專利名稱：半導(dǎo)體元件、及半導(dǎo)體元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件、例如具有形成于半導(dǎo)體基板的貫通孔中的貫通電 極的半導(dǎo)體元件、及半導(dǎo)體元件的制造方法。
背景技術(shù)：
首先參照圖13說明現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件及其制造方法。
此外，圖13是現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的貫通電極附近的、在包含半導(dǎo)體基板2 的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
首先，利用干法蝕刻工藝等在已形成蝕刻掩模的半導(dǎo)體基板2的原材料上 形成貫通孔1。
接著，利用CVD(化學(xué)氣相沉積Chemical Vapor Deposition)法等在貫通孔 1的側(cè)壁面沉積絕緣膜(圖中省略)，在該絕緣膜上形成籽晶層(圖中省略)。此后， 利用鍍覆法等使導(dǎo)電性物質(zhì)填充貫通孔1，從而形成貫通半導(dǎo)體基板2的貫通 電極。
然后，在貫通電極的一端形成第一布線層4，將該第一布線層4與安裝于 半導(dǎo)體基板2的或制作于半導(dǎo)體基板2本身中的電路元件6電連接。
而且在貫通電極的另一端形成第二布線層5，將該第二布線層5通過釬焊 料球8等端子與外部電路7電連接。
作為用于形成貫通孔1的、材料為硅的半導(dǎo)體基板2的原材料的干法蝕刻 工藝的代表性的深鉆方法，有波希法(BoschProcess)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
波希法的工藝如下所述，即使用SF6(六氟化硫)氣體、或混有幾十％以下的 Ar(氬)氣的SF6(六氟化硫)氣體作為蝕刻氣體來對半導(dǎo)體基板2的原材料進(jìn)行蝕 刻，通過反復(fù)交替進(jìn)行蝕刻鉆孔工序、和使用C4F8(八氟環(huán)丁垸)氣體將氟碳類 聚合物作為保護(hù)膜沉積在該孔的側(cè)壁面上的沉積工序，從而能夠進(jìn)行硅的各向 異性蝕刻。這樣的波希法，能夠?qū)崿F(xiàn)例如20pm/min以上的蝕刻速度，能夠得到其側(cè) 壁面具有相對于半導(dǎo)體基板2的基板面垂直的溝槽形狀的、半導(dǎo)體基板2的厚 度方向的貫通孔1。
這里，迸一步詳細(xì)說明波希法。
所述蝕刻工序中，通過在干法蝕刻工藝中使用的腔的內(nèi)部利用電磁波的照 射等方法來電離蝕刻氣體，從而產(chǎn)生等離子體。然后，使等離子體中的F(氟) 離子和F基團(tuán)(日文，^'力A)撞擊半導(dǎo)體基板2的原材料的未形成蝕刻掩 模的部分。此外，為了將帶審椅的F離子朝半導(dǎo)體基板2的厚度方向引入，向 半導(dǎo)體基板2施加基板偏壓。
然后，利用上述撞擊來濺射半導(dǎo)體基板2的Si(硅)，從而促進(jìn)Si與F離子 或F基團(tuán)之間的化學(xué)反應(yīng)，對半導(dǎo)體基板2的原材料進(jìn)行蝕刻。
然而，未帶電荷的F基團(tuán)朝所有的方向擴(kuò)散而不限于半導(dǎo)體基板2的厚度 方向，因此不僅是對于半導(dǎo)體基板2的厚度方向、對于貫通孔1的側(cè)壁面也會(huì) 進(jìn)行蝕刻。
因此，在用這樣的蝕刻工序?qū)⒖咨晕@下去一點(diǎn)之后，利用所述沉積工序 在孔的側(cè)壁面形成保護(hù)膜，在下一蝕刻工序中抑制對孔的側(cè)壁面的蝕刻。
這樣重復(fù)蝕刻工序和沉積工序，邊抑制對貫通孔1的側(cè)壁面的蝕刻邊進(jìn)行 半導(dǎo)體基板2的厚度方向的蝕刻，從而能進(jìn)行所要的各向異性蝕刻。
專利文獻(xiàn)l:日本國專利特表平7-503815號公報(bào)
然而，上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的制造方法中，半導(dǎo)體基板2的厚度方向的 蝕刻是交替重復(fù)蝕刻工序和沉積工序來進(jìn)行的，因此會(huì)在貫通孔1的側(cè)壁面產(chǎn) 生在半導(dǎo)體基板2的厚度方向上有規(guī)則的凹處。
更具體而言，會(huì)在貫通孔l的側(cè)壁面產(chǎn)生被稱為弧形切削殘余(日文》 * ^ a '7 y)的、如圖14(A)及(B)所示的波紋狀的凹凸結(jié)構(gòu)3a。該凹凸結(jié)構(gòu)3a
的筋如圖所示橫向形成。
此外，圖14(A)是現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的貫通孔1的簡要的立體圖，圖14(B) 是現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的貫通孔1的、在包含半導(dǎo)體基板2的厚度方向的平面切 斷的簡要的剖視圖。 '
其結(jié)果是，利用CVD法等從貫通孔1的上方往下方進(jìn)入而沉積在側(cè)壁面上的所述絕緣膜的、膜厚的均勻性和對側(cè)壁面的粘附性因具有橫向的筋的凹凸 結(jié)構(gòu)3a而變差。而且，由于形成在該絕緣膜上的籽晶層的膜厚的均勻性也變 差，因此會(huì)看到如下現(xiàn)象，即此后通過利用鍍覆法來使導(dǎo)電性物質(zhì)填充貫通孔 (l)而形成的貫通電極的可靠性變低。
而且，在利用濺射法進(jìn)行籽晶層的成膜的情況下，在凹處籽晶層容易變得 不連續(xù)，因此不能在此后利用鍍覆法使導(dǎo)電性物質(zhì)填充貫通孔1的工序中使鍍 覆的膜厚均勻。而且，在最壞的情況下還會(huì)看到產(chǎn)生氣孔(氣泡)、貫通電極的
可靠性明顯變低的現(xiàn)象。 _
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的制造方法中會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到上述現(xiàn)有的問題，其目的在于提供能使形成于半導(dǎo)體基板的 貫通孔中的貫通電極的可靠性提高的半導(dǎo)體元件、以及半導(dǎo)體元件的制造方 法。
本發(fā)明的第1發(fā)明是一種半導(dǎo)體元件， 具有
半導(dǎo)體基板；
配置于所述半導(dǎo)體基板的電路元件；及
形成于所述半導(dǎo)體基板的、在其側(cè)壁面具有筋狀凹凸的貫通孔， 所述筋狀凹凸的筋的方向是所述半導(dǎo)體基板的厚度方向。 本發(fā)明的第2發(fā)明是在本發(fā)明的第1發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，
與所述電路元件的電極電連接的導(dǎo)電性物質(zhì)形成于所述導(dǎo)通孔的內(nèi)部。
本發(fā)明的第3發(fā)明是在本發(fā)明的第1發(fā)明的半導(dǎo)體元件中， 所述貫通孔是所述半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)鹊拈_口部的直徑大于所述半導(dǎo)體 基板的背面?zhèn)鹊拈_口部的直徑的貫通孔。
本發(fā)明的第4發(fā)明是在本發(fā)明的第1發(fā)明的半導(dǎo)體元件中， 所述半導(dǎo)體基板的材料是硅類半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體。 本發(fā)明的第5發(fā)明是在本發(fā)明的第4發(fā)明的半導(dǎo)體元件中， 所述硅類半導(dǎo)體是硅或鍺化硅，所述化合物半導(dǎo)體是砷化鎵、氮化鎵、或磷化銦。
本發(fā)明的第6發(fā)明是在本發(fā)明的第1發(fā)明的半導(dǎo)體元件中， 所述貫通孔是利用干法蝕刻工藝而形成的貫通孔。
本發(fā)明的第7發(fā)明是在本發(fā)明的第6發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，
所述筋狀凹凸是(l)所述干法蝕刻工藝中所使用的蝕刻掩模的蝕刻用窗的
周緣部的凹凸，或(2)利用所述半導(dǎo)體基板的原材料所含有的雜質(zhì)而形成的凹凸。
本發(fā)明的第8發(fā)明是在本發(fā)明的第6發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，
所述干法蝕刻工藝具有
在所述半導(dǎo)體基板的原材料上形成蝕刻掩模的蝕刻掩模形成步驟；及 對己形成有所述蝕刻掩模的所述半導(dǎo)體基板的原材料、利用混合有氧的蝕 刻氣體來進(jìn)行蝕刻的蝕刻步驟。
本發(fā)明的第9發(fā)明是一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有
在半導(dǎo)體基板的原材料上形成貫通孔，同時(shí)在所述貫通孔的側(cè)壁面形成筋
的方向?yàn)樗霭雽?dǎo)體基板的原材料的厚度方向的筋狀凹凸的貫通孔形成步驟； 在所述貫通孔的內(nèi)部形成導(dǎo)電性物質(zhì)的導(dǎo)電性物質(zhì)形成步驟；及 將電路元件的電極與所述導(dǎo)電性物質(zhì)電連接的連接步驟。 本發(fā)明的第10發(fā)明是在本發(fā)明的第9發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法中， 利用干法蝕刻工藝形成所述貫通孔。
本發(fā)明的第11發(fā)明是在本發(fā)明的第IO發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法中， 所述筋狀凹凸是(l)所述干法蝕刻工藝中所使用的蝕刻掩模的蝕刻用窗的 周緣部的凹凸，或(2)利用所述半導(dǎo)體基板的原材料所含有的雜質(zhì)而形成的凹凸。
本發(fā)明的第12發(fā)明是在本發(fā)明的第IO發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法中， 所述千法蝕刻工藝具有
在所述半導(dǎo)體基板的原材料上形成蝕刻掩模的蝕刻掩模形成步驟；及 對于已形成有所述蝕刻掩模的所述半導(dǎo)體基板的原材料、利用混合有氧的 蝕刻氣體來進(jìn)行蝕刻的蝕刻步驟。
本發(fā)明的第13發(fā)明是在本發(fā)明的第IO發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法中，預(yù)先調(diào)查所述筋狀凹凸的大小及/或形狀與
(l)所述干法蝕刻工藝中所使用的腔的內(nèi)部的真空度、(2)為了調(diào)整所述腔 的內(nèi)部的蝕刻氣體的分壓而在所述蝕刻氣體中混入的氣體的種類及/或量、(3) 對于所述半導(dǎo)體基板的原材料施加基板偏壓的施加量、(4)所述干法蝕刻工藝中
所使用的蝕刻掩模的蝕刻用窗的大小及/或形狀、及(5)所述半導(dǎo)體基板的原材
料所含有的雜質(zhì) 之間的關(guān)系，
根據(jù)該調(diào)查結(jié)果來設(shè)定所述腔的內(nèi)部的真空度、所述混合的氣體的種類及 /或量、所述基板偏壓的施加量、及所述蝕刻用窗的大小及/或形狀，從而形成 所述貫通孔。
本發(fā)明的第14發(fā)明是在本發(fā)明的第IO發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法中，
在蝕刻氣體中添加用于在所述貫通孔的側(cè)壁面沉積反應(yīng)生成物的氣體。 根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，能夠提供能使形成于半導(dǎo)體基板的貫通孔中的貫通電 極的可靠性提高的半導(dǎo)體元件、以及半導(dǎo)體元件的制造方法。


圖l(A)是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體元件的貫通孔的簡要的立體圖， (B)是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體元件的貫通孔的簡要的俯視圖。
圖2(A)是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體元件的貫通電極附近的、在包含 半導(dǎo)體基板的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖，(B)是本發(fā)明的實(shí)施方式1 中的半導(dǎo)體元件的貫通電極附近的、在與半導(dǎo)體基板的厚度方向垂直的平面切 斷的簡要的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的干法蝕刻工藝中使用的蝕刻室的說明圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的、僅在貫通孔的側(cè)壁面的表面形成導(dǎo)電性 物質(zhì)的半導(dǎo)體元件的貫通電極附近的、在包含半導(dǎo)體基板的厚度方向的平面切 斷的簡要的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的半導(dǎo)體基板的原材料的、在包含半導(dǎo)體基 板的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的在其側(cè)壁面具有凹凸結(jié)構(gòu)的貫通孔的、在包含半導(dǎo)體基板的厚度方向的平面切斷的簡要的局部剖視圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的在其側(cè)壁面具有凹凸結(jié)構(gòu)的貫通孔的簡要 的立體圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的貫通電極附近的、在包含兩層 的半導(dǎo)體基板的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、凹凸結(jié)構(gòu)的凸部的個(gè)數(shù)或周
期因其深度不同而不同的貫通孔的簡要的立體圖。
圖H)是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)鹊拈_
口部的直徑比半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)鹊拈_口部的直徑要大的貫通孔的簡要的立 體圖。
圖ll是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、其開口部的形狀為連接多 邊形的一部分而形成的形狀的貫通孔的簡要的立體圖(其一)。
圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、其開口部的形狀為連接多
邊形的一部分而形成的形狀的貫通孔的簡要的立體圖(其二)。
圖13是現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的貫通電極附近的、在包含半導(dǎo)體基板的厚度 方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
圖14(A)是現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的貫通孔的簡要的立體圖，(B)是現(xiàn)有的半導(dǎo) 體元件的貫通孔的、在包含半導(dǎo)體基板的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
標(biāo)號說明 1貫通孔
2、 12半導(dǎo)體基板
3、 3a凹凸結(jié)構(gòu) 4第一布線層
5第二布線層 6電路元件 7外部電路 8釬焊料球 9第一絕緣層10第二絕緣層
11導(dǎo)電性物質(zhì)
19籽晶層
111貫通電極
110第三絕緣層
201腔
202基板電極
203蝕刻掩模
204表面波器件
205高頻發(fā)生器
301、302、 303 雜質(zhì)
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (實(shí)施方式1)
主要參照圖l(A)、 (B)以及圖2(A)、 (B)說明本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件及 其制造方法。
此外，圖l(A)是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體元件的貫通孔1的簡要的 立體圖，圖l(B)是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體元件的貫通孔1的簡要的俯 視圖。
另外，圖2(A)是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體元件的貫通電極11附近 的，在包含半導(dǎo)體基板2的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖，圖2(B)是本 發(fā)明的實(shí)施方式1中的半導(dǎo)體元件的貫通電極11附近的，在與半導(dǎo)體基板2 的厚度方向垂直的平面切斷的簡要的剖視圖。
本說明書中，對具有相同功能的結(jié)構(gòu)件附加同一標(biāo)號以便更容易理解，另 外，附圖畫得有些夸張。
首先， 一邊說明本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)， 一邊說明其制造方法。
此外，對于貫通孔1的形狀和貫通孔1的形成方法的具體說明將在后面詳 細(xì)闡述。貫通孔1是形成于半導(dǎo)體基板2的、在其側(cè)壁面具有筋狀凹凸結(jié)構(gòu)3的貫 通孔。貫通孔1是利用干法蝕刻工藝在已形成蝕刻掩模的半導(dǎo)體基板2的原材 料上形成的貫通孔。
本實(shí)施方式的干法蝕刻工藝，在半導(dǎo)體基板2的原材料上形成蝕刻掩模， 并利用混有02(氧)氣體的蝕刻氣體對已形成蝕刻掩模的半導(dǎo)體基板2的原材料
進(jìn)行蝕刻。
凹凸結(jié)構(gòu)3的筋的方向是半導(dǎo)體基板2的厚度方向。凹凸結(jié)構(gòu)3是利用蝕 刻掩模的蝕刻用窗的周緣部的凹凸而形成的凹凸。
在材料為硅或鍺化硅(日文、>y力^》7二々厶)等硅類半導(dǎo)體的半導(dǎo)體
基板2上配置電路元件6(參照圖13)，將與電路元件6電連接的導(dǎo)電性物質(zhì) ll(參照圖2(A)及(B))填充入貫通孔1的內(nèi)部。
利用CVD法將第一絕緣層9沉積在貫通孔1的側(cè)壁面，將籽晶層19形成 在第一絕緣層9上(參照圖2(A)及(B))。然后，利用鍍覆法將作為Cu(銅)的導(dǎo)電 性物質(zhì)11填充入貫通孔1，形成貫通半導(dǎo)體基板2的貫通電極111。
此外，第一布線層4(參照圖2(A))形成在貫通電極111的一端，與電路元 件(參照圖13)電連接。
另外，第二布線層5(參照圖2(A))形成在貫通電極111的另一端，通過釬 焊料球8等端子與外部電路7(參照圖6)電連接。另外，第二絕緣層10形成在半導(dǎo)體基板2的表面?zhèn)?，使得第一布線層4 與半導(dǎo)體基板2絕緣。
另外，第三絕緣層110形成在半導(dǎo)體基板2的背面?zhèn)龋沟玫诙季€層5 與半導(dǎo)體基板2絕緣。
接著，進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的利用干法蝕刻工藝形成的貫通孔1 的形狀。
貫通孔1的直徑約為5|im 200(im，其深度約為10(im 400(im。
而且，利用蝕刻掩模的蝕刻用窗的周緣部的凹凸而形成的凹凸結(jié)構(gòu)3的相
鄰的凸部之間的距離D(參照圖l(B))約為lOpm以下。
此外，距離D和凹凸結(jié)構(gòu)3的凸部的高度H(參照圖1(B))有時(shí)也會(huì)比圖1(A)
及(B)中所示的要大或者要小。下面參照圖3進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的利用干法蝕刻工藝的貫通孔 1的形成方法。
此外，圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的干法蝕刻工藝中使用的蝕刻室的說 明圖。
在壓強(qiáng)為5 50Pa的腔201的內(nèi)部的配置于基板電極202的半導(dǎo)體基板2 的原材料上形成設(shè)有貫通孔1的開口部的形狀(參照圖l(B))的蝕刻用窗的蝕刻 掩模203。
此外，作為用于形成蝕刻掩模203的掩模材料的PR(光刻膠)是含碳的有機(jī) 材料。
然后，利用以13.56MHz的頻率發(fā)生高頻的高頻發(fā)生器(圖中省略)以 1000 4000W的輸出功率產(chǎn)生等離子體，使作為蝕刻氣體的SF6氣體電離。
利用表面波器件(surfatron)204將等離子體朝箭頭X的方向?qū)氲角?01 的內(nèi)部。
此外，在本實(shí)施方式中，通過在流量為84.5x10—4 845xl0—4Pa'm3/sec、即 50 500sccm(標(biāo)準(zhǔn)cc/min)的SF6氣體中混合相同水平以下的02氣體來使SF6 氣體的分壓降低，從而減少等離子體中的F基團(tuán)。
為了抑制對于貫通孔1的側(cè)壁面的蝕刻，因不帶電荷故朝所有的方向擴(kuò)散， 從而使對于貫通孔1的側(cè)壁面進(jìn)行蝕刻的F基團(tuán)減少。
這樣，通過增大F離子相對于F基團(tuán)的比率，從而生成與現(xiàn)有的干法蝕刻 工藝中使用的等離子體相比離子性較高的等離子體。
當(dāng)然，等離子體也可不是如上述那樣從外部導(dǎo)入，而是利用ICP(Inductively Coupled Plasma:電感耦合等離子體)方式、RIE(Reactive Ion Etching:反應(yīng)離子 蝕刻)方式、或ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子自旋共振)方式等在腔 201的內(nèi)部產(chǎn)生。
然后，利用高頻發(fā)生器205以20 200W的輸出功率向配置在基板電極202 上的半導(dǎo)體基板2施加基板偏壓，從而將帶電荷的F離子引向半導(dǎo)體基板2的 厚度方向。這樣，隨著F基團(tuán)的減少，大量存在的F離子向形成貫通孔1的過 程產(chǎn)生的洞的底部加速并撞擊，進(jìn)行半導(dǎo)體基板2的厚度方向的蝕刻。
因而，既能抑制對于貫通孔1的側(cè)壁面的蝕刻，又能使半導(dǎo)體基板2的厚度方向的蝕刻連續(xù)進(jìn)行，即無需如上述的波希法那樣反復(fù)進(jìn)行蝕刻工序和沉積 工序。
此外，若混合過多的02氣體，則對蝕刻貢獻(xiàn)較大的活性高的F基團(tuán)會(huì)減 少，蝕刻率會(huì)變低，因此需要對此進(jìn)行調(diào)節(jié)。
接著，以上已闡述，作為用于形成蝕刻掩模203的掩模材料的PR，利用
含碳的有機(jī)材料。
而且，SF6氣體中混合的02氣體多少會(huì)對PR進(jìn)行一些蝕刻。 因此，被蝕刻的PR中含有的碳形成沉積成分作為保護(hù)膜沉積在貫通孔1 的側(cè)壁面。
由于保護(hù)膜在蝕刻工序中這樣自然地沉積，因此可抑制對于貫通孔1的側(cè) 壁面的蝕刻。
利用這樣的保護(hù)膜還可邊抑制對于貫通孔1的側(cè)壁面的蝕刻邊進(jìn)行半導(dǎo)體 基板2的厚度方向的蝕刻。
此外，在本實(shí)施方式中，如上所述不利用沉積工序，因此不會(huì)產(chǎn)生因交替 反復(fù)進(jìn)行蝕刻工序和沉積工序而產(chǎn)生的被稱為弧形切削殘余的波紋狀的具有 橫向的筋的凹凸結(jié)構(gòu)3a(參照圖14(A)及(B))。
這樣，能利用蝕刻掩模203的蝕刻用窗的周緣部的凹凸來形成筋的方向?yàn)?半導(dǎo)體基板2的厚度方向的凹凸結(jié)構(gòu)3。當(dāng)然，形成凹凸結(jié)構(gòu)3的筋的位置由 蝕刻掩模203的蝕刻用窗的周緣部的凹凸的形狀來決定。
此外，最好使貫通孔1的側(cè)壁面的表面粗度即凹凸結(jié)構(gòu)3的凸部的高度 H(參照圖1(B))與凹凸結(jié)構(gòu)3的相鄰的凸部之間的距離D(參照圖l(B))相當(dāng)或在 其以下。
另外，通過將凹凸結(jié)構(gòu)3的相鄰的凸部之間的距離D(參照圖1(B))做成2pm 以下，能夠得到更高的粘附性。
利用這樣的縱向的筋，第一絕緣層9和籽晶層19的粘附性變好。此外， 在形成第一絕緣層9和籽晶層19時(shí)，從貫通孔1的上方朝下方使第一絕緣層9 和籽晶層19的材料擴(kuò)散，因此波希法那樣的橫向的筋會(huì)造成妨礙，而縱向的 筋不會(huì)造成妨礙。即利用CVD法的第一絕緣層9成膜時(shí)的絕緣膜分子的擴(kuò)散、 和利用濺射法的籽晶層19成膜時(shí)的金屬濺射離子的擴(kuò)散變得均勻。另外，形成凹凸結(jié)構(gòu)3后，通過例如進(jìn)行濕處理、或使用Ar氣等惰性氣 體或N2(氮)氣的等離子體處理，使第一絕緣層9或籽晶層19對貫通孔1的側(cè) 壁面的粘附性變得更好，因此可得到穩(wěn)定的貫通電極111，能夠提高半導(dǎo)體元 件的可靠性。
因而，還能夠提高利用這樣的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體芯片的可靠性，對于器 件的小型化、及芯片多級層疊技術(shù)也是有用的。
特別是，如圖4所示，凹凸結(jié)構(gòu)3在為抑制生產(chǎn)率的下降而僅在貫通孔1 的側(cè)壁面的表面形成導(dǎo)電性物質(zhì)11的情況下，能夠抑制第一絕緣層9和籽晶 層19對貫通孔1的側(cè)壁面的粘附性的降低，因此是極為有效的。
此外，圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的、僅在貫通孔1的側(cè)壁面的表面形 成導(dǎo)電性物質(zhì)11的半導(dǎo)體元件的貫通電極111附近的，在包含半導(dǎo)體基板2 的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
艮P，若對貫通孔1從半導(dǎo)體基板2的表面?zhèn)鹊桨雽?dǎo)體基板2的背面?zhèn)韧耆?填充導(dǎo)電性物質(zhì)ll(參照圖2(A)及(B))，則當(dāng)貫通孔1的直徑成為100pm、其 深度成為200pm、貫通孔1的容積相當(dāng)大時(shí)，利用鍍覆法將導(dǎo)電性物質(zhì)11完 全填充貫通孔1需要花費(fèi)約3 4個(gè)小時(shí)。
因此，如圖4所示僅在貫通孔1的一部分形成導(dǎo)電性物質(zhì)11，來抑制生產(chǎn) 率的降低。
若這樣僅在貫通孔1的一部分形成導(dǎo)電性物質(zhì)ll，則水分等容易通過籽晶 層19滲入貫通孔1的側(cè)壁面，會(huì)引起第一絕緣層9和籽晶層19對貫通孔1的 側(cè)壁面的粘附性的降低。
然而，本實(shí)施方式的凹凸結(jié)構(gòu)3由于能夠抑制這樣的粘附性的降低，因此 既能抑制生產(chǎn)率的降低，又能保證半導(dǎo)體元件的可靠性。
(實(shí)施方式2)
下面主要參照圖5 7來說明本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件及其制造方法。 此外，圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的半導(dǎo)體基板2的原材料的、在包含
半導(dǎo)體基板2的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
另外，圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的在其側(cè)壁面具有凹凸結(jié)構(gòu)3的貫通
孔1的、在包含半導(dǎo)體基板2的厚度方向的平面切斷的簡要的局部剖視圖。另外，圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的在其側(cè)壁面具有凹凸結(jié)構(gòu)3的貫通 孔1的簡要的立體圖。
本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件及其制造方法與上述實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件 及其制造方法相似。
本實(shí)施方式與上述實(shí)施方式1的不同點(diǎn)是凹凸結(jié)構(gòu)3的形成方法。 艮卩，凹凸結(jié)構(gòu)3在上述實(shí)施方式1中是利用干法蝕刻工藝中使用的蝕刻掩 模203的蝕刻用窗的周緣部的凹凸來形成的，而在本實(shí)施方式中是積極地利用 半導(dǎo)體基板2的原材料在其表面部或內(nèi)部含有的雜質(zhì)來形成的。
此外，由于利用Si或Ge(鍺)等第14族元素作為本征半導(dǎo)體，因此若想得 到p型半導(dǎo)體則利用B(硼)、Al(鋁)、Ga(鎵)或In(銦)等第13族元素作為雜質(zhì)， 若想得到n型半導(dǎo)體則利用P(磷)、As(砷)或Sb(銻)等第15族元素作為雜質(zhì)。 另外，也可利用Si或Ge等的同位素或氧化物作為雜質(zhì)。另外，上述被蝕刻的 PR中含有的碳所形成的沉積成分等也起到雜質(zhì)的作用。
下面為了解本實(shí)施方式和上述實(shí)施方式1之間的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。 首先，若半導(dǎo)體基板2的原材料如圖5所示，在其表面部或內(nèi)部含有不易 被蝕刻的雜質(zhì)301、302及303，則即使在蝕刻掩模203的蝕刻用窗開著的位置， 對位于雜質(zhì)301、 302及303下方的部分也不易進(jìn)行半導(dǎo)體基板2的厚度方向 的蝕刻。
更詳細(xì)地說，由于將基板偏壓如上述那樣施加到半導(dǎo)體基板2，因此帶電 荷的F離子被引向半導(dǎo)體基板2的厚度方向。即，大量存在的F離子，多數(shù)從 上方即從箭頭X的方向撞向半導(dǎo)體基板2。
另一方面，不帶電荷的F基團(tuán)朝所有的方向擴(kuò)散而不限于箭頭X的方向， 因此也有從不同于箭頭X方向的方向撞向半導(dǎo)體基板2的情況。
因而，F(xiàn)離子及F基團(tuán)如雨從上方傾盆而降那樣向半導(dǎo)體基板2撞擊。
因此，緊靠要成為貫通孔1的側(cè)壁面的位置上雜質(zhì)301及302如同起到房 檐那樣的作用。即，出于和緊靠房檐下方的部分不太會(huì)被雨打到相同的道理， F離子及F基團(tuán)不太與緊靠雜質(zhì)301及302下方的部分碰撞。
若對于半導(dǎo)體基板2的原材料在其內(nèi)部含有的雜質(zhì)301更具體地進(jìn)行說 明，則如圖6所示，由于F離子從箭頭X的方向撞向半導(dǎo)體基板2，因此位于雜質(zhì)301的上方的部分被蝕刻。
然而，由于雜質(zhì)301如上所述如同起到房檐那樣的作用，F(xiàn)離子及F基團(tuán) 不太與其碰撞，因此位于雜質(zhì)301下方的部分不被蝕刻而殘留在側(cè)壁面。
其結(jié)果是，當(dāng)雜質(zhì)301及302緊靠要成為貫通孔1的側(cè)壁面的位置時(shí)，如 圖7所示位于雜質(zhì)301及302下方的部分作為縱向的筋狀凹凸殘留在貫通孔1 的側(cè)壁面上。
本實(shí)施方式中，積極地利用這樣在貫通孔1的側(cè)壁面有殘留的現(xiàn)象，來形 成筋的方向?yàn)榘雽?dǎo)體基板2的厚度方向的凹凸結(jié)構(gòu)3，從而能夠使第一絕緣層 9或籽晶層19對于貫通孔1的側(cè)壁面的粘附性變得更好。
此外，上述實(shí)施方式1及2中僅采用一層半導(dǎo)體基板2，但如圖8所示， 也可采用兩層半導(dǎo)體基板2及12。
此外，圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的貫通電極111附近的、 在包含兩層半導(dǎo)體基板2及12的厚度方向的平面切斷的簡要的剖視圖。
更具體地說，如上述實(shí)施方式1中已說明的那樣，利用干法蝕刻工藝在半 導(dǎo)體基板2上形成貫通孔1，利用CVD法在貫通孔I的側(cè)壁面沉積第一絕緣 層9，在第一絕緣層9上形成籽晶層19。
具有和半導(dǎo)體基板2相同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基板12隔著焊錫、Cu鍍覆層、及 布線層等(圖中省略)與半導(dǎo)體基板2層疊。
利用鍍覆法將導(dǎo)電性物質(zhì)11填充到貫通孔l，來形成貫通電極111使其貫 通半導(dǎo)體基板2及12，將形成在半導(dǎo)體基板12側(cè)的第一布線層4與形成在半 導(dǎo)體基板2側(cè)的第二布線層5電連接。
當(dāng)然，也有和層疊兩層的半導(dǎo)體基板2及12的情況相同地層疊三層以上 的半導(dǎo)體基板的情況。
在制造這樣的層疊多枚半導(dǎo)體基板的層疊基板，或?qū)⒅圃斓膶盈B基板安裝 到作為其它電路基板的外部電路7(參照圖13)時(shí)，由于對貫通電極111加以沖 擊，而且施加于籽晶層19和第一絕緣層9，因此第一絕緣層9和籽晶層19對 于側(cè)壁面的粘附性會(huì)降低。
各實(shí)施方式的凹凸結(jié)構(gòu)3在這樣的情況下，也由于導(dǎo)電性物質(zhì)11在貫通 孔1的貫通方向上有一些伸縮，能夠抑制第一絕緣層9和籽晶層19對于貫通孔1的側(cè)壁面的粘附性的降低，因此也是極為有效的。 另外，也可預(yù)先調(diào)查該筋狀凹凸的大小及/或形狀與
(l)干法蝕刻工藝中使用的腔的內(nèi)部的真空度、(2)為調(diào)整腔的內(nèi)部的蝕刻 氣體的分壓而在蝕刻氣體中混入的氣體的種類及/或量、(3)對于半導(dǎo)體基板2
的原材料的基板偏壓的施加量、(4)干法蝕刻工藝中使用的蝕刻掩模203的蝕刻 用窗的大小及/或形狀、及(5)半導(dǎo)體基板2的原材料所含有的雜質(zhì) 之間的關(guān)系，
根據(jù)該調(diào)查結(jié)果，來設(shè)定腔的內(nèi)部的真空度、混合的氣體的種類及/或量、 基板偏壓的施加量、及蝕刻用窗的大小及/或形狀。
更具體來講，例如，若降低腔的內(nèi)部的真空度，或減少SF6中混合的氣體
量以增加SF6相對于02氣體的比率等來提高SF6氣體的分壓，或減小基板偏壓，
則由于對貫通孔1的側(cè)壁面也進(jìn)行蝕刻的F基團(tuán)增加，因此能夠減小凹凸結(jié)構(gòu) 3的凸部的高度H，并增加凹凸結(jié)構(gòu)3的相鄰的凸部之間的距離D(參照圖1(B))。 此外，若進(jìn)一步提高腔的內(nèi)部的真空度，減小SF6氣體的分壓，增大基板 偏壓，則對蝕刻貢獻(xiàn)較大的活性高的F基團(tuán)減少，從而蝕刻率降低，因此需要 對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。
這里，雜質(zhì)的種類往往根據(jù)想要得到的半導(dǎo)體來是例如p型半導(dǎo)體或n型 半導(dǎo)體預(yù)先決定。因而，為得到所要的凹凸而預(yù)先設(shè)定雜質(zhì)的量和分布是不太 現(xiàn)實(shí)的。然而，預(yù)先調(diào)査凹凸的大小及/或形狀與包括雜質(zhì)的上述各條件之間的 關(guān)系的實(shí)驗(yàn)是有意義的。這是因?yàn)榭衫眠@樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測對于貫通孔1 的側(cè)壁面的粘附性的降低，能夠據(jù)此設(shè)定其它各條件來抑制粘附性的降低。
另外，也可向蝕刻氣體添加用于將反應(yīng)生成物沉積在貫通孔1的側(cè)壁面的 氣體。
更具體來講，添加例如CHF3(三氟甲垸)氣體或SiF4(四氟化硅)氣體等使反 應(yīng)生成物沉積在貫通孔1的側(cè)壁面那樣的氣體時(shí)，由于對貫通孔1的側(cè)壁面不 易進(jìn)行蝕刻，因此能夠抑制因凸部的蝕刻造成的凹凸結(jié)構(gòu)3的凸部的高度H的減小。
另外，例如控制腔的內(nèi)部的真空度、SF6氣體的分壓、及基板偏壓，能夠 控制將凹凸結(jié)構(gòu)3形成在貫通孔1的哪一深度上。更具體來講，例如凹凸結(jié)構(gòu)3可形成為從半導(dǎo)體基板2的表面?zhèn)鹊桨雽?dǎo)體 基板2的背面?zhèn)葹橹?參照圖l(A))，也可僅在貫通孔1的開口部附近形成。
另外，例如控制腔的內(nèi)部的真空度、SF6氣體的分壓、及基板偏壓，能夠 對應(yīng)于貫通孔1的深度來控制貫通孔1的，在垂直于半導(dǎo)體基板2的厚度方向
的平面切斷的截面的大小及/或形狀。
更具體來講，例如，凹凸結(jié)構(gòu)3的凸部的個(gè)數(shù)或周期也可如圖9所示因貫 通孔1的深度不同而不同，貫通孔1的半導(dǎo)體基板2的表面?zhèn)鹊拈_口部的直徑 也可如圖IO所示比貫通孔1的半導(dǎo)體基板2的背面?zhèn)鹊拈_口部的直徑要大。
此外，圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、凹凸結(jié)構(gòu)3的凸部的 個(gè)數(shù)和周期因其深度不同而不同的貫通孔1的簡要的立體圖。
另外，圖IO是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、半導(dǎo)體基板2的表 面?zhèn)鹊拈_口部的直徑比半導(dǎo)體基板2的背面?zhèn)鹊拈_口部的直徑要大的貫通孔1 的簡要的立體圖。
此外，貫通孔1可沿半導(dǎo)體基板2的厚度方向筆直地來形成(參照圖l(A))， 也可傾斜地來形成，或在途中分叉。
另外，貫通孔1的開口部的形狀也可為連接圓弧的一部分而形成的形狀(參 照圖l(A)及(B))，也可是正圓或橢圓，也可為多邊形，也可為如圖11及12所 示連接多邊形的一部分而形成的形狀，也可為連接曲線部分及直線部分而形成 的形狀。
此外，圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、其開口部的形狀為 連接多邊形的一部分而形成的形狀的貫通孔1的簡要的立體圖(其一)。
此外，圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件的、其開口部的形狀為 連接多邊形的一部分而形成的形狀的貫通孔1的簡要的立體圖(其二)。
另外，第一絕緣膜9的成膜方法除CVD法以外也可為熱氧化法或旋涂法等。
此外，第一絕緣層9的材料可是氧化硅、氮化硅或碳類聚合物等。 另外，導(dǎo)電性物質(zhì)11的填充方法除鍍覆法以外也可用印刷法或利用噴墨 的涂敷等。在采用印刷法或利用噴墨的涂敷等的情況下，也可不形成籽晶層19。 此外，導(dǎo)電性物質(zhì)11的材料除銅以外也可為鎢、金、鋁、鎳、多晶硅或它們的合金，也可為含有銀或銅等金屬粒子的導(dǎo)電性樹脂等，也可為由錫、含 有錫的合金、銦、含有銦的合金構(gòu)成的低熔點(diǎn)金屬等。
另外，第一絕緣層4、第二絕緣層5、及貫通半導(dǎo)體基板2的貫通電極111 以外的其它電極的材料也可為鋁、銅、金或鎢、或者它們的合金等。
此外，也可在銅等籽晶層19和第一絕緣層9之間形成由鈦或鎢化鈦(日
文千夕乂夕乂,7亍乂)、氮化鈦、或氮化鉭構(gòu)成的防擴(kuò)散膜(圖中省略)，也 可不形成。
另外，布線除利用第二布線層5來進(jìn)行以外，也可利用釬焊料球8等直接 與外部電路7(參照圖6)來進(jìn)行。
另外，半導(dǎo)體基板2的材料除硅、或鍺化硅等硅類半導(dǎo)體以外，也可為砷 化鎵、氮化鎵、或磷化銦等化合物半導(dǎo)體。
工業(yè)上的實(shí)用性
本發(fā)明的半導(dǎo)體元件、及半導(dǎo)體元件的制造方法能夠提高形成在半導(dǎo)體基 板的貫通孔中的貫通電極的可靠性，作為半導(dǎo)體元件、例如具有形成在半導(dǎo)體 基板的貫通孔中的貫通電極的半導(dǎo)體元件、及半導(dǎo)體元件的制造方法等是有用 的。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有半導(dǎo)體基板；配置于所述半導(dǎo)體基板的電路元件；及形成于所述半導(dǎo)體基板的、在其側(cè)壁面具有筋狀凹凸的貫通孔，所述筋狀凹凸的筋的方向是所述半導(dǎo)體基板的厚度方向。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，與所述電路元件的電極電連接的導(dǎo)電性物質(zhì)形成于所述導(dǎo)通孔的內(nèi)部。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述貫通孔是所述半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)鹊拈_口部的直徑大于所述半導(dǎo)體 基板的背面?zhèn)鹊拈_口部的直徑的貫通孔。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體基板的材料是硅類半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體。
5. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述硅類半導(dǎo)體是硅或鍺化硅，所述化合物半導(dǎo)體是砷化鎵、氮化鎵、或 磷化銦。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述貫通孔是利用干法蝕刻工藝而形成的貫通孔。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，^f述筋狀凹凸是(l)所述干法蝕刻工藝中所使用的蝕刻掩模的蝕刻用窗的 周緣部的凹凸，或(2)利用所述半導(dǎo)體基板的原材料所含有的雜質(zhì)而形成的凹 凸。
8. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述干法蝕刻工藝具有在所述半導(dǎo)體基板的原材料上形成蝕刻掩模的蝕刻掩模形成步驟；及 對已形成有所述蝕刻掩模的所述半導(dǎo)體基板的原材料、利用混合有氧的蝕 刻氣體來進(jìn)行蝕刻的蝕刻步驟。
9. 一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，具有在半導(dǎo)體基板的原材料上形成貫通孔，同時(shí)在所述貫通孔的側(cè)壁面形成筋 的方向?yàn)樗霭雽?dǎo)體基板的原材料的厚度方向的筋狀凹凸的貫通孔形成步驟； 在所述貫通孔的內(nèi)部形成導(dǎo)電性物質(zhì)的導(dǎo)電性物質(zhì)形成步驟；及 將電路元件的電極與所述導(dǎo)電性物質(zhì)電連接的連接步驟。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于， 利用干法蝕刻工藝形成所述貫通孔。
11. 如權(quán)利要求io所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，所述筋狀凹凸是(l)所述干法蝕刻工藝中所使用的蝕刻掩模的蝕刻用窗的 周緣部的凹凸，或(2)利用所述半導(dǎo)體基板的原材料所含有的雜質(zhì)而形成的凹凸。
12. 如權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于， 所述干法蝕刻工藝具有在所述半導(dǎo)體基板的原材料上形成蝕刻掩模的蝕刻掩模形成步驟；及對于已形成有所述蝕刻掩模的所述半導(dǎo)體基板的原材料、利用混合有氧的 蝕刻氣體來進(jìn)行蝕刻的蝕刻步驟。
13. 如權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于， 預(yù)先調(diào)查所述筋狀凹凸的大小及/或形狀與(l)所述干法蝕刻工藝中所使用的腔的內(nèi)部的真空度、(2)為了調(diào)整所述腔 的內(nèi)部的蝕刻氣體的分壓而在所述蝕刻氣體中混入的氣體的種類及/或量、(3) 對于所述半導(dǎo)體基板的原材料施加基板偏壓的施加量、(4)所述干法蝕刻工藝中 所使用的蝕刻掩模的蝕刻用窗的大小及/或形狀、及(5)所述半導(dǎo)體基板的原材 料所含有的雜質(zhì)之間的關(guān)系， ' 根據(jù)該調(diào)查結(jié)果來設(shè)定所述腔的內(nèi)部的真空度、所述混合的氣體的種類及 /或量、所述基板偏壓的施加量、及所述蝕刻用窗的大小及/或形狀，從而形成 所述貫通孔。
14. 如權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于， 在蝕刻氣體中添加用于在所述貫通孔的側(cè)壁面沉積反應(yīng)生成物的氣體。
全文摘要
本發(fā)明是一種半導(dǎo)體元件。在現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的制造方法中，由于半導(dǎo)體基板(2)的厚度方向的蝕刻是交替重復(fù)蝕刻工序和沉積工序來進(jìn)行的，因此會(huì)在貫通孔(1)的側(cè)壁面產(chǎn)生規(guī)則的凹處以作為橫向的筋。其結(jié)果，利用CVD等方法沉積在貫通孔(1)的側(cè)壁面的所述絕緣膜的膜厚的均勻性和對于側(cè)壁面的粘附性因凹凸結(jié)構(gòu)(3a)而變差。而且，由于形成在該絕緣膜上的籽晶層的膜厚的均勻性也變差，因此會(huì)看到如下現(xiàn)象，即此后通過利用鍍覆法將導(dǎo)電性物質(zhì)填充于貫通孔(1)而形成的貫通電極的可靠性變低。本發(fā)明的半導(dǎo)體元件具有半導(dǎo)體基板(2)、配置于半導(dǎo)體基板(2)的電路元件、及形成于半導(dǎo)體基板(2)的，在其側(cè)壁面具有筋狀凹凸結(jié)構(gòu)(3)的貫通孔(1)，筋狀凹凸結(jié)構(gòu)(3)的筋的方向是半導(dǎo)體基板(2)的厚度方向。
文檔編號H01L23/13GK101546734SQ200910132440
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者東和司, 北武司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社