DE102010028137A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats umfasst ein Herstellen eines Lochs, ein Bilden einer elektrisch leitfähigen Schicht, die Wolfram umfasst, ein Entfernen der elektrisch leitfähigen Schicht von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats, ein Füllen des Lochs mit Kupfer und ein Dünnen des Halbleitersubstrats. Das Loch wird von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat hergestellt. Die elektrisch leitfähige Schicht wird von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats entfernt, wobei die elektrisch leitfähige Schicht zumindest mit reduzierter Dicke in dem Loch verbleibt. Das Halbleitersubstrat wird beginnend von einer Oberfläche, die eine gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, gedünnt, um die zweite Oberfläche des Halbleitersubstrats zu erhalten, wobei das Loch an der zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird.

Description

  • Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine Herstellung elektrisch leitfähiger Verbindungen zwischen zwei Seiten eines Substrats, insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche eines Halbleitersubstrats.
  • Eine zuverlässige Herstellung derartiger elektrischer Verbindungen, die auch Durch-Silizium-Durchgangslöcher genannt werden, wenn Silizium als das Substrat verwendet wird, sind für die Halbleiterindustrie von großem Interesse.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Verarbeitungsablaufs eines Verfahrens zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Verarbeitungsablaufs eines Verfahrens zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats.
  • Im Folgenden werden die gleichen Bezugszeichen teilweise für Gegenstände und Funktionseinheiten mit den gleichen oder ähnlichen Funktionseigenschaften verwendet und die Beschreibung derselben bezüglich einer Figur soll auch auf andere Figuren zutreffen, um eine Redundanz in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu reduzieren.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren 100 weist ein Herstellen 110 eines Lochs, ein Bilden 120 einer elektrisch leitfähigen Schicht, ein Entfernen 130 der elektrisch leitfähigen Schicht von der ersten Oberfläche, ein Füllen 140 des Lochs mit Kupfer und ein Dünnen 150 des Halbleitersubstrats auf.
  • Das Loch wird von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat hergestellt 110 und die elektrisch leitfähige Schicht wird auf der Oberfläche des Lochs gebildet 120, wobei die elektrisch leitfähige Schicht Wolfram aufweist. Dann wird die elektrisch leitfähige Schicht von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats entfernt 130, wobei die elektrisch leitfähige Schicht zumindest mit reduzierter Schichtdicke in dem Loch verbleibt. Das Halbleitersubstrat wird beginnend von einer Oberfläche, die eine gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oberfläche ist, gedünnt 150, um die zweite Oberfläche zu erhalten, wobei das Loch an der zweiten Oberfläche freigelegt bzw. aufgedeckt wird.
  • Das Entfernen 130 der elektrisch leitfähigen Schicht vor einem Füllen des Lochs mit Kupfer kann Probleme mit einer Adhäsion oder Korrosion der Kupferfüllung vermeiden. Dies könnte auftreten, da ein Schlamm, der für die Entfernung des Wolframs von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats verwendet wird, die Kupferfüllung durch einen elektrochemischen Prozess angreifen könnte. Deshalb entfernt 130 das beschriebene Verfahren die elektrisch leitfähige Schicht vor einem Füllen des Lochs mit Kupfer.
  • Das Vermeiden von Problemen einer Adhäsion und/oder Korrosion der Kupferfüllung kann die Zuverlässigkeit der Fertigung der elektrisch leitfähigen Verbindungen wesentlich erhöhen.
  • Das Loch könnte durch einen Direktplattierungsvorgang direkt auf die elektrisch leitfähige Schicht oder auf eine optionale Barriereschicht, die auf der elektrisch leitfähigen Schicht gebildet ist, mit Kupfer gefüllt werden. Alternativ kann eine weitere elektrisch leitfähige Schicht auf der elektrisch leitfähigen Wolframschicht gebildet werden, wobei die weitere elektrisch leitfähige Schicht als eine Keimschicht für die Kupferfüllung verwendet wird.
  • Die elektrisch leitfähige Schicht könnte durch einen nasschemischen oder trockenchemischen Schritt oder eine Kombination derselben entfernt werden. Reaktivionenätzen (RIE; RIE = reactive ion etching) z. B. könnte durchgeführt werden, um die elektrisch leitfähige Schicht von der Oberfläche des Halbleitersubstrats zu entfernen. Der RIE-Vorgang könnte so eingestellt werden, dass die elektrisch leitfähige Schicht an den Seitenwänden und der Unterseite des Lochs zumindest mit reduzierter Dicke verbleiben kann.
  • Das Dünnen des Halbleitersubstrats könnte durch Zurückschleifen oder Zurückschleifen in Verbindung mit nachfolgendem Trocken- oder Nassätzen und/oder in Verbindung mit CMP (CMP = chemical mechanical polishing = chemisch-mechanisches Polieren) erfolgen. Das Wolfram der elektrisch leitfähigen Schicht könnte während des Dünnens des Substrats als ein Ätzstopp verwendet werden.
  • In Entsprechung zu 1 zeigt 2 eine schematische Darstellung eines Verarbeitungsablaufs 200 eines Verfahrens zum Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche eines Halbleitersubstrats gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Zuerst wird das Loch 220 in das Halbleitersubstrat 210 hergestellt 110. Dann wird die elektrisch leitfähige Schicht 230 auf der Oberfläche des Lochs gebildet 120. Als Nächstes wird die elektrisch leitfähige Schicht 230 von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 210 entfernt 130. Die elektrisch leitfähige Schicht 230 verbleibt, zumindest mit reduzierter Dicke, in dem Loch 220. Zumindest mit reduzierter Dicke bedeutet, dass die elektrisch leitfähige Schicht 230 im Inneren des Lochs 220 (an der Unterseite und den Seitenwänden des Lochs) während der Entfernung der elektrisch leitfähigen Schicht 230 von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 210 gedünnt werden könnte (oder auch nicht). Es könnte möglich sein, die elektrisch leitfähige Schicht 230 von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 210 zu entfernen 130, ohne die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht 230 im Inneren des Lochs 220 zu reduzieren. Die elektrisch leitfähige Schicht 230 könnte z. B. durch trockenchemisches oder nasschemisches Ätzen entfernt werden. Während dieses Vorgangs könnte das Loch 220 z. B. durch einen Lack versiegelt werden. Wenn das Loch 220 versiegelt ist, wird die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht 230 im Inneren des Lochs 220 unter Umständen nicht reduziert. Nach einem Entfernen 130 der elektrisch leitfähigen Schicht 230 wird das verbleibende Loch 220 mit Kupfer 240 gefüllt 140 und schließlich wird das Halbleitersubstrat 210 gedünnt 150, bis das Loch 220 freigelegt oder ausgegraben ist und die zweite Oberfläche erhalten wird.
  • Das Substrat 210 könnte z. B. ein Siliziumwafer, ein Silizium-auf-Isolator-Wafer (SOI-Wafer; SOI = silicon an insulator), ein Galliumarsenid-Wafer (GaAs) oder ein anderes Substrat, das in der Halbleiterindustrie verwendet wird, sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 230 könnte z. B. vollständig aus Wolfram oder Wolframnitrid hergestellt sein. Die Kupferfüllung 240 könnte Abschnitte anderer Elemente zum Anpassen der Materialeigenschaften des Füllmaterials aufweisen, aber mehr als 50%, mehr als 90% oder mehr als 99% des Füllmaterials könnten Kupfer sein.
  • Wahlweise könnte nach einer Verarbeitung des Lochs 220 in das Substrat 210 eine Barriereschicht an der Oberfläche des Lochs 220 gebildet werden, die als Diffusionsbarriere für das Wolfram, das die elektrisch leitfähige Schicht 230 beinhaltet ist, verwendet werden könnte. Eine Oberfläche der Barriereschicht könnte dann die neue Oberfläche des Lochs 220 sein, auf der die elektrisch leitfähige Schicht 230 gebildet wird. Die Barriereschicht könnte eine Titanschicht und/oder eine Titannitridschicht aufweisen.
  • Ebenso wahlweise könnte nach einer Verarbeitung des Lochs 220 in das Substrat 210 eine elektrisch isolierende Schicht an der Oberfläche des Lochs 220 gebildet werden. Eine Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht könnte dann die neue Oberfläche des Lochs 220 sein, auf der die elektrisch leitfähige Schicht 230 oder die optionale Barriereschicht gebildet werden könnte. Die elektrisch isolierende Schicht könnte z. B. durch Oxidation des Halbleitersubstrats 210 oder durch Aufbringen von Siliziumdioxid gebildet werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verarbeitungsablaufs 300 eines Verfahrens zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einer zweiten Oberfläche eines Halbleitersubstrats gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Zuerst wird ein tiefes Loch 220, das auch Durchgangsloch genannt wird, mit einem großen Aspektverhältnis zur Nutzung oder Umsetzung einer elektrisch leitfähigen Verbindung durch das Substrat 210, die auch Durch-Silizium-Durchgangsloch genannt wird, wenn Silizium als das Substrat verwendet wird, geätzt 110. Bei diesem Beispiel wird Wolfram als eine elektrisch leitfähige Schicht 230 verwendet und deshalb wird eine Wolfram-(W-)Barriere 310 in das Durch-Silizium-Durchgangsloch aufgebracht. Dann wird die Wolframschicht als elektrisch leitfähige Schicht 230 aufgebracht 120, um die folgende Kupfer-Keimschicht 320, die durch PVD (PVD = physical vapor deposition = physikalische Aufdampfung) aufgebracht werden kann, zu tragen und um eine Reparatur der PVD-Keimschicht 320 zu ermöglichen. Die Wolframschicht 230 könnte als eine Barriere in dem Durchgangsloch verwendet werden und könnte z. B. auf eine PVD-Titannitrid- oder CVD-Titannitrid-Barriere 310 (CVD = chemical vapor deposition = chemische Aufdampfung) aufgebracht werden. Die Wolframschicht wird dann z. B. durch RIE- oder WEB-Ätzen 130 (WEB = tungsten etch back = Wolfram-Zurückätzen) von der Oberfläche (des Substrats) entfernt.
  • Eine ausreichend dicke Wolframschicht 230 verbleibt in dem Durchgangsloch (dem Loch). Das Titannitrid 310 (die Barriereschicht) könnte auch durch RIE oder Nassätzen entfernt werden. Eine ausreichend dicke Wolframschicht, die die elektrisch leitfähige Schicht mit reduzierter Dicke ist, könnte dicker als 10, 50 oder 100 Nanometer sein, z. B. 80, 100, 150, 200, 300 Nanometer, oder sogar dicker. Am Ende könnte das Wolfram-Zurückätzverfahren (WEB) anstelle eines CMP-Verfahrens für einen Lochschichtstapel auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats verwendet werden. Deshalb können, wie bereits erwähnt wurde, Probleme einer Adhäsion und/oder Korrosion der Kupferfüllung des Lochs vermieden werden.
  • Eine Kupferbarriere 320 (eine weitere elektrisch leitfähige Schicht) wird dann in das Durch-Silizium-Durchgangsloch aufgebracht 330. Eine PVD-Tantalnitrid/Tantal/Kupfer-Schicht (nur Tantal/Kupfer oder Tantal/Tantalnitrid/Kupfer könnte auch möglich sein; Kupfer, aus der Gasphase heraus aufgebracht, könnte ebenso möglich sein) z. B. kann auf die Waferoberfläche (auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats) und in das Durchgangsloch (in das Loch) aufgebracht werden. Es folgt eine Aufbringung 140 einer Kupferschicht 240 (des Füllmaterials), was z. B. durch eine elektrolytische Aufbringung durchgeführt werden könnte. Danach könnte die Entfernung 340 des Schichtstapels, der für dieses Beispiel Titan/Titannitrid/Tantal/Tantalnitrid/Kupfer (Ti/TiN/Ta/TaN/Cu) ist, von der Waferoberfläche durch ein CMP-Verfahren, ein Nassätzverfahren oder ein Trockenätzverfahren oder eine Kombination derselben durchgeführt werden. Das Dünnen des Substrats 210 von der Rückseite (die die gegenüberliegende Seite der ersten Oberfläche des Substrats ist) ist bei diesem Beispiel nicht gezeigt.
  • Die Wolframschicht oder die elektrisch leitfähige Schicht kann auch als erste elektrische leitfähige Schicht bezeichnet werden und die Kupferschicht oder die weitere elektrisch leitfähige Schicht kann auch als zweite elektrische leitfähige Schicht bezeichnet werden.
  • Das Füllen des Lochs z. B. beinhaltet ein Füllen des verbleibenden Lochs nach einem Bilden der beschriebenen Schichten, wie in 3 gezeigt ist.
  • Das Material der Barriereschicht kann an das Material der elektrisch leitfähigen Schicht 230 angepasst werden. Die Barriereschicht könnte z. B. eine Titanschicht (Ti) oder eine Titannitridschicht (TiN) oder eine Kombination einer Titanschicht und einer Titannitridschicht (Ti/TiN) sein.
  • Die weitere elektrisch leitfähige Schicht könnte als eine Keimschicht für die Kupferfüllung 240 verwendet werden. Deshalb könnte die weitere elektrisch leitfähige Schicht 320 z. B. zumindest teilweise das gleiche Material wie das Füllmaterial 240 aufweisen. Da Kupfer als das Füllmaterial 240 verwendet wird, könnte auch die weitere elektrisch leitfähige Schicht 320 aus Kupfer hergestellt sein oder könnte eine Mehrschicht aufweisen, die eine Tantal-Teilschicht (Ta) und eine Kupfer-Teilschicht aufweist, oder könnte eine Mehrschicht aufweisen, die eine Tantal-Teilschicht (Ta), eine Tantalnitrid-Teilschicht (TaN) und eine Kupfer-Teilschicht aufweist. Alternativ könnte anstelle von Tantal oder Tantalnitrid Wolframnitrid verwendet werden. Die Barriereschicht 310 und/oder die weitere elektrisch leitfähige Schicht 320 könnten) eine Durchschnittsdicke aufweisen, die dünner ist als eine Durchschnittsdicke der elektrisch leitfähigen Schicht mit Wolfram.
  • Durch das Verwenden einer elektrisch leitfähigen Schicht mit einer guten Kantenbedeckungseigenschaft könnte eine durchgehend leitfähige Schicht umgesetzt werden. Die Kantenbedeckungseigenschaft eines Materials ist insbesondere bei hoher Topographie wichtig, wie sie z. B. bei einem Loch vorliegt. Auf diese Weise können die Anforderungen, die an die weitere elektrisch leitfähige Schicht, die als eine Keimschicht für das Füllmaterial verwendet wird, gestellt werden, reduziert werden und die Zuverlässigkeit der Fertigung der elektrisch leitfähigen Verbindung kann wesentlich verbessert werden.
  • Die Kantenbedeckungseigenschaft kann auf eine Wahrscheinlichkeit, eine ununterbrochene Schicht zu erhalten, wenn eine Oberfläche mit Topographie durch die Schicht bedeckt werden soll, bezogen sein. Je höher die Wahrscheinlichkeit für ein Erhalten einer ununterbrochenen Schicht ist, desto besser ist die Kantenbedeckungseigenschaft eines Materials.
  • In 3 z. B. weist die Wolfram-(W-)Schicht eine herausragende Kantenbedeckungseigenschaft auf und die weitere elektrisch leitfähige Schicht (z. B. Ta/TaN- oder TaN/Ta-Barriere und/oder Kupferkeimschicht) weist eine weniger hervorragende Kantenbedeckungseigenschaft auf, könnte jedoch als eine Keimschicht für das Füllmaterial verwendet werden.
  • Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen der ersten Oberfläche eines Siliziumsubstrats und der zweiten Oberfläche eines Siliziumsubstrats. Das Verfahren weist ein Herstellen eines Lochs, ein Bilden einer Barriereschicht, ein Bilden einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht, ein Entfernen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht von der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats, ein Bilden einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht, ein Füllen des Lochs und ein Dünnen des Siliziumsubstrats auf.
  • Das Loch wird von der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats in das Siliziumsubstrat hergestellt. Die Barriereschicht wird auf der Oberfläche des Lochs gebildet und weist eine Titanschicht, eine Titannitridschicht oder eine Kombination einer Titanschicht und einer Titannitridschicht auf. Die erste elektrisch leitfähige Schicht wird auf der Barriereschicht gebildet und ist aus Wolfram oder Wolframnitrid hergestellt. Dann wird die erste elektrisch leitfähige Schicht von der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats entfernt, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht zumindest mit reduzierter Dicke in dem Loch verbleibt. Die zweite elektrisch leitfähige Schicht wird auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht gebildet und ist aus Kupfer hergestellt oder weist eine Kupferschicht und eine Tantalschicht auf oder weist eine Kupferschicht, eine Tantalschicht und eine Tantalnitridschicht auf. Das Loch wird mit Kupfer gefüllt, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht als eine Keimschicht für die Kupferfüllung verwendet wird. Dann wird das Siliziumsubstrat beginnend von einer Oberfläche, die eine gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats ist, gedünnt, um die zweite Oberfläche des Siliziumsubstrats zu erhalten, wobei das Loch an der zweiten Oberfläche des Siliziumsubstrats freigelegt bzw. aufgedeckt wird.
  • Die elektrisch leitfähige Verbindung kann auch Durch-Silizium-Durchgangsloch genannt werden.
  • So beziehen sich mit anderen Worten die obigen Ausführungsbeispiele auch auf ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines metallischen Durchschaltkontakts in Siliziumkomponenten oder, mit anderen Worten, eine Herstellung metallischer Durchschaltkontakte von einer Vorderseite eines Siliziumwafers zu einer Rückseite. Nach Fertigstellung aller aktiver Elemente (z. B. Implantaten für Transistoren, Dioden, Mulden), bevor die erste Metallschicht (für die Verdrahtung von z. B. den aktiven Elementen) gefertigt wird, könnte z. B. ein Prozessmodul, das „Substratdurchgangsloch” genannt werden kann, eingeführt werden. Dieses könnte den ersten Schritt eines Ätzens eines Durchgangslochs in das Silizium, bis eine vordefinierte Tiefe erreicht ist, umfassen. Falls nötig, könnte eine dielektrische Isolierungsschicht an der Oberfläche des Lochs (Durchgangslochs) gebildet werden. Das Loch könnte durch eine galvanische Kupferaufbringung gefüllt werden. Ähnlich dem Kupfer-Damaszener-Verfahren könnte dann die nicht benötigte Kupferschicht auf der ebenen Oberfläche durch Standard-Kupfer-CMP entfernt werden. Nach einem Fertigstellen aller Vorderseiten-Vorgänge wird Silizium von der Rückseite entfernt, z. B. zuerst durch Schleifen und dann Nassätzen (z. B. Schaden-Ätzen bzw. Damage Etch). Die Enden der metallischen gefüllten Durchgangslöcher könnten von der Rückseite freigelegt werden und könnten danach durch einen Glättungsvorgang, z. B. CMP (chemisch-mechanisches Polieren) geglättet werden, oder das Silizium könnte nur gedünnt werden, so dass die Drähte durch das Silizium bedeckt bleiben, und danach durch einen Glättungsvorgang geglättet werden, was Silizium entfernt. Schließlich könnte eine Rückseitenmetallisierung auf die polierten und geglätteten Durchgangslöcher aufgebracht werden.
  • Mit abermals anderen Worten zeigten die obigen Ausführungsbeispiele eine Wolframschicht, die in das Substrat-Durchgangsloch (das Loch) aufgebracht ist, z. B. durch einen CVD-Vorgang. Diese Schicht kann mehrere Probleme lösen. Die Wolframschicht weist eine hervorragende Kantenabdeckung auf und könnte als eine Stromversorgung für die Galvanik dienen. Die Anforderungen an eine nötige Kupferkeimschicht könnten auf diese Weise drastisch reduziert werden. Die Keimschicht könnte durch ein PVD-Verfahren aufgebracht werden und ein teures CVD-Verfahren ist unter Umständen nicht notwendig. Nach einer Aufbringung auf der Oberfläche kann die Wolframschicht durch ein RIE-Ätzen nur von der Oberfläche entfernt werden. Eine ausreichend dicke Wolframschicht kann in dem Durchgangsloch verbleiben. Die Oberfläche des Durchgangslochs ist mit Wolfram bedeckt, wobei das Wolfram während des Zurückätzens nicht von der Unterseite des Durchgangslochs entfernt wird, so dass eine ausreichende Barriere gebildet werden kann. Eine teure Rückseiten-Photo-Technik (bei dünnen Wafern), z. B. Lithographie, ist unter Umständen nicht notwendig. Während eines Schaden-Ätzens an der Rückseite kann der Titan/Titannitrid/Wolfram-Stapel als ein Ätzstopp dienen.
  • Die Wolframschicht in dem Substrat-Durchgangsloch kann so umgesetzt werden, dass der Kupfer-CMP-Schritt, der nach der Durchgangslochfüllung durchgeführt wird, kein Adhäsion- oder Korrosionsphänomen in Kombination mit dem verwendeten Barriereschichtstapel zeigt.
  • Während diese Erfindung in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, gibt es Abänderungen, Vertauschungen und Äquivalente, die in den Schutzbereich dieser Erfindung fallen. Es soll auch angemerkt werden, dass es viele alternative Weisen eines Implementierens der Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung gibt. Deshalb sollen die folgenden beigefügten Ansprüche als alle derartigen Abänderungen, Vertauschungen und Äquivalente, wie diese in die wahre Wesensart und den wahren Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, umfassend interpretiert werden.
  • Obwohl sich einige Ansprüche nur auf einen anderen Anspruch beziehen, kann auch eine Kombination mit weiteren Ansprüchen möglich sein.

Claims (18)

  1. Verfahren (100) zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats (210) und einer zweiten Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Herstellen (110) eines Lochs (220) von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats in das Halbleitersubstrat; Bilden (120) einer elektrisch leitfähigen Schicht (230) auf einer Oberfläche des Lochs, wobei die elektrisch leitfähige Schicht Wolfram aufweist; Entfernen (130) der elektrisch leitfähigen Schicht (230) von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei die elektrisch leitfähige Schicht zumindest mit reduzierter Dicke in dem Loch verbleibt; Füllen (140) des Lochs mit Kupfer; und Dünnen (150) des Halbleitersubstrats (210) beginnend von einer Oberfläche, die eine gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, um die zweite Oberfläche des Halbleitersubstrats zu erhalten, wobei das Loch (220) an der zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner ein Bilden einer Barriereschicht auf der Oberfläche des Lochs (220) aufweist, wobei die Barriereschicht gebildet wird, bevor die elektrisch leitfähige Schicht (230) gebildet wird, und wobei die Barriereschicht als eine Diffusionsbarriere für das Wolfram der elektrisch leitfähigen Schicht verwendet wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner ein Bilden einer elektrisch isolierenden Schicht an der Oberfläche des Lochs (220) aufweist, wobei die elektrisch isolierende Schicht gebildet wird, bevor die elektrisch leitfähige Schicht (230) gebildet wird.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner ein Bilden einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht über der verbleibenden elektrisch leitfähigen Schicht aufweist, wobei die weitere elektrisch leitfähige Schicht als eine Keimschicht für die Kupferfüllung verwendet wird.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die elektrisch leitfähige Schicht (230) Wolfram oder Wolframnitrid aufweist.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Barriereschicht eine Durchschnittsdicke aufweist, die dünner ist als eine Durchschnittsdicke der elektrisch leitfähigen Schicht (230).
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Barriereschicht Titan oder Titannitrid aufweist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die Barriereschicht eine Mehrschicht aufweist, die eine Titan-Teilschicht und eine Titannitrid-Teilschicht aufweist.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem die weitere elektrisch leitfähige Schicht eine Durchschnittsdicke aufweist, die dünner ist als eine Durchschnittsdicke der elektrisch leitfähigen Schicht mit Wolfram.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, bei dem die weitere elektrisch leitfähige Schicht Kupfer aufweist.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die weitere elektrisch leitfähige Schicht eine Mehrschicht aufweist, die eine Kupfer-Teilschicht und eine Tantal-Teilschicht aufweist.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die weitere elektrisch leitfähige Schicht eine Mehrschicht aufweist, die eine Kupfer-Teilschicht, eine Tantal-Teilschicht und eine Tantalnitrid-Teilschicht aufweist.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Dünnen (150) des Halbleitersubstrats ein Zurückschleifen des Halbleitersubstrats (210) von der Oberfläche, die die gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, um die zweite Oberfläche des Halbleitersubstrats zu erhalten, wobei das Loch (220) freigelegt wird, aufweist.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Dünnen (150) des Halbleitersubstrats ein Zurückschleifen des Halbleitersubstrats (210) von der Oberfläche, die die gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, gefolgt durch nasschemisches oder trockenchemisches Ätzen, um die zweite Oberfläche des Halbleitersubstrats zu erhalten, wobei das Loch (220) freigelegt wird, aufweist.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die elektrisch leitfähige Schicht (230) mit Wolfram als ein Ätzstopp für den Dünnungsschritt verwendet wird.
  16. Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer ersten Oberfläche eines Siliziumsubstrats und einer zweiten Oberfläche des Siliziumsubstrats, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Herstellen eines Lochs von der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats in das Siliziumsubstrat; Bilden einer Barriereschicht auf einer Oberfläche des Lochs, wobei die Barriereschicht eine Titanschicht, eine Titannitridschicht oder eine Kombination einer Titanschicht und einer Titannitridschicht aufweist; Bilden einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht auf der Barriereschicht, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht Wolfram oder Wolframnitrid aufweist; Entfernen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht von der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht zumindest mit reduzierter Dicke in dem Loch verbleibt; Bilden einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht über der ersten elektrisch leitfähigen Schicht, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht Kupfer aufweist; Füllen des Lochs mit Kupfer, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht als eine Keimschicht für die Kupferfüllung verwendet wird; und Dünnen des Siliziumsubstrats beginnend von einer Oberfläche, die eine gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats ist, um die zweite Oberfläche des Siliziumsubstrats zu erhalten, wobei das Loch an der zweiten Oberfläche des Siliziumsubstrats freigelegt wird.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem die zweite elektrisch leitfähige Schicht eine Kupferschicht und eine Tantalschicht aufweist.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem die zweite elektrisch leitfähige Schicht eine Kupferschicht, eine Tantalschicht und eine Tantalnitridschicht aufweist.
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