[發明專利]硅通孔互連結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201310253184.8
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN104241249B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 卜偉海;吳漢明
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L23/538
• 分類號: H01L23/538;H01L21/768
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 吳貴明,張永明

技術領域

本申請涉及半導體制造領域，具體而言，涉及一種硅通孔互連結構及其制作方法。

背景技術

半導體技術問世以來，各種電子元件的集成度不斷提高，集成度的提高主要來自于最小特征尺寸的減小，使更多的元件集成到給定的區域。但是這種集成是二維的，光刻技術的顯著改善在二維集成電路的制造上起到了重要的作用，但是二維集成電路存在密度極限問題。

為了進一步增加電路密度，三維垂直堆疊技術設法實現垂直堆疊多層IC元件以縮短平均線長度，節省空間。各芯片的邊緣部分可根據需要引出多個引腳，并根據需要利用這些引腳，將需要互連的芯片通過金屬線等連接，或者利用這些引腳，通過芯片與電路板相連。但是這種三維互連方式由于堆疊的芯片較多，而芯片之間的連接關系比較復雜，那么需要用到的金屬線就會較多，最終導致產品的布線方式比較復雜、混亂，并導致電路板的體積增大。

為此，現有技術中提出了一種用于三維IC技術的硅通孔技術，與現有通孔用于連接同一硅片上的不同金屬層不同，硅通孔可以通過在硅片與硅片之間垂直導通，從而實現不同硅片之間的互連。

申請號為2009101984581、2012101000048的中國專利申請中均公開了有穿透硅通孔的半導體襯底及其制作方法，其中的硅通孔與襯底之間依靠介電材料進行絕緣，造成半導體器件中存在較大的寄生電容，進而對器件的電路特性產生不利影響。申請號為2009101435283的中國專利申請公開了在硅通孔與襯底之間設置空氣隙來進行絕緣，但是該工藝過程復雜，對材料的要求較為嚴格。公開號為20120013022的美國專利申請公開了一種具有空氣隙的三維互連結構及其制作方法，該三維互連結構包括硅通孔和絕緣層，絕緣層包括位于環狀結構中的空氣隙和密封部，絕緣層實現了硅通孔與襯底的絕緣，相對于介電材料，具有空氣隙的絕緣層的介電常數雖然有所降低，但是，絕緣層與硅通孔之間的導電材料仍然會產生較大的寄生電容。目前常規的減少寄生電容的方式是采用更低的介電常數的材料作為絕緣層的介電材料。

發明內容

本申請旨在提供一種硅通孔互連結構及其制作方法，以解決現有技術中硅通孔互連結構寄生電容較大的問題。

本申請提供了一種硅通孔互連結構的制作方法，包括制作硅通孔和制作絕緣層的步驟，上述制作絕緣層的步驟包括：在襯底上刻蝕形成環狀溝槽，環狀溝槽的深寬比為5:1～20:1；采用等離子體沉積法將介電材料填充到環狀溝槽中，形成具有空氣隙的密封部，空氣隙的體積為環狀溝槽的總體積的50%～90%，其中等離子體的濺射方向與環狀溝槽上表面所在平面形成夾角α，且0°＜α＜20°或45°＜α＜90°。

本申請還提供了一種硅通孔互連結構，包括襯底；穿過襯底延伸的硅通孔；圍繞硅通孔設置的環狀溝槽；使硅通孔與襯底絕緣的密封部，密封部具有空氣隙，空氣隙的體積為環狀溝槽的總體積的50%～90%。

本申請的制作方法通過控制環狀溝槽的深寬比在5:1～20:1之間以及等離子體的濺射方向與襯底第一表面的法線之間的夾角α（0°＜α＜45°或70°＜α＜90°），增加了等離子體對環狀溝槽內壁的濺射產率，進而減少了沉積在環狀溝槽內部的介電材料的量，同時降低了等離子體對環狀溝槽開口處的濺射產率，加快了開口處的密封部的形成速度，增大了空氣隙的體積；由于空氣的介電常數小于常規的TEOS等介電材料的介電常數，空氣隙加上絕緣層形成的等效電容小于完全絕緣層的電容，改善了具有該空氣隙的半導體器件的電路性能，使具有本申請的硅通孔互連結構能夠更好地應用于低電容半導體器件。采用上述制作方法的得到的硅通孔互連結構中空氣隙的體積為環狀溝槽的總體積的50%～90%，使得硅通孔互連絕緣層電容減小了10%～60%。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1示出了具有半導體前道工藝結構200的襯底100的剖面結構示意圖；

圖2示出了在圖1所示襯底100的第一表面上依次沉積介質層104和刻蝕阻擋層105后的剖面結構示意圖；

圖3示出了在圖2所示結構上刻蝕形成環狀溝槽113后的剖面結構示意圖；

圖4示出了在圖3所示結構上形成絕緣層103后的剖面結構示意圖，其中環狀溝槽113內具有空氣隙123；

圖5示出了在圖4所示結構上刻蝕形成硅孔112后的剖面結構示意圖；