包括多材料填充物的改进型硅通孔制造技术

本申请涉及一种包括多材料填充物的改进型硅通孔。一种装置包括：衬底，其具有设置在所述衬底内的至少一个孔，其中，所述衬底包括：沟槽，其具有大体上成梯形的横截面，所述沟槽贯穿所述衬底在所述衬底的下表面和所述衬底的上表面之间延伸，其中，所述沟槽的顶部通向顶部开口，并且所述沟槽的底部通向底部开口，所述顶部开口比所述底部开口要大。所述装置可以包括：口状体，其围绕所述顶部开口并且在所述上表面和所述顶部开口之间延伸，其中，所述上表面的口状体开口比所述沟槽的所述顶部开口要大，其中，所述孔包括：电介质层，其设置在沟槽的内表面上。所述装置包括：填充物，其设置在所述沟槽内，所述电介质层夹在所述填充物和所述衬底之间。

【技术实现步骤摘要】
包括多材料填充物的改进型硅通孔
概括地说，本申请涉及一种硅通孔（TSV），并且尤其涉及一种包括多材料填充物的改进型TSV。
技术介绍
小型半导体器件（例如，电容器）被广泛地用于电子设备（例如，个人电子设备）中。这些器件可以被用作压力换能器。例如，这些器件可以被用作麦克风，例如用于记录或播放声音。这些器件可以被用作运动检测器，起到加速度计和/或陀螺仪的作用。其他用途是可能的。随着对个人电子设备的市场需求的增加，制造商寻求通过减小器件的尺寸和降低器件的成本来获利，从而他们可能创造出改进的个人电子设备。美国专利号7,539,003提供了在所有关键的应力点上具有单晶硅的电容式传感器。正如图1A中所示的，绝缘沟槽由沟槽和再填充物（refill）形成，所述再填充物形成用于驱动、传感和防护的电绝缘的导电硅电极。压力端口与电线焊垫相对，以便于封装。还描述了测量平面内加速度和平面外加速度的双轴加速度计。通过复制该加速度计并且相对于其平面外轴旋转90度来提供平面内第三轴。正如图1A中所示的，美国专利号7,539,003中的方法之一依赖于使用不期望的单材料电介质沟槽100结构所形成的器件。该沟槽贯穿半导体101并且具有两个触点102。如图所示，该沟槽难以制造，至少因为它难以沉积填充物。
技术实现思路
除了其他方面以外，本申请还讨论了一种装置，该装置包括：衬底，其具有设置在所述衬底内的至少一个孔，其中，所述衬底包括：沟槽，其具有大体上成梯形的横截面，所述沟槽贯穿所述衬底在所述衬底的下表面和所述衬底的上表面之间延伸，其中，所述沟槽的顶部通向顶部开口，并且所述沟槽的底部通向底部开口，所述顶部开口比所述底部开口要大。所述装置可以包括：口状体，其围绕所述顶部开口并且在所述上表面和所述顶部开口之间延伸，其中，所述上表面内的口状体开口比所述沟槽的所述顶部开口要大，其中，所述孔包括：电介质层，其设置在沟槽的内表面上。所述装置包括：填充物，其设置在所述沟槽内，所述电介质层夹在所述填充物和所述衬底之间。一种在半导体衬底内形成至少一个孔的方法，该方法包括：形成具有大体上成梯形的横截面的沟槽，包括形成贯穿所述衬底在所述衬底的下表面和所述衬底的上表面之间的所述沟槽，所述沟槽通向所述上表面的顶部开口和所述下表面的底部开口，所述顶部开口比所述底部开口要大；形成在所述上表面和所述顶部开口之间延伸的口状体，所述上表面的口状体开口比所述沟槽的所述顶部开口要大；在沟槽的内表面上形成电介质层；以及使用填充物来填充所述沟槽，所述电介质层夹在所述填充物和所述衬底之间。这部分旨在提供对本专利申请的主题的概述。这部分并非旨在提供本专利技术的排他性的或详尽的说明。本文包括了详细的描述，以提供关于本专利申请的进一步信息。附图说明在附图中（这些附图不一定是按照比例绘制的），相同的数字能够描述不同视图中的相似部件。具有不同字母后缀的相同数字能够表示相似部件的不同示例。附图通过示例而非限制的方式概括地示例了本申请中讨论的各个实施例。图1A示出了根据现有技术的具有单材料沟槽的一器件的横截面侧视图。图1B示出了根据一个示例的具有悬垂部分（overhang）和空隙的一器件的横截面侧视图。图2示出了根据一个示例的具有期望属性的孔的横截面侧视图。图3示出了根据一个示例的具有曲线凹槽的孔的横截面侧视图。图4是根据一个示例的具有大体上为直线凹槽的孔的横截面侧视图。图5示出了根据各个示例的空隙的数个不同视图。图6示出了根据一个示例的具有多材料沟槽的一器件的横截面侧视图。图7A示出了根据一个示例的具有限定周界的多材料沟槽的一器件的横截面侧视图。在图7B中描绘了该周界。图7B是沿线7A--7A截取的横截面。图8A示出了根据一个示例的具有由器件层覆盖的限定周界的多材料沟槽的一器件的横截面侧视图。图8B示出了根据一个示例的具有由器件层覆盖的限定周界的多材料沟槽的一器件的横截面侧视图，显示了电容效应。图9示出了根据一个示例的具有由限定交错手指的器件层覆盖的限定周界的多材料沟槽的一器件的横截面侧视图。图10示出了根据一个示例的具有压力换能器和运动传感器（陀螺仪、加速度计、磁力计等）或麦克风的一器件的横截面侧视图。图11示出了根据一个示例的具有设置在器件层内的腔的一器件的横截面侧视图。图12示出了根据一个示例的具有多个孔衬底的一器件的横截面侧视图。图13示出了根据一个示例的具有位于器件层上方的帽状物的一器件的横截面侧视图。图14示出了根据一个示例的具有覆盖器件层的多个器件部分的帽状物的一器件的横截面侧视图。图15示出了根据一个示例的具有多材料沟槽的一器件的横截面侧视图。图16示出了根据一个示例的具有多材料沟槽的一器件的横截面侧视图。图17示出了根据一个示例的由一示例半导体的迭代视图所示出的过程。图18示出了根据一个示例的包括熔融粘合的过程。图19示出了根据一个示例的配置成测量运动的一可选半导体器件的横截面侧视图。具体实施方式本主题解决了现有技术的缺点。美国专利号7,539,003中概述的一种方法能够导致图1B中示出的结构。该示例示出了不期望的悬垂部分（overhang）104和不期望的空隙（void）106，正如由从美国专利号7,539,003的第四栏开始讨论的过程所产生的一样。根据该方法，使用期望长宽比（例如，30：1）的深反应离子蚀刻（DRIE）获得期望厚度（例如，150μm）的硅通孔（TSV）晶圆会导致一个不期望厚度（5μm厚）的电介质沟槽，该TSV晶圆包括设置在电介质材料110（例如，氧化物）内部的材料108（例如，导电材料），该电介质沟槽在未形成空隙106的情况下难以填充。典型的电介质沟槽可以包括二氧化硅，在这样的深沟槽中形成这样的厚氧化物是困难的，至少因为它有助于空隙106的形成，空隙106会减小形成从器件顶部到器件底部的气密密封的可能性。这种方法还会在硅衬底内造成显著的应力，该应力尤其在具有高密度的这种深孔的器件内，会影响器件的完整性，使晶圆易于破裂。悬垂部分104至少通过在期望程度上阻止对半导体101内的腔的填充，有助于空隙的形成。除了其他方面以外，本主题还提供了硅通孔，所述硅通孔能够在高温晶圆粘合下存活，高温晶圆粘合包括在高于1000摄氏度下进行的熔融粘合，相比现有技术，具有改良的可制造性。本主题通过使用双材料沟槽替代单材料沟槽在某些情况下减小了上述方法的影响，其中，第二种材料具有更好的填充能力，并且可以形成具有较少空隙或没有空隙的孔，这能够改善密封（例如，气密密封）。某些示例提供了一种用于在没有空隙（即，一个或多个空隙）的情况下能实现更容易的沟槽填充的改进型沟槽。与单一材料的方法相比，这些示例为单晶硅提供了更加匹配的热膨胀系数（TCE）。这种方法可以减少晶圆弯曲的情况，从而提高晶圆的完整性。图2示出了根据一个示例的具有期望属性的一孔的横截面侧视图。在该示例中，半导体101（例如，硅半导体、单晶硅（SCS）半导体）具有形成在其中的孔（例如，硅通孔）。在衬底101中可以具有部分地或全部地贯穿该衬底101设置的沟槽280。填充物203和电介质204可以气密地密封到衬底。填充物203可以在硅的上表面282下方凹进。凹进的电介质可以减少该电介质与可邻近上表面282设置的部件之间接触的情况。电介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：衬底，其具有设置在所述衬底内的至少一个孔，其中，所述衬底包括：沟槽，其具有大体上成梯形的横截面，所述沟槽贯穿所述衬底在所述衬底的下表面和所述衬底的上表面之间延伸，其中，所述沟槽的顶部通向顶部开口，并且所述沟槽的底部通向底部开口，所述顶部开口比所述底部开口要大；以及口状体，其围绕所述顶部开口并且在所述上表面和所述顶部开口之间延伸，其中，所述上表面内的口状体开口比所述沟槽的所述顶部开口要大，其中，所述孔包括：电介质层，其设置在沟槽的内表面上；以及填充物，其设置在所述沟槽内，所述电介质层夹在所述填充物和所述衬底之间。

【技术特征摘要】
2012.09.12 US 61/700,1861.一种装置，包括：第一衬底，其具有设置在所述第一衬底内的至少一个孔，其中，所述第一衬底包括：沟槽，其具有大体上成梯形的横截面，所述沟槽贯穿所述第一衬底在所述第一衬底的下表面和所述第一衬底的上表面之间延伸，其中，所述沟槽的顶部通向顶部开口，并且所述沟槽的底部通向底部开口，所述顶部开口比所述底部开口要大；以及口状体，其围绕所述顶部开口并且在所述上表面和所述顶部开口之间延伸，其中，所述上表面内的口状体开口比所述沟槽的所述顶部开口要大，并且所述口状体形成锥形物，所述锥形物的斜率与所述沟槽的斜率不同，以及第二衬底，其被粘合到所述第一衬底；其中，所述孔包括：电介质层，其设置在沟槽的内表面上；以及填充物，其设置在所述沟槽内，所述电介质层夹在所述填充物和所述第一衬底之间；其中，所述沟槽限定所述第一衬底内的一电路，所述第一衬底的内部部分位于所述电路内，外部部分围绕所述电路；其中，所述第二衬底包括传感电容器，其中，一个电极由粘合到所述第一衬底的第一触点形成并通过所述第一衬底连接到所述第二衬底，所述第一触点耦合到所述外部部分，另一电极由第二触点形成，所述第二触点耦合到所述内部部分。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一衬底由单晶硅形成。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述填充物和所述电介质气密地密封到所述第一衬底。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述沟槽的横截面从所述顶部开口到所述底部开口逐渐变窄。5.根据权利要1所述的装置，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·L·马克斯，B·伯坎肖，J·布雷泽克，
申请(专利权)人：快捷半导体苏州有限公司，快捷半导体公司，
类型：发明
国别省市：