DE102021100529A1 - TSV STRUCTURE AND METHODS OF FORMING THEREOF - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren umfasst das Bilden einer Vielzahl von Dielektrikumsschichten über einem Halbleitersubstrat, das Ätzen der Vielzahl von Dielektrikumsschichten und des Halbleitersubstrats, um eine Öffnung zu bilden, das Abscheiden einer ersten Auskleidung, die sich in die Öffnung hinein erstreckt, und das Abscheiden einer zweiten Auskleidung über der ersten Auskleidung. Die zweite Auskleidung erstreckt sich in die Öffnung hinein. Das Verfahren umfasst ferner das Füllen eines leitfähigen Materials in die Öffnung, um eine Durchkontaktierung zu bilden, und das Bilden von leitfähigen Merkmalen auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleitersubstrats. Die leitfähigen Merkmale sind durch die Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden.A method includes forming a plurality of dielectric layers over a semiconductor substrate, etching the plurality of dielectric layers and the semiconductor substrate to form an opening, depositing a first liner extending into the opening, and depositing a second liner over the first lining. The second liner extends into the opening. The method further includes filling a conductive material into the opening to form a via and forming conductive features on opposite sides of the semiconductor substrate. The conductive features are electrically connected to each other through the via.
Description
PRIORITÄTSANSPRUCH UND QUERVERWEISPRIORITY CLAIM AND CROSS-REFERENCE
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität bezüglich der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKBACKGROUND ART
Durchkontaktierungen (TSVs, Through-Silicon Vias) werden als elektrische Pfade in Vorrichtungsdies verwendet, so dass die leitfähigen Merkmale auf gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtungsdies miteinander verbunden werden können. Der Bildungsprozess einer TSV umfasst das Ätzen eines Halbleitersubstrats zum Bilden einer Öffnung, das Füllen der Öffnung mit einem leitfähigen Material zum Bilden der TSV, das Durchführen eines Rückseitenschleifprozesses zum Entfernen eines Abschnitts des Halbleitersubstrats von der Rückseite und das Bilden eines elektrischen Anschlusses auf der Rückseite des Halbleitersubstrats zum Verbinden mit der TSV.Through-Silicon Vias (TSVs) are used as electrical paths in device dies so that the conductive features on opposite sides of the device dies can be connected together. The process of forming a TSV includes etching a semiconductor substrate to form an opening, filling the opening with a conductive material to form the TSV, performing a backside grinding process to remove a portion of the semiconductor substrate from the backside, and forming an electrical connection on the backside of the Semiconductor substrate for connecting to the TSV.
Figurenlistecharacter list
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.
- Die
1 ,2 ,3A ,3B ,3C ,3D ,3E ,3F ,3G ,4-13 ,14A ,14B ,14C ,14D ,14E ,14F und14G veranschaulichen die Querschnittsansichten von Zwischenstufen bei dem Bilden von Dies, die Durchkontaktierungen aufweisen, gemäß einigen Ausführungsformen. -
15 veranschaulicht eine Draufsicht einer Durchkontaktierung gemäß einigen Ausführungsformen. -
16 veranschaulicht eine dielektrische Auskleidung mit einem stufenweise verkleinerten unteren Abschnitt gemäß einigen Ausführungsformen. - Die
17 bis19 veranschaulichen die Querschnittsansichten von Zwischenstufen bei dem Packen eines Dies, der eine Durchkontaktierung aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen. -
20 veranschaulicht einen Prozessfluss zum Bilden eines Dies, der eine Mehrfachauskleidung aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen.
- the
1 ,2 ,3A ,3B ,3C ,3D ,3E ,3F ,3G ,4-13 ,14A ,14B ,14C ,14D ,14E ,14F and14G 12 illustrate the cross-sectional views of intermediate stages in the formation of dice having vias, according to some embodiments. -
15 12 illustrates a top view of a via, according to some embodiments. -
16 FIG. 12 illustrates a dielectric liner with a progressively reduced bottom portion, according to some embodiments. - the
17 until19 12 illustrate cross-sectional views of intermediate stages in packaging a die having a via, according to some embodiments. -
20 12 illustrates a process flow for forming a die having a multi-liner, according to some embodiments.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung bereit. Es werden nachfolgend spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend sein. Zum Beispiel kann das Bilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in welchen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet sind, und auch Ausführungsformen umfassen, in welchen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal gebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und gibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erläuterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.The following disclosure provides many different embodiments or examples for implementing various features of the invention. Specific examples of components and arrangements are described below to simplify the present disclosure. These are of course examples only and are not intended to be limiting. For example, in the following description, forming a first feature over or on a second feature may include embodiments in which the first and second features are formed in face-to-face contact, and also include embodiments in which additional features are intermediate between the first and second Feature may be formed so that the first and second features may not be in direct contact. In addition, the present disclosure may repeat reference numbers and/or letters in the various examples. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity and does not in itself imply a relationship between the various embodiments and/or configurations discussed.
Ferner können räumlich bezogene Begriffe, wie etwa „darunterliegend“, „unterhalb“, „unterer“, „darüberliegend“, „oberer“ und dergleichen hierin für eine bequemere Beschreibung zum Beschreiben der Beziehung eines Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en), wie in den Figuren veranschaulicht, verwendet werden. Die räumlich bezogenen Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders (um 90 Grad gedreht oder mit anderen Ausrichtungen) ausgerichtet sein und die räumlich bezogenen Deskriptoren, die hierin verwendet werden, können dementsprechend gleichermaßen interpretiert werden.Furthermore, spatially-related terms such as "underlying," "beneath," "lower," "overlying," "upper," and the like may be used herein for convenience of description to describe the relationship of one element or feature to another element(s). ) or feature(s) as illustrated in the figures. The spatial terms are intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations) and the spatially related descriptors used herein may be interpreted equally accordingly.
Es werden ein Die, der Mehrfachschichtauskleidungen für Durchkontaktierungen aufweist, und das Verfahren zum Bilden davon gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt. Der Die weist eine Vielzahl von Auskleidungen auf, welche aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind und unterschiedliche Höhen aufweisen können. Zum Beispiel kann eine äußere Auskleidung aus einem dichten Material gebildet sein, um als eine Diffusionsbarriere zu wirken, und dünn sein, um die parasitäre Kapazität zu verringern. Eine innere Auskleidung kann dicker sein und einen geringeren k-Wert als die äußere Auskleidung aufweisen. Mit dem Mehrfachschichtdesign können die Auskleidungen von Durchkontaktierungen eine verbesserte Fähigkeit, Diffusion zu verhindern, aufweisen, während die parasitäre Kapazität zwischen den Durchkontaktierungen und sonstigen Merkmalen, wie etwa dem Halbleitersubstrat, nicht nachteilig verstärkt wird. Die Zwischenstufen bei dem Bilden des Dies sind gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht. Es werden einige Variationen einiger Ausführungsformen erörtert. In sämtlichen verschiedenen Ansichten und veranschaulichenden Ausführungsformen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnen.A die having multilayer liners for vias and the method of forming it are provided according to some embodiments. The die has a plurality of liners, which are formed from different materials and may have different heights. For example, an outer liner can be formed of a dense material to act as a diffusion bar ture and thin to reduce parasitic capacitance. An inner liner may be thicker and have a lower k value than the outer liner. With the multilayer design, the liners of vias may have an improved ability to prevent diffusion while not adversely increasing the parasitic capacitance between the vias and other features such as the semiconductor substrate. The intermediate stages in forming the die are illustrated according to some embodiments. Some variations of some embodiments are discussed. The same reference numbers are used to refer to the same elements throughout the different views and illustrative embodiments.
Die
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist der Wafer 20 das Halbleitersubstrat 24 und die Merkmale, die an einer oberen Fläche des Halbleitersubstrats 24 gebildet sind, auf. Das Halbleitersubstrat 24 kann aus kristallinem Silizium, kristallinem Germanium, Siliziumgermanium, kohlenstoffdotiertem Silizium oder einem III-V-Verbundhalbleiter, wie etwa GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, GaInAsP oder dergleichen, gebildet sein oder aufweisen. Es können Flachgrabenisolationsregionen (STI-Regionen) (nicht gezeigt) in dem Halbleitersubstrat 24 gebildet werden, um die aktiven Regionen in dem Halbleitersubstrat 24 zu isolieren.According to some embodiments of the present disclosure,
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist der Wafer 20 IC-Bauteile 26 auf, welche auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 24 gebildet sind. Die IC-Bauteile 26 können komplementäre Metalloxidhalbleitertransistoren (CMOS-Transistoren, Complementary Metal-Oxide Semiconductor transistors), Widerstände, Kondensatoren, Dioden und dergleichen gemäß einigen Ausführungsformen umfassen. Die Details der IC-Bauteile 26 sind hierin nicht veranschaulicht. Gemäß alternativen Ausführungsformen wird der Wafer 20 zum Bilden von Interposern (welche keine aktiven Vorrichtungen aufweisen) verwendet, und kann das Substrat 24 ein Halbleitersubstrat oder ein dielektrisches Substrat sein.According to some embodiments of the present disclosure,
Ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD, Inter-Layer Dielectric) 28 ist über dem Halbleitersubstrat 24 gebildet und füllt den Raum zwischen den Gate-Stapeln der Transistoren (nicht gezeigt) in den IC-Bauteilen 26. Gemäß einigen Ausführungsformen ist das ILD 28 aus Phosphosilikatglas (PSG), Borsilikatglas (BSG), bordotiertem Phosphosilikatglas (BPSG), fluordotiertem Silikatglas (FSG) oder dergleichen gebildet. Das ILD 28 kann unter Verwendung von Spin-Coating, fließfähiger chemischer Dampfabscheidung (FCVD, Flowable Chemical Vapor Deposition) oder dergleichen gebildet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das ILD 28 auch unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie etwa plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), chemische Dampfabscheidung mit niedrigem Druck (LPCVD, Low-Pressure Chemical Vapor Deposition) oder dergleichen, gebildet werden.An inter-layer dielectric (ILD) 28 is formed over the
Kontaktstecker 30 werden in dem ILD 28 gebildet und verwendet, um die IC-Bauteile 26 mit darüberliegenden Metallleitungen und Durchkontaktierungen elektrisch zu verbinden. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die Kontaktstecker 30 aus einem leitfähigen Material gebildet, das aus Wolfram, Aluminium, Kupfer, Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Legierungen dafür und/oder Mehrfachschichten davon ausgewählt ist, oder weisen dieses auf. Die Bildung der Kontaktstecker 30 kann das Bilden von Kontaktöffnungen in dem ILD 28, das Füllen eines leitfähigen Materials bzw. von leitfähigen Materialien in die Kontaktöffnungen und das Durchführen eines Planarisierungsprozesses (wie etwa ein chemisch-mechanischer Polierprozess (CMP-Prozess)), um die oberen Flächen der Kontaktstecker 30 auf dieselbe Höhe wie die obere Fläche des ILD 28 zu bringen, umfassen.Contact
Über dem ILD 28 und den Kontaktsteckern 30 befindet sich eine Interconnect-Struktur 32. Die Interconnect-Struktur 32 weist Metallleitungen 34 und Durchkontaktierungen 36 auf, welche in Dielektrikumsschichten 38 (auch als Zwischenmetalldielektrika (IMDs, Inter-Metal Dielectrics) bezeichnet) und Ätzstoppschichten 37 gebildet sind. Die Metallleitungen auf einer selben Ebene werden im Folgenden gemeinsam als eine Metallschicht bezeichnet. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist die Interconnect-Struktur 32 eine Vielzahl von Metallschichten einschließlich der Metallleitungen 34 auf, die durch die Durchkontaktierungen 36 miteinander verbunden sind. Die Metallleitungen 34 und die Durchkontaktierungen 36 können aus Kupfer oder Kupferlegierungen gebildet sein und können auch aus anderen Metallen gebildet sein. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die Dielektrikumsschichten 38 aus dielektrischen low-k-Materialien gebildet. Die dielektrischen Konstanten (k-Werte) der dielektrischen low-k-Materialien können zum Beispiel geringer als ungefähr 3,0 sein. Die Dielektrikumsschichten 38 können ein kohlenstoffhaltiges dielektrisches low-k-Material, Wasserstoffsilsesquioxan (HSQ, Hydrogen SilsesQuioxane), Methylsilsesquioxan (MSQ) oder dergleichen aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst die Bildung der Dielektrikumsschichten 38 das Abscheiden eines porogenhaltigen dielektrischen Materials in den Dielektrikumsschichten 38 und dann das Durchführen eines Aushärtungsprozesses, um das Porogen auszutreiben, und somit sind die verbleibenden Dielektrikumsschichten 38 porös. Die Ätzstoppschichten 37 können aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid oder dergleichen gebildet sein oder weisen diese auf.Overlying ILD 28 and
Die Bildung der Metallleitungen 34 und der Durchkontaktierungen 36 in den Dielektrikumsschichten 38 kann Einzel-Damascene-Prozesse und/oder Dual-Damascene-Prozesse umfassen. Bei einem Einzel-Damascene-Prozess zum Bilden einer Metallleitung oder einer Durchkontaktierung wird zunächst ein Graben oder eine Durchkontaktierungsöffnung in einer der Dielektrikumsschichten 38 gebildet gefolgt von dem Füllen des Grabens oder der Durchkontaktierungsöffnung mit einem leitfähigen Material. Ein Planarisierungsprozess, wie etwa ein CMP-Prozess, wird dann durchgeführt, um die überschüssigen Abschnitte des leitfähigen Materials, die höher als die obere Fläche der Dielktrikumsschicht sind, zu entfernen, wobei eine Metallleitung oder eine Durchkontaktierung in dem entsprechenden Graben oder der entsprechenden Durchkontaktierungsöffnung zurückgelassen wird. Bei einem Dual-Damascene-Prozess werden sowohl ein Graben als auch eine Durchkontaktierungsöffnung in einer Dielektrikumsschicht gebildet, wobei die Durchkontaktierungsöffnung unter dem Graben liegt und mit diesem verbunden ist. Die leitfähigen Materialien werden dann in den Graben und die Durchkontaktierungsöffnung gefüllt, um jeweils eine Metallleitung und eine Durchkontaktierung zu bilden. Die leitfähigen Materialien können eine Diffusionsbarriereschicht und ein kupferhaltiges metallisches Material über der Diffusionsbarriereschicht aufweisen. Die Diffusionsbarriereschicht kann Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid oder dergleichen aufweisen.The formation of
Die Metallleitungen 34 weisen obere leitfähige (metallische) Merkmale, wie etwa Metallleitungen, Metallpads oder Durchkontaktierungen (als 34A bezeichnet) in einer oberen Dielektrikumsschicht (als Dielektrikumsschicht 38A bezeichnet) auf, welche die obere Schicht der Dielektrikumsschichten 38 ist. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Dielektrikumsschicht 38A aus einem dielektrischen low-k-Material gebildet, das ähnlich wie das Material von unteren der Dielektrikumsschichten 38 ist. Die Metallleitungen 34 in der oberen Dielektrikumsschicht 38A können auch aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet sein und können eine Dual-Damascene-Struktur oder eine Einzel-Damascene-Struktur aufweisen.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird die Ätzstoppschicht 40 auf der oberen Dielektrikumsschicht 38A und der oberen Metallschicht abgeschieden. Die Ätzstoppschicht 40 kann aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid oder dergleichen gebildet sein oder weist diese auf.According to some embodiments, the
Eine Passivierungsschicht 42 (manchmal als Passivierung-1 oder Pass-1 bezeichnet) ist über der Ätzstopsschicht 40 gebildet. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Passivierungsschicht 42 aus einem dielektrischen Nicht-low-k-Material gebildet, das eine dielektrische Konstante aufweist, die so groß wie oder größer als ungefähr die dielektrische Konstante von Siliziumoxid ist. Die Passivierungsschicht 42 kann aus einem anorganischen dielektrischen Material gebildet sein oder dieses aufweisen, welches ein Material umfassen kann, das aus undotiertem Silikatglas (USG), Siliziumnitrid (SiN), Siliziumoxid (SiO2), Siliziumoxynitrid (SiON), Siliziumoxycarbid (SiOC), Siliziumcarbid (SiC) oder dergleichen, Kombinationen davon und/oder Mehrfachschichten davon ausgewählt ist und nicht darauf beschränkt ist. Gemäß einigen Ausführungsformen liegen die oberen Flächen der oberen Dielektrikumsschicht 38A und die Metallleitungen 34 auf einer selben Höhe. Dementsprechend kann die Passivierungsschicht 42 eine planare Schicht sein.A passivation layer 42 (sometimes referred to as passivation-1 or pass-1) is formed over
Gemäß einigen Ausführungsformen wird die Dielektrikumsschicht 44 über der Passivierungsschicht 42 abgeschieden. Der jeweilige Prozess ist als Prozess 202 in dem Prozessfluss 200 veranschaulicht, wie in
Unter Bezugnahme auf
Gemäß einigen Ausführungsformen weist die TSV-Öffnung 48 eine obere Breite W1 und eine untere Breite W2, die geringer als die obere Breite W1 ist, auf. Die TSV-Öffnung 48 kann schräge und gerade Ränder 48E aufweisen, wobei der Neigungswinkel α der geraden Ränder 48E kleiner als 90 Grad ist, zum Beispiel im Bereich von zwischen ungefähr 80 Grad und ungefähr 90 Grad liegt. Das Aspektverhältnis H1/W1 der Öffnung 48 kann im Bereich von zwischen ungefähr 2 und ungefähr 10 gemäß einigen Ausführungsformen liegen. Die Ätzmaske 46 wird nach dem Bilden der TSV-Öffnung 48 entfernt, zum Beispiel durch einen Veraschungsprozess.According to some embodiments, the
Unter Bezugnahme auf
Gemäß einigen Ausführungsformen werden die Prozessbedingungen der Abscheidung der Auskleidung 50 derart angepasst, dass die Auskleidung 50 eine nichtkonformale Schicht ist und die Auskleidung 50 die Seitenwände eines oberen Abschnitts der TSV-Öffnung 48 bedeckt, während die Seitenwände des unteren Abschnitts der TSV-Öffnung 48 nicht bedeckt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen wird PECVD verwendet und werden einige Prozessbedingungen angepasst, um das gewünschte Profil für die Auskleidung 50 zu erzielen. Die angepassten Prozessbedingungen können den Druck des Prozessgases, ein Si/N-Gasströmungsverhältnis usw. umfassen, wobei das Si/N-Gasströmungsverhältnis das Verhältnis der Strömungsrate von siliziumhaltigen Gas zu der Strömungsrate des stickstoffhaltigen Gases ist. Zum Beispiel kann das Erhöhen des Drucks des Prozessgases bewirken, dass sich die Auskleidung 50 weniger weit zu der Unterseite der TSV-Öffnung 48 erstreckt (so dass die Höhe H2 verringert ist), währen das Verringern des Drucks bewirken kann, dass sich die Auskleidung 50 weiter zu der Unterseite der TSV-Öffnung 48 erstreckt. Das Vergrößern des Si/N-Gasströmungsverhältnisses kann bewirken, dass sich die Auskleidung 50 weniger weit zu der Unterseite der TSV-Öffnung 48 erstreckt, während das Verringern des Si/N-Gasströmungsverhältnisses bewirken kann, dass sich die Auskleidung 50 weiter zu der Unterseite der TSV-Öffnung 48 erstreckt. Durch Auswählen von geeigneten Prozessbedingungen einschließlich der geeigneten Kombination des Drucks und des Si/N-Gasströmungsverhältnisses kann die Unterseite der Auskleidung 50 auf einer gewünschten Höhe liegen. Wie in
Wie in den
Die
In den Ausführungsformen, wie in den
Unter Bezugnahme auf
Die Auskleidungen 50 und 52 können unterschiedliche Dichten aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Auskleidung 50 dichter als die Auskleidung 52. Zum Beispiel kann die Auskleidung 50 eine Dichte DS50 im Bereich von zwischen ungefähr 3 g/cm3 und ungefähr 10 g/cm3 aufweisen. Die dielektrische Auskleidung 52 kann eine Dichte DS52 im Bereich von zwischen ungefähr 2,5 g/cm3 und ungefähr 4 g/cm3 aufweisen. Die Dichtendifferenz (DS52 - DS50) kann größer als ungefähr 0,5 g/cm3 sein und kann im Bereich von zwischen ungefähr 0,5 g/cm3 und ungefähr 7 g/cm3 liegen.The
Die
Unter Bezugnahme auf
Unter Bezugnahme auf
Als Nächstes wird die Passivierungsschicht 64 strukturiert, so dass einige Abschnitte der Passivierungsschicht 64 die Randabschnitte der Metallpads 62 bedecken und einige Abschnitte der Metallpads 62 durch die Öffnungen in der Passivierungsschicht 64 freigelegt sind. Dann wird die Polymerschicht 66 gebildet, zum Beispiel durch Verteilen der Polymerschicht 66 in einer fließfähigen Form und dann Aushärten der Polymerschicht 66. Die Polymerschicht 66 wird strukturiert, um die Metallpads 62 freizulegen. Der jeweilige Prozess ist auch als Prozess 222 in dem Prozessfluss 200 veranschaulicht, wie in
Dann werden Under-Bump-Metallisierungen (UBMs) 68 und leitfähige Regionen 70 gebildet, um sich elektrisch mit den darunterliegenden Metallpads 62 zu verbinden, wie in
Die
Wie in
Die
In den zuvor erläuterten Beispielen liegt das obere Ende der TSV 61 auf derselben Höhe wie die obere Fläche der Passivierungsschicht 42. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann das obere Ende der TSV 61 auf einer beliebigen sonstigen Ebene (soweit möglich) liegen, die niedriger als die obere Fläche der Passivierungsschicht 42 ist. Zum Beispiel kann die obere Fläche der TSV 61 koplanar mit der oberen Fläche der oberen Metallschicht in der Interconnect-Struktur 32, mit der oberen Fläche einer beliebigen sonstigen Dielektrikumsschicht in der Interconnect-Struktur 32, koplanar mit der oberen Fläche des ILD 28 oder koplanar mit der oberen Fläche des Substrats 24 sein.In the examples discussed above, the top of the
Die
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weisen einige vorteilhafte Merkmale auf. Durch das Bilden von mehr als einer dielektrischen Auskleidung für die Durchkontaktierungen ist die elektrische Leistungsfähigkeit der jeweiligen Vorrichtung stabiler. Die Auskleidung(en) kann/können selektiv auf der Seitenwand einiger Teile (wie etwa der Teile, die nicht in dem Halbleitersubstrat vorhanden sind) der TSVs gebildet werden, so dass die parasitäre Kapazität verringert werden kann.The embodiments of the present disclosure have some advantageous features. By forming more than one dielectric liner for the vias, the electrical performance of the respective device is more stable. The liner(s) can be formed selectively on the sidewall of some parts (such as the parts that are not present in the semiconductor substrate) of the TSVs, so that the parasitic capacitance can be reduced.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren das Bilden einer Vielzahl von Dielektrikumsschichten über einem Halbleitersubstrat; das Ätzen der Vielzahl von Dielektrikumsschichten und des Halbleitersubstrats, um eine Öffnung zu bilden; das Abscheiden einer ersten Auskleidung, die sich in die Öffnung hinein erstreckt; das Abscheiden einer zweiten Auskleidung über der ersten Auskleidung, wobei sich die zweite Auskleidung in die Öffnung hinein erstreckt; das Füllen eines leitfähigen Materials in die Öffnung, um eine Durchkontaktierung zu bilden; und das Bilden von leitfähigen Merkmalen auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleitersubstrats, wobei die leitfähigen Merkmale durch die Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden sind. In einer Ausführungsform wird das Abscheiden der ersten Auskleidung unter Verwendung eines nicht-konformalen Abscheidungsverfahrens durchgeführt. In einer Ausführungsform wird das Abscheiden der zweiten Auskleidung unter Verwendung eines konformalen Abscheidungsverfahrens durchgeführt. In einer Ausführungsform wird die erste Auskleidung derart abgeschieden, dass sie eine erste Unterseite aufweist, die höher als eine zweite Unterseite der Öffnung ist. In einer Ausführungsform liegt die erste Unterseite auf derselben Höhe wie eine obere Fläche des Halbleitersubstrats. In einer Ausführungsform ist die erste Unterseite höher als eine obere Fläche des Halbleitersubstrats. In einer Ausführungsform ist die erste Unterseite niedriger als eine obere Fläche des Halbleitersubstrats. In einer Ausführungsform umfasst das Abscheiden der ersten Auskleidung das Abscheiden einer leitfähigen Auskleidung und umfasst das Abscheiden der zweiten Auskleidung das Abscheiden einer dielektrischen Auskleidung. In einer Ausführungsform umfasst das Abscheiden der ersten Auskleidung das Abscheiden von Siliziumnitrid und umfasst das Abscheiden der zweiten Auskleidung das Abscheiden von Siliziumoxid. In einer Ausführungsform umfasst das Abscheiden der ersten Auskleidung das Abscheiden von Siliziumcarbid und umfasst das Abscheiden der zweiten Auskleidung das Abscheiden von Siliziumoxid.According to some embodiments of the present disclosure, a method includes forming a plurality of dielectric layers over a semiconductor substrate; etching the plurality of dielectric layers and the semiconductor substrate to form an opening; depositing a first liner extending into the opening; depositing a second liner over the first liner, the second liner extending into the opening; filling a conductive material into the opening to form a via; and forming conductive features on opposite sides of the semiconductor substrate, the conductive features being electrically connected to one another through the via. In one embodiment, depositing the first liner is performed using a non-conformal deposition process. In one embodiment, depositing the second liner is performed using a conformal deposition process. In one embodiment, the first liner is deposited such that it has a first bottom that is higher than a second bottom of the opening. In one embodiment, the first bottom is at the same level as a top surface of the semiconductor substrate. In an embodiment, the first bottom is higher than a top surface of the semiconductor substrate. In an embodiment, the first bottom is lower than a top surface of the semiconductor substrate. In one embodiment, depositing the first liner includes depositing a conductive liner and depositing the second liner includes depositing a dielectric liner. In one embodiment, depositing the first liner includes depositing silicon nitride and depositing the second liner includes depositing silicon oxide. In one embodiment, depositing the first liner includes depositing silicon carbide and depositing the second liner includes depositing silicon oxide.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist eine Struktur ein Halbleitersubstrat; eine Vielzahl von Dielektrikumsschichten über dem Halbleitersubstrat; ein erstes leitfähiges Merkmal über der Vielzahl von Dielektrikumsschichten; ein zweites leitfähiges Merkmal, das unter dem Halbleitersubstrat liegt; eine Durchkontaktierung, die das Halbleitersubstrat und die Vielzahl von Dielektrikumsschichten durchdringt, wobei die Durchkontaktierung das erste leitfähige Merkmal und das zweite leitfähige Merkmal elektrisch miteinander verbindet; eine erste Auskleidung, die die Durchkontaktierung einkreist; und eine zweite Auskleidung, die die erste Auskleidung einkreist, wobei die zweite Auskleidung eine höhere Dichte als die erste Auskleidung aufweist, auf. In einer Ausführungsform steht die erste Auskleidung in physischem Kontakt mit einem oberen Abschnitt der Durchkontaktierung und steht die zweite Auskleidung in physischem Kontakt mit einem unteren Abschnitt der Durchkontaktierung. In einer Ausführungsform liegt ein unteres Ende der zweiten Auskleidung auf derselben Höhe wie eine obere Fläche des Halbleitersubstrats. In einer Ausführungsform ist ein unteres Ende der zweiten Auskleidung höher als eine obere Fläche des Halbleitersubstrats. In einer Ausführungsform ist ein unteres Ende der zweiten Auskleidung niedriger als eine obere Fläche des Halbleitersubstrats. In einer Ausführungsform weist die erste Auskleidung Siliziumoxid auf und weist die zweite Auskleidung Siliziumnitrid auf. In einer Ausführungsform weist die zweite Auskleidung eine erste Teilschicht und eine zweite Teilschicht, die die erste Teilschicht einkreist, auf, wobei die unteren Enden der ersten Teilschicht und der zweiten Teilschicht auf unterschiedlichen Höhen liegen.According to some embodiments of the present disclosure, a structure includes a semiconductor substrate; a plurality of dielectric layers over the semiconductor substrate; a first conductive feature over the plurality of dielectric layers; a second conductive feature underlying the semiconductor substrate; a via penetrating the semiconductor substrate and the plurality of dielectric layers, the via electrically connecting the first conductive feature and the second conductive feature; a first liner encircling the via; and a second liner encircling the first liner, the second liner having a higher density than the first liner. In one embodiment, the first liner is in physical contact with a top portion of the via and the second liner is in physical contact with a bottom portion of the via. In one embodiment, a lower end of the second liner is at the same level as a top surface of the semiconductor substrate. In an embodiment, a lower end of the second liner is higher than a top surface of the semiconductor substrate. In one embodiment, a bottom end of the second liner is lower than a top surface of the semiconductor substrate. In one embodiment, the first liner comprises silicon oxide and the second liner comprises silicon nitride. In one embodiment, the second liner includes a first sub-layer and a second sub-layer encircling the first sub-layer, the bottoms of the first sub-layer and the second sub-layer being at different elevations.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist eine Struktur einen Die auf. Der Die weist ein Halbleitersubstrat; eine Vielzahl von low-k-Dielektrikumsschichten über dem Halbleitersubstrat; eine Durchkontaktierung, die das Halbleitersubstrat und die Vielzahl von low-k-Dielektrikumsschichten durchdringt; eine erste Auskleidung, die die Durchkontaktierung einkreist, wobei sich die erste Auskleidung sowohl zu einem oberen Ende als auch einem unteren Ende der Durchkontaktierung erstreckt; eine zweite Auskleidung, die die erste Auskleidung einkreist, wobei die zweite Auskleidung kürzer als die Durchkontaktierung ist; einen ersten elektrischen Anschluss über dem Halbleitersubstrat und an einer oberen Fläche des Dies; und einen zweiten elektrischen Anschluss, der unter dem Halbleitersubstrat und an einer unteren Fläche des Dies liegt, wobei der erste elektrische Anschluss und der zweite elektrische Anschluss elektrisch durch die Durchkontaktierung miteinander verbunden sind, auf. In einer Ausführungsform ist die zweite Auskleidung dichter als die erste Auskleidung. In einer Ausführungsform ist die zweite Auskleidung dünner als die erste Auskleidung.According to some embodiments of the present disclosure, a structure includes a die. The die includes a semiconductor substrate; a plurality of low-k dielectric layers over the semiconductor substrate; a via penetrating the semiconductor substrate and the plurality of low-k dielectric layers; a first liner encircling the via, the first liner extending to both a top end and a bottom end of the via; a second liner encircling the first liner, the second liner being shorter than the via; a first electrical connection over the semiconductor substrate and on a top surface of the die; and a second electrical connection underlying the semiconductor substrate and on a bottom surface of the die, the first electrical connection and the second electrical connection being electrically connected to each other through the via. In one embodiment, the second liner is more dense than the first liner. In one embodiment, the second liner is thinner than the first liner.
Das Vorherige erläutert Merkmale verschiedener Ausführungsformen, so dass ein Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Ein Fachmann sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung leicht als Grundlage zum Gestalten oder Abändern anderer Prozesse und Strukturen zum Erreichen derselben Zwecke und/oder Erzielen derselben Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen verwenden kann. Ein Fachmann sollte auch realisieren, dass sich solche äquivalenten Konstruktionen nicht von dem Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung entfernen und er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hierin vornehmen kann, ohne sich von dem Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu entfernen.The foregoing explains features of various embodiments so that those skilled in the art may better understand aspects of the present disclosure. One skilled in the art should recognize that the present disclosure can readily be used as a basis for designing or modifying other processes and structures to achieve the same purposes and/or obtain the same advantages of the embodiments presented herein. Also, one skilled in the art should realize that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present disclosure, and various changes, substitutions, and alterations can be made herein without departing from the spirit and scope of the present disclosure.
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US7968460B2 (en) * | 2008-06-19 | 2011-06-28 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor with through-substrate interconnect |
US8399354B2 (en) * | 2009-01-13 | 2013-03-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Through-silicon via with low-K dielectric liner |
US9305865B2 (en) * | 2013-10-31 | 2016-04-05 | Micron Technology, Inc. | Devices, systems and methods for manufacturing through-substrate vias and front-side structures |
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US9275933B2 (en) * | 2012-06-19 | 2016-03-01 | United Microelectronics Corp. | Semiconductor device |
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