半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種半導(dǎo)體器件以及制造該半導(dǎo)體器件的方法，可以防止在形成硅穿孔（TSV）時(shí)發(fā)生銅（Cu）離子遷移。該半導(dǎo)體器件包括：硅穿孔（TSV），其形成為穿過半導(dǎo)體基板；氧化物膜，其位于TSV的下部側(cè)壁上；以及第一防護(hù)膜，其形成為覆蓋TSV的上部、TSV的上部側(cè)壁和氧化物膜的上表面。
【專利說明】半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法，更具體地涉及用于防止金屬遷移的技術(shù)，例如，當(dāng)用銅(Cu)形成硅穿孔(TSV)時(shí)，防止銅離子遷移。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體集成電路(1C)的封裝技術(shù)中，已經(jīng)快速開發(fā)出三維(3D)疊層技術(shù)以增大封裝密度并減小電子器件的尺寸，最終生產(chǎn)出高性能半導(dǎo)體器件。通過堆疊具有相同存儲(chǔ)容量的多個(gè)芯片來形成3D疊層封裝，該3D疊層封裝通常被稱為疊層芯片封裝。
[0003]因?yàn)榀B層芯片封裝可以使封裝的生產(chǎn)成本降低并可以在大規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)，所以疊層芯片封裝是有利的。相反地，疊層芯片封裝的不利之處在于:由于通常使疊層芯片的數(shù)量和尺寸增加，所以用于封裝的電連接的線空間變小至尺寸不足。
[0004]也就是說，常規(guī)的疊層芯片封裝包括均被安裝在相互連接的基板上的多個(gè)芯片。這種構(gòu)造允許各個(gè)芯片的焊盤經(jīng)由配線與基板的導(dǎo)電電路圖案電連接。然而，用于配線結(jié)合的空間以及用于將基板連接至配線的電路圖案區(qū)域是必須的，這導(dǎo)致半導(dǎo)體封裝的尺寸增大。
[0005]為了解決上述問題，設(shè)計(jì)出了硅穿孔(TSV)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)疊層芯片封裝。更具體地說，在晶片中的各個(gè)芯片中形成TSV之后，利用TSV豎直地實(shí)現(xiàn)了芯片之間的物理及電連接。
[0006]然而，如果在制造工序期間利用反復(fù)的加熱處理來使TSV露出，則TSV中包含的金屬材料(例如，Cu離子)可能受到應(yīng)力作用并集中到半導(dǎo)體器件的有源區(qū)中。集中的金屬材料可能起到少數(shù)載流子的產(chǎn)生與復(fù)合中心的作用，于是出現(xiàn)漏電流。因此，使半導(dǎo)體封裝的電學(xué)特性劣化。
[0007]當(dāng)形成構(gòu)造成穿過半導(dǎo)體基板和層間絕緣層的TSV時(shí)，Cu離子可能在被吸收到單元區(qū)域的半導(dǎo)體基板的有源區(qū)中之前遷移穿過氧化物膜，因而導(dǎo)致沉積在有源區(qū)上的位線觸點(diǎn)中產(chǎn)生裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在提供一種基本解決了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題的半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法。
[0009]本發(fā)明涉及可以防止在形成硅穿孔(TSV)時(shí)發(fā)生Cu遷移的半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件包括:硅穿孔(TSV)，其構(gòu)造成穿過半導(dǎo)體基板；氧化物膜，其位于所述TSV的下部側(cè)壁上；以及第一防護(hù)膜，其形成為覆蓋所述TSV的上表面、所述TSV的側(cè)壁的上部和所述氧化物膜的上表面。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件包括:硅穿孔(TSV)，其形成為穿過半導(dǎo)體基板；氧化物膜，其位于所述TSV的下部側(cè)壁上；以及第一防護(hù)膜，其形成為覆蓋所述TSV的上表面，其中，所述第一防護(hù)膜的形成在TSV的上部邊緣處的部分具有傾斜表面。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件包括:硅穿孔(TSV)，其構(gòu)造成穿過半導(dǎo)體基板；氧化物膜，其位于所述TSV的下部側(cè)壁上，并設(shè)置成低于所述半導(dǎo)體基板的上表面；以及第一防護(hù)膜，其形成在所述TSV和所述氧化物膜上，并形成在所述TSV的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體基板之間。
[0013]所述半導(dǎo)體器件還可以包括第二防護(hù)膜，所述第二防護(hù)膜形成在所述TSV的側(cè)壁與所述氧化物膜之間。所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜均包括蝕刻選擇性比所述氧化物膜的蝕刻選擇性低的材料。
[0014]所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜均由氮化物材料、多晶材料、以及它們的組合中的任意一者形成。所述半導(dǎo)體器件還可以包括金屬阻擋膜，所述金屬阻擋膜形成在所述TSV的側(cè)壁與所述第二防護(hù)膜之間以及所述TSV的上表面與所述第一防護(hù)膜之間。
[0015]所述半導(dǎo)體器件還可以包括金屬阻擋膜，所述金屬阻擋膜形成在所述TSV的側(cè)壁與所述氧化物膜之間以及所述TSV的上表面與所述第一防護(hù)膜之間。
[0016]所述金屬阻擋膜由鉭(Ta)膜、鈦(Ti)膜、以及它們的層合疊層中的任意一者形成。所述金屬阻擋膜形成為具有1000A個(gè):5000A的厚度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括:在半導(dǎo)體基板中形成孔；在所述孔的內(nèi)表面上形成氧化物膜和金屬阻擋膜；用導(dǎo)電材料填充所述孔，以形成TSV ;將所述半導(dǎo)體基板的背側(cè)移除預(yù)定深度，以使所述氧化物膜露出；使用所述金屬阻擋膜作為掩模來移除所述氧化物膜；以及形成第一防護(hù)膜來覆蓋所述金屬阻擋膜的上部。
[0018]形成所述TSV的步驟還包括:在所述氧化物膜與所述金屬阻擋膜之間形成第二防護(hù)膜。
[0019]移除所述半導(dǎo)體基板的步驟包括:蝕刻所述半導(dǎo)體基板，以使所述半導(dǎo)體基板的一部分具有從TSV的上表面向下形成的傾斜臺(tái)階。
[0020]形成所述第一防護(hù)膜的步驟包括:形成所述第一防護(hù)膜以(i)覆蓋所述TSV的上表面并(ii)覆蓋所述半導(dǎo)體基板的傾斜臺(tái)階部分。
[0021]移除所述半導(dǎo)體基板的步驟包括:在500mT至1000mT的高壓下在最高功率為1000w至1500w以及最低功率為100w至500w的情況下，使用lOOOsccm至2000sccm的HBr氣體、5sccm至lOsccm的02氣體和lOOsccm至500sccm的He氣體來蝕刻所述半導(dǎo)體基板。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括:在半導(dǎo)體基板中形成孔；在所述孔的內(nèi)表面上形成氧化物膜和金屬阻擋膜；用導(dǎo)電材料填充所述孔，以形成硅穿孔(TSV);使用所述氧化物膜作為掩模來移除所述半導(dǎo)體基板的背側(cè)，以使所述氧化物膜的上表面露出；使用所述金屬阻擋膜作為掩模來移除所述氧化物膜的露出的上表面，以使所述金屬阻擋膜的上表面露出；將所述金屬阻擋膜與所述半導(dǎo)體基板之間的所述氧化物膜的側(cè)壁的上部移除，以形成氧化物膜凹陷部；以及形成第一防護(hù)膜，所述第一防護(hù)膜覆蓋所述金屬阻擋膜的露出的上表面并填充所述氧化物膜凹陷部。
[0023]形成所述TSV的步驟還包括:在所述氧化物膜與所述金屬阻擋膜之間形成第二防護(hù)膜。所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜均由蝕刻選擇性比所述氧化物膜的蝕刻選擇性低的材料形成。
[0024]所述金屬阻擋膜由鉭(Ta)膜、鈦(Ti)膜、以及它們的疊層中的任意一者形成。所述金屬阻擋膜形成為具有1 oooA.至5000 A的厚度。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件包括:硅穿孔(TSV)，其穿過半導(dǎo)體基板；第一防護(hù)膜，其設(shè)置在所述硅穿孔(TSV)與所述半導(dǎo)體基板之間；以及第二防護(hù)膜，其形成在所述硅穿孔(TSV)上并在所述半導(dǎo)體基板上延伸；其中，所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜將所述硅穿孔(TSV)與所述半導(dǎo)體基板隔離。
[0026]所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜均包括反銅擴(kuò)散特性比氧化物材料的反銅擴(kuò)散特性更優(yōu)的材料。
[0027]所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜均包括氮化物材料、多晶材料、以及它們的組
合中的任意一者。
[0028]第二防護(hù)膜115a具有臺(tái)階，所述臺(tái)階從所述硅穿孔(TSV)的上表面向下延伸到所述半導(dǎo)體基板的上表面。所述臺(tái)階是角度小于90度的傾斜臺(tái)階。
[0029]所述第一防護(hù)膜沿第一方向延伸，其中，所述第二防護(hù)膜沿與所述第一方向垂直的第二方向延伸。
[0030]所述第二防護(hù)膜包括延伸部，所述延伸部沿所述第一方向延伸并位于所述第一防護(hù)膜上方。
[0031]應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的以上概括描述和以下詳細(xì)描述都是示例性的和解釋性的，并且旨在提供權(quán)利要求書所要求保護(hù)的本發(fā)明的更詳細(xì)的解釋。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0033]圖2a至圖21是示出制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
[0034]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0035]圖4a至圖4e是示出制造根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
[0036]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面參考附圖所示的實(shí)例來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在全部附圖中將盡量用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。在本發(fā)明的以下描述中，當(dāng)會(huì)使得本發(fā)明的主題不清楚時(shí)，將省略對(duì)本文所包括的現(xiàn)有構(gòu)造或功能的詳細(xì)描述。
[0038]下面參考圖1至圖5描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法。
[0039]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0040]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括:TSV 109，其形成為穿過半導(dǎo)體基板101和層間絕緣膜111 ;金屬阻擋膜108，其形成為包圍TSV 109 ;防護(hù)膜107，其形成為包圍金屬阻擋膜108 ;氧化物膜105，其形成在防護(hù)膜107的側(cè)壁上；以及防護(hù)膜115a，其以預(yù)定厚度形成在半導(dǎo)體基板101和防護(hù)膜107上。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板101的與TSV 109的上部側(cè)壁鄰接的部分形成為以預(yù)定角度傾斜，從而形成傾斜部分113。防護(hù)膜115a形成為覆蓋防護(hù)膜107的上部并位于傾斜部分113上，并且防護(hù)膜115a形成有位于TSV 109的上邊緣(B)處的傾斜臺(tái)階。結(jié)果，防護(hù)膜115a在TSV 109和半導(dǎo)體基板101的上部構(gòu)造成形式。
[0041]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，TSV 109的上部被防護(hù)膜115a覆蓋，因而即使TSV 109的上部露出，仍可以防止發(fā)生Cu遷移。另外，由于還在TSV 109的側(cè)壁上形成有防護(hù)膜107，所以可以防止通過TSV 109的側(cè)壁發(fā)生Cu遷移。
[0042]然而，如果位于TSV 109的側(cè)壁處的半導(dǎo)體基板101和氧化物膜105是完全豎直的并且不具有傾斜部分113，則最終的結(jié)構(gòu)容易被應(yīng)力破壞，并有可能在后續(xù)的沉積工序中(即，當(dāng)沉積防護(hù)膜115a時(shí))出現(xiàn)裂紋。因此，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體基板101的上邊緣和氧化物膜105的上邊緣形成為具有預(yù)定傾斜度。
[0043]另外，由于防護(hù)膜115a形成為具有位于TSV 109的上邊緣處的傾斜臺(tái)階，所以可以防止裂紋等；否則，如果防護(hù)膜115a沒有形成傾斜度，則可能產(chǎn)生裂紋。
[0044]圖2a至圖21是示出制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。下面參考圖2a至圖21描述制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法。
[0045]參考圖2a，蝕刻包括晶體管(未示出)的半導(dǎo)體基板101和層間絕緣膜111，從而形成豎直孔103。
[0046]然后，如圖2b所示，在半導(dǎo)體基板101和豎直孔103的側(cè)壁和底部形成具有預(yù)定厚度的氧化物膜105。
[0047]然后，如圖2c所示，將氧化物膜105平坦化，以使半導(dǎo)體基板101的上表面露出，并使氧化物膜105僅保留在豎直孔103的內(nèi)表面上。優(yōu)選地，該平坦化步驟可以利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP )法來執(zhí)行。
[0048]如圖2d所示，在包括氧化物膜105在內(nèi)的豎直孔103的底部和側(cè)壁以及半導(dǎo)體基板101的上表面上沉積預(yù)定厚度的防護(hù)膜107。
[0049]如圖2e所示，將防護(hù)膜107平坦化，以使半導(dǎo)體基板101的上表面露出，并使防護(hù)膜107僅保留在豎直孔103的內(nèi)表面上。然后，在包括防護(hù)膜107在內(nèi)的豎直孔103的側(cè)壁和底部上且在半導(dǎo)體基板101的上部上沉積預(yù)定厚度的金屬阻擋膜108，然后將金屬阻擋膜108平坦化，以使半導(dǎo)體基板101露出。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬阻擋膜108可以由單種膜形成，例如鉭(Ta)、鈦(Ti)等。在另一實(shí)施例中，金屬阻擋膜108可以使用至少兩種金屬材料堆疊成混合形式。例如，金屬阻擋膜108可以由如下結(jié)構(gòu)來形成:鉭(Ta)和氮化鉭(TaN)的疊層結(jié)構(gòu)4S(Ta)、鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)的疊層結(jié)構(gòu)jS(Ta)和鎢(W)的疊層結(jié)構(gòu)；鉭(Ta)和氮化鎢(WN)的疊層結(jié)構(gòu)；或者它們的組合。優(yōu)選地，金屬阻擋膜108可以形成為具
有1000A至5000 A的厚度。
[0050]然后，在包括依次沉積的氧化物膜105、防護(hù)膜107和金屬阻擋膜108在內(nèi)的豎直孔103的側(cè)壁和底部上沉積金屬晶種。用從金屬晶種生長(zhǎng)出來的金屬膜110填充孔103的內(nèi)部，這將形成TSV 109。在一個(gè)實(shí)施例中，如果金屬晶種包括銅(Cu)，則可以使用濺射法來執(zhí)行金屬晶種的沉積，并可以使用電鍍法來執(zhí)行金屬膜110的沉積。然后，執(zhí)行金屬膜110的退火，從而改善金屬膜的特性?？梢栽诖蠹s100°C的溫度下執(zhí)行退火工序。防護(hù)膜107可以由蝕刻選擇性比氧化物膜105的蝕刻選擇性低的材料形成。例如，防護(hù)膜107可以由氮化物膜、多晶材料等形成。[0051]然后，如圖2f所示，執(zhí)行金屬膜110的平坦化，從而在半導(dǎo)體基板101中形成TSV109。
[0052]然后，如圖2g所示，將半導(dǎo)體基板101翻轉(zhuǎn)，以使半導(dǎo)體基板101的背面向上。優(yōu)選地，層間絕緣膜111可以由氧化物材料形成。然后，TSV 109與焊盤(未示出)接觸，焊盤將與其它TSV或封裝墊相連。TSV 109可以經(jīng)由金屬線(Ml、M2)而與焊盤間接地接觸。參考圖2h，蝕刻半導(dǎo)體基板101的背面，以使TSV 109的上部露出。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用與形成在半導(dǎo)體基板101上方的TSV 109或金屬線M2相連的載流子基板(未示出)、以及與載流子基板(未示出)相連的焊盤(未示出)來研磨半導(dǎo)體基板101的背面。
[0053]圖2h至圖21示出半導(dǎo)體基板101，半導(dǎo)體基板101被上下翻轉(zhuǎn)，從而半導(dǎo)體基板101的背面向上露出。另外，應(yīng)該注意到，出于示例的目的，在圖2a至圖2g中示出了在半導(dǎo)體基板中形成溝槽以形成TSV的方法，并且溝槽可以以各種方法來形成以便形成TSV。
[0054]再次參考圖a，蝕刻半導(dǎo)體基板101的背面，以研磨半導(dǎo)體101的背面。這樣，蝕刻掉TSV 109上方的半導(dǎo)體基板101，以使氧化物膜105露出。半導(dǎo)體基板101具有位于TSV 109的上邊緣處的傾斜臺(tái)階。為了形成傾斜臺(tái)階，可以通過在500mT至1000mT的高壓氛圍中在最高功率為lOOOw至1500?以及最低功率為100w至500w的情況下將HBr氣體(lOOOsccm 至 2000sccm)、02 氣體(5sccm 至 lOsccm)和 He 氣體(lOOsccm 至 500sccm)混合,對(duì)半導(dǎo)體基板101執(zhí)行傾斜蝕刻工序。
[0055]優(yōu)選地，可以從TSV 109的上表面蝕刻掉10 μ m厚的半導(dǎo)體基板101。
[0056]另外，在將載流子基板(未示出)安裝在半導(dǎo)體基板101的背面上并且焊盤設(shè)置在載流子基板與半導(dǎo)體基板 101之間的情況下，可以使用焊盤來研磨半導(dǎo)體基板101的背面。在這種情況下，當(dāng)研磨半導(dǎo)體基板的背面時(shí)，可以使用載流子基板支撐并固定半導(dǎo)體基板。然后，如圖2i所示，使用防護(hù)膜107和金屬阻擋膜108作為阻擋物，沿著傾斜臺(tái)階蝕刻氧化物膜105的上部和上邊緣。也就是說，使半導(dǎo)體基板101的背側(cè)的防護(hù)膜107 (在執(zhí)行過度蝕刻(excessive etch)的情況下，還包括金屬阻擋膜108)露出，并且將氧化物膜105傾斜地蝕刻至與位于TSV 109的上部側(cè)壁處的傾斜部分113對(duì)齊。結(jié)果，半導(dǎo)體基板101的背側(cè)和TSV 109上方的防護(hù)膜107的背側(cè)形成&廓。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用干式或濕式蝕刻工序蝕刻氧化物膜105。
[0057]如果過度地執(zhí)行背磨工序(參見圖2h)或蝕刻氧化物膜105的工序(參見圖2i)，則會(huì)將防護(hù)膜107的上部移除，并且可能使TSV109露出。如果TSV 109露出，則形成TSV 109的金屬材料(即，銅(Cu)微粒)可能沿著氧化物膜105擴(kuò)散到半導(dǎo)體基板的有源區(qū)中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了防止這種微粒從TSV 109的上表面流出并擴(kuò)散到有源區(qū)中，在TSV 109的上表面上設(shè)置防護(hù)膜115a，如下文所述。
[0058]如圖2j所示，在TSV 109上形成防護(hù)膜115a，從而使TSV 109被防護(hù)膜115a和防護(hù)膜107包圍，由此使TSV 109與半導(dǎo)體基板101隔離。更具體地說，在半導(dǎo)體基板101的整個(gè)背面以及露出的防護(hù)膜107的整個(gè)表面上沉積具有預(yù)定厚度的防護(hù)膜115a。在一個(gè)實(shí)施例中，防護(hù)膜115a可以由蝕刻選擇性比氧化物膜105的蝕刻選擇性低的材料形成。例如，防護(hù)膜105a可以由氮化物膜、多晶材料等形成。
[0059]然后，在防護(hù)膜115a上沉積層間絕緣膜117，如圖2k所示。在一個(gè)實(shí)施例中，層間絕緣膜117可以包括氧化物材料。[0060]然后，如圖21所示，將層間絕緣膜117平坦化，以使防護(hù)膜115a的上部露出。在一個(gè)實(shí)施例中，該平坦化步驟可以利用CMP工序來執(zhí)行。
[0061]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，將氧化物膜105的上部和上邊緣移除，并用防護(hù)膜115a代替。結(jié)果，可以防止Cu遷移穿過位于TSV 109的上部和側(cè)壁處的氧化物膜。在一個(gè)實(shí)施例中，防護(hù)膜115a可以由在防止Cu擴(kuò)散方面優(yōu)于氧化物膜105的材料形成。例如，可以采用氮基材料作為防護(hù)膜115a。
[0062]另外，金屬阻擋膜108可以在防護(hù)膜107與TSV109之間形成為具有預(yù)定厚度，并且可以使用材料(例如，Ta、TaN、TaW等)的組合來形成，從而可以防止Cu從TSV 109的上部和側(cè)壁遷移。
[0063]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0064]參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括:TSV 109，其形成為穿過半導(dǎo)體基板101和層間絕緣膜111 ;金屬阻擋膜108，其形成為包圍TSV 109 ;防護(hù)膜107，其形成為包圍金屬阻擋膜108 ;氧化物膜105，其形成在防護(hù)膜107的側(cè)壁上；以及防護(hù)膜115b，其形成在半導(dǎo)體基板101的整個(gè)表面和防護(hù)膜107上，具有預(yù)定厚度，并延伸到TSV
109的側(cè)壁處的氧化物膜凹陷部上。
[0065]根據(jù)第二實(shí)施例，防護(hù)膜115b形成為覆蓋防護(hù)膜107的上部以及防護(hù)膜107的側(cè)壁部分(C)的氧化膜凹陷部，從而防護(hù)膜115b形成一~μ形狀。換句話說，防護(hù)膜115b設(shè)置在TSV 109的側(cè)壁的頂部和上部上，從而防護(hù)膜115b在半導(dǎo)體基板101的表面上橫向延伸并且跨過TSV 109的側(cè)壁的上部延伸到半導(dǎo)體基板的表面下方。在一個(gè)實(shí)施例中，防護(hù)膜107和金屬阻擋膜108可以設(shè)置在TSV 109與防護(hù)膜115b之間。在下文中，將防護(hù)膜115b的這種形狀稱為“錘形形狀”。
[0066]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，用防護(hù)膜115b覆蓋TSV 109的上部，并且防護(hù)膜115b通過如下方式形成:TSV 109的側(cè)壁形成在半導(dǎo)體基板101的暴露位置下方。結(jié)果，可以防止Cu遷移穿過TSV 109的側(cè)壁和上部。
[0067]另外，防護(hù)膜115b形成為錘形形狀以防止Cu遷移。與圖5所示的(_T~L形)防護(hù)膜的豎直構(gòu)造相比，錘狀防護(hù)膜115b可以更有效地防止半導(dǎo)體基板101和氧化物膜105中出現(xiàn)裂紋。
[0068]圖4a至圖4e是示出制造根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
[0069]本發(fā)明的第二實(shí)施例與本發(fā)明的第一實(shí)施例可以在圖2a至圖2g所示的上述制造步驟方面基本相同，但與第一實(shí)施例的不同之處至少在于蝕刻半導(dǎo)體基板101的背面的工序。同樣地，將省略對(duì)相同或相似步驟的詳細(xì)描述。下面參考圖4a至圖4e對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0070]參考圖4a，蝕刻半導(dǎo)體基板101，以使形成在TSV 109上的氧化物膜105以及氧化物膜105的上部側(cè)壁露出。在一個(gè)實(shí)施例中，與TSV 109垂直地對(duì)經(jīng)過蝕刻的半導(dǎo)體基板101進(jìn)行均勻蝕刻，以相對(duì)于氧化物膜105的上表面形成臺(tái)階。臺(tái)階基本上不具有傾斜度。
[0071]然后，如圖4b所示，使用防護(hù)膜107和金屬阻擋膜108作為阻擋物，對(duì)氧化物膜105的形成在TSV 109上方的部分以及氧化物膜105的上部側(cè)壁進(jìn)行蝕刻。在一個(gè)實(shí)施例中，將氧化物膜105的上部側(cè)壁蝕刻得更深，以從半導(dǎo)體基板101的露出的上表面向下形成臺(tái)階，從而形成氧化物膜凹陷部112。這里，為了形成氧化物膜凹陷部112，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)蝕刻條件。例如，必要時(shí)可以增加氧化物膜蝕刻時(shí)間，或者可以將蝕刻劑更換成其它蝕刻劑。
[0072]然后，如圖4c所示，在半導(dǎo)體基板101、防護(hù)膜107和氧化物膜凹陷部112上沉積防護(hù)膜115b。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用蝕刻選擇性比氧化物膜105的蝕刻選擇性低的材料來沉積防護(hù)膜107或115b。例如，防護(hù)膜107或115b可以由氮化物膜或多晶材料形成。結(jié)果，防護(hù)膜115b沉積在TSV 109的上部上并填充氧化物膜凹陷部112，從而防止Cu沿著氧化物膜105遷移。
[0073]參考圖4d，在防護(hù)膜115b上沉積層間絕緣膜117。層間絕緣膜117可以包括氧化物材料。
[0074]然后，如圖4e所示，將層間絕緣膜117平坦化，以使防護(hù)膜115b的上部露出。優(yōu)選地，該平坦化步驟可以利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP )來執(zhí)行。
[0075]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
[0076]參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括:TSV 109，其形成為穿過半導(dǎo)體基板101和層間絕緣膜111 ;金屬阻擋膜108，其形成為包圍TSV 109 ;防護(hù)膜107，其形成為包圍金屬阻擋膜108 ;氧化物膜105，其形成在防護(hù)膜107的側(cè)壁上；以及防護(hù)膜115c，其形成在半導(dǎo)體基板101的整個(gè)表面和防護(hù)膜107上且在氧化物膜105的上部側(cè)壁上，并具有預(yù)定厚度。
[0077]防護(hù)膜115c在TSV 109和半導(dǎo)體基板101上形成_T~L形狀。也就是說，根據(jù)第三實(shí)施例，防護(hù)膜115c可以設(shè)置在TSV 109的上表面和側(cè)壁的上部上，并在半導(dǎo)體基板101上橫向延伸。然而，與第二實(shí)施例不同的是，在第三實(shí)施例中，防護(hù)膜115c可以不延伸至半導(dǎo)體基板101的上表面的下方。根據(jù)第三實(shí)施例的防護(hù)膜115c可以防止Cu遷移穿過TSV109的上部和側(cè)壁。
[0078]除了形成氧化物膜凹陷部112的工序之外，圖5所示的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體制造方法可以與圖4a至圖4e所示的工序基本相同。這里將省略對(duì)這種工序的詳細(xì)描述，以便于描述和更好地理解本發(fā)明。
[0079]如上文所述的本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例，在TSV 109的上部和側(cè)壁上沉積預(yù)定厚度的金屬阻擋膜108，從而可以更有效地防止發(fā)生Cu遷移。
[0080]在一個(gè)實(shí)施例中，盡管本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例示例性地公開了:組合使用形成在TSV 109上的防護(hù)膜(115a、115b、115c)以及形成在TSV 109的側(cè)壁上的防護(hù)膜107，但應(yīng)該注意到，即使當(dāng)形成了沉積在TSV 109上的防護(hù)膜(115a、115b、115c)但未設(shè)置側(cè)壁上的防護(hù)膜107時(shí)，或者當(dāng)形成了側(cè)壁上的防護(hù)膜107而未形成沉積在TSV 109上的防護(hù)膜(115a、115b、115c)時(shí),第一實(shí)施例至第三實(shí)施例仍然可以防止發(fā)生Cu遷移。
[0081]另外，本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例所示的金屬阻擋膜108可以由鉭(Ta)或鈦(Ti)制成的單種膜形成。金屬阻擋膜108可以使用至少兩種金屬材料堆疊成混合形式。例如，金屬阻擋膜108可以由如下疊層結(jié)構(gòu)中的至少一種疊層結(jié)構(gòu)形成:鉭(Ta)和氮化鉭(TaN)的疊層結(jié)構(gòu)；.(Τ&)、鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)的疊層結(jié)構(gòu)jS(Ta)和鎢(W)的疊層結(jié)構(gòu)；以及鉭(Ta)和氮化鎢(WN)的疊層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，金屬阻擋膜108可以形成為具有iOOOA至5000 A的厚度。[0082]另外，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例，TSV 109的側(cè)壁上的防護(hù)膜107以及形成在TSV 109的上表面上的防護(hù)膜(115a、115b、115c)均可以由蝕刻選擇性比氧化物膜105的蝕刻選擇性低的材料形成。例如，防護(hù)膜107、115a、115b或115c可以由氮化物材料或多晶材料形成。在一個(gè)實(shí)施例中，防護(hù)膜107或防護(hù)膜(115a、115b、115c)可以由能夠防止Cu遷移的同一種材料形成，也可以由不同的材料形成。
[0083]從以上描述中可以容易地看出，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法可以防止在形成硅穿孔(TSV)時(shí)發(fā)生Cu遷移，從而防止發(fā)生位線觸點(diǎn)裂紋并提高了半導(dǎo)體器件的成品率。
[0084]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和本質(zhì)特征的情況下，可以以與本文所給出的具體方式不同的方式來實(shí)施本發(fā)明。因此，就所有方面而言，應(yīng)該認(rèn)為上述實(shí)施例是示例性的，而不是限制性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)該由權(quán)利要求書及其等同內(nèi)容來確定，而不是由上述描述來確定，并且本文意圖涵蓋落入所附權(quán)利要求書的含義和等同范圍內(nèi)的全部修改。另外，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，在從屬權(quán)利要求中未彼此明確地引用的權(quán)利要求可以作為本發(fā)明的示例性實(shí)施例相組合，或者在本申請(qǐng)?zhí)峤恢蟮暮罄m(xù)修改中被包括為新的權(quán)利要求。
[0085]本發(fā)明的上述實(shí)施例是示例性的而非限制性的。各種替代及等同的方式都是可行的。本發(fā)明并不限于本文中所描述的沉積、蝕刻、拋光以及圖案化步驟的類型。本發(fā)明也不限于任何特定類型的半導(dǎo)體器件。舉例而言，本發(fā)明可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)(DRAM)器件或非易失性存儲(chǔ)器件。對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
所作的其它增加、刪減或修改是顯而易見的并且落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
[0086]本申請(qǐng)要求2012年8月20日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)N0.10-2012-0090828的優(yōu)先權(quán)，該韓國(guó)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括:硅穿孔，其構(gòu)造成穿過半導(dǎo)體基板；氧化物膜，其位于所述硅穿孔的下部側(cè)壁上；以及第一防護(hù)膜，其形成為覆蓋所述硅穿孔的上表面、所述硅穿孔的側(cè)壁的上部和所述氧化物膜的上表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括:第二防護(hù)膜，其形成在所述硅穿孔的側(cè)壁與所述氧化物膜之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜均包括蝕刻選擇性比所述氧化物膜的蝕刻選擇性低的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一防護(hù)膜和所述第二防護(hù)膜均由氮化物材料、多晶材料、以及它們的組合中的任意一者形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件還包括:金屬阻擋膜，其形成在所述硅穿孔的側(cè)壁與所述第二防護(hù)膜之間以及所述硅穿孔的上表面與所述第一防護(hù)膜之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括:金屬阻擋膜，其形成在所述硅穿孔的側(cè)壁與所述氧化物膜之間以及所述硅穿孔的上表面與所述第一防護(hù)膜之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述金屬阻擋膜由鉭膜、鈦膜、以及它們的層合疊層中的任意一者形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述金屬阻擋膜形成為具有1000A至5000 A的厚度。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括:硅穿孔，其構(gòu)造成穿過半導(dǎo)體基板；氧化物膜，其位于所述硅穿孔的下部側(cè)壁上；以及第一防護(hù)膜，其形成為覆蓋所述硅穿孔的上表面，其中，所述第一防護(hù)膜的形成在所述硅穿孔的上邊緣處的部分具有傾斜表面。
10.一種半導(dǎo)體器件，包括:硅穿孔，其構(gòu)造成穿過半導(dǎo)體基板；氧化物膜，其位于所述硅穿孔的下部側(cè)壁上，并設(shè)置成低于所述半導(dǎo)體基板的上表面；以及第一防護(hù)膜，其形成在所述硅穿孔和所述氧化物膜上，并形成在所述硅穿孔的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體基板之間。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103633041SQ201310150428
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月20日
【發(fā)明者】李東烈 申請(qǐng)人:愛思開海力士有限公司