[发明专利]具有圆齿状侧壁的穿透硅通孔

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体器件，且更具体地，涉及穿透硅通孔。

背景技术

自从发明了集成电路(IC)，由于各种电子部件(例如晶体管、二极管、 电阻、电容等)的集成密度的不断改进，所以半导体产业经历了持续的快速增 长。在大多数情况下，这种集成密度的改进来源于最小特征尺寸的一再削减， 其允许更多的部件集成到一个给定的区域中。

这些集成的改进在本质上基本是二维(2D)的，因为被集成部件所占据 的体积基本上位于半导体晶片的表面上。虽然光刻技术的显著改进已经致使 2D集成电路构造的重大改进，但是有两方面造成对密度的物理局限。这些局 限的其中一个是制造这些部件所需的最小尺寸。而且，当更多的器件集成到一 个芯片中时，需要更复杂的设计。

在进一步增加电路密度的尝试中，已经研究了三维(3D)IC。在3D IC 的典型制造工艺中，两个管芯键合到一起，并在衬底上的每个管芯和接触衬垫 之间形成电气连接。例如，一种尝试包括将两个管芯的顶部彼此键合。接着， 该叠置的管芯键合到载体衬底且引线键合将位于各个管芯上的电耦合接触衬 垫键合到载体衬底上的接触衬垫。然而，为了引线键合，这种尝试需要载体衬 底大于管芯。

最近的尝试集中到穿透硅通孔(TSV)。通常地，通过蚀刻一个穿过衬底 的垂直通孔并用诸如铜的导电材料填充该通孔来形成TSV。TSV可以用于提 供从半导体衬底的背面直至位于衬底的另一面上的半导体电路或另一管芯的 电气接触。在这种方式下，管芯可以被叠置而又可以保持较小的封装尺寸。

但是，TSV的导电材料可能会出现从TSV的侧壁剥离或在高-低温循环或 热冲击试验期间滑动的倾向，由此降低了TSV的可靠性。而且，用导电材料 填充通孔需要在通孔的垂直侧壁上形成阻挡层和/或种子层。然而，由于侧壁 的垂直性质，所以难于形成具有良好粘合性质的阻挡层和/或种子层，并因此 难于填充TSV。

因此，TSV需要降低或避免这些问题。

发明内容

通过本发明的提供了具有圆齿状(scalloped)表面的穿透硅通孔的实施例 通常可以减少、解决或规避这些和其他问题，且通常可以实现技术上的优势。

根据本发明的一个实施例，提供一种半导体器件。该半导体器件包括衬底， 其具有覆盖该衬底的一个或多个电介质层。TSV延伸通过衬底，其中衬底的 侧壁具有圆齿状表面，其中该圆齿具有大于约0.01μm的深度。

根据本发明的另一实施例，提供一种形成半导体器件的方法。该方法包括 提供衬底并在该衬底上形成电子电路。在该衬底上形成一个或多个电介质层， 且在该一个或多个电介质层中形成一个或多个金属线。形成从该衬底的第一侧 延伸到该衬底的第二侧的具有圆齿状侧壁的TSV。通过重复地实施各向同性 蚀刻以形成凹槽并沿着该凹槽的侧壁形成保护衬里来至少部分地形成该TSV， 其中该圆齿具有大于约0.01μm的深度。

根据本发明的又一实施例，提供一种半导体器件。该半导体器件包括衬底， 其具有覆盖该衬底的一个或多个电介质层。穿透硅通孔(TSV)延伸通过该衬 底，其中该TSV具有多个圆齿状区域，以致当该TSV从衬底的第一侧延伸到 衬底的第二侧时，各个圆齿状区域中的TSV的宽度小于前一圆齿状区域中的 TSV的宽度。

附图说明

为了更全面的理解本发明以及优点，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1-4说明形成具有圆齿状侧壁的穿透硅通孔的中间步骤；

图5-8说明形成根据本发明的一个实施例的具有穿透硅通孔的半导体器 件的中间步骤；

图9-11说明形成根据本发明的另一实施例的具有穿透硅通孔的半导体 器件的中间步骤；

图12说明形成根据本发明的又一实施例的具有穿透硅通孔的半导体器件 的一个中间步骤；以及

图13说明形成根据本发明的又一实施例的具有穿透硅通孔的半导体器件 的一个中间步骤。

具体实施方式

以下，将详细讨论当前优选实施例的制造和应用。但是应当理解的是，本 发明所提供的多种适用的创造性概念可以在各种具体情况下实施。所讨论的特 定实施例仅仅是制造和应用本发明的特定方式的说明，并不限定本发明的范 围。