无金属污染的贯穿衬底过孔结构制造技术

本发明专利技术提供一种不受由于后侧平坦化工艺所致的金属污染影响的贯穿衬底过孔(TSV)结构。在形成贯穿衬底过孔(TSV)沟槽之后，扩散阻挡衬垫保形地沉积于TSV沟槽的侧壁上。通过在扩散阻挡衬垫的竖直部分上沉积电介质材料来形成电介质衬垫。通过随后填充TSV沟槽来形成金属传导过孔结构。去除扩散阻挡衬垫的水平部分。扩散阻挡衬垫在后侧平坦化期间通过阻止源于金属传导过孔结构的残留金属材料进入衬底的半导体材料来保护衬底的半导体材料，由此保护衬底内的半导体器件免受金属污染。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无金属污染的贯穿衬底过孔结构
本公开内容涉及半导体结构领域，并且具体地涉及无金属污染的贯穿衬底过孔结构及其制造方法。
技术介绍
近年来已经提出“三维硅(3DSi) ”结构以实现在封装体或者系统板上装配的多个硅芯片和/或晶片的接合。3DSi结构运用称为“贯穿衬底的过孔”结构或者“TSV”结构的传导过孔结构，这些传导过孔结构提供贯穿半导体芯片衬底的电连接。TSV结构增加给定空间中集成的有源电路的密度。这样的3DSi结构运用贯穿衬底过孔(TSV)以在多个硅芯片和/或晶片之间提供电连接。常规TSV结构通常运用经过半导体芯片的衬底延伸的铜过孔结构。铜过孔结构被氧化硅电介质衬垫从衬底横向电隔离。氧化硅电介质衬垫不防止金属材料扩散通过。因此， 在铜过孔结构的嵌入末端的化学机械抛光期间生成的残留铜材料可能涂污到氧化硅电介质衬垫的端表面上，并且随后经过氧化硅电介质衬垫并且向衬底内的半导体材料中扩散。 这样的残留铜材料向半导体材料中扩散可能在衬底中的半导体器件内产生有害影响，诸如电短接。
技术实现思路
提供一种不受由于后侧平坦化工艺所致的金属污染影响的贯穿衬底过孔(TSV) 结构。在形成贯穿衬底过孔(TSV)沟槽之后，扩散阻挡衬垫保形地沉积于TSV沟槽的侧壁上。通过在扩散阻挡衬垫的竖直部分上沉积电介质材料来形成电介质衬垫。通过随后填充 TSV沟槽来形成金属传导过孔结构。在沉积用于金属传导过孔结构的传导材料之前通过各向异性蚀刻来去除扩散阻挡衬垫的水平部分，或者可以在去除电介质衬垫的水平部分之后通过平坦化来去除扩散阻挡衬垫的水平部分。扩散阻挡衬垫在后侧平坦化期间通过阻止源于金属传导过孔结构的残留金属材料进入衬底的半导体材料来保护衬底的半导体材料，由此保护衬底内的半导体器件免受金属污染。 根据本公开内容的一个方面，提供一种半导体结构，该半导体结构包括半导体衬底和嵌入于其中的贯穿衬底过孔(TSV)结构。TSV结构包括扩散阻挡衬垫，接触半导体衬底内的孔周围的邻接侧壁的全部；电介质衬垫，接触扩散阻挡衬垫的内侧壁；以及金属传导过孔结构，横向接触电介质衬垫。根据本公开内容的另一方面，提供一种形成半导体结构的方法。该方法包括在半导体衬底的第一表面上形成至少一个半导体器件；在半导体衬底中形成沟槽，其中半导体衬底的半导体材料暴露于沟槽的侧壁；在侧壁上直接形成扩散阻挡衬垫；通过用传导填充材料填充沟槽来形成金属传导过孔结构；并且减薄半导体衬底，其中金属传导过孔结构在减薄之后至少从第一表面向半导体衬底的第二表面延伸，其中第二表面位于第一表面的相对侧上。附图说明图1是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在衬底中形成至少一个沟槽之前的竖直截面图。图2A是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在衬底中形成至少一个沟槽之后的竖直截面图。图2B是根据本公开内容第一实施例的图2A的第一示例半导体结构的俯视图。图3是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在沉积邻接扩散阻挡层之后的竖直截面图。图4是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在去除邻接扩散阻挡层的水平部分并且沉积电介质衬垫之后的竖直截面图。图5是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在沉积金属传导过孔结构之后的竖直截面图。图6是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在沉积上互连级结构之后的竖直截面图。图7是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在附着操纵(handle) 衬底之后的竖直截面图。图8是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在去除衬底的后侧部分之后的竖直截面图。图9是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在凹陷后侧半导体表面之后的竖直截面图。图10是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在沉积后侧电介质层之后的竖直截面图。 图11是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在平坦化后侧电介质层之后的竖直截面图。图12是根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构在形成后侧金属焊盘、在后侧上附着C4球并且从前侧分离操纵衬底之后的竖直截面图。图13是根据本公开内容第二实施例的第二示例半导体结构在沉积电介质衬垫之后的竖直截面图。图14是根据本公开内容第二实施例的第二示例半导体结构在沉积金属传导过孔结构并且去除电介质衬垫和扩散阻挡衬垫的水平部分之后的竖直截面图。图15是根据本公开内容第二实施例的第二示例半导体结构在沉积第一上后段工艺(back-end-of-line) (BEOL)电介质层并且在其中形成过孔结构之后的竖直截面图。图16是根据本公开内容第二实施例的第二示例半导体结构在形成后侧金属焊盘、在后侧上附着C4球并且从前侧分离操纵衬底之后的竖直截面图。具体实施方式如上文所言，本公开内容涉及现在参照附图详细描述的无金属污染贯穿衬底过孔结构及其制造方法。在附图全篇中，相同标号或者字母用来标示相似或者等同单元。附图未必按比例绘制。如这里所用，“传导贯穿衬底过孔(TSV)结构”是贯穿衬底(即至少从衬底的顶表面向衬底的底表面)延伸的传导结构。如这里所用，如果表面旨在于平坦，则表面为“基本上平坦”，并且表面的非平坦度受用来形成表面的加工步骤中固有的缺陷限制。如这里所用，“装配表面”是任何如下结构，可以通过产生与该结构的电连接来向该结构装配半导体芯片。装配结构可以是封装衬底、插入体结构或者另一半导体芯片。如这里所用，如果在第一单元与第二单元之间存在电传导路径，则所述第一单元 “传导地连接”到所述第二单元。参照图1，根据本公开内容第一实施例的第一示例半导体结构包括半导体衬底 10。半导体衬底10包括可以从硅、锗、硅锗合金、硅碳合金、硅锗碳合金、砷化镓、砷化铟、磷化铟、II1-V族化合物半导体材料、I1-VI化合物半导体材料、有机半导体材料和其它化合物半导体材料中选择但不限于此的半导体材料。半导体衬底10可以是体衬底、绝缘体上硅 (SOI)衬底或者混合衬底，该混合衬底具有体部分和SOI部分。半导体衬底10的至少上部分包括半导体材料区域，在该半导体材料区域中，运用本领域已知方法来形成至少一个半导体器件12，诸如晶体管、二极管、电容器、电感器和/或电阻器。下互连级结构形成于半导体衬底10的前表面11上。前表面11是半导体衬底的如下表面，至少一个半导体器件位于该表面上。前表面11的至少一部分包括半导体材料。下互连级结构包括下互连级电介质层和嵌入于其中的下互连级传导结构。作为示例例子，下互连级电介质层可以包括第一下互连级电介质层20、第二下互连级电介质层30和第三下互连级电介质层40。下互连级传导结构可以包括嵌入于第一下互连级电介质层20中的第一下互连级过孔结构22和第一下互连级线结构24、嵌入于第二下互连级电介质层30中的第二下互连级过孔结构32和第二下互连级线结构34、以及嵌入于第三下互连级电介质层 40中的第三下互连级过孔结构42和第三下互连级线结构44。下互连级电介质层(20，30， 40)可以包括电介质材料，诸如有机硅酸盐玻璃(OSG)、未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)、掺杂的硅酸盐玻璃、氮化硅或者用作后段工艺电介质材料的任何其它已知电介质材料。下互连级传导结构(22，24，32，34，42，44)可以例如是 Cu、Al、Ag、T1、Ta、W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】2010.07.21 US 12/840,6881.一种半导体结构，包括半导体衬底和嵌入于其中的贯穿衬底过孔(TSV)结构，其中所述TSV结构包括 扩散阻挡衬垫(48)，接触所述半导体衬底内的孔周围的邻接侧壁的全部； 电介质衬垫(50V)，接触所述扩散阻挡衬垫的内侧壁；以及 金属传导过孔结构(51)，横向接触所述电介质衬垫。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫包括传导材料。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫包括传导金属氮化物。4.根据权利要求3所述的半导体结构，其中所述传导金属氮化物选自于TiN、TaN、WN、TiAlN 和 TaCN05.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫包括元素金属。6.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫是从CoW合金和CoWP合金中选择的可电镀材料。7.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫包括阻止金属材料扩散的电介质材料。8.根据权利要求7所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫包括包含金属氧化物的电介质材料。9.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述包含金属氧化物的电介质材料包括HfO2λ ZrO2λ La2O3λ A1203、Ti02、SrTi03、LaAIO3Λ Y2O3Λ HfOxNyΛ ZrOxNyΛ La2OxNyΛ Al2OxNyΛ TiOxNyΛSrTiOxNy、LaAlOxNyJ2OxNy、其硅酸盐及其合金及其非化学当量变体中的至少一种，其中x的每个值独立地从约O. 5至约3，并且y的每个值独立地从O至约2。10.根据权利要求7所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫包括从碳化硅和SiNxCyHz中选择的材料，其中X、y和z的每个值独立地从O至约i。11.根据权利要求7所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬垫包括氮化硅。12.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括 至少一个半导体器件(12)，位于所述半导体衬底的第一表面(11)上；以及 扩散阻挡层，位于所述半导体衬底的第二表面(19)上，其中所述第二表面位于所述第一表面的相对侧上。13.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡层包括阻止金属材料扩散的电介质材料。14.根据权利要求13所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡层包括从包含金属氧化物的电介质材料、碳化硅、SiNxCyHz和氮化硅中选择的材料，其中x、y和z的每个值独立地从O至约I。15.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述电介质衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·法鲁奇，R·汉昂，R·P·沃兰特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：