集成電路裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種集成電路裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]直通娃晶穿孔(Through-Silicon Via, TSV)為一種貫穿娃基板的連接結(jié)構(gòu)。一般而目，直通娃晶穿孔的材質(zhì)為銅，其具有聞?dòng)谕藁宓臒崤蛎浵禂?shù)(Coefficient ofThermal Expans1n, CTE)。若娃基板處于不同的環(huán)境溫度下,則銅與娃之間便會(huì)因熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生應(yīng)力。此應(yīng)力可能會(huì)降低設(shè)置在硅基板的晶體管的通道的載子流動(dòng)率(Carrier Mobility),如此一來，晶體管便需要放置在環(huán)繞直通娃晶穿孔的排除區(qū)域(KeepOut Zone, K0Z)之外，以避免受到直通硅晶穿孔的應(yīng)力影響。其中排除區(qū)域?yàn)楫?dāng)晶體管設(shè)置在其中，其載子流動(dòng)率會(huì)受到直通硅晶穿孔的應(yīng)力所影響的區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種集成電路裝置，可減緩應(yīng)力對(duì)晶體管的通道中的載子流動(dòng)率的影響，從而能夠縮小環(huán)繞于連接結(jié)構(gòu)的排除區(qū)域，使集成電路裝置具有更大的電路布線空間。
[0004]本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種集成電路裝置，其包含基板、至少一個(gè)晶體管、至少一個(gè)金屬層、導(dǎo)電柱與連接結(jié)構(gòu)?；寰哂兄辽僖粋€(gè)貫穿孔貫穿其中。晶體管至少部分設(shè)置在基板中。金屬層設(shè)置在基板上。導(dǎo)電柱設(shè)置在貫穿孔中。連接結(jié)構(gòu)至少部分設(shè)置在貫穿孔中，且連接導(dǎo)電柱與金屬層。連接結(jié)構(gòu)至少具有第一部分。第一部分的材質(zhì)為應(yīng)力消除材料。應(yīng)力消除材料的熱膨脹系數(shù)小于導(dǎo)電柱的熱膨脹系數(shù)，且晶體管在貫穿孔的正投影與連接結(jié)構(gòu)部分重疊。
[0005]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的第一部分的熱膨脹系數(shù)大于或等于基板的熱膨脹系數(shù)。
[0006]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的第一部分的材質(zhì)為氧化物。
[0007]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)具有第二部分。第二部分連接導(dǎo)電柱與金屬層，且連接結(jié)構(gòu)的第二部分的材質(zhì)為導(dǎo)電材料。
[0008]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的第一部分環(huán)繞連接結(jié)構(gòu)的第二部分。
[0009]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的第二部分的材質(zhì)為銅(Cu)。
[0010]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的第二部分的熱膨脹系數(shù)小于導(dǎo)電柱的熱膨脹系數(shù)。
[0011]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的第二部分的材質(zhì)為鎢(W)。
[0012]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)整體的材質(zhì)為應(yīng)力消除材料。
[0013]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)整體的材質(zhì)為鎢(W)。
[0014]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，集成電路裝置還包含絕緣層，其設(shè)置在貫穿孔中，并環(huán)繞連接結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電柱。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種集成電路裝置，其包含基板、至少一個(gè)晶體管、至少一個(gè)金屬層、導(dǎo)電柱與連接結(jié)構(gòu)?；寰哂兄辽僖粋€(gè)貫穿孔貫穿其中。晶體管至少部分設(shè)置在基板中。金屬層設(shè)置在基板上。導(dǎo)電柱設(shè)置在貫穿孔中。連接結(jié)構(gòu)包含連接部與頸部。連接部電性連接金屬層。頸部設(shè)置在連接部與導(dǎo)電柱之間。頸部比連接部窄，且晶體管在貫穿孔的正投影與頸部部分重疊。
[0016]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，頸部為柱狀。
[0017]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，頸部往連接部的方向漸縮。
[0018]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，頸部往導(dǎo)電柱的方向漸縮。
[0019]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，頸部的中間凹陷。
[0020]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，頸部、連接部與導(dǎo)電柱的材質(zhì)相同。
[0021]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)小于導(dǎo)電柱的熱膨脹系數(shù)。
[0022]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為鎢(W)，且導(dǎo)電柱的材質(zhì)為銅(Cu)。
[0023]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，集成電路裝置還包含絕緣層，其設(shè)置在貫穿孔中，并環(huán)繞連接結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電柱。
[0024]在上述的實(shí)施方式中，因基板與連接結(jié)構(gòu)之間由熱膨脹系數(shù)差異所產(chǎn)生的應(yīng)力可被降低，因此可減緩應(yīng)力對(duì)晶體管的通道中的載子流動(dòng)率(Carrier Mobility)的影響。再加上，因存在于基板與連接結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力可減少，環(huán)繞于連接結(jié)構(gòu)的排除區(qū)域(Ke印OutZone, Κ0Ζ)能夠縮小，集成電路裝置也就能夠具有更大的電路布線空間。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式的集成電路裝置的剖面圖。
[0026]圖2為圖1的集成電路裝置的俯視圖。
[0027]圖3為本發(fā)明第二實(shí)施方式的集成電路裝置的剖面圖。
[0028]圖4為本發(fā)明第三實(shí)施方式的集成電路裝置的剖面圖。
[0029]圖5至7分別為本發(fā)明第四至第六實(shí)施方式的集成電路裝置的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下將以附圖公開本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式，為明確說明起見，許多具體的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應(yīng)了解到，這些具體的細(xì)節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實(shí)施方式中，這些具體的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡(jiǎn)化附圖起見，一些現(xiàn)有慣用的結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡(jiǎn)單示意的方式表示。
[0031]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式的集成電路裝置的剖面圖。如圖1所示，集成電路裝置包含基板100、至少一個(gè)晶體管200、至少一個(gè)金屬層300、導(dǎo)電柱400與連接結(jié)構(gòu)500?；?00具有至少一個(gè)貫穿孔102貫穿其中。晶體管200至少部分設(shè)置在基板100中。金屬層300設(shè)置在基板100上。導(dǎo)電柱400設(shè)置在貫穿孔102中。連接結(jié)構(gòu)500至少部分設(shè)置在貫穿孔102中，且連接導(dǎo)電柱400與金屬層300。連接結(jié)構(gòu)500至少具有第一部分510。第一部分510的材質(zhì)為應(yīng)力消除材料(Stress Release material)。應(yīng)力消除材料的熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expans1n, CTE)小于導(dǎo)電柱400的熱膨脹系數(shù),且晶體管200在貫穿孔102的正投影與連接結(jié)構(gòu)500部分重疊。
[0032]詳細(xì)而言，基板100的熱膨脹系數(shù)通常小于導(dǎo)電柱400的熱膨脹系數(shù)，且因如上所述，連接結(jié)構(gòu)500的熱膨脹系數(shù)也小于導(dǎo)電柱400的熱膨脹系數(shù)，因此基板100與連接結(jié)構(gòu)500之間的熱膨脹系數(shù)差值可小于基板100與導(dǎo)電柱400之間的熱膨脹系數(shù)差值。換言之，因基板100與連接結(jié)構(gòu)500之間由熱膨脹系數(shù)不匹配所產(chǎn)生的應(yīng)力可被降低，借此減緩應(yīng)力對(duì)晶體管200的通道(未示出)中的載子流動(dòng)率(Carrier Mobility)的影響。再加上，因存在于基板100與連接結(jié)構(gòu)500之間的應(yīng)力可減少，環(huán)繞于連接結(jié)構(gòu)500的排除區(qū)域(Keep Out Zone, K0Z)能夠縮小，集成電路裝置也就能夠具有更大的電路布線空間。其中在本文中的排除區(qū)域是指若晶體管200置入其中，晶體管200將具有大于7%的飽合電流差異的區(qū)域。如此一來，晶體管200能夠更靠近貫穿孔102設(shè)置，因此集成電路裝置可形成高密度電路。
[0033]在本實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)500還可包含第二部分520，連接導(dǎo)電柱400與金屬層300。且連接結(jié)構(gòu)500的第二部分520的材質(zhì)為導(dǎo)電材料。換句話說，導(dǎo)電柱400可通過第二部分520而電性連接至金屬層300。如此一來,第一部分510的材質(zhì)即可為非導(dǎo)電材料，例如為氧化物。應(yīng)注意的是，雖然在圖1中僅有一個(gè)第二部分520，然而本發(fā)明不以此為限。本發(fā)明所屬領(lǐng)域具通常知識(shí)的人員，可視實(shí)際情形，彈性設(shè)計(jì)第二部分520的數(shù)量。
[0034]在本實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)500的第一部分510可環(huán)繞連接結(jié)構(gòu)500的第二部分520，因此即使第二部分520的熱膨脹系數(shù)可能高于第一部分510的熱膨脹系數(shù)，第一部分510亦能夠緩沖第二部分520與基板100之間的熱膨脹系數(shù)不匹配的情況，因此連接結(jié)構(gòu)500與基板100之間存在的應(yīng)力可以不影響晶體管200的通道的載子流動(dòng)率。
[0035]在本實(shí)施方式中，連接結(jié)構(gòu)500的第一部分510的熱膨脹系數(shù)可大于或等于基板100的熱膨脹系數(shù)。以圖1為例，基板100可包含硅基底110與氧化物層120，氧化物層120設(shè)置在硅基底110上。硅基底110的熱膨脹系數(shù)約為3，而氧化物層120的熱膨脹系數(shù)約為9。連接結(jié)構(gòu)500的第一部分510的材質(zhì)可為氧化物，其熱膨脹系數(shù)約為9。連接結(jié)構(gòu)500的第二部分520與導(dǎo)電柱400的材質(zhì)可皆為銅(Cu)，其熱膨脹系數(shù)約為17。因此，連接結(jié)構(gòu)500的第一部分510可緩沖連接結(jié)構(gòu)500與基板100之間因熱膨脹系數(shù)不匹配所產(chǎn)生的應(yīng)力，如此一來晶體管200即可靠近貫穿孔102設(shè)置。根據(jù)一模擬結(jié)果，當(dāng)貫穿孔102的直徑d為20微米，連接結(jié)構(gòu)500在硅基底110中的深度h為3微米時(shí)，排除區(qū)域的直徑為O微米，也就是說，晶體管200可毗鄰貫穿孔102設(shè)置。
[0036]請(qǐng)參照?qǐng)D2，其為圖1的集成電路裝置的俯視圖，其中圖1為沿圖2的線段A-A的剖面圖。如圖2所示，晶體管可設(shè)置在貫穿孔102的周圍。晶體管的通道的方向可被定義為自晶體管的源極S指向漏極D的方向。以晶體管200為例，晶體管200的通道的方向?qū)嵸|(zhì)平行于貫穿孔102的徑向，因此晶體管200可被定義為水平型(Horizontal Type)晶體管。另一方面，集成電路裝置還可包含晶體管200’，其通道的方向?qū)嵸|(zhì)垂直于貫穿孔102的徑向，因此晶體管200’可被定義為垂直型(Vertical Type)晶體管。根據(jù)上述的模擬結(jié)果，水平型晶體管與垂直型晶體管的排除區(qū)域皆為O微米。更進(jìn)一步地，當(dāng)除了深度d為零，而其他參數(shù)皆相同時(shí)，垂直型晶體管的排除區(qū)域亦為O微米。
[0037]應(yīng)注意的是，雖然在圖2的第二部分520的形狀為圓