[发明专利]集成电路结构

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路结构，且特别涉及一种具有外形从一端逐渐变窄的穿 透硅通道(Through-Silicon Via)的集成电路结构及其制造方法。

背景技术

由于电子元件(例如晶体管、二极管、电阻及电容等)的集成密度持续增 加，使得集成电路发明与半导体产业持续不断地快速成长。其中，集成密度的 改善最主要是源自于反复不断地降低最小关键尺寸，以允许更多元件被集成在 一个特定的芯片区域中。

集成密度的改善基本上是二维的范畴，集成电路元件所占据的空间，基本 上位于半导体晶片的表面。虽然光刻工艺的惊人发展，已经对二维集成电路制 造提供了一定程度的改善，然而集成密度在二维中所能达到的改进程度仍然存 在本质上的限制。其中一个限制条件来自于制造这些元件所需的最小尺寸。当 要将更多元件纳入单一芯片时，就必须需要更复杂的设计。

另一个限制条件则来自于，当元件数量增加时，连接元件之间的内连线的 数目和长度也大幅度增加。当内连线的数目和长度大幅度增加时，电路阻容延 迟(RC Delay)和能量消耗也会随之增加。

解决上述限制条件的方案中，以三维集成电路和叠层芯片最常被使用。穿 透硅通道在三维集成电路和叠层芯片之中，用来连接芯片。图1和图2示出一 种穿透硅通道的制造方法。请参照图1，首先提供可在其上方形成集成电路(未 示出)的硅衬底2。接着形成多个可以用来在其中形成金属线和过孔的介电层 6，其中介电层6是一层一层地堆叠在硅衬底2上。接着使用并图案化光刻胶 8。形成开口10穿过介电层6，并将硅衬底2暴露出来。接着通过开口10蚀 刻硅衬底2，以形成如图2所示出的开口12。再于开口10和12的侧壁和底部 形成黏着层及/或扩散阻挡层(未示出)。然后通过电镀填充铜(未示出)以 形成一穿透硅通道。

传统穿透硅通道的形成工艺仍有多种缺点。由于开口10和12的深度比起 其宽度显得相当深，因此黏着层和扩散阻挡层覆盖开口10和12的侧壁和底部 的能力相对变差。再者想要形成无孔洞的穿透硅通道也相当的难。因此必须降 低用来将铜填充入开口10和12的电镀电流，以减少在穿透硅通道中产生孔洞 的机会，然而生产量也因此下降。

为了解决此问题，开口10和12，尤其是开口12较佳具有上宽下窄，且 从一端逐渐变窄的外形，其中此形式可通过调整蚀刻剂的配方以增加横向蚀刻 的方式来达到。然而此方式会在介电层6下方产生侧蚀缺口(Undercut)14。 而侧蚀缺口14会在后续所形成的扩散阻挡层和种子铜层中产生裂口，因而对 后续的铜电镀工艺产生负面影响。

因此有需要提供一种穿透硅通道结构及其制造方法，可同时具备从一端逐 渐变窄外形的穿透硅通道，又可以克服传统穿透硅通道的缺点。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题在于提供一种集成电路结构，该集成电路 结构具有外形从一端逐渐变窄的穿透硅通道，可以克服传统穿透硅通道的缺 点。

为了实现上述目的，根据本发明的一个实施例，提供一种集成电路结构， 包括衬底、形成于一穿透硅通道开口中并位于衬底之中从该衬底的一上表面延 伸至该衬底的一下表面的穿透硅通道、由衬底的上表面延伸进入衬底内部的硬 掩膜区，其中该上表面和该下表面是该衬底的相对两表面，此硬掩膜围绕穿透 硅通道的上方部分、位于衬底上的介电层、形成于一开口中并由介电层的上表 面向穿透硅通道延伸的金属柱(metal post)，其中金属柱包含与穿透硅通道 的填充材料相同的材料、以及覆盖于该开口和该穿透硅通道开口的侧壁以及该 穿透硅通道开口的底部的扩散阻挡层，其中该扩散阻挡层与该开口和该穿透硅 通道开口共形。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个实施例，提供一种集成电路结构， 包括衬底、由衬底的上表面延伸至衬底之中的浅沟槽绝缘区，且浅沟槽绝缘区 形成一个环、位于浅沟槽绝缘区上方的多晶硅环、位于衬底及多晶硅环上方的 低介电系数介电层、由低介电系数介电层上表面延伸入衬底的导电结构，其中 导电结构包括位于低介电系数介电层中的金属柱，以及贯穿多晶硅环与浅沟槽 绝缘区所形成的环的穿透硅通道，该穿透硅通道形成于一穿透硅通道开口中， 该金属柱形成于一开口中、以及覆盖于该开口和该穿透硅通道开口的侧壁以及 该穿透硅通道开口的底部的扩散阻挡层，其中该扩散阻挡层与该开口和该穿透 硅通道开口共形。