[發明專利]具有改進排布方式的通孔陣列和具有該陣列的半導體器件

有效

• 申請號: 201110458372.5
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103187390A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 劉煊杰;丁萬春;魏琰
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L23/48
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 金曉

技術領域

本發明涉及一種通孔陣列布局以及具有該通孔陣列的半導體器件。更具體地，涉及帶有傾斜角度的通孔陣列布局。

背景技術

通孔(Through?Via)及其應用在半導體器件領域是公知的。例如，通孔延伸穿過襯底，并且由此常用于電連接半導體晶片中的不同層。在半導體領域中，常常需要在有限的面積中實現高密度的通孔連接。例如，位于半導體晶片上的芯片通常接合到焊盤。當需要將芯片連接到位于晶片的不同層的其他元件時，需要將焊盤連接到不同層。由于焊盤的面積是有限的，故此，往往需要在有限的面積內布置大量的通孔，以獲得期望的導電性能。

附圖2示出了通孔的示例性結構。在附圖2中，位于硅晶片200中的通孔包括電介質層201、阻擋層/粘接層202和填充金屬203。對于現有的通孔存在的一個問題是，為了制造通孔，需要在晶片中填充各種材料，例如電介質、金屬等。由于這些填充材料與晶片(例如硅)材料之間的材料性質差異，導致了在晶片200中累積了應力。該應力逐漸累積可能會造成裂隙x，如在附圖1中通孔A3附近所示的。裂隙x會導致器件的故障，例如短路、斷裂等。因此，在設計器件時需要考慮裂隙x的存在，這限制了各通孔之間的最小間距，導致了在有限的空間內布置的通孔的數目受到了限制?；蛘?，需要更大的空間來布置通孔以給可能出現的裂隙留出足夠的余量。這導致了導電性能的降低或者成本的增加。

盡管以下本文將以具有(001)晶向的晶片進行了說明，然而，應當理解，上述情況發生在各種常見的晶片上。例如，本發明對于具有(110)、(100)晶向的晶片來說都是適用的。

本發明提供了一種具有改進的排布的通孔陣列，并且由此提高了具有所述通孔陣列的半導體器件的性能。

發明內容

附圖1示出了現有技術中的通孔的布置。在現有技術中，通孔陣列是規則排布的并且與晶片的晶向成一定的關系。如附圖1所示，其中的晶片具有[001]晶向，而這里的通孔排布是按[110]晶向排布的。為了方便說明，在橫軸為x軸和縱軸為y軸的坐標系內示出了上述排布。應當理解，此處可以以任意通孔的中心(或通孔上的任意點)作為原點。

附圖1中的通孔被布置成以x軸為行方向且以y軸為列方向的矩陣形式。如圖所示，相鄰兩行之間具有第一間距d1，相鄰兩列之間具有第二間距d2。第一間距可以不同于第二間距。

為了說明，在附圖1中示例性地示出了三列通孔A、B、C，其中每一列的通孔以編號1、2、3相互區分，具有相同編號的通孔(例如A1、B1、C1)被視為是各列中相對應的通孔。具有相同字母行號的通孔被認為是各行中相應的通孔(例如A1、A2、A3)。盡管附圖1中示出了3＊3的陣列的通孔。毫無疑問，這里僅僅是為了舉例說明而給出的例子，本領域技術人員知道可以采用包含其他數目的通孔的陣列。

有時，期望以工藝允許的最小距離d布置通孔，從而在有限的面積內布置盡可能多的通孔。如圖1所示，最小距離d將會出現在通孔A2與A1、A3、B2、C2之間，此時d1＝d2＝d。

下文中所稱的“連接兩個通孔的直線”是指連接兩個通孔的中心的直線。然而，上述術語也可以指連接兩個通孔上的相應點的直線，在這種情況下，本發明仍然能夠成立。例如，對于通孔B1、A1、C1均取位于通孔圓周上的位置相同的點。

根據上述及其問題，在本發明的一個實施例中，提供了一種具有改進的通孔分布的半導體器件，在具有第一晶向的硅晶片中以第二晶向布置所述通孔陣列，所述通孔陣列被布置為以第一方向為行方向和以第二方向為列方向的陣列狀，其特征在于：改變所述通孔陣列中的至少一部分的排布，使得在保持所述通孔陣列的面積大體上不變的情況下增大該部分中的通孔之間的距離。

在一個實施例中，在所述通孔陣列中，相鄰的各行之間具有第一間距，以及相鄰的各列之間具有第二間距。

在一個實施例中，在所述部分中通孔被布置為，使得連接相鄰兩列中的相應通孔的直線與所述第一方向所成的角度大于10°小于等于45°。

在一個實施例中，所述角度為大于等于30°至小于等于45°。

在一個實施例中，所述通孔被布置為，使得所述角度對于一列中的各通孔彼此不同。

在一個實施例中，其中在所述部分中通孔被布置為，通過將相鄰兩列中的相應通孔之間的距離減小到所述通孔之間的初始距離，從而使得相鄰兩列之間的間距小于第二間距。

在一個實施例中，在所述部分中通孔被布置為，使得連接相鄰兩行中的相應通孔的直線與所述第二方向所成的角度為大于10°小于等于45°。