望的結(jié)果為在裝置層102內(nèi)的該應(yīng)力的總和明顯地減少，或甚至幾乎為零，直接鄰近該基板穿孔120。這允許消除在該基板穿孔周?chē)难b置排除區(qū)域(KOZ)，意指基板穿孔對(duì)于該裝置層的鄰近裝置將具有極小或完全沒(méi)有沖擊。請(qǐng)注意，本文所揭露的概念與該基板穿孔直徑無(wú)關(guān)，也與其配置無(wú)關(guān)。本文揭露的該應(yīng)力補(bǔ)償層可延伸至任何技術(shù)節(jié)點(diǎn)，并且將允許裝置層內(nèi)有更高的裝置包裝密度，且在該基板穿孔周?chē)辉傩枰?xí)知的裝置排出區(qū)域，因此有更好的裝置性能。更詳而言之，藉由通過(guò)本文所揭露的該應(yīng)力補(bǔ)償層的選擇、修改及/或配置來(lái)平衡在該裝置層內(nèi)的應(yīng)力，進(jìn)而消除典型對(duì)于裝置Iw的負(fù)面沖擊。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣，通過(guò)進(jìn)一步示例的方式，圖4A至圖4E部分地?cái)⑹鲆砸粋€(gè)或多個(gè)基板穿孔(TSV)以及應(yīng)力補(bǔ)償層形成結(jié)構(gòu)的工藝流程。
[0078]參閱圖4A，根據(jù)本文所揭露的概念，顯示一種結(jié)構(gòu)400，其為在中段工藝加工期間獲得的中間結(jié)構(gòu)。如同所描述的，結(jié)構(gòu)400包含:基板401，其可包括半導(dǎo)體材料；以及主動(dòng)區(qū)域(或是裝置層)402，其包括多個(gè)電路元件，例如多個(gè)N通道場(chǎng)效晶體管(NFET)與P通道場(chǎng)效晶體管(PFET)裝置。在一范例中，中段工藝層包括交替的氧化物以及氮化物層403，在其上設(shè)置TEOS層404。根據(jù)本發(fā)明的態(tài)樣，應(yīng)力補(bǔ)償層407設(shè)置在TEOS層404上方。應(yīng)力補(bǔ)償層407被選擇及配置(例如指定尺寸)成有利地提供所需補(bǔ)償應(yīng)力以取消或減少在該基板內(nèi)的應(yīng)力，如本文所描述者。在一范例中，這樣的應(yīng)力補(bǔ)償層可為氮摻雜以及氫摻雜碳化硅材料，例如N-Blok (也稱(chēng)作為低介電常數(shù)的氮化物阻障)，其典型上具有10% mol至大約25% mol的氮摻雜物，并且可使用，舉例來(lái)說(shuō)，化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝來(lái)沉積。薄氮化物層408上覆在應(yīng)力補(bǔ)償層407上，并且在圖案化一個(gè)或多個(gè)基板穿孔以延伸通過(guò)該基板的光阻(參閱下文)的灰化期間保護(hù)應(yīng)力補(bǔ)償層407。
[0079]如圖4B所圖示說(shuō)明，阻劑層410以一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 411圖案化，曝露氮化物層408。在圖4C中，該圖案化的阻劑用在蝕刻通過(guò)該中段工藝層并且進(jìn)入該基板中，其如上文所指出，可為或包括，舉例來(lái)說(shuō)，例如硅的半導(dǎo)體材料。
[0080]在圖4D，圖示說(shuō)明圖4C的結(jié)構(gòu)，在移除該阻劑之后，在此時(shí)薄氮化層408會(huì)存留，并且(通過(guò)示例的方式)阻障以及功函數(shù)層已形成在基板穿孔開(kāi)口 411’(參閱圖4C)內(nèi)，而導(dǎo)電材料412形成在該晶圓上方以便完全填充該基板穿孔開(kāi)口并且上覆該結(jié)構(gòu)，如圖4D所示。
[0081]在圖4E中，應(yīng)用化學(xué)-機(jī)械拋光以移除覆蓋層導(dǎo)電材料412，這也移除薄氮化物408(參閱圖4D)以及一部分所曝露出的應(yīng)力補(bǔ)償層407’。在化學(xué)_機(jī)械拋光之后，應(yīng)力補(bǔ)償層407’再次沉積以建立所需的層厚度并且促成于下方結(jié)構(gòu)中獲得所需的應(yīng)力補(bǔ)償。在一實(shí)施例中，可在拋光以從該結(jié)構(gòu)移除該TSV覆蓋層之后沉積10-15nm的應(yīng)力補(bǔ)償材料。
[0082]圖4F敘述如上文描述與圖4A至圖4E有關(guān)的替換結(jié)構(gòu)400’。此替換結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上如上文所述所得，例外之處在于TSV開(kāi)口在其上方部分設(shè)有傾斜區(qū)域，進(jìn)入角度Θ的范圍，舉例來(lái)說(shuō)，在45°至90。之內(nèi)。在此實(shí)作中，應(yīng)力緩解層(stress-relieving layer)407?可修改成容納由TSV 412’的傾斜所造成在該基板中產(chǎn)生的修改應(yīng)力。
[0083]本文所使用的術(shù)語(yǔ)僅用意為描述特定的實(shí)施例，并不意在限制該發(fā)明。如本文所使用，該單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”以及“該”意味著還包括復(fù)數(shù)形式，除非另外在上下文中明確指出。請(qǐng)進(jìn)一步明白該術(shù)語(yǔ)“包括”(以及任何包括的形式，例如“包括”以及“包括”)，“具有”(以及任何具有的形式，例如“具有”以及“具有”)，“包含”(以及任何包含的形式，例如“包含”以及“包含”)，以及“含有”(以及任何含有的形式，例如“含有”以及“含有”)為開(kāi)放式連綴動(dòng)詞。作為結(jié)果，一種方法或是裝置“包括”、“具有”、“包含”或是“含有” 一個(gè)或是更多特征具備那些一個(gè)或是更多特征，但并不限制在僅具備那些一個(gè)或更多特征。同樣，一種方法的步驟或是一種裝置的元件“包括”、“具有”、“包含”或是“含有”一個(gè)或是更多特征具備那些一個(gè)或是更多特征，但并不限制在僅具備那些一個(gè)或更多特征。更進(jìn)一步，一種裝置或是結(jié)構(gòu)設(shè)置以某些方式設(shè)置以至少那樣的方式，但也可設(shè)置以未列出的方式。
[0084]所有手段或是步驟的對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作以及同等物附加上功能元素在權(quán)利要求書(shū)中，如果有的話(huà)，意指包括任何結(jié)構(gòu)、材料或是動(dòng)作用于執(zhí)行該功能在結(jié)合其他要求的元素如同特定要求的。本案發(fā)明的描述用以表現(xiàn)說(shuō)明以及描述的目的，但不意在詳盡或是限制本發(fā)明在所揭露的形式。許多修改以及變換對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人士將是顯而易見(jiàn)的，在不悖離本發(fā)明的范疇以及精神下。所選擇并描述的實(shí)施例意在最佳解釋本發(fā)明一個(gè)或更多方面的原則，并且實(shí)際應(yīng)用，以及使其他本領(lǐng)域技術(shù)人士能理解本發(fā)明的一個(gè)或更多方面，對(duì)于具有各種修改的各種實(shí)施例，該修改適合于所思及的特定使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種方法，包括: 形成具有基板穿孔(TSV)的結(jié)構(gòu)以及鄰近該基板穿孔的減少的裝置排除區(qū)域(KOZ)，該形成包括: 設(shè)置該基板穿孔在該結(jié)構(gòu)的基板內(nèi)，以及 設(shè)置應(yīng)力補(bǔ)償層在被選擇并配置成提供所需的補(bǔ)償應(yīng)力的該基板之上，以減低由于在該基板內(nèi)存在有該基板穿孔所引起的在該基板內(nèi)的應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)置該應(yīng)力補(bǔ)償層包括選擇該應(yīng)力補(bǔ)償層，以提供該所需的補(bǔ)償應(yīng)力，以實(shí)質(zhì)上抵消由于在該基板內(nèi)存在有該基板穿孔所引起的在該基板內(nèi)的應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層被選擇并配置成減少由于該基板與該基板穿孔之間的熱膨脹系數(shù)不匹配所引起的在該基板內(nèi)的熱引發(fā)應(yīng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該形成還包括退火該結(jié)構(gòu)，以及其中，于后退火，該應(yīng)力補(bǔ)償層以較快于該基板的速率收縮，在該基板內(nèi)提供熱引發(fā)壓縮應(yīng)力，其在該基板內(nèi)鄰近該基板穿孔處補(bǔ)償熱引發(fā)拉伸應(yīng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該基板包括半導(dǎo)體材料，以及該應(yīng)力補(bǔ)償層的熱膨脹系數(shù)比該半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)大N倍，其中，N 3 2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層的熱膨脹系數(shù)和該半導(dǎo)體材料的彈性模數(shù)的乘積比該半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)和該應(yīng)力補(bǔ)償層的彈性模數(shù)的乘積大至少1.5 倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層的該彈性模數(shù)小于200MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層包括氮摻雜以及氫摻雜的碳化硅，SiwCxNyHz，其中，w+x+y+z = 1.0，該半導(dǎo)體材料包括娃，以及該基板穿孔包括銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該所需的補(bǔ)償應(yīng)力在該基板內(nèi)的熱引發(fā)壓縮應(yīng)力，其實(shí)質(zhì)上抵消由于在該基板內(nèi)存在有該基板穿孔所產(chǎn)生的該基板內(nèi)的熱引發(fā)拉伸應(yīng)變。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該形成還包括拋光該結(jié)構(gòu)，以及停止該拋光在該應(yīng)力補(bǔ)償層上，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層為用于該結(jié)構(gòu)的該拋光的蝕刻停止層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，該形成還包括退火該結(jié)構(gòu)，以及其中，于后退火，該應(yīng)力補(bǔ)償層以較快于該基板的速率收縮，在該基板內(nèi)提供該所需的補(bǔ)償應(yīng)力作為壓縮應(yīng)力，其補(bǔ)償在該基板內(nèi)鄰近該基板穿孔處的拉伸應(yīng)力。
12.—種結(jié)構(gòu)，包括: 基板； 基板穿孔(TSV)，其延伸通過(guò)該基板； 裝置，其配置在鄰近該基板穿孔且不具有配置在該基板穿孔與該裝置之間的熱應(yīng)力需求和排除區(qū)域；以及 應(yīng)力補(bǔ)償層，在該基板之上，該應(yīng)力補(bǔ)償層提供所需的補(bǔ)償應(yīng)力，以抵消在該基板中鄰近該基板穿孔處的熱引發(fā)應(yīng)力，以及藉此消除對(duì)于該基板穿孔與該裝置之間該熱應(yīng)力需求和排除區(qū)域的需要。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中，該裝置是配置在距離該基板穿孔大約一至五微米之內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中，延伸通過(guò)該基板的該基板穿孔具有從45°至90°的范圍內(nèi)的上方進(jìn)入角度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中，該基板包括半導(dǎo)體材料，以及該應(yīng)力補(bǔ)償層的熱膨脹系數(shù)比該半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)大N倍，其中，N 3 2。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層的熱膨脹系數(shù)和該半導(dǎo)體材料的彈性模數(shù)的乘積比該半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)和該應(yīng)力補(bǔ)償層的彈性模數(shù)的乘積大至少1.5倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層的彈性模數(shù)小于200MPa。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)，其中，該應(yīng)力補(bǔ)償層包括氮摻雜以及氫摻雜的碳化娃，SiwCxNyHz，其中，w+x+y+z = 1.0，該半導(dǎo)體材料包括娃，以及該基板穿孔包括銅。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中，該所需的補(bǔ)償應(yīng)力在該基板內(nèi)的熱引發(fā)壓縮應(yīng)力，其實(shí)質(zhì)上抵消由于存在有該基板穿孔而在該基板內(nèi)的熱引發(fā)拉伸應(yīng)變，藉此允許消除該基板穿孔與該裝置之間的排除區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中，該裝置是配置在鄰近該基板穿孔大約一至五微米范圍之內(nèi)的主動(dòng)裝置。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提抵消硅穿孔所引發(fā)基板應(yīng)力的結(jié)構(gòu)及方法，其結(jié)構(gòu)及制造方法用以減低或抵消在鄰近基板穿孔的該結(jié)構(gòu)的基板內(nèi)的應(yīng)力。該制造方法包括：形成具有基板穿孔(TSV)的結(jié)構(gòu)，鄰近該基板穿孔具有減少的裝置排除區(qū)域(KOZ)，該形成包括：在該結(jié)構(gòu)的基板內(nèi)設(shè)置該基板穿孔，以及在該基板上設(shè)置被選擇并配置成提供所需的補(bǔ)償應(yīng)力的應(yīng)力補(bǔ)償(offset)層，以減低由于在該基板內(nèi)存在有基板穿孔所引起的在該基板中的應(yīng)力。于一實(shí)施例中，該應(yīng)力補(bǔ)償層提供所需的壓縮應(yīng)力，足以減少或抵消由于在該基板內(nèi)存在有基板穿孔所引起的在該基板中的拉伸應(yīng)力。
【IPC分類(lèi)】H01L21-768, H01L23-48
【公開(kāi)號(hào)】CN104835781
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510069287
【發(fā)明人】M·A·拉比, P·奇拉亞瑞卡帝維度, M·I·納塔拉詹
【申請(qǐng)人】格羅方德半導(dǎo)體公司
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日
【公告號(hào)】US20150228555