一种半导体器件的制备方法及半导体器件技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的制备方法及半导体器件，包括：提供半导体衬底，在半导体衬底上刻蚀硅通孔；将硅衬底至于承载片上，在硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层；分离硅衬底及承载片，将硅衬底翻转后置于承载片上，利用磁控溅射工艺在硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层；如此，再次利用磁控溅射工艺在硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层，这样可以对单次磁控溅射在波纹衔接处形成的薄膜进行修补和加厚，提高薄膜在硅通孔侧壁的覆盖能力，进而提高扩散阻挡层的厚度和均匀性以及提高导体铜种子层薄弱处的厚度和整体的厚度均匀性，减少后续硅通孔中的铜导体的扩散，确保硅通孔工艺实现的可靠性，提高半导体器件的整体性能。体器件的整体性能。体器件的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件的制备方法及半导体器件


[0001]本申请涉及半导体器件制备
，尤其涉及一种半导体器件的制备方法及半导体器件。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的发展，器件越来越微小化，二维尺度缩小的同时，进行三维堆叠也是提高器件密度和性能的一种趋势。而三维堆叠技术中硅通孔(TSV) 转接板(Interposer)是对器件进行立体和平面进行互联的重要载体。
[0003]现有技术中，由于硅通孔的侧壁上因波纹效应存在周期性重复的弯曲凹陷波纹，后续在硅通孔的侧壁上进行生长薄膜时，在每一个弯曲凹陷的波纹与相邻的另一个弯曲凹陷的波纹的连接处，不容易生长出较均匀的薄膜；即波纹连接处的薄膜要么太薄，要么没有与相邻的波纹形成连续的薄膜。进而导致硅通孔工艺的可靠性无法得到确保，容易引起硅通孔失效，进而影响整个半导体器件的性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供了一种半导体器件的制备方法及半导体器件，以解决或者部分解决现有技术在制备硅通孔时，无法确保硅通孔工艺实现的可靠性，容易引起硅通孔失效，进而影响整个半导体器件性能的技术问题。
[0005]本专利技术提供一种半导体器件的制备方法，所述方法包括：
[0006]提供半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀硅通孔；
[0007]将所述硅衬底至于承载片上，利用磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层；
[0008]分离所述硅衬底及所述承载片，将所述硅衬底翻转后置于所述承载片上，再次利用所述磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层。
[0009]上述方案中，所述在半导体衬底上刻蚀硅通孔，包括：
[0010]利用深硅刻蚀工艺在硅衬底上形成硅深孔；
[0011]在所述硅深孔表面形成氧化隔离层；
[0012]若所述硅深孔的密度大于预设的密度阈值，则在所述硅深孔内填充有机材料；
[0013]对所述硅衬底的背面进行减薄处理以及平坦化处理，在所述硅衬底上形成硅通孔；
[0014]利用湿法清洗工艺去除所述硅通孔中填充的有机材料。
[0015]上述方案中，所述再次利用所述磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层之后，所述方法还包括：
[0016]利用挂镀工艺对覆盖有扩散阻挡层及铜种子层的所述硅衬底表面及硅通孔侧壁上形成导体铜层；
[0017]分离所述硅衬底及所述承载片；
[0018]对所述硅衬底的顶面及底面分别进行平坦化处理。
[0019]上述方案中，所述再次利用所述磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层之后，所述方法还包括：
[0020]分离所述硅衬底及所述承载片；
[0021]利用挂镀工艺对覆盖有扩散阻挡层及铜种子层的所述硅衬底表面及硅通孔侧壁上形成导体铜层；
[0022]对所述硅衬底的顶面及底面分别进行平坦化处理。
[0023]上述方案中，所述利用挂镀工艺对覆盖有扩散阻挡层及铜种子层的所述硅衬底表面及硅通孔侧壁上形成导体铜层，包括：
[0024]将硅衬底浸入去离子水中，并利用超声波对所述硅衬底进行冲洗；
[0025]将冲洗后的所述硅衬底浸泡至电镀液中，以在硅衬底表面及硅通孔侧壁上形成导体铜层。
[0026]上述方案中，将冲洗后的所述硅衬底浸泡至电镀液时，硅衬底与电镀液液面的夹角为0～90
°
。
[0027]上述方案中，所述承载片与所述硅衬底通过治具固定。
[0028]上述方案中，所述承载片与所述硅衬底通过临时键合材料固定。
[0029]上述方案中，所述临时键合材料包括：键合胶或金属镓。
[0030]本专利技术还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括：
[0031]半导体衬底；
[0032]硅通孔，位于所述半导体衬底中；
[0033]扩散阻挡层，位于所述半导体衬底表面以及所述硅通孔侧壁上；
[0034]铜种子层，位于所述扩散阻挡层上方。
[0035]本专利技术提供了一种半导体器件的制备方法及半导体器件，方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀硅通孔；将所述硅衬底至于承载片上，利用磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层；分离所述硅衬底及所述承载片，将所述硅衬底翻转后置于所述承载片上，再次利用所述磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层；如此，通过将硅衬底晶圆进行翻转后，再次利用磁控溅射工艺在硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层，这样可以对单次磁控溅射在波纹衔接处形成的薄膜进行修补和加厚，提高薄膜在硅通孔侧壁的覆盖能力，进而提高扩散阻挡层的厚度和均匀性以及提高导体铜种子层薄弱处的厚度和整体的厚度均匀性，减少后续硅通孔中的铜导体的扩散，确保硅通孔工艺实现的可靠性，提高半导体器件的整体性能。
附图说明
[0036]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
[0037]在附图中：
[0038]图1示出了现有技技术提供的硅通孔的侧壁上有周期性波纹的电镜图片；
[0039]图2示出了本专利技术一个实施例提供的在半导体衬底上形成硅深孔示意图；
[0040]图3示出了本专利技术一个实施例提供的硅深孔内填充有机材料示意图；
[0041]图4示出了本专利技术一个实施例提供的利用湿法清洗工艺去除硅通孔中填充的有机材料的示意图；
[0042]图5示出了本专利技术一个实施例提供的利用磁控溅射工艺在硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层的示意图；
[0043]图6示出了本专利技术一个实施例提供的再次利用磁控溅射工艺在硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层的示意图。
具体实施方式
[0044]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0045]为了能够更好地理解本实施例的技术方案，这里先介绍下在硅通孔的侧壁上生长扩散阻挡层和金属铜导体的种子层时遇到的问题。在形成硅深孔时，刻蚀和钝化交替进行，这样就不可避免的产生了波纹效应(scalping)，即硅通孔的侧壁上有周期性重复的弯曲凹陷(周期性波纹)，可参考图1所示，在图1中标记1为形成的周期性波纹。
[0046]后续利用磁控溅射生长扩散阻挡层2和金属铜导体的种子层3时，由于磁控溅射是一个方向性很强的原子沉积过程，这就造成在每一个弯曲凹陷的波纹的底端，迎着溅射沉积方向的部位，容易堆积原子形成较厚的薄膜；而在每一个弯曲凹陷的波纹的顶端，原子到达的相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀硅通孔；将所述硅衬底至于承载片上，利用磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层；分离所述硅衬底及所述承载片，将所述硅衬底翻转后置于所述承载片上，再次利用所述磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在半导体衬底上刻蚀硅通孔，包括：利用深硅刻蚀工艺在硅衬底上形成硅深孔；在所述硅深孔表面形成氧化隔离层；若所述硅深孔的密度大于预设的密度阈值，则在所述硅深孔内填充有机材料；对所述硅衬底的背面进行减薄处理以及平坦化处理，在所述硅衬底上形成硅通孔；利用湿法清洗工艺去除所述硅通孔中填充的有机材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再次利用所述磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及铜种子层之后，所述方法还包括：利用挂镀工艺对覆盖有扩散阻挡层及铜种子层的所述硅衬底表面及硅通孔侧壁上形成导体铜层；分离所述硅衬底及所述承载片；对所述硅衬底的顶面及底面分别进行平坦化处理。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再次利用所述磁控溅射工艺在所述硅通孔侧壁上形成扩散阻挡层以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立伟，杨云春，陆原，郭伟龙，肖文贺，谷佩霞，陈学志，李佩笑，
申请(专利权)人：赛莱克斯微系统科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：