[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710161982.2
• 申請日: 2007-09-27
• 公開（公告）號: CN101154647A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 淺井周二;日高匡睦;黑澤直人;及川洋一;丹羽隆樹
• 申請（專利權(quán)）人: 恩益禧電子股份有限公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L23/532;H01L21/768
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 孫志湧;陸錦華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，并且具體地涉及一種具有通過從半導(dǎo)體襯底的兩側(cè)挖溝槽形成的用于電連接的雙面襯底通孔(via-hole)的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)

對于半導(dǎo)體裝置，尤其是處理高頻晶體管和信號的模擬集成電路的半導(dǎo)體芯片，通常使用襯底通孔作為地線，而不是線焊(wirebonding)。襯底通孔是形成在襯底表面上的半導(dǎo)體器件的地線。襯底通孔是通過向半導(dǎo)體襯底和賦予金屬鍍層的線提供通孔而形成的。對于線焊，線的彎曲是電感分量，而線的直徑是電阻分量。由此半導(dǎo)體芯片上的地電位變得不穩(wěn)定，并且很難獲得高頻性能。然后，通過襯底通孔利用更厚更短的線連接背面的接地平面與形成在表面上的半導(dǎo)體器件，抑制了電感和電阻分量，并且半導(dǎo)體芯片連接到地。這提高了半導(dǎo)體裝置的高頻性能。

通過蝕刻在半導(dǎo)體襯底中形成溝槽并在溝槽中形成金屬鍍層，制成了襯底通孔。提供溝槽的方法寬泛地分為3種方法。第一種方法是在提供半導(dǎo)體器件的表面上形成溝槽。通過第一種方法形成的襯底通孔稱為表面襯底通孔。第二種方法是在半導(dǎo)體襯底的背面上形成溝槽。通過第二種方法形成的襯底通孔稱為背面襯底通孔。第三種方法是從半導(dǎo)體襯底的兩面形成溝槽。通過第三種方法形成的襯底通孔稱為雙面襯底通孔。

這些通孔中最早的是背面襯底通孔。用于半導(dǎo)體襯底的蝕刻最初是利用溶液的濕法類型。通過利用各向同性蝕刻的底切(undercut)從光致抗蝕劑膜掩模進(jìn)行濕法蝕刻。溝槽的截面形狀是梯形的。由此，表面?zhèn)鹊目讖矫娣e比背面的開口窄。在背面襯底通孔中，在襯底的背面上提供光致抗蝕劑膜作為蝕刻掩模。因此，背面襯底通孔需要特殊的背面光刻設(shè)備來根據(jù)表面?zhèn)壬系臉?biāo)記使用于形成于背面?zhèn)鹊墓庵驴刮g劑膜的蝕刻掩模對準(zhǔn)。

之后，已開發(fā)了利用高密度等離子體的高速干法蝕刻技術(shù)，其能夠?qū)雽?dǎo)體襯底挖成垂直形狀。該表面襯底通孔可以從表面?zhèn)刃纬伞ｉ_始使用表面襯底通孔。為形成表面襯底通孔，不需要特殊的背面光刻設(shè)備。利用普通的步進(jìn)式光刻設(shè)備形成通孔。也就是說，根據(jù)形成到表面上的光致抗蝕劑膜掩模的圖案形成通孔。然而，如果通過干法蝕刻所蝕刻的光致抗蝕劑的厚度和要蝕刻的半導(dǎo)體芯片中的區(qū)域的厚度之間的比率(選擇性)太低，則光致抗蝕劑膜需要比半導(dǎo)體襯底的厚度更厚。在這種情況下，存在光致抗蝕劑膜的厚度使得開口圖案的分辨度降低并且難以提供精細(xì)開口的問題。

兩種通孔的結(jié)合是雙面襯底通孔。對于表面?zhèn)龋褂煤穸饶塬@得精細(xì)分辨度的光致抗蝕劑膜。通過干法蝕刻將襯底蝕刻到襯底的一半，并提供金屬鍍層。此外，以不嚴(yán)格的精度從背面提供溝槽。然后，將從背面在溝槽中形成的地線與從表面?zhèn)仍跍喜壑行纬傻木€連接。也就是說，雙面襯底通孔的問題在于，由于其需要從表面和背面進(jìn)行處理，所以工藝數(shù)目和工藝周期增加。然而，雙面襯底通孔使得能夠從表面?zhèn)雀呔鹊耐诓郏纱四軌蛟黾影雽?dǎo)體芯片的密度。

在半導(dǎo)體襯底的濕法蝕刻中，使用過氧化氫溶液和酸或堿的混合溶液。在這種方法中，首先過氧化氫溶液氧化半導(dǎo)體晶體。氧化物被酸或堿分解。對于酸，當(dāng)半導(dǎo)體是Si時使用氫氟酸。另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體為化合物例如GaAs或InP時，使用硫酸或磷酸等。然而，當(dāng)由于蝕刻的反應(yīng)熱使溫度升高時，存在光致抗蝕劑膜的粘附性降低和進(jìn)行底切的問題。因此，需要用水稀釋酸來抑制蝕刻速率。

其間，在半導(dǎo)體襯底的干法蝕刻中，使用氯(Cl)或溴(Br)氣體。在最初的蝕刻中，使用平行板型RIE(反應(yīng)離子蝕刻)。之后，為了增加蝕刻速率，已開發(fā)了高密度等離子型干法蝕刻設(shè)備。高密度等離子型設(shè)備寬泛地分類為使用電子回旋加速諧振微波的ECR(電子回旋加速諧振)或其是感應(yīng)耦合放電系統(tǒng)的ICP(感應(yīng)耦合等離子體)。此外，通過利用He氣強(qiáng)制冷卻襯底底座的方法，使得高速且垂直的干法蝕刻成為可能。

然而通過氯氣蝕刻，可以高速蝕刻半導(dǎo)體例如Si、GaAs和InP，但是也存在蝕刻作為線金屬的Al、Au和Cu等的缺點(diǎn)。這意味著在利用雙面襯底通孔將這些線金屬提供到表面?zhèn)鹊臏喜壑胁谋趁孢M(jìn)行氯干法蝕刻時，先前提供到表面?zhèn)鹊木€金屬也被蝕刻了。