制造半导体器件的方法和半导体器件技术

本发明专利技术涉及制造半导体器件的方法和半导体器件。根据该方法，首先在衬底的第一面上形成孔。然后，在孔的内壁形成隔离层，并在孔中填充半导体材料，诸如多晶硅、锗、锗硅等。接下来，在衬底的第一面上形成诸如MOS管之类的功能结构。然后从衬底的与第一面相对的第二面对衬底进行减薄以露出孔中的半导体材料，并去除孔中的半导体材料，以形成贯穿衬底的通孔。在该通孔中填充导电材料，得到最终的贯穿衬底通路(TSV)，以便于不同芯片之间的电连接。本发明专利技术的方法通过用半导体材料作为在TSV中填充金属之前的TSV替代材料，可以更好地与标准工艺流程相兼容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，特别涉及制造半导体器件的方法和半导体器件。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展，对半导体集成器件的封装技术提出了更高的要求。贯穿衬底通路(TSV,Through Substrate Via)技术是用于将不同芯片封装在一起的ー种新型封装技术，其通过制作贯穿衬底的、其中填充有导电材料的通路，然后将多个芯片或晶圆堆叠在一起，利用所述通路来实现芯片之间的电连接。TSV技术能够将不同功能的芯片组合在一起，増大芯片在三维方向堆叠的密度，减小集成电路(IC)的外形尺寸，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。TSVエ艺可以集成到制造エ艺的不同阶段。一种常见的方案是，在衬底上形成功能结构(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)之前开始进行TSVエ艺。例如，在形成功能结构之前，从衬底上将要形成功能结构的一侧刻蚀出孔，在孔中填充导电材料；然后在衬底上形成功能结构；在堆叠芯片或晶圆之前通过减薄衬底使该孔贯通，得到贯穿衬底并且填充有所述导电材料的通路。然而，如果TSV中填充的是金属，往往会在衬底上发生污染，从而严重影响后续エ艺。并且，填充的金属难以承受形成功能结构过程中的高温，例如，在形成栅极电介质层的热氧化过程中的高温，或源/漏区激活エ艺中的高温。如果TSV中填充的是多晶硅，则TSV的导电性能会由于多晶硅的高阻抗而变差。TSVエ艺也可以在别的阶段进行。例如，可以在形成功能结构(例如MOS管)之后、后段(BEOL, back-end-o f-line)エ艺(例如互连エ艺)之前开始进行TSVエ艺。然而，在这种方案中，由于衬底上已经形成有功能结构，因此，在孔中填充导电材料之后，难以对其进行化学机械抛光(CMP)处理。又例如，可以在BEOLエ艺之后、晶圆接合(bonding)之前进行TSVエ艺。然而，在这种方案中，为了在互连エ艺之后为TSVエ艺保留足够的空间，通常必须增大晶圆面积，而且往往会使得互连エ艺更加复杂。再例如，可以在晶圆接合之后进行TSVエ艺。这样做的缺点是，接合晶圆所使用的接合材料往往会因无法承受TSVエ艺中的高温而受到损伤，使得晶圆无法接合在一起。在2010年4月15日公开的题为“Through Substrate Via Process”的美国专利申请公开No. 2010/0093169A1中，描述了ー种TSVエ艺。在该公开的方案中，在衬底的第一面上形成功能结构之前，在该第一面上形成孔，在孔的内壁形成作为隔离层的第一电介质材料层，并且在孔中填充第二电介质材料，其中，第一和第二电介质材料不同，可以分别是氧化硅和氮化硅之一；然后在衬底上形成功能结构；此后，从衬底的背面(与第一面相对的面)减薄衬底以露出孔中的第二电介质材料，去除孔中的第二电介质材料，然后在孔中填充金属(例如铜)，从而得到最終的填充有金属的TSV。在该方案中，在形成功能结构之前，衬底中的孔所填充的是氧化硅或氮化硅之类的电介质材料而非金属，其不容易受到后续エ艺中高温的损伤，并且不会污染衬底，同时也避免了上面提到的在形成功能结构之后再开始进行TSVエ艺所遇到的问题。为了方便讨论，在下面的描述中，将TSV制作过程中在填充最終的TSV填充材料(例如铜)之前作为替代物而填充在TSV中的材料称为“TSV替代材料”。
技术实现思路
然而，本专利技术的专利技术人发现，在上述美国专利申请公开No. 2010/0093169A1中的方案中，TSV替代材料使用的是氧化硅或氮化硅之类的材料，这些材料与半导体器件制造的后续エ艺中使用的材料可能具有兼容问题。例如，在TSV形成过程中，以及在诸如浅槽隔离(STI)、局部硅氧化(LOCOS)、形成自对准接触结构等后续エ艺中，往往利用氮化硅或氧化硅作为硬掩模层和/或阻挡层。从而，在去除作为硬掩模层和/或阻挡层的氮化硅或氧化硅时，容易损伤填充在衬底的孔中的TSV替代材料。例如，在STI过程中去除氮化硅硬掩模层时，往往采用热磷酸槽进行湿法刻蚀，这样会损伤TSV替代材料，继而不利地影响后续的エ艺流程。·此外，当TSV替代材料是氧化硅或氮化硅时，一般采用酸(例如磷酸)进行湿法刻蚀来去除TSV中的TSV替代材料。但是，利用酸来进行湿法刻蚀容易损伤位于TSV上的金属接触件。为此，专利技术人提供了ー种新的用于形成TSV的技术方案，以解决现有技术的上述问题中的至少ー个。根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括在衬底的第一面上形成孔；在所述孔的内壁形成隔离层；在所述孔中填充半导体材料；在衬底的第一面上形成功能结构；从衬底的与第一面相对的第二面对衬底进行减薄以露出所述孔中的半导体材料；去除所述半导体材料，以形成贯穿衬底的通孔；以及在所述通孔中填充导电材料。可选地，在衬底的第一面上形成功能结构的步骤包括在所述半导体材料上形成金属与所述半导体材料的化合物。可选地，所述金属是镍、钴或钛。可选地，所述半导体材料是硅、锗或锗硅。可选地，所述半导体材料是多晶硅。可选地，所述半导体材料是η型或P型掺杂的硅。可选地，所述方法还包括在衬底的第一面上形成孔之前，在第一面上依次形成衬垫氧化物层和氮化硅层。可选地，形成隔离层的步骤包括进行氧化处理以在所述孔的内壁形成氧化物隔尚层O可选地，填充半导体材料的步骤包括在所述孔中和所述氮化硅层上沉积半导体材料；进行化学机械抛光以露出氮化硅层；以及去除氮化硅层和衬垫氧化物层。可选地，所述孔的深度为5微米至40微米。可选地，所述隔离层的厚度为50埃至2000埃。可选地，所述导电材料是铜。可选地，所述功能结构包括MOS晶体管。可选地，所述去除所述半导体材料的步骤包括利用各向同性刻蚀エ艺去除所述半导体材料。可选地，通过用含氟的气体进行干法刻蚀来去除所述半导体材料。可选地，通过用碱性溶液进行湿法刻蚀来去除所述半导体材料。 可选地，所述碱性溶液是浓氨水、氢氧化钾溶液、或四甲基氢氧化铵溶液。根据本专利技术的第二方面，提供一种半导体器件，包括衬底，所述衬底具有其上形成有功能结构的第一面和与第一面相对的第二面；以及贯穿衬底的通路，所述通路的内壁上具有隔离层，所述通路中填充有半导体材料，并且在通路中靠近第一面的一端形成有金属与所述半导体材料的化合物。根据本专利技术的第三方面，提供一种半导体器件，包括衬底，所述衬底具有其上形成有功能结构的第一面和与第一面相对的第二面；以及贯穿衬底的通路，所述通路的内壁上具有隔离层，所述通路中填充有导电材料，并且在通路中靠近第一面的一端形成有金属与半导体材料的化合物。可选地，所述半导体材料是硅、锗或锗硅。可选地，所述金属是镍、钴或钛。可选地，所述导电材料是铜。本专利技术的ー个优点在于，可以防止TSV替代材料在后续エ艺中受到损伤。通过以下參照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。參照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中图1A-1G示出根据本专利技术的一个实施例的制造半导体器件的方法的各步骤相应结构的示意性截面图。图2A-2F示出根据本专利技术的ー个具体示例，在衬底中的孔中形成半导体材料填充件的示例性方法的各步骤相应结构的示意性截面图。图3示出根据本专利技术的一个实施例的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底的第一面上形成孔；在所述孔的内壁形成隔离层；在所述孔中填充半导体材料；在衬底的第一面上形成功能结构；从衬底的与第一面相对的第二面对衬底进行减薄以露出所述孔中的半导体材料；去除所述半导体材料，以形成贯穿衬底的通孔；以及在所述通孔中填充导电材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪中山，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：