TW514980B - Method to adjust the structures on a semiconductor-substrate - Google Patents

Description

514980 五、發明説明（1 ) 本發明涉及一種基板前側上及背面上之結構調整時所 用之方法。 在積體電路進行三維空間之積體化<時，第二半導體基 板上配置一種薄的半導體基板且與其作機械上及電性上 之連接。此種方法例如描述在"V e r t i c a 11 y I n t e g r a t e d Circuits-A Key Technology for Future High Performance System", M. Engelhardt et. al. aus CIP '9Ί Proceeding, Proc. 1 1lh International Colloguium on Plasma Processes, P. 1 87( 1 997), Supplement a la Revue Le Vide: Science, technique et applications; No. -284, Avril-Mai-Juin 1 997, Editor: Societe Francaise du Vide, 19 rue du Renard, 75004 Paris, France, on the page 187 to 192 中。在此種 方法中，半導體基板之調整和接觸在技術上是一要求高 且困難之步驟。 就三維空間之積體化而言，首先通常預備二個晶圓， 其上具有已處理之電路組件。第一晶圓因此作爲載體用 ，第二晶圓以下述方法被薄化且配置在第一晶圓上。爲 了進行薄化，第二晶圓首先在其前側（其上具有電路） 上設有一種黏合劑且與一種安裝載體相連。第二晶圓然 後由其背面進行薄化。此外，各接觸孔由第二晶圓背面 經由薄化之基板直至已薄化之晶圓之前側上之第一金屬 層爲止。各接觸孔相對於已薄化之基板之前側上之各接 觸區而調整，這可以不在已薄化之基板之前側上方進行 ，因爲其已由該安裝載體所覆蓋。 514980 五、發明説明（2 ) 在傳統方式中，以一種接觸式石版術（Contact-lithography)使第二晶圓之背面曝光，其中此種調整是藉 助於紅外線在標記上之曝光來達成各標記是配置在已薄 化之晶圓之前側上。此種接觸式曝光（特別是紅外線接 觸式曝光）會造成一種典型上是+/-5// m之較大之調整 誤差。因此，已薄化之基板之前側上之接觸區通常設計 成很大。這表示：基板之前側（其例如含有電路）上之 口p貝空間由大的接觸區所佔用。 本發明之目的是提供一種方法以調整基板前側及背面 上之結構，其可達成一種小很多之調整誤差。 依據本發明，此目的以具有下述各步驟之方法來達 成： 一在基板之前側上形成一種結構； —過生長（Q v e r - g r 〇 w)此種具有一種有效層之結構； 一由基板之背面（其與基板之前側相面對）開始使此 結構裸露。 本發明之方法首先在基板之前側上形成一種結構。然 後可在基板之前側上形成其它層。在這些層中例如形成 電性組件及電路。基板前側上之此種結構因此可在一種 步進器（stepper)(其對此基板前側上之光阻進行曝光） 中作爲調整用。例如，藉由基板背面之蝕刻使此結構 (其用在基板前側之結構化中）裸露在基板背面，此結 構因此可在基板背面上作爲步進器之調整標記，以便在 基板背面之處理中使基板背面上之光阻曝光。由於此結 -4- 514980 五、發明説明（3 ) 構適合被步進器所使用，則接觸式曝光（其具有一種高 的調整誤差）已不需要。同樣亦不須以紅外線對已薄化 之晶圓進行曝光，這樣亦可使調整誤差下降。 一種調整步驟是使用此種裸露在背面上之結構作爲調 整標記。這樣可以有利之方式來使用一種步進器曝光方 式以取代紅外線接觸式曝光方式，調整誤差因此可大大 地下降。 另一方式是，調整步驟使用此基板之前側上之結構作 爲調整標記。此種方式之優點是：基板前側上及基板背 面上之所形成之結構都可在相同之結構上調整。基板前 側上及基板背面上所進行之各過程-及曝光步驟之間因 此不會發生欠對準現象。 其它步驟是：背面上之蝕刻可使用此結構作爲蝕刻遮 罩。這樣可以有利之方式在基板背面上進行一種自我對 準之蝕刻過程。 其它方式是：此結構在基板之前側中形成一種溝渠。 這樣所具有之優點是：基板表面中之溝渠可用作步驟器 之調整標記。 其它方式是：此結構在基板之前側上形成一種凸起。 此種凸起適合作爲步進器之調整標記。此種凸起所用之 材料是與基板者相同，但亦可由不同之材料構成。 若此結構之材料不同於基板者，則其它材料可下降至 基板前側中而使基板表面被整平。 其它方式是：一種摻雜層形成在基板中。此摻雜層在 514980 五、發明説明（4 ) 基板背面被蝕刻時用作蝕刻停止層。須形成此慘雜層’ 使其具有此結構之拓撲（topography)外形。因此’基板則 側上之處理及基板背面上之處理可以相同之結構來調 整。

其它方式是：此基板之背面以化學方式來蝕刻’其中 此基板被薄化，此摻雜層用作蝕刻停止層’此結構在背 面上形成。 其它方式是：除了背面上裸露之結構外’須形成第二 溝渠，其中以遮罩材料塡入。這樣所具有之優點是：遮 罩材料不需其它微影術曝光步驟即可自我對準於背面上 即將形成之結構而配置著。此種遮罩材料在隨後之蝕刻 步驟中可用作蝕刻遮罩。

在它其步驟中，第二溝渠中以遮罩材料塡入，其中此 遮罩材料沈積在基板之背面上且被整平。這樣所具有之 優點是：此遮罩材料施加在第二溝渠中且形成一種自我 對準之蝕刻遮罩，此時不需其它微影術曝光步驟。 其它步驟是：此遮罩材料在背面被結構化時用作一種 蝕刻遮罩。藉由此種步驟，則可由基板背面對接觸孔蝕 刻至基板前側，各接觸孔在基板前側上在適當之接觸面 上調整。 此結構由遮罩材料所形成且用作蝕刻遮罩使背面被結 構化，其中除了此結構外又形成第三溝渠。在此種步驟 中，基板前側上之結構由遮罩材料所形成。此結構及遮 罩材料在基板背面被蝕刻時裸露出來。在基板背面之下 _6_ 514980 五、發明説明（5 ) 一蝕刻步驟中使用此結構作爲蝕刻遮罩，其中除了此結 構之外亦形成一種溝渠。這樣所具有之優點是：在基板 背面上之微影術步驟隨後可在此結構上調整。 其它步驟是：第三溝渠中以第二遮罩材料塡入且此結 構由背面去除。這樣所具有之優點是：除了此結構外又 形成第二遮罩。第二遮罩現在可在下一蝕刻步驟中用作 蝕刻遮罩，以便對此基板背面區域（其先前是位於該結 構中）進行蝕刻而形成一種至基板前側之接觸孔。 本發明之方法之其它方式是：第三溝渠中以第二遮罩 材料塡入，且去除此背面上之結構。這樣所具有之優點 是：原來由此結構所佔用之背面可藉由蝕刻過程而被結 構化，以形成一種至此基板之前側之接觸孔。 此外，第二遮罩材料在第三溝渠中在背面被結構化時 用作蝕刻遮罩。由於使用第二遮罩材料作爲蝕刻遮罩， 則一種對此結構之自我對準式蝕刻過程同樣是可能的， 因爲第三溝渠及第二遮罩材料以自我對準此結構之方式 而形成。 其它步驟是：在基板之前側上生長此摻雜層。這樣所 具有之優點是：基板之前側上之結構由該摻雜層以共形 (conform)方式所包封，使摻雜層具有一種對應於此結構 之拓樸形式。 其它方式是：第一摻雜層藉由摻雜物質植入基板中而 形成。這樣所具有之優點是··此摻雜層可以共形方式施 加至此結構。 -7- η 514980 (^0 /0^^ ------ 五、發明説明（6 ) 其它方式是··在摻雜層上生長一種有效層。此有效層 例如可用於電路或結構之形成中。 此外，‘在基板之前側上形成一種電路。 其它方式是：有效層生長在基板上之前側上。此有效 層以不同之生長速率或形態而生長在此結構上以及亦 生長在基板表面上。追樣所具有之優點是·構成此凸起 之結構形成在有效層之上側上而形成凹口。 其它方式是：此結構由基板之前側去除，使摻雜層被 結構化。若此結構形成一種凸起且隨後形成此摻雜層， 則可藉由此凸起之去除使摻雜層在此凸起之區域中一起 .被去除。因此，可在此摻雜層中形成一種視窗。 其它形式是：對此基板之背面進行蝕刻且已結構化之 摻雜層用作蝕刻停止層，其中在此區域（其中此摻雜層 具有一種遮罩視窗）中在基板之背面中形成第四溝渠。 這樣所具有之優點是：已結構化之摻雜層具有一種遮罩 視窗，其中可以適當之蝕刻步驟形成一種溝渠。 本發明之其它有利之方式描述在申請專利範圍各附屬 項中。 第1圖具有一種接觸孔之已薄化之基板，其由基板背 面到達第一金屬面。 第2圖具有結構之基板。 第3圖第2圖之已薄化之基板。 第4圖第3圖之基板之另一種形式。 第5圖另一種方法，其中形成一種凸起式之結構。 514980 五、發明説明（7 ) 第5a圖第5圖之另一種形式，但不具有該可選擇之 摻雜層。 第6、7、8圖後續之各步驟，其以第5或5a圖中所 示之結構來進行。 第1圖中顯示一種薄化之基板1，其上配置一種隔離 層25，其中存在第一金屬面22及第二金屬面23。此外 ，此接觸孔24由基板1之背面3延伸至基板1之前側2 。第一金屬面22向著背面裸露於接觸區中。 此隔離層25藉由黏合層20而固定在安裝載體21上 。基板1固定至安裝載體21上可使基板1向著背面3 而在接觸孔24形成之前被薄化。 藉助於第2至4圖來描述一種調整標記7用之製法’ 此調整標記藉由微影術由基板前側2及基板背面3開始 而用來調整此基板1上之各結構。 藉助於第2至4圖來描述一種調整標記7用之製法’ 此調整標記藉由微影術由基板前側2及基板背面3開始 而用來調整此基板1上之各結構。 第2圖中顯示一種未薄化之基板1，其具有前側2及 背面3。在基板1之前側2中安裝此結構4使成爲一種 溝渠8。此結構4在前側可用作調整標記7。在基板1 之前側2上及溝渠8中配置一種摻雜層5。摻雜層5上 存在一種有效層1 5。在本實施例中，基板1由矽構成。 此結構4藉由步進器-曝光步驟而以隨後之溝渠蝕刻來 形成。摻雜層5例如由磊晶生長方法所形成。在摻雜層 -9- 514980 五、發明説明（8 ) 5上生長一種有效層1 5，其同樣由磊晶生長方法所形成 。在有效層15上以CMOS技術形成一種電路配置。有 效層1 5之生長例如是一種共形之沈積過程，使此結構4 轉換成有效層1 5且因此可用作步進器用之調整標記7。 其它方式（其適合用來製成第2圖所示之結構）首先 對基板1之前側2中溝渠8進行蝕刻且藉由植入使摻雜 層5形成在基板1中。在此種方法中此摻雜層5形成一 種埋入層，摻雜層5上方因此可配置一種有效層1 5，其 摻雜度是與摻雜層5者不同。 參考第3圖，有效層15 (其中配置場效電晶體）上是 一種隔離層25 (其中配置一種場效電晶體用之金屬佈線 )。藉由黏合層20使隔離層25固定至安裝載體21。此 基板1由基背面3進行磨光且以濕式化學方式進行蝕刻 ，此蝕刻是選擇性地在摻雜層5上停止。由於摻雜層5 用作蝕刻停止層，此結構4因此形成在基板1之背面3 上。此結構4在由步進器所進行之微影術中在背面3上 用作調整標記。因此，可以較高之準確性（其不是由紅 外線接觸曝光法所用達成）相對於調整標記7來對此接 觸孔進行定位。 參考第4圖，另一種自我對準之過程是可能的，藉此 可使一種接觸孔自我對準且不需進行其它之微影術結構 化即可由基板1之背面3延伸至第一金屬面22。第4圖 中顯示一種有效層15’其上存在一種隔離層25’其中 配置第一金屬面22。爲了可對背面3進行硏磨及飩刻， -10- 514980 五、發明説明（9 ) 則此配置可藉由黏合層20而固定在安裝載體21上。此 外，此摻雜層5配置在有效層1 5之背面。藉由背面蝕 刻，則可去除此背面3直至摻雜層5爲止。藉由基板1 之背面3之蝕刻，則除了結構4之外又可形成第二溝渠 1 〇，其中以一種遮罩材料1 1塡入，其用作蝕刻遮罩1 2 。此種塡入例如可藉由整面沈積二氧化矽以及隨後CMP 步驟來進行整平而達成。二氧化矽用之可能之沈積方法 是CVD (化學氣相沈積）方法。此蝕刻遮罩1 2可作爲 裸露之摻雜層5及其上之有效層1 5蝕刻時用之遮罩， 其中接觸孔可由背面3蝕刻至第一金屬面22。 參考第5至8圖，其描述結構4之其它製造方法，此 結構4可用作調整標記。第5圖顯示一種基板1，其具 有基板前側2及基板背面3。在基板1之前側2上由遮 罩材料1 1形成一種結構4 (凸起）。此結構4在以步進 器進行之曝光步驟用作調整標記7。在基板1之前側2 上配置一種摻雜層5。此摻雜層5在本實施例中以共形 方式配置在基板表面1 7及結構4上。此摻雜層5是可 選擇的（optional)，因此可不需要，這顯示在第5a圖中 。在摻雜層5上配置一種有效層15，其上存在一種隔離 層25。隔離層25上方配置第一金屬面22。爲了製成第 5圖所示之結構，則須製備一種由矽構成之基板1。在 基板1之表面1 7上整面沈積一種由遮罩材料1 1所構成 之層且進行結構化，使調整標記7形成在基板表面1 7 上。 -11- 514980 五、發明説明（ 10 ) 同 樣 可 形 成 此調整遮罩7以作爲結構4，其方式是在 基 板 表 面 1 7中對一種溝渠進行蝕刻，此溝渠中以遮罩 材 料 1 1塡入且然後整平至基板表面17之高度處。在此 種 情 況 中 此 調 整罩7下降至基板表面17中。 然 後 以 沈 積 方法來形成該摻雜層5。此種方法可以是 一 種 嘉 晶 沈 積 法或植入法。磊晶使基板1之單晶只繼續 存在 基 板 表 面 1 7且在調整標記7 (其由遮罩材料1 1所 形 成 ) 上 一 種 多晶形成該摻雜層5。同理，此摻雜層5 只 生 長 在 基 板 表面17上而不生長在遮罩材料11上，因 此 可 進 行 — 種 選擇性磊晶。然後以磊晶方式生長一種有 效 層 15 ° 此 有 效層1 5之單晶亦在基板表面1 7上方延續 且 遮 罩 材 料 1 ] ί上方之生長物是一種多晶。可對磊晶進 行 調 整 〇 使 其 可選擇性地進行，其中此遮罩材料1 1上 方 之 嘉 晶 生 長 速率慢很多，使有效層1 5之表面上之結 構 4 形 成 — 種 溝渠，其可用作調整標記。 參 考 第 6 圖 ，此基板固定在安裝載體2 1上，此基板1 由 其 背 面 3 來 進行薄化，因此藉由鈾刻過程可使背面蝕 刻 以 白 我 對 準 方式停止於摻雜層5上。此外，背面蝕刻 亦 停 止 於 遮 罩 材料11處。若可選式（optional)摻雜層5 未 配 置 在 基 板 1中，則此基板1之背面3例如藉由時間 控 制 之 硏 磨 過 程及時間控制之蝕刻過程而被剝蝕，使基 板 1 在 到 達 所 期望之剩餘厚度時結束此基板1之薄化過 程 〇 利 用 隨 後 之 反應性離子蝕刻（其對摻雜層5及有效層 -12-

514980 五、發明説明（11 ) 1 5之矽進行蝕刻），則此結構4 (其在此情況下由氧化 矽構成）用作蝕刻遮罩。此種蝕刻同樣可以濕式化學方 式來進行。在此種蝕刻過程中，對此種配置結構4旁之 矽進行蝕刻以形成第三溝渠1 3。然後進行一種共形或整 平用之沈積，其在背面3上沈積第二遮罩材料14。在沈 積過程中此第三溝渠13中以第二遮罩材料14塡入。 參考第8圖，然後進行整平步驟，其中此背面3被整 平。去除第二遮罩材料1 4，結構4及摻雜層5且使區域 1 8裸露。在隨後之蝕刻過程中使用第二遮罩材料1 4 ( 其配置在第三溝渠1 3中）作爲裸露區域1 8中有效層1 5 之蝕刻用之蝕刻遮罩。於是對第四溝渠1 9進行蝕刻， 其使第一金屬平面22裸露成接觸孔24。 摻雜層5在上述方法中以p-摻雜物質所形成（此處使 用硼）。鈾刻遮罩1 2及第二遮罩材料1 4可由氧化矽或 氮化矽所構成。若此結構4由一種與基板1不同之材料 所形成，則就結構4而言可使用氧化矽或氮化矽或氮化 鈦。 若基板1變成很薄，則其會由於內部應力而變形。在 此種情況下，一種在已薄化之基板1上已調整之微影術 雖然已在適當之調整標記上調整仍會對基板1中所形成 之結構造成一種欠（under)對準。由於此一原因’則特別 有利的是藉助於自我對準之蝕刻遮罩以自我對準之方式 來對基板1之背面3進行蝕刻’因此可在基板1之適當 位置上形成各結構。 -13- 514980 五、發明説明（12 ) 符號說明 1…基板 2…前側 3…背面 4…結構 5…摻雜層 7…調整標記 8、1 3、1 9…溝渠 11、 14 … 遮 罩 材料 12·· .蝕 刻 遮 罩 15·· •有 效 層 17·· •基 板 表 面 18·· 域 20·· •黏 合 層 21 ·· •安 裝 載 體 22、 23 ... 金 屬 面 24·· •接 觸 孔 25·· •隔 離 層 -14-

Claims (1)

1. 514980 |p^： -- - -· 〇年（^月\>3

   、申請專利範圍 第90 1 08282號「調整半導體基板上之結構所用之方法」專利 案 （90年1 1月修正） 六申請專利範圍 L 一種調整基板前側上及背面上之結構所用之方法，其特 徵是以下各步驟： —在基板（1)之前側（2)上形成一種結構（4); 一·過生長（over grow)此結構（4)，其具有一種有效層（15); 一由基板（1)之背面（3)開始使結構（4)裸露，該背面（3)是 與基板（1)之正側（2)相面對。 2. 如申請專利範圔第1項之方法，其中一種調整步驟使用 此種裸露在背面（3)上之結構作爲調整標記（7)。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中一種調整步 驟使用基板（1)之前側（2)上之結構（4)作爲調整標記。 4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中背面（3)之蝕刻 使用此結構（4)作爲蝕刻遮罩。 5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中此結構（4)以溝 渠（8)形式形成在基板（1)之前側（2)中。 6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中此結構（4)以凸 起（9)之形式形成在基板（1)之前側（2)上。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中摻雜層（5)形成在基 板（1)中。 8.如申請專利範圍第7項之方法，其中對此基板（1)之背面（3) 進行化學式蝕刻，使基板（1)薄化，其使用此摻、雜層（5 )作 爲蝕刻停止層且此結構（4)形成在背面（3)上。 514980 六、申請專利範圍 9·如申請專利範圍第1項之方法，其中除了裸露在背面（3) 上之結構（4)外亦形成第二溝渠（1 0)，其中以遮罩材料（1 1) 塡入。 10·如申請專利範圍第9項之方法，其中第二溝渠（1 〇)以遮罩 材料（1 1)塡入，此時遮罩材料（11)沈積在基板（1)之背面（3) 上且被整平。 11.如申請專利範圍第9或10項之方法，其中此遮罩材料（丨υ 在背面（3)結構化時用作一種蝕刻遮罩（12)。 12·如申請專利範圍第ι，2或9項之方法，其中此結構（4)由 遮罩材料（1 D所形成且用作蝕刻遮罩（12)使背面（3)被結構 化’其中除了結構（4)之外亦形成第三溝渠（13)。 13·如申請專利範圍第1 2項之方法，其中第三溝渠（1 3)中以 第二遮罩材料（14)塡入且去除此背面（13)上之結構（4)。 14·如申請專利範圍第〗3項之方法，其中第二遮罩材料（〗4) 在第三溝渠（1 3)中在背面（3)結構化時用作蝕刻遮罩。 15.如申請專利範圍第7或8項之方法，其中此摻雜層（5)生 長在基板（1)之前側（2)上。 16·如申請專利範圍第7或8項之方法，其中此摻雜層（5)藉 由摻雜物質植入基板（1)中而形成。 17·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中在摻雜層（5)上生長 一種有效層（15)。 18·如申請專利範圍第1項之方法，其中在基板（1)之前側（2) 上形成一種電路（16)。 19.如申請專利範圍第1 7項之方法，其中有效層（1 5)生長在 六、申請專利範圍 基板（1)之前側（2)上，此有效層（15)以不同之生長速率或 形態生長在此結構（4)上以及基板表面（17)上。 20. 如申請專利範圍第1 9項之方法，其中此結構（4)由基板（丄） 之前側（2)去除，因此使摻雜層（5)被結構化。 21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中對基板1之背面（3) 進行蝕刻且已結構化之摻雜層（5)用作蝕刻停止層，在區 域（18)(其中此摻雜層（5)具有一種遮罩視窗）中在基板（1) 之背面（3)中形成第四溝渠（19)。