，刻蚀缓冲氧化层形成通孔以同时暴露出部分硅衬底和沟槽隔离环的顶表面的工艺非常复杂，为了将暴露出的沟槽隔离环和部分硅衬底的顶表面上的缓冲氧化层去除完全，会进行过刻蚀，即会对缓冲氧化层下方的的硅衬底和沟槽隔离环也进行少量的刻蚀，而由于硅衬底和沟槽隔离环涉及到的材料包括硅、绝缘材料和金属材料等，使得过刻蚀时的刻蚀速率差异大，从而导致通孔底表面的形貌非常不平整，这样会导致后续形成第二阻挡层时存在如下问题：
[0011](1)采用干法刻蚀工艺进行过刻蚀时，也会轰击暴露出的第一金属材料层，导致第一金属材料层的金属溅射到“干净的硅衬底的表面”；在覆盖第二阻挡层之后，由于暴露出的硅衬底的表面存在一层溅射的金属，导致第二阻挡层无法与硅衬底直接接触反应(例如若第二阻挡层的材质为Ti，无法使得Ti和Si接触反应形成TiSi2)，从而导致金属通孔结构
与硅衬底接触的位置接触电阻非常大；
[0012](2)由于通孔底表面的形貌非常不平整(凹凸不平)，导致通孔的底表面很难形成连续的第二阻挡层；若第二阻挡层有裂纹或其他缺陷时，将导致第二阻挡层无法阻隔第二金属层与硅衬底的互溶；且若第二金属层的材质为Al时，严重时会发生铝尖峰(Al spiking)的问题。
[0013]因此，如何对上述半导体器件的结构及其制造方法进行改进，以降低接触电阻以及避免导致铝尖峰是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，能够避免导致接触电阻增大以及铝尖峰等问题，提高了半导体器件的制造工艺的稳定性以及提高了半导体器件的性能。
[0015]为实现上述目的，本专利技术提供了一种半导体器件，包括：
[0016]第一晶圆；
[0017]沟槽隔离环，形成于所述第一晶圆中，所述沟槽隔离环包括第一金属层；
[0018]第一绝缘介质层，形成于所述第一晶圆的表面，所述第一绝缘介质层中形成有至少一个第一通孔和至少一个第二通孔，所述第一通孔暴露出所述第一金属层的表面，所述第二通孔暴露出所述第一晶圆的表面；
[0019]阻挡层，至少形成于所述第二通孔暴露出的所述第一晶圆的表面；以及，
[0020]第二金属层，形成于所述第一绝缘介质层上，且所述第二金属层填充所述第一通孔和所述第二通孔。
[0021]可选地，所述第一晶圆包括衬底和形成于所述衬底上的器件层，所述沟槽隔离环形成于所述第一晶圆背面的所述衬底中，所述第一绝缘介质层形成于所述衬底的背面。
[0022]可选地，所述沟槽隔离环还包括第二绝缘介质层，所述第二绝缘介质层形成于所述第一晶圆中的环形沟槽的侧壁和底面，所述第一金属层填充所述环形沟槽。
[0023]可选地，所述沟槽隔离环的横截面的形状为方形、六边形或八边形。
[0024]可选地，所述第一通孔位于所述沟槽隔离环的边长和/或边角的上方，所述第二通孔位于靠近所述沟槽隔离环的边长和/或边角的所述第一晶圆的上方。
[0025]可选地，所述半导体器件还包括与所述第一晶圆键合的第二晶圆。
[0026]本专利技术还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：
[0027]提供第一晶圆；
[0028]形成沟槽隔离环于所述第一晶圆中，所述沟槽隔离环包括第一金属层；
[0029]形成第一绝缘介质层于所述第一晶圆的表面，所述第一绝缘介质层中具有至少一个第一通孔和至少一个第二通孔，所述第一通孔暴露出所述第一金属层的表面，所述第二通孔暴露出所述第一晶圆的表面；
[0030]形成阻挡层至少于所述第二通孔暴露出的所述第一晶圆的表面；以及，
[0031]形成第二金属层于所述第一绝缘介质层上，且所述第二金属层填充所述第一通孔和所述第二通孔。
[0032]可选地，所述第一晶圆包括衬底和形成于所述衬底上的器件层，所述沟槽隔离环
形成于所述第一晶圆背面的所述衬底中，所述第一绝缘介质层形成于所述衬底的背面。
[0033]可选地，所述沟槽隔离环的横截面的形状为方形、六边形或八边形。
[0034]可选地，所述第一通孔位于所述沟槽隔离环的边长和/或边角的上方，所述第二通孔位于靠近所述沟槽隔离环的边长和/或边角的所述第一晶圆的上方。
[0035]可选地，形成所述阻挡层至少于所述第二通孔暴露出的所述第一晶圆的表面之前，所述半导体器件的制造方法还包括：溅镀所述第二通孔暴露出所述第一晶圆的表面，以去除所述第一晶圆表面附着的氧化物。
[0036]可选地，形成所述沟槽隔离环于所述第一晶圆中之前，先在所述第一晶圆和一第二晶圆的表面上分别形成键合层，然后通过所述键合层将所述第一晶圆键合到所述第二晶圆上。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：第一晶圆；沟槽隔离环，形成于所述第一晶圆中，所述沟槽隔离环包括第一金属层；第一绝缘介质层，形成于所述第一晶圆的表面，所述第一绝缘介质层中形成有至少一个第一通孔和至少一个第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分别单独暴露出所述第一金属层的表面和所述第一晶圆的表面；阻挡层，至少形成于所述第二通孔暴露出的所述第一晶圆的表面；以及，第二金属层，形成于所述第一绝缘介质层上，且所述第二金属层填充所述第一通孔和所述第二通孔。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶圆包括衬底和形成于所述衬底上的器件层，所述沟槽隔离环形成于所述第一晶圆背面的所述衬底中，所述第一绝缘介质层形成于所述衬底的背面。3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述沟槽隔离环还包括第二绝缘介质层，所述第二绝缘介质层形成于所述第一晶圆中的沟槽的侧壁和底面，所述第一金属层填充所述沟槽。4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述沟槽隔离环的横截面的形状为圆形。5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述沟槽隔离环的横截面的形状为方形、六边形或八边形。6.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述第一通孔位于所述沟槽隔离环的边长和/或边角的上方，所述第二通孔位于靠近所述沟槽隔离环的边长和/或边角的所述第一晶圆的上方。7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括与所述第一晶圆键合的第二晶圆。8.一种半导体器件，其特征在于，包括：第一衬底；沟槽隔离环，形成于所述第一衬底中，所述沟槽隔离环包括第一金属层；第一绝缘介质层，形成于所述第一衬底的表面，所述第一绝缘介质层中形成有至少一个第一通孔和至少一个第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分别单独暴露出所述第一金属层的表面和所述第一衬底的表面；阻挡层，至少形成于所述第二通孔暴露出的所述第一衬底的表面；以及，第二金属层，形成于所述第一绝缘介质层上，且所述第二金属层填充所述第一通孔和所述第二通孔。9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述沟槽隔离环还包括第二绝缘介质层，所述第二绝缘介质层形成于所述第一衬底中的沟槽的侧壁和底面，所述第一金属层填充所述沟槽。10.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，胡胜，盛备备，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：