[發明專利]一種硅通孔的結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201410191475.3
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN105097653A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 鄭超;陳政;王偉
• 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: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/528
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

本發明提供一種硅通孔的結構及其制作方法，所述方法包括：提供半導體襯底，在所述半導體襯底中形成有硅通孔凹槽，其中在所述硅通孔凹槽的底部中心區域形成有立柱；采用電化學鍍的方式，在所述硅通孔凹槽中填充金屬材料。根據本發明的制作方法，可有效避免硅通孔內金屬填充空穴的產生，進而提高了硅通孔互連的導電性能和其抗擊穿能力，增強了其可靠性和穩定性。

技術領域

本發明涉及半導體制造工藝，尤其涉及一種硅通孔的結構及其制作方法。

背景技術

在電子消費領域，多功能設備越來越受到消費者的喜愛，相比于功能簡單的設備，多功能設備制作過程將更加復雜，比如需要在電路版上集成多個不同功能的芯片，因而出現了3D集成電路(integrated circuit，IC)技術，3D集成電路(integrated circuit，IC)被定義為一種系統級集成結構，將多個芯片在垂直平面方向堆疊，從而節省空間，各個芯片的邊緣部分可以根據需要引出多個引腳，根據需要利用這些引腳，將需要互相連接的芯片通過金屬線互聯，但是上述方式仍然存在很多不足，比如堆疊芯片數量較多，而且芯片之間的連接關系比較復雜，那么就會需要利用多條金屬線，最終的布線方式比較混亂，而且也會導致體積增加。

因此，目前在3D IC技術和2.5D硅中介層技術中大都采用硅通孔(ThroughSilicon Via，TSV)，硅通孔技術是用于將不同芯片封裝在一起的一種新型封裝技術，其通過制作貫穿襯底的、其中填充有導電材料的通孔，然后將多個芯片或晶圓堆疊在一起，利用通孔來實現芯片之間的電連接。TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。

現有技術硅通孔的制作方法為：步驟一、提供半導體襯底，刻蝕所述半導體襯底，形成凹槽；步驟二、在所述凹槽的側壁和底部沉積氧化物隔離層；步驟三、在所述凹槽的側壁和底部上依次形成粘附層和種子層；步驟四、使用電化學電鍍(Electro-ChemicalPlating，ECP)的方法形成金屬填充所述凹槽；步驟五、然后執行平坦化步驟，得到硅通孔。但是，如圖1所示，由于硅通孔的高的深寬比和其自下而上(bottom up)的電鍍填充方式，容易在填充的導電材料中間區域形成填充空洞101，而空洞的存在會影響TSV的可靠性和穩定性等特性。

因此，有必要提出一種新的制作方法，以解決上述技術問題。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

為了解決現有技術中存在的問題，本發明實施例一提出了一種硅通孔的制作方法，包括下列步驟：提供半導體襯底，在所述半導體襯底中形成有硅通孔凹槽，其中在所述硅通孔凹槽的底部中心區域形成有立柱；采用電化學鍍的方式，在所述硅通孔凹槽中填充金屬材料。

進一步，所述立柱高度小于或等于所述硅通孔凹槽高度的二分之一。

進一步，在所述硅通孔凹槽中填充金屬材料之前，還包括在所述硅通孔凹槽中形成隔離層的步驟。

進一步，在填充所述金屬材料之前，還包括在所述硅通孔凹槽的底部和側壁以及所述立柱的四周表面上依次形成粘附層和種子層的步驟。

進一步，所述金屬材料為銅。