[发明专利]一种半导体器件及其制造方法、电子装置

说明书

本发明提供一种半导体器件及其制造方法、电子装置，所述方法包括：提供半导体衬底，在半导体衬底中形成硅通孔；在硅通孔中依次形成绝缘层、粘连层和铜导电层；对铜导电层实施预处理，以释放铜导电层内部的应力并使晶粒充分长大；执行化学机械研磨直至露出硅通孔的顶部。根据本发明，可以避免形成于硅通孔中的铜导电层在后续实施的工艺过程中发生凸起和层离现象，确保其与互连线的良好接触。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法、电子装置。

背景技术

在消费电子领域，多功能设备日益受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版图上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3D集成电路(integrated circuit，IC)技术。3D集成电路被定义为一种系统级集成结构，将多个芯片在垂直平面方向堆叠，从而节省空间，各个芯片的边缘部分可以根据需要引出多个引脚，根据需要利用这些引脚，将需要互相连接的芯片通过金属线互连。但是，上述方式仍然存在很多不足，比如堆叠芯片数量较多，芯片之间的连接关系比较复杂，需要利用多条金属线，进而导致最终的布线方式比较混乱，而且也会导致电路体积的增加。

因此，现有的3D集成电路技术大都采用硅通孔(Through Silicon Via，TSV)实现多个芯片之间的电连接。硅通孔是一种穿透硅晶圆或芯片的垂直互连，在硅晶圆或芯片上以蚀刻或镭射方式钻孔，再用导电材料如铜、多晶硅、钨等物质填满，从而实现不同硅片之间的互连。

由于铜具有其它导电材料所不具备的优良特性，因此，填充硅通孔的导电材料通常为铜。现有技术通常采用电镀工艺实现铜对硅通孔的填充，在实施所述电镀之后，执行化学机械研磨直至露出硅通孔的顶部；然后，后续实施的退火工艺所产生的热应力不匹配现象将会造成铜与其下方的氧化物绝缘层之间的层离，同时，铜的晶粒尺寸的增大将会导致铜的凸起，进而导致硅通孔与其顶部接触的焊盘或者上层互连线的接触不良。

因此，需要提出一种方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底中形成硅通孔；在所述硅通孔中依次形成绝缘层、粘连层和铜导电层；对所述铜导电层实施预处理，以释放所述铜导电层内部的应力并使晶粒充分长大；执行化学机械研磨直至露出所述硅通孔的顶部。

在一个示例中，所述预处理包括依次实施的两步退火处理，第一步退火处理为仅对所述铜导电层自身实施的激光热退火，以使所述铜导电层的晶粒充分长大，避免在后续实施第二步退火处理时所述铜导电层发生凸起现象；第二步退火处理为优化的炉内退火，充分释放所述铜导电层内部的应力，避免发生层离现象。

在一个示例中，所述激光热退火的激光束能量大于0.5J/cm²，紫外波长为200nm-350nm，所述铜导电层内部的温度大于500℃，处理时间小于1微秒。

在一个示例中，所述炉内退火的升降温速率小于3℃/min，在300℃下持续1小时。

在一个示例中，形成所述硅通孔的步骤包括：在所述半导体衬底上形成光刻胶层；通过曝光、显影在所述光刻胶层中形成所述硅通孔的顶部开口的图案；以所述图案化的光刻胶层为掩膜，蚀刻所述半导体衬底以在其中形成所述硅通孔；通过灰化去除所述光刻胶层。

在一个实施例中，本发明还提供一种采用上述方法制造的半导体器件。

在一个实施例中，本发明还提供一种电子装置，所述电子装置包括所述半导体器件。

根据本发明，可以避免形成于所述硅通孔中的铜导电层在后续实施的工艺过程中发生凸起和层离现象，确保其与互连线的良好接触。

附图说明