[發(fā)明專利]在形成半導(dǎo)體裝置后形成襯底穿孔(TSV)及金屬化層的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710659749.0
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107689342A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H·S·卡米內(nèi)尼;V·K·卡米內(nèi)尼;D·史密斯;M·利皮特
• 申請（專利權(quán)）人: 格羅方德半導(dǎo)體公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11314
• 代理人: 程偉,王錦陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及集成電路的制造，尤其涉及在形成半導(dǎo)體裝置以后形成襯底穿孔(through-substrate-via；TSV)及金屬化層的各種方法。

背景技術(shù)

在例如微處理器、儲存裝置等當(dāng)前的集成電路中，在有限的芯片面積上設(shè)置并運行有大量的電路元件，尤其是場效應(yīng)晶體管(field effect transistor；FET)。FET具有各種不同的配置，例如平面晶體管裝置、FinFET晶體管裝置、納米線晶體管裝置等。這些FET裝置通常以開關(guān)模式運行，也就是說，這些裝置呈現(xiàn)高導(dǎo)通狀態(tài)(開狀態(tài)；on-state)和高阻抗?fàn)顟B(tài)(關(guān)狀態(tài)；off-state)。場效應(yīng)晶體管的狀態(tài)由柵極電極控制，在施加適當(dāng)?shù)目刂齐妷汉螅摉艠O電極控制在漏區(qū)極與源極區(qū)之間所形成的通道區(qū)的電導(dǎo)率。除晶體管(其為主動電路元件或半導(dǎo)體裝置的例子)以外，集成電路產(chǎn)品還包括被動電路元件，例如電阻器、電容器等。

為使這些電路元件充當(dāng)總體電路的部分，必須建立與該些電路元件的電性連接。就晶體管而言，這通常包括建立與柵極結(jié)構(gòu)以及與各源極/漏極區(qū)的電性連接。通常，由于當(dāng)前集成電路的大量電路元件以及所需的復(fù)雜布局，因此無法在制造該些電路元件的同一裝置層級內(nèi)建立針對各電路元件的電性連接或“線路布置”。因此，在形成于該產(chǎn)品的該裝置層級上方的一個或多個額外堆疊的“金屬化層”中形成各種電性連接，其構(gòu)成該集成電路產(chǎn)品的總體線路圖案。這些金屬化層通常由絕緣材料層以及形成于該絕緣材料層中的導(dǎo)電金屬線或?qū)щ娺^孔(vias)組成。一般來說，該些導(dǎo)線提供層級內(nèi)部的電性連接，而該些導(dǎo)電過孔提供該些導(dǎo)線的不同層級之間的層級間連接或垂直連接。這些導(dǎo)線及導(dǎo)電過孔可由各種不同的材料組成，例如銅、鎢、鋁等(具有適當(dāng)?shù)淖钃鯇?。集成電路產(chǎn)品中的第一金屬化層通常被稱為“M1”層。通常，使用多個導(dǎo)電過孔(通常被稱為“V0”過孔)以在該M1層與下方層級導(dǎo)電結(jié)構(gòu)-所謂裝置層級接觸(下面將作詳細(xì)解釋)之間建立電性連接。在一些更先進的裝置中，在該裝置層級接觸(device level contact)與該V0過孔之間形成由導(dǎo)線組成的另一個金屬化層(有時被稱為“M0”層)。

圖1A顯示由形成于半導(dǎo)體襯底12中及上方的多個晶體管裝置11組成的示例集成電路產(chǎn)品10的剖視圖。圖1B顯示單個晶體管裝置11的簡單平面視圖。這些附圖顯示用以建立與裝置11的簡單示意源極/漏極區(qū)20的電性連接的多個所謂“CA接觸”結(jié)構(gòu)14，以及有時被稱為“CB接觸”結(jié)構(gòu)的柵極接觸結(jié)構(gòu)16。如圖1B中所示，CB柵極接觸16垂直位于圍繞裝置11的隔離材料13上方，也就是，CB柵極接觸16通常不位于襯底12中所定義的主動區(qū)上方，但它可能在一些先進架構(gòu)中。

請參照圖1A至1B，晶體管11包括示例柵極結(jié)構(gòu)22(也就是柵極絕緣層22A及柵極電極22B)、柵極覆蓋層24、側(cè)間隙壁26以及簡單示意的源極/漏極區(qū)20。如上所述，在流程的此點，在襯底12中也已形成隔離區(qū)13。在圖1A中所示的制造點，在襯底12上方已形成絕緣材料層30A、30B，也就是層間介電材料。附圖中未顯示其它材料層，例如接觸蝕刻停止層及類似物。附圖中還顯示示例凸起的(raised)外延源極/漏極區(qū)32以及包括所謂“溝槽硅化物”(trench silicide；TS)結(jié)構(gòu)36的組合的源極/漏極接觸結(jié)構(gòu)34。CA接觸結(jié)構(gòu)14可為分立接觸元件的形式，也就是從上方觀看時具有通常類似方形的形狀(如圖1B中所示)或圓柱形形狀的一個或多個獨立接觸塞，它們形成于層間介電材料中。在其它應(yīng)用中(圖1B中未顯示)，CA接觸結(jié)構(gòu)14也可為線型特征，其接觸下方的線型特征例如TS結(jié)構(gòu)36，該TS接觸接觸源極/漏極區(qū)20并通常沿平行于柵極結(jié)構(gòu)22的方向貫穿源極/漏極區(qū)20上的整個主動區(qū)。

圖1A中還顯示產(chǎn)品10的多層級金屬化系統(tǒng)的第一金屬化層-所謂M1層，其形成于絕緣材料層38例如低k絕緣材料中。設(shè)置多個導(dǎo)電過孔-所謂V0過孔40，以在該些裝置層級接觸-CA接觸14及CB接觸16-與該M1層之間建立電性連接。該M1層通常包括在產(chǎn)品10上根據(jù)需求布線的多條金屬線42。