具有圆齿状侧壁的穿透硅通孔制造技术

本发明专利技术提供一种具有一个或多个穿透硅通孔（ＴＳＶ）的半导体器件。该ＴＳＶ被形成以使得该ＴＳＶ的侧壁具有圆齿状表面。在一个实施例中，该ＴＳＶ的侧壁是倾斜的，其中该ＴＳＶ的顶部和底部具有不同的尺寸。该ＴＳＶ可以具有Ｖ形形状，其中该ＴＳＶ在该衬底的电路侧上具有较宽的尺寸；或具有倒Ｖ形形状，其中该ＴＳＶ在该衬底的背面上具有较宽的尺寸。该侧壁和／或倾斜侧壁的圆齿状表面允许该ＴＳＶ能被更容易地填充诸如铜的导电材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及半导体器件，且更具体地，涉及穿透硅通孔。
技术介绍
自从专利技术了集成电路(IC)，由于各种电子部件(例如晶体管、二极管、电阻、电容 等)的集成密度的不断改进，所以半导体产业经历了持续的快速增长。在大多数情况下，这 种集成密度的改进来源于最小特征尺寸的一再削减，其允许更多的部件集成到一个给定的 区域中。 这些集成的改进在本质上基本是二维(2D)的，因为被集成部件所占据的体积基 本上位于半导体晶片的表面上。虽然光刻技术的显著改进已经致使2D集成电路构造的重 大改进，但是有两方面造成对密度的物理局限。这些局限的其中一个是制造这些部件所需 的最小尺寸。而且，当更多的器件集成到一个芯片中时，需要更复杂的设计。 在进一步增加电路密度的尝试中，已经研究了三维(3D) IC。在3D IC的典型制造 工艺中，两个管芯键合到一起，并在衬底上的每个管芯和接触衬垫之间形成电气连接。例 如，一种尝试包括将两个管芯的顶部彼此键合。接着，该叠置的管芯键合到载体衬底且引线 键合将位于各个管芯上的电耦合接触衬垫键合到载体衬底上的接触衬垫。然而，为了引线 键合，这种尝试需要载体衬底大于管芯。 最近的尝试集中到穿透硅通孔(TSV)。通常地，通过蚀刻一个穿过衬底的垂直通孔 并用诸如铜的导电材料填充该通孔来形成TSV。 TSV可以用于提供从半导体衬底的背面直 至位于衬底的另一面上的半导体电路或另一管芯的电气接触。在这种方式下，管芯可以被 叠置而又可以保持较小的封装尺寸。 但是，TSV的导电材料可能会出现从TSV的侧壁剥离或在高_低温循环或热冲击 试验期间滑动的倾向，由此降低了 TSV的可靠性。而且，用导电材料填充通孔需要在通孔的 垂直侧壁上形成阻挡层和/或种子层。然而，由于侧壁的垂直性质，所以难于形成具有良好 粘合性质的阻挡层和/或种子层，并因此难于填充TSV。 因此，TSV需要降低或避免这些问题。
技术实现思路
通过本专利技术的提供了具有圆齿状(scalloped)表面的穿透硅通孔的实施例通常可以减少、解决或规避这些和其他问题，且通常可以实现技术上的优势。 根据本专利技术的一个实施例，提供一种半导体器件。该半导体器件包括衬底，其具有覆盖该衬底的一个或多个电介质层。TSV延伸通过衬底，其中衬底的侧壁具有圆齿状表面，其中该圆齿具有大于约0. 01 ii m的深度。 根据本专利技术的另一实施例，提供一种形成半导体器件的方法。该方法包括提供衬 底并在该衬底上形成电子电路。在该衬底上形成一个或多个电介质层，且在该一个或多个 电介质层中形成一个或多个金属线。形成从该衬底的第一侧延伸到该衬底的第二侧的具有圆齿状侧壁的TSV。通过重复地实施各向同性蚀刻以形成凹槽并沿着该凹槽的侧壁形成保护衬里来至少部分地形成该TSV，其中该圆齿具有大于约0. 01 i！ m的深度。 根据本专利技术的又一实施例，提供一种半导体器件。该半导体器件包括衬底，其具有覆盖该衬底的一个或多个电介质层。穿透硅通孔(TSV)延伸通过该衬底，其中该TSV具有多个圆齿状区域，以致当该TSV从衬底的第一侧延伸到衬底的第二侧时，各个圆齿状区域中的TSV的宽度小于前一圆齿状区域中的TSV的宽度。附图说明 为了更全面的理解本专利技术以及优点，现在结合附图参考以下描述，其中 图1-4说明形成具有圆齿状侧壁的穿透硅通孔的中间步骤； 图5-8说明形成根据本专利技术的一个实施例的具有穿透硅通孔的半导体器件的中 间步骤； 图9-11说明形成根据本专利技术的另一实施例的具有穿透硅通孔的半导体器件的中 间步骤； 图12说明形成根据本专利技术的又一实施例的具有穿透硅通孔的半导体器件的一个 中间步骤；以及 图13说明形成根据本专利技术的又一实施例的具有穿透硅通孔的半导体器件的一个 中间步骤。具体实施例方式以下，将详细讨论当前优选实施例的制造和应用。但是应当理解的是，本专利技术所提 供的多种适用的创造性概念可以在各种具体情况下实施。所讨论的特定实施例仅仅是制造 和应用本专利技术的特定方式的说明，并不限定本专利技术的范围。 图1-4说明形成根据本专利技术的一个实施例的穿透硅通孔(TSV)的各个中间步骤。 首先参考图l，其示出具有覆盖图案掩模104的衬底102的一部分。衬底102可以仅包括 半导体衬底、具有半导体器件(例如晶体管、电容、电阻等)的半导体衬底、具有半导体器件 和一个或多个覆盖电介质层和/或金属层等的半导体衬底。图1-4旨在说明形成TSV的方 法，且并不必然地限定位置或穿过其形成TSV的层。 图案掩模104定义了TSV的图案(在所说明的实施例中)且可以包括一个图案化 的光致抗蚀剂层。在另一实施例中，图案掩模104可以包括一个或多个电介质层的硬掩模。 例如，该硬掩模可以是二氧化硅或氮化硅的单层，其例如通过热氧化、化学气相沉积(CVD) 等来形成。可替换地，硬掩模也可由其他介电材料形成，例如氮氧化硅。还可应用诸如二氧 化硅和氮化硅层构成的多层硬掩模。而且，还可应用诸如金属、金属氮化物、金属氧化物等 的其他材料。例如，硬掩模可以由钨构成。 如图1中说明的，随后，例如利用本领域公知的光刻技术来图案化图案掩模104。 通常，光刻技术包括沉积光刻胶材料并根据图案来辐照光刻胶材料。此后，光刻胶材料被显 影以移除一部分光刻胶材料。剩余的光刻胶材料在诸如蚀刻的后续工艺步骤期间保护下层 材料。在这种情况下，光刻胶材料用于生成图案掩模104以定义第一凹槽106(其将成为以 下讨论中的TSV)。 —旦形成图案掩模104之后，重复进行蚀刻和沉积保护衬里的交替工艺。该工艺 优选为各向同性干蚀刻工艺，例如Bosch工艺。由于使用了各向同性蚀刻工艺(而不是各向 异性蚀刻工艺)，所以形成了横向和纵向延伸的凹槽，由此形成一钻蚀区域。通常，Bosch工 艺包括引入第一气体，其蚀刻衬底102直至达到凹槽的所需深度，当达到这一所需深度时， 停止第一气体并引入第二气体，该第二气体形成一个沿着侧壁表面的保护衬里。当第一气 体再次引入时，该第一气体移除了沿着凹槽底部的保护衬里(留下沿着侧壁的保护衬里) 并继续沿着凹槽的底部蚀刻衬底。重复引入第一气体和第二气体的工艺步骤，直至获得所 需深度。Bosch工艺已经用于形成垂直侧壁。在本专利技术的实施例中，利用Bosch工艺的一种 变型来生成具有圆齿状侧壁的TSV。 例如，以约50sccm至约250sccm的流速，约10mTorr至约100mTorr的压力以及约 100瓦至约3500瓦的功率且在约25"至约IO(TC的温度下，在约1秒至约7秒的时间周期 下引入诸如SF6的蚀刻气体，以形成如图1所述的凹槽。这一过程导致横向和纵向蚀刻的 各向同性蚀刻，形成了如图1中所述的钻蚀区域。 此后，如图2中所述，诸如聚合物的保护衬里208可以通过以约100sccm至约 300sccm的流速，约10mTorr至约50mTorr的压力以及约1000瓦至约3500瓦的功率且在约 25t:至约IO(TC的温度下，在约1秒至约10秒的时间周期下引入C4F8气体而形成。 接着，在图3中，利用与参照图1的上述讨论相近似的工艺参数再引入蚀刻气体。 在这种情况下，蚀刻气体移除了沿着底部表面的保护衬里208并执行另一各向同性蚀刻过 程。如在第一蚀刻过程的情况下，各向同性蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：衬底；覆盖该衬底的一个或多个电介质层；以及延伸穿过该衬底的穿透硅通孔（ＴＳＶ），该ＴＳＶ具有圆齿状（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ）表面的侧壁，沿着该侧壁的圆齿具有大于０．０１μｍ的深度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭正铮，陈志华，陈明发，陈承先，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]