專利名稱：穿硅通孔結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種穿硅通孔結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
3D封裝將兩片或更多的集成電路垂直堆疊封裝在同一芯片中，從而可以減少占用的空間，3D封裝中常用的承載集成電路的襯底往往具有穿硅通孔結(jié)構(gòu)(TSV，Through-Silicon-Vias)。通過(guò)采用穿娃通孔結(jié)構(gòu)來(lái)取代傳統(tǒng)的邊緣連線來(lái)進(jìn)行3D封裝，可以在ー個(gè)小的器件封裝(footprint)中集成更多的邏輯功能。此外，采用穿硅通孔結(jié)構(gòu)可以有效的縮短關(guān)鍵路徑(critical path)，減小延遲，提高器件速度。穿硅通孔結(jié)構(gòu)主要是在半導(dǎo)體襯底上形成貫穿的通孔，并在其中填充形成連接釘(nail)，之后通過(guò)連接釘與另一晶圓或另一芯片上的互連結(jié)構(gòu)相連來(lái)實(shí)現(xiàn)3D封裝，其形成 方法有多種，包括穿硅通孔結(jié)構(gòu)優(yōu)先法，在形成電路之前首先形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)；中期形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)法，在完成前道エ藝之后(形成器件之后)、進(jìn)行后道エ藝之前(形成互連結(jié)構(gòu)之前)形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)；后形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)法，在形成電路之后，即形成器件和互連結(jié)構(gòu)之后形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)；鍵合后形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)法，在將兩個(gè)晶圓或?qū)ⅸ`個(gè)晶圓和一塊芯片鍵合后形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)法?，F(xiàn)有技術(shù)的穿硅通孔結(jié)構(gòu)主要是基于銅互連エ藝形成的，圖I至圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的ー種穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖。參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上可以形成有半導(dǎo)體器件，如MOS晶體管，也可以形成有半導(dǎo)體器件和互連結(jié)構(gòu)，或者也可以并不包括半導(dǎo)體器件和互連結(jié)構(gòu)。參考圖2，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底10的上表面進(jìn)行刻蝕，形成開(kāi)ロ 11。參考圖3，形成阻擋層12，覆蓋所述開(kāi)ロ的底部、側(cè)壁和所述半導(dǎo)體襯底10的上表面，之后在所述阻擋層12上通過(guò)電鍍法形成金屬銅13，填充所述開(kāi)ロ，在形成金屬銅13之前還包括在所述阻擋層12的表面上形成籽晶層(seedlayer)。參考圖4，對(duì)覆蓋在半導(dǎo)體襯底10上的金屬銅和阻擋層12進(jìn)行平坦化，至暴露出所述半導(dǎo)體襯底10的上表面，形成連接釘13a。參考圖5，從所述半導(dǎo)體襯底10的下表面對(duì)其進(jìn)行減薄，至暴露出所述連接釘13a，使得所述開(kāi)ロ成為貫穿整個(gè)半導(dǎo)體襯底10的通孔，完成穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程。不管是采用穿硅通孔結(jié)構(gòu)優(yōu)先法、中期形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)法、后形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)法還是鍵合后形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)法，基于銅互連エ藝的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中的一個(gè)較大的挑戰(zhàn)是金屬銅的填充問(wèn)題。例如，在諸如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，Micro-electromechanical System)等應(yīng)用中，傳感器需要與控制電路相連,可以將所述傳感器和控制電路分別生產(chǎn)于不同的半導(dǎo)體襯底，并采用穿硅通孔結(jié)構(gòu)將傳感器中的每個(gè)子単元和控制單元中的每個(gè)子單元對(duì)應(yīng)相連，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程，提高良率。但是，這類應(yīng)用往往需要在半導(dǎo)體襯底上形成高密度的穿硅通孔結(jié)構(gòu)，即在単位面積中形成更多數(shù)量的穿硅通孔結(jié)構(gòu)。為了滿足密度的需求，穿硅通孔結(jié)構(gòu)的直徑必須變得很小，但同時(shí)為了保證半導(dǎo)體襯底本身的機(jī)械強(qiáng)度，半導(dǎo)體襯底的厚度需要足夠大，這就造成穿娃通孔的深寬比(aspect ratio)變得很大。隨著穿娃通孔結(jié)構(gòu)中通孔的深寬比的不斷増大，特別是深寬比大于10 I時(shí)，形成連續(xù)的阻擋層和籽晶層變得非常困難，阻擋層和籽晶層的不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致電鍍填充后形成的連接釘中出現(xiàn)空洞缺陷(void)，使得可靠性下降，甚至有可能造成斷路問(wèn)題。關(guān)于穿硅通孔結(jié)構(gòu)的更多詳細(xì)描述，請(qǐng)參考專利號(hào)為7，683，459和7，633，165的
美國(guó)專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中隨著深寬比増大，基于銅互連エ藝的穿硅通孔結(jié)構(gòu)可靠性下降的問(wèn)題。 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種穿硅通孔結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有凹槽，所述凹槽中填充有介質(zhì)層；貫穿所述半導(dǎo)體襯底和所述介質(zhì)層的連接釘，所述連接釘包括上下相接的第一連接釘和第二連接釘，所述第一連接釘內(nèi)嵌于所述半導(dǎo)體襯底中，所述第二連接釘內(nèi)嵌于所述介質(zhì)層中，所述第二連接釘?shù)牟牧蠟榭煽涛g的導(dǎo)電材料。可選地，所述可刻蝕的導(dǎo)電材料選自鋁、摻雜的多晶硅或摻雜的多晶硅鍺?？蛇x地，所述介質(zhì)層的材料選自氧化硅、氮氧化硅或低k介質(zhì)材料?？蛇x地，所述第一連接釘?shù)牟牧线x自銅、鎢、鋁或摻雜的多晶硅。本發(fā)明還提供了一種穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括相対的上表面和下表面；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的上表面進(jìn)行刻蝕，形成開(kāi)ロ ；在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料，形成第一連接釘；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行刻蝕，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述第一連接釘；在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料，并對(duì)所述可刻蝕的導(dǎo)電材料進(jìn)行刻蝕，形成第二連接釘，所述第二連接釘與所述第一連接釘上下相接；在所述第二連接釘與所述半導(dǎo)體襯底之間的空隙以及相鄰的第二連接釘之間的空隙中填充介質(zhì)層?？蛇x地，所述可刻蝕的導(dǎo)電材料選自鋁、摻雜的多晶硅或摻雜的多晶硅鍺?？蛇x地，所述可刻蝕的導(dǎo)電材料為鋁，使用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料。可選地，所述介質(zhì)層的材料選自氧化硅、氮氧化硅或低k介質(zhì)材料。可選地，在形成所述第一連接釘之后，形成所述凹槽之前，所述形成方法還包括將所述半導(dǎo)體襯底的上表面固定在承載基板上；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行減薄。可選地，在將所述半導(dǎo)體襯底的上表面固定在承載基板上之前，所述形成方法還包括在所述半導(dǎo)體襯底的上表面形成光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(lithographyalignment mark),所述光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的深度大于所述第一連接釘?shù)纳疃??？蛇x地，所述對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行減薄之后，暴露出所述光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記?？蛇x地，所述承載基板為硅基板或玻璃基板?？蛇x地，所述導(dǎo)電材料為銅，所述在所述開(kāi)ロ中填充導(dǎo)電材料，形成第一連接釘包括在所述開(kāi)ロ的底部和側(cè)壁依次形成阻擋層和銅籽晶層；在所述開(kāi)口中填充金屬銅，所述金屬銅覆蓋所述銅籽晶層； 對(duì)所述金屬銅的表面進(jìn)行平坦化，至暴露出所述半導(dǎo)體襯底的上表面。可選地，所述導(dǎo)電材料為鎢或鋁，使用物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)在所述開(kāi)ロ中填充導(dǎo)電材料?？蛇x地，所述導(dǎo)電材料為摻雜的多晶硅，使用化學(xué)氣相沉積在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料?？蛇x地，在形成所述介質(zhì)層之后，所述形成方法還包括對(duì)所述介質(zhì)層的表面進(jìn)行平坦化，至暴露出所述第二連接釘。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實(shí)施例有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法中，首先在半導(dǎo)體襯底的上表面形成深寬比適度的開(kāi)ロ，并在其中填充形成第一連接釘，一般地，所述開(kāi)ロ的深寬比選擇較為適中的數(shù)值，以改善所述第一連接釘?shù)奶畛湫Ч?，避免其中出現(xiàn)空洞缺陷等問(wèn)題；之后在所述半導(dǎo)體襯底的下表面形成凹槽，在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料并對(duì)其進(jìn)行刻蝕后形成第二連接釘，一般地，可以形成寬度較大的凹槽，即所述凹槽具有較小的深寬比，以改善所述可刻蝕的導(dǎo)電材料的填充效果，從而避免通過(guò)刻蝕形成的第二連接釘中的空洞缺陷問(wèn)題。因此，本實(shí)施例形成的穿硅通孔結(jié)構(gòu)能夠在具有大深寬比的同時(shí)還具有較高的可靠性。


圖I至圖5是現(xiàn)有技術(shù)的ー種穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法的實(shí)施例的流程示意圖；圖7至圖19是本發(fā)明穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法的實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)中形成穿硅通孔結(jié)構(gòu)的方法主要基于銅互連エ藝，隨著穿硅通孔結(jié)構(gòu)密度的増大，其深寬比也相應(yīng)的増大，導(dǎo)致銅擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層可能無(wú)法完全覆蓋通孔的內(nèi)表面，從而使得電鍍填充后形成的連接釘中產(chǎn)生空洞缺陷，導(dǎo)致穿硅通孔結(jié)構(gòu)的可靠性下降，甚至出現(xiàn)斷路問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法中，首先在半導(dǎo)體襯底的上表面形成深寬比適度的開(kāi)ロ，并在其中填充形成第一連接釘，一般地，所述開(kāi)ロ的深寬比選擇較為適中的數(shù)值，以改善所述第一連接釘?shù)奶畛湫Ч?，避免其中出現(xiàn)空洞缺陷等問(wèn)題；之后在所述半導(dǎo)體襯底的下表面形成凹槽，在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料并對(duì)其進(jìn)行刻蝕后形成第二連接釘，一般地，可以形成寬度較大的凹槽，即所述凹槽具有較小的深寬比，以改善所述可刻蝕的導(dǎo)電材料的填充效果，從而避免通過(guò)刻蝕形成的第二連接釘中的空洞缺陷問(wèn)題。因此，本實(shí)施例形成的穿硅通孔結(jié)構(gòu)能夠在具有大深寬比的同時(shí)還具有較高的可靠性。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施方式
的限制。圖6示出了本發(fā)明的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法的實(shí)施例的流程示意圖，包括
步驟S21，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括相対的上表面和下表面；步驟S22，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的上表面進(jìn)行刻蝕，形成開(kāi)ロ ；步驟S23,在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料,形成第一連接釘；步驟S24，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行刻蝕，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述第一連接釘；步驟S25，在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料，并對(duì)所述可刻蝕的導(dǎo)電材料進(jìn)行刻蝕，形成第二連接釘，所述第二連接釘與所述第一連接釘上下相接；步驟S26，在所述第二連接釘與所述半導(dǎo)體襯底之間的空隙以及相鄰的第二連接釘之間的空隙中填充介質(zhì)層。圖7至圖19示出了本發(fā)明的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法的實(shí)施例的剖面示意圖，下面結(jié)合圖6和圖7至圖19對(duì)第一實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。結(jié)合圖6和圖7，執(zhí)行步驟S21，提供半導(dǎo)體襯底20，所述半導(dǎo)體襯底20包括相對(duì)的上表面20a和下表面20b。具體地，所述半導(dǎo)體襯底20可以是硅襯底、鍺硅襯底、III-V族元素化合物襯底、碳化硅襯底或其疊層結(jié)構(gòu)，或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底20為硅襯底，其中可以形成有傳感器或控制電路等，也可以是空白的娃襯底。結(jié)合圖6和圖8，執(zhí)行步驟S22，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a進(jìn)行刻蝕，形成開(kāi)ロ 20c。作為示例，圖8中形成的開(kāi)ロ 20c的個(gè)數(shù)為3個(gè)。所述開(kāi)ロ 20c的形成過(guò)程可以包括在所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a上形成光刻膠層并圖形化，定義出所述開(kāi)ロ20c的圖形；以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對(duì)所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a進(jìn)行刻蝕，形成所述開(kāi)ロ 20c ;去除所述圖形化后的光刻膠層。需要說(shuō)明的是，所述開(kāi)ロ 20c并沒(méi)有穿透所述半導(dǎo)體襯底20，其寬度等于預(yù)期形成的穿硅通孔結(jié)構(gòu)中的鏈接釘?shù)膶挾?，所述開(kāi)ロ 20c的深度由后續(xù)填充形成的第一連接釘?shù)牟牧虾庭ㄋ嚊Q定，也就是說(shuō)所述開(kāi)ロ 20c的深寬比需要保證后續(xù)采用常規(guī)的CVD、電鍍等エ藝形成的第一連接釘?shù)奶畛湫Ч?，防止其中出現(xiàn)空洞缺陷。結(jié)合圖6和圖10，執(zhí)行步驟S23，在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料23，形成第一連接釘。所述導(dǎo)電材料23選自銅、鎢、鋁或摻雜的多晶硅。本實(shí)施例中，所述導(dǎo)電材料23為銅，所述第一連接釘包括依次形成于所述開(kāi)ロ側(cè)壁和底部的阻擋層21和銅籽晶層22。下面參考圖9和圖10具體說(shuō)明所述第一連接釘?shù)男纬蛇^(guò)程。首先參考圖9，在所述開(kāi)ロ的底部和側(cè)壁依次形成阻擋層21和銅籽晶層22，本實(shí)施例中所述阻擋層21和銅籽晶層22還覆蓋所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a。所述阻擋層21的材料可以是Ta，TaN等，所述阻擋層21和銅籽晶層22的形成方法可以是PVD。之后參考圖10，在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料23，具體為金屬銅，所述金屬銅覆蓋所述銅籽晶層22 ;在填充后對(duì)所述金屬銅的表面進(jìn)行平坦化，如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，至暴露出所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a。在其他具體實(shí)施例中，所述導(dǎo)電材料23也可以是鎢或者鋁，其填充方法為PVD或CVD ;所述導(dǎo)電材料23還可以是摻雜的多晶硅，其填充方法為CVD，可以使用原位(in-situ)摻雜的方法在多晶硅中引入摻雜離子。結(jié)合圖6和圖14，執(zhí)行步驟S24，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底20的下表面20b進(jìn)行刻蝕，形成凹槽25，所述凹槽25底部暴露出所述第一連接釘。下面參考圖11至圖14詳細(xì)說(shuō)明。首先參考圖11，在所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a形成光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記24,所述光 刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記24的深度大于所述第一連接釘?shù)纳疃?，即大于所述開(kāi)ロ的深度，更具體的，所述光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記24的深度大于或等于預(yù)期形成的穿硅通孔結(jié)構(gòu)中的連接釘?shù)纳疃?。所述光刻?duì)準(zhǔn)標(biāo)記24可以是形成在所述上表面20a的ー個(gè)溝槽，也可以是形成溝槽后在其中填充的介質(zhì)或金屬材料。之后參考圖12，將所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a固定在承載基板30上。所述承載基板30可以是娃基板、玻璃基板等。固定的方法可以是粘合、鍵合等。之后參考圖13，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底20的下表面20b進(jìn)行減薄，減薄至剩余的半導(dǎo)體襯底20的厚度能夠滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求。減薄后，所述半導(dǎo)體襯底20的下表面20b暴露出所述光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記24。之后參考圖14，將所述半導(dǎo)體襯底20和所述承載基板30翻轉(zhuǎn)，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底20的下表面20b進(jìn)行刻蝕，形成凹槽25。所述凹槽25的底部暴露出所述第一連接釘，本實(shí)施例中具體為暴露出所述阻擋層21。所述凹槽25的寬度需足夠?qū)?，以保證后續(xù)可刻蝕的導(dǎo)電材料的填充效果。本實(shí)施例中，所述凹槽25的寬度范圍覆蓋之前形成在上表面20a的全部第一連接釘?shù)姆秶?。所述凹?5的形成過(guò)程可以包括光刻、刻蝕等。結(jié)合圖6、圖15和圖16，執(zhí)行步驟S25，在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料26，并對(duì)所述可刻蝕的導(dǎo)電材料26進(jìn)行刻蝕，形成第二連接釘26a，所述第二連接釘26a與所述第一連接釘上下相接。具體的，本實(shí)施例中，所述第二連接釘26a與所述阻擋層21相接。所述可刻蝕的導(dǎo)電材料26選自鋁、摻雜的多晶硅或摻雜的多晶硅鍺。本實(shí)施例中，所述可刻蝕的導(dǎo)電材料26優(yōu)選為鋁，其填充方法為PVD或CVD?？梢酝ㄟ^(guò)光刻、刻蝕等エ藝對(duì)所述可刻蝕的導(dǎo)電材料26進(jìn)行圖形化，從而形成第ニ連接釘26a，各第二連接釘26a分別與ー個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的第一連接釘上下相接。所述圖形化的過(guò)程中可以通過(guò)所述光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記24進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，以使得刻蝕形成的第二連接釘26a的位置能夠與形成于上表面20a的第一連接釘?shù)奈恢脤?duì)應(yīng)。需要說(shuō)明的是，在對(duì)所述可刻蝕的導(dǎo)電材料26進(jìn)行刻蝕時(shí)，需要將所述可刻蝕的導(dǎo)電材料26刻穿，即刻蝕后形成的空隙的底部暴露出所述半導(dǎo)體襯底20，以保證刻蝕形成的各第二連接釘26a之間彼此絕緣。結(jié)合圖6和圖17，執(zhí)行步驟S26，在所述第二連接釘26a與所述半導(dǎo)體襯底20之間的空隙以及相鄰的第二連接釘26a之間的空隙填充介質(zhì)層27。所述介質(zhì)層27的材料選自氧化硅、氮氧化硅或低k介質(zhì)材料，其形成方法可以是CVD。在填充形成所述介質(zhì)層27的過(guò)程中，形成的介質(zhì)層27會(huì)覆蓋所述第二連接釘26a的表面，因此之后還可以對(duì)所述介質(zhì)層27的表面進(jìn)行平坦化，至暴露出所述第二連接釘26a。對(duì)所述介質(zhì)層27的平坦化方法可以是化學(xué)機(jī)械拋光或選擇性刻蝕等。至此，本實(shí)施例形成的穿硅通孔結(jié)構(gòu)可以參考圖17，包括半導(dǎo)體襯底20，所述半導(dǎo)體襯底20上形成有凹槽，所述凹槽中填充有介質(zhì)層27 ;貫穿所述半導(dǎo)體襯底20和所述介質(zhì)層27的連接釘，所述連接釘包括上下相接的第一連接釘(本實(shí)施例中具體包括阻擋層21、銅籽晶層22和金屬銅23)和第二連接釘26a，其中，第一連接釘內(nèi)嵌于所述半導(dǎo)體襯底20中，所述第二連接釘內(nèi)嵌于所述介質(zhì)層27中，所述第二連接釘?shù)牟牧蠟榭煽涛g的導(dǎo)電材料。本實(shí)施例中的穿硅通孔結(jié)構(gòu)由分別形成在上表面的第一連接釘和形成在下表面的第二連接釘組成。由于第一連接釘填充的開(kāi)ロ的深寬比適中，因而保證了第一連接釘?shù)奶畛湫Ч苊饬似渲械目斩慈毕?；另外，所述第二連接釘是通過(guò)填充可刻蝕的導(dǎo)電材料后刻蝕形成的，由于所述凹槽的寬度較大，保證了可刻蝕的導(dǎo)電材料的填充效果，因此也避免 了第二連接釘中的空洞缺陷。之后，參考圖18，通過(guò)所述連接釘，將所述半導(dǎo)體襯底20和基板40對(duì)接。在一具體實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a上形成有傳感器，所述基板40上形成有控制電路，所述控制電路包括多個(gè)子單元41，對(duì)接后傳感器中的各子単元通過(guò)連接釘與控制電路中對(duì)應(yīng)的子單元41相連接。繼續(xù)參考圖19，將所述承載基板剝離，暴露出所述半導(dǎo)體襯底20的上表面20a。剝離之后，還可以對(duì)所述上表面20a進(jìn)行清洗。此后，還可以對(duì)所述半導(dǎo)體襯底20和所述基板40進(jìn)行劃片，將其切割拆分成多個(gè)獨(dú)立的裸片(die)。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述掲示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種穿硅通孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有凹槽，所述凹槽中填充有介質(zhì)層； 貫穿所述半導(dǎo)體襯底和所述介質(zhì)層的連接釘，所述連接釘包括上下相接的第一連接釘和第二連接釘，所述第一連接釘內(nèi)嵌于所述半導(dǎo)體襯底中，所述第二連接釘內(nèi)嵌于所述介質(zhì)層中，所述第二連接釘?shù)牟牧蠟榭煽涛g的導(dǎo)電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可刻蝕的導(dǎo)電材料選自鋁、摻雜的多晶硅或摻雜的多晶硅鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料選自氧化硅、氮氧化娃或低k介質(zhì)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一連接釘?shù)牟牧线x自銅、鎢、鋁或摻雜的多晶硅。
5.一種穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括相対的上表面和下表面； 對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的上表面進(jìn)行刻蝕，形成開(kāi)ロ ； 在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料，形成第一連接釘； 對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行刻蝕，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述第一連接釘； 在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料，并對(duì)所述可刻蝕的導(dǎo)電材料進(jìn)行刻蝕，形成第ニ連接釘，所述第二連接釘與所述第一連接釘上下相接； 在所述第二連接釘與所述半導(dǎo)體襯底之間的空隙以及相鄰的第二連接釘之間的空隙中填充介質(zhì)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述可刻蝕的導(dǎo)電材料選自鋁、摻雜的多晶硅或摻雜的多晶硅鍺。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述可刻蝕的導(dǎo)電材料為鋁，使用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料選自氧化硅、氮氧化硅或低k介質(zhì)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在干，在形成所述第一連接釘之后，形成所述凹槽之前，還包括 將所述半導(dǎo)體襯底的上表面固定在承載基板上； 對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行減薄。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在將所述半導(dǎo)體襯底的上表面固定在承載基板上之前，還包括在所述半導(dǎo)體襯底的上表面形成光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，所述光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的深度大于所述第一連接釘?shù)纳疃取?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行減薄之后，暴露出所述光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述承載基板為硅基板或玻璃基板。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為銅，所述在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料，形成第一連接釘包括 在所述開(kāi)ロ的底部和側(cè)壁依次形成阻擋層和銅籽晶層； 在所述開(kāi)口中填充金屬銅，所述金屬銅覆蓋所述銅籽晶層； 對(duì)所述金屬銅的表面進(jìn)行平坦化，至暴露出所述半導(dǎo)體襯底的上表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為鎢或鋁，使用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積在所述開(kāi)ロ中填充導(dǎo)電材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為摻雜的多晶硅，使用化學(xué)氣相沉積在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿硅通孔結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在形成所述介質(zhì)層之后，還包括對(duì)所述介質(zhì)層的表面進(jìn)行平坦化，至暴露出所述第二連接釘。
全文摘要
一種穿硅通孔結(jié)構(gòu)及其形成方法，所述形成方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括相對(duì)的上表面和下表面；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的上表面進(jìn)行刻蝕，形成開(kāi)口；在所述開(kāi)口中填充導(dǎo)電材料，形成第一連接釘；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的下表面進(jìn)行刻蝕，形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述第一連接釘；在所述凹槽中填充可刻蝕的導(dǎo)電材料，并對(duì)所述可刻蝕的導(dǎo)電材料進(jìn)行刻蝕，形成第二連接釘，所述第二連接釘與所述第一連接釘上下相接；在所述第二連接釘與所述半導(dǎo)體襯底之間的空隙以及相鄰的第二連接釘之間的空隙中填充介質(zhì)層。本發(fā)明有利于提高穿硅通孔結(jié)構(gòu)的可靠性，避免空洞缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102683308SQ20111005958
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者歐文, 趙超, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所