專利名稱：半導(dǎo)體裝置和用于制造半導(dǎo)體裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置和制造半導(dǎo)體裝置的方法，該半導(dǎo)體裝置具有在諸如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)基板的半導(dǎo)體基板中形成的通孔上的金屬層。
背景技術(shù)：
近年來，在諸如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)基板的半導(dǎo)體基板中形成的通孔上具有導(dǎo)電層的半導(dǎo)體裝置已被用作用于半導(dǎo)體存儲器、圖像拾取元件、傳感器和發(fā)光元件的半導(dǎo)體芯片。該通孔在其底部上具有電極焊盤(pad)層。這樣的半導(dǎo)體裝置在諸如每一個包括半導(dǎo)體芯片的層的半導(dǎo)體封裝的領(lǐng)域、用于微機(jī)械(miCTomachine)的集成電路板的領(lǐng)域以及連接到噴墨頭的主體的半導(dǎo)體模塊的領(lǐng)域的各種領(lǐng)域中被應(yīng)用和開發(fā)。這樣的半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體基板中的通孔，該通孔在其底部上具有電極焊盤層。該通孔在其側(cè)壁上具有絕緣層，并在其中具有金屬層(參見美國專利No. 7，442，642)。 該結(jié)構(gòu)可最小化在將半導(dǎo)體基板的前側(cè)的電極與半導(dǎo)體基板的后側(cè)的電極電連接時半導(dǎo)體基板和金屬層之間的電泄漏。層間絕緣層設(shè)置于半導(dǎo)體基板和電極焊盤層之間。一般地，半導(dǎo)體基板中的通孔的從其開口端向其底部延伸的側(cè)壁垂直于該半導(dǎo)體基板的表面。由此，存在這樣的問題，即，絕緣層或金屬層趨向于從半導(dǎo)體基板中的通孔脫落。為了解決這個問題，在一種提出的結(jié)構(gòu)中，靠近通孔底部(電極焊盤層)的部分(擴(kuò)大部分)的開口尺寸大于靠近通孔的開口端的部分的開口尺寸(參見美國專利 No. 7，732，925)。在通孔的擴(kuò)大部分中形成絕緣層和金屬層可減小絕緣層或金屬層從半導(dǎo)體基板剝落的可能性，這是因為絕緣層和金屬層被掛在(catchon)擴(kuò)大部分上。因此，在擴(kuò)大部分上令人滿意地形成的絕緣層和金屬層可減小絕緣層或金屬層從半導(dǎo)體基板剝落的可能性。但是，在這樣的在通孔中具有擴(kuò)大部分的結(jié)構(gòu)中，要沉積的粒子有時不能到達(dá)擴(kuò)大部分，導(dǎo)致在擴(kuò)大部分中不良(poor)的絕緣層或金屬層。當(dāng)通過物理氣相沉積(在下文中稱為PVD)形成絕緣層或金屬層時，這尤其明顯。更具體地說，在PVD中，要沉積的粒子直線地進(jìn)入通孔。因此，向開口端延伸的鄰近擴(kuò)大部分的側(cè)壁阻攔粒子到達(dá)擴(kuò)大部分。這導(dǎo)致不充分的沉積。不充分的沉積可能使絕緣層或金屬層剝落。擴(kuò)大部分中的不連續(xù)的金屬層可能導(dǎo)致斷開連接(disconnection)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面提供半導(dǎo)體裝置和用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，在該半導(dǎo)體裝置中，有效地防止通孔中的絕緣層和金屬層剝落。本發(fā)明的各方面提供一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體基板，具有從半導(dǎo)體基板的第一表面向半導(dǎo)體基板的第二表面延伸的通孔；電極焊盤層，被設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第二表面上，該電極焊盤層充當(dāng)通孔的底部；絕緣層，被設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第一表面上和通孔的側(cè)壁上；以及金屬層，被設(shè)置在絕緣層上和通孔的底部上，其中，通孔的側(cè)壁具有傾斜表面，使得通孔的底部具有比通孔的開口端的開口尺寸小的開口尺寸，并且，該傾斜表面具有凹凸部(asperity)。根據(jù)本發(fā)明的各方面，在通孔的側(cè)壁的傾斜表面上的凹凸部可增強(qiáng)絕緣層和金屬層到通孔的側(cè)壁的粘附，從而有效地減小通孔中的絕緣層或金屬層從半導(dǎo)體基板剝落的可能性。根據(jù)下面的參照附圖的示例性實施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得清晰。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體裝置的示意性橫截面圖。圖2A是圖I中的由交替長短劃線指示的部分的放大示意圖，示出了通孔的傾斜表面和包括第一垂直表面的其近旁(vicinity)。圖2B是圖I中的由交替長短劃線指示的部分的放大示意圖，示出了通孔的傾斜表面和不包括第一垂直表面的其近旁。
圖3A是在半導(dǎo)體裝置的制造中形成掩模層的處理的示意圖。
圖3B是在半導(dǎo)體裝置的制造中形成通孔的處理的示意圖。
圖3C是在半導(dǎo)體裝置的制造中去除掩模層的處理的示意圖。
圖4A是在半導(dǎo)體裝置的制造中形成絕緣層的處理的示意圖。
圖4B是在半導(dǎo)體裝置的制造中形成金屬層的處理的示意圖。
圖4C是在半導(dǎo)體裝置的制造中形成導(dǎo)電層的處理的示意圖。
圖5A是在形成通孔的處理中通過BOSCH方法在傾斜表面上的凹凸部的沉積的解釋圖。釋圖。圖。
圖5B是在形成通孔的處理中通過BOSCH方法在傾斜表面上的凹凸部的蝕刻的解
圖6A是通孔中的具有臺階(step)的傾斜表面和該傾斜表面的近旁的放大示意
圖6B是通孔中的具有脊(ridge)和槽(groove)的傾斜表面以及該傾斜表面的近旁的放大示意圖。圖7A是形成圖6B所示的傾斜表面和凹凸部的處理的解釋圖，示出了在封閉端 (closed-end)孔的底部上的灰色調(diào)(gray-tone)掩模的形成。圖7B是圖6B的解釋圖，示出了在形成灰色調(diào)掩模之后對半導(dǎo)體基板的蝕刻。圖7C是圖6B的解釋圖，示出了通孔的完成。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例。圖I是根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體裝置的示意性橫截面圖。圖I中示出的半導(dǎo)體裝置100包括半導(dǎo)體基板I。半導(dǎo)體基板 I包括從第一表面Ia向第二表面Ib延伸的通孔2。半導(dǎo)體基板I可以由諸如娃的半導(dǎo)體材料制成。電極焊盤層4在半導(dǎo)體基板I的第二表面Ib上形成并充當(dāng)通孔2的底部2a。電極焊盤層4可以由諸如單獨(dú)的鋁或者具有銅或硅的鋁合金的金屬(導(dǎo)電材料)制成。因此，通孔2由充當(dāng)?shù)撞?a的電極焊盤層4和半導(dǎo)體側(cè)壁2b構(gòu)成。在半導(dǎo)體基板I的第二表面Ib上的電極焊盤層4和層間絕緣層3被鈍化層5覆蓋，該鈍化層5由絕緣樹脂材料制成。半導(dǎo)體裝置100包括設(shè)置于半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia和通孔2的側(cè)壁2b上的絕緣層6、設(shè)置于通孔2的底部2a和絕緣層6上的金屬層7、以及設(shè)置于金屬層7上的導(dǎo)電層8。金屬層7包括阻擋層9和種子(seed)層10。絕緣層6可以由無機(jī)或有機(jī)材料制成。無機(jī)材料的例子包括，但不限于，硅氮化物 (silicon nitride)和娃氧化物(silicon oxide)。有機(jī)材料的例子包括,但不限于,聚對二甲苯(parylene)、聚酰亞胺(polyimide)和聚脲(polyurea)。絕緣層6也可以由任何其它具有好的絕緣特性的材料制成。阻擋層9可以由鈦、鉭、或鎢、或者它們的合金或氮化物， 或者主要由鎳、鉻、鈷或鑰構(gòu)成的材料制成。阻擋層9也可以由任何其它材料制成，只要該材料可以將種子層10和電極焊盤層4之間的相互擴(kuò)散(interdiffusion)最小化并且具有足夠低的電阻即可。種子層10和導(dǎo)電層8可以由例如但不限于銅、金、銀或鎳的相同的材料制成。金屬層7和導(dǎo)電層8可以通過通孔2將設(shè)置于半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia上的功能部件(例如半導(dǎo)體元件)(未示出)電連接到設(shè)置于第二表面Ib上的另一功能部件 (例如半導(dǎo)體兀件)(未不出)。這樣，金屬層7和導(dǎo)電層8在半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia 和通孔2的側(cè)壁2b上形成，而絕緣層6介于它們之間，以便將半導(dǎo)體基板I與金屬層7和導(dǎo)電層8電絕緣。絕緣層6和金屬層7 (阻擋層9和種子層10)可以通過化學(xué)氣相沉積(在下文中稱為CVD)或物理氣相沉積(PVD)來形成。在氣相沉積中，有時應(yīng)當(dāng)留意在半導(dǎo)體基板I上的功能部件或者用于該功能部件的材料的耐熱性。更具體地說，半導(dǎo)體基板I在CVD的情況下比在PVD的情況下暴露于更高的溫度。因此，金屬層7或絕緣層6可能不能通過CVD來形成。在這種情況下，金屬層7或者絕緣層6可以通過PVD以低溫形成而不是通過CVD形成。導(dǎo)電層8可以使用種子層10作為陰極通過電鍍來形成。盡管在圖I中，通孔2中的導(dǎo)電層8具有基本上均勻的厚度，但是可以用導(dǎo)電層8填充通孔2。盡管在上述實施例中，導(dǎo)電層8設(shè)置于由阻擋層9和種子層10構(gòu)成的金屬層7上， 但是也可以使用主要由金屬構(gòu)成的導(dǎo)電墨。圖2A和2B是圖I中的由交替的長短劃線指示的部分的放大示意圖，示出了通孔的傾斜表面和該傾斜表面的近旁。如圖2A所示,根據(jù)本實施例,傾斜表面2d在通孔2的側(cè)壁2b上形成，從而使得通孔2的底部2a具有比通孔2的開口端2c的開口尺寸小的開口尺寸。傾斜表面2d具有針狀凹凸部2e。通孔2的側(cè)壁2b具有第一垂直表面2f和第二垂直表面2g。第一垂直表面2f相對于傾斜表面2d靠近通孔2的底部被放置。第二垂直表面 2g相對于傾斜表面2d靠近通孔2的開口端被放置。傾斜表面2d是傾斜的，以便從通孔2的開口端2c被觀察到(以便面向通孔2的開口端2c)。這樣，要通過PVD被沉積的粒子可以令人滿意地沉積到通孔2上，而不被遮蔽效應(yīng)(shadowing effect)影響。換句話說,通過PVD形成金屬層7和絕緣層6可以避免在通孔2上的不足的沉積。自然，通過CVD進(jìn)行的金屬層7和絕緣層6的形成也可以避免在通孔2上的不足的沉積。通孔2中的絕緣層6和金屬層7通過凹凸部2e的作用而牢固地粘附到半導(dǎo)體基板I上，由此減小了絕緣層6或金屬層7從半導(dǎo)體基板I剝落的可能性。傾斜表面2d可以設(shè)置于通孔2的底部2a近旁。如圖2B所示，第一垂直表面2f 可以非常短或者可以不存在。這樣，通孔2的側(cè)壁2b可以由傾斜表面2d和第二垂直表面 2g構(gòu)成。盡管在本實施例中只有一個傾斜表面2d，但是，其中介入有垂直表面的在通孔2 的深度方向上的多個傾斜表面也具有基本上相同的效果。凹凸部2e可以具有0.2iim或更大且IOiim或更小的平均高度Re。具有小于
0.2 u m的平均高度Re的凹凸部不能通過錨定效應(yīng)(anchoring effect)來增強(qiáng)種子層10 的粘附。具有大于10 U m的平均高度Re的凹凸部不能被絕緣層6、阻擋層9和種子層10覆蓋。可以使用掃描電子顯微鏡(SEM)、通過對在通孔2中具有凹凸部2e的傾斜表面2d的拋光橫截面進(jìn)行觀測來測量凹凸部2e的平均高度Re。第一垂直表面2f的長度H1可以是半導(dǎo)體基板I的厚度H2的1/50 1/4。當(dāng)?shù)谝淮怪北砻?f的長度H1小于半導(dǎo)體基板I的厚度H2的1/50時，這趨向于在電極焊盤層4的近旁導(dǎo)致不足的蝕刻。第一垂直表面2f的長度H1至少為半導(dǎo)體基板I的厚度H2的1/50， 是因為這樣可以易于形成通孔2。當(dāng)?shù)谝淮怪北砻?f的長度H1大于半導(dǎo)體基板I的厚度 H2的1/4時，側(cè)壁2b上的在電極焊盤層4近旁的絕緣層6或金屬層7的部分趨向于從半導(dǎo)體基板I剝落。由此，第一垂直表面2f的長度H1可以為半導(dǎo)體基板I的厚度H2的1/4或更小。通孔2的在第一垂直表面2f處的開口尺寸W1可以為通孔2的在第二垂直表面2g 處的開口尺寸W2的1/2至9/10。當(dāng)開口尺寸W1為9/10或者更大但小于開口尺寸W2時，傾斜表面2d太小，以致難以增強(qiáng)絕緣層6和金屬層7的粘附。因此，開口尺寸W1可以是開口尺寸W2的9/10或者更小。當(dāng)開口尺寸W1小于開口尺寸W2的一半時，第一垂直表面2f的在電極焊盤層4近旁的開口尺寸W1過小。這導(dǎo)致在PVD的情況下不良的沉積，使得難以增強(qiáng)絕緣層6或金屬層7的粘附。由此，開口尺寸W1可以至少為開口尺寸W2的一半。第一垂直表面2f和第二垂直表面2g不一定垂直于通孔2的底部2a (電極焊盤層 4)，而是可以與通孔2的底部2a(電極焊盤層4)形成83度或更大且93度或更小的角度。 傾斜表面2d可以與通孔2的底部2a(電極焊盤層4)形成零度或更大且小于83度的角度。 當(dāng)?shù)谝淮怪北砻?f和第二垂直表面2g與底部2a形成小于83度的角度時，隨著半導(dǎo)體基板I的厚度增大或者隨著通孔2的縱橫比(長度/寬度比例)增大，通孔2之間的距離增大。這限制了設(shè)計自由度。當(dāng)?shù)谝淮怪北砻?f和第二垂直表面2g與底部2a形成大于93 度的角度時，這導(dǎo)致PVD中不良的沉積，使得難以增強(qiáng)絕緣層6或金屬層7的粘附。下面將描述用于制造半導(dǎo)體裝置100的方法。圖3A到圖3C和圖4A到圖4C是制造半導(dǎo)體裝置100的處理的示意圖。圖3A示出形成掩模層的處理。圖3B示出形成通孔的處理。圖3C示出去除掩模層的處理。圖4A示出形成絕緣層的處理。圖4B示出形成金屬層的處理。圖4C示出形成導(dǎo)電層的處理。如圖3A所不，掩模層101在半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia上形成(形成掩模層的處理)。掩模層101具有面向設(shè)置于半導(dǎo)體基板I的第二表面Ib上的電極焊盤層4的開口 IOla0
如圖3B所示，從通過形成掩模層的處理形成的掩模層101的開口 IOla向電極焊盤層4延伸的通孔2通過BOSCH方法在半導(dǎo)體基板I中被形成(形成通孔的處理)。BOSCH 方法涉及交替的蝕刻和沉積。如圖3C所示，例如通過使用蝕刻氣體來去除掩模層101 (去除掩模層的處理)。如圖4A所示，絕緣層6在半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia和通過形成通孔的處理所形成的通孔2的側(cè)壁2b上被形成(形成絕緣層的處理)。在本實施例中，絕緣層6通過CVD 被形成。只要半導(dǎo)體基板I可被維持在低于功能部件的最大容許溫度的溫度，則絕緣層6 可通過CVD被形成。否則，絕緣層6可通過PVD被形成。如圖4B所示，由阻擋層9和種子層10構(gòu)成的金屬層7通過PVD在半導(dǎo)體基板I 的第一表面Ia上和在通孔2的內(nèi)部被形成(形成金屬層的處理)。更具體地說，在形成金屬層的處理中，金屬層7在半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia和通孔2的側(cè)壁2b上被形成(其中在它們之間介入有絕緣層6)，并且在通孔2的底部2a(電極焊盤層4)上直接形成。在金屬層7的形成中，在通過PVD進(jìn)行的阻擋層9的形成之后，接著的是通過PVD進(jìn)行的種子層10的形成。通過PVD形成金屬層7的原因在于通過CVD形成金屬層7可能導(dǎo)致半導(dǎo)體基板I的溫度高于功能部件的最大容許溫度。如圖4C所示，導(dǎo)電層8在金屬層7上被形成 (形成導(dǎo)電層的處理)。在形成導(dǎo)電層的處理中，導(dǎo)電層8通過電鍍被形成。在根據(jù)本實施例的形成通孔的處理中，傾斜表面2d在通孔2的側(cè)壁2b上被形成， 并且凹凸部2e在傾斜表面2d上被形成。傾斜表面2d和凹凸部2e通過BOSCH方法被形成，BOSCH方法涉及交替地供應(yīng)蝕刻氣體和用于保護(hù)側(cè)壁的氣體，以交替地執(zhí)行蝕刻和用于保護(hù)側(cè)壁2b的沉積。更具體地說,蝕刻氣體是六氟化硫(sulfur hexafluoride),側(cè)壁保護(hù)氣體是(^8。 蝕刻是在兩個條件下執(zhí)行的。第一條件涉及對于每單位時間的大約20%到50%的施加時間使用脈沖偏壓的低功率蝕刻。如在本文中所使用的，短語“20%到50%的施加時間”指例如在I到12秒之間的單位時間的20%到50%。第二條件涉及對于每單位時間的大約1% 到10%的施加時間使用高功率偏壓的蝕刻。在形成通孔的處理中，隨著蝕刻在通孔2的深度方向上進(jìn)行，蝕刻速率逐漸從第一條件降低到第二條件，從而使得通孔2的底部2a的開口尺寸小于通孔2的開口端2c的開口尺寸。這導(dǎo)致在通孔2的側(cè)壁上形成傾斜表面2d。在形成傾斜表面2d之后，對應(yīng)于第一垂直表面2f的部分通過交替地執(zhí)行蝕刻和沉積被形成。如圖5A所示，所述沉積在傾斜表面2d上形成保護(hù)膜201。保護(hù)膜201可具有不均勻的厚度。如圖5B所示，保護(hù)膜201然后被蝕刻。通過沉積所形成的保護(hù)膜201的殘留物202 殘余在傾斜表面2d上。進(jìn)一步的蝕刻在傾斜表面2d上形成凹凸部2e，而殘留物202充當(dāng)掩模。在通孔2的側(cè)壁2b的傾斜表面2d上形成的凹凸部2e可以增強(qiáng)絕緣層6和金屬層7到通孔2的側(cè)壁2b的粘附，并且有效地降低通孔2中的絕緣層6或金屬層7從半導(dǎo)體基板I剝落的可能性。這可以提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。已經(jīng)描述了在傾斜表面2d上的針狀凹凸部2e的形成。根據(jù)另一個實施例，如圖 6A所示，臺階22e可以在傾斜表面22d上被形成。第一垂直表面22f可以相對于傾斜表面 22d靠近通孔22的底部被設(shè)置。第二垂直表面22g可以相對于傾斜表面22d靠近通孔22的開口端被設(shè)置。在該實施例中，形成掩模層的處理、去除掩模層的處理、形成絕緣層的處理、形成金屬層的處理、以及形成導(dǎo)電層的處理如上面所述的那樣，但是形成通孔的處理不同。更具體地說，蝕刻氣體是六氟化硫，側(cè)壁保護(hù)氣體是c4f8。蝕刻是在兩個條件下執(zhí)行的。第一條件涉及對于每單位時間的大約20%到50%的施加時間使用脈沖偏壓的低功率蝕刻。第二條件涉及對于每單位時間的大約1%到10%的施加時間使用高功率偏壓的蝕刻。隨著蝕刻在通孔22的深度方向上進(jìn)行,蝕刻速率從第一條件逐步地(stepwise)減小到第二條件,從而使得通孔22的底部22a的開口尺寸小于通孔22的開口端的開口尺寸。本文所使用的短語“逐步地減小”意指通過改變功率，例如，以每5秒5W的增量從50W改變到170W來減小蝕刻速率。由此，具有凹凸部22e的傾斜表面22d在通孔22的側(cè)壁22b上被形成。在通孔22的側(cè)壁22b的傾斜表面22d上形成的凹凸部22e可以增強(qiáng)絕緣層6和金屬層7到通孔22的側(cè)壁22b的粘附，并且有效地減小通孔22中的絕緣層6或金屬層7 從半導(dǎo)體基板I剝落的可能性。這可以提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。根據(jù)再一個實施例，如圖6B所示，脊和槽32e可以在傾斜表面32d上被形成。第一垂直表面32f可以相對于傾斜表面32d靠近通孔32的底部被設(shè)置。第二垂直表面32g 可以相對于傾斜表面32d靠近通孔32的開口端被設(shè)置。在該實施例中，形成掩模層的處理、去除掩模層的處理、形成絕緣層的處理、形成金屬層的處理、以及形成導(dǎo)電層的處理如上面所述的那樣，但是形成通孔的處理不同。將參考圖7A到圖7C對形成通孔的處理更具體地描述。如圖7A所示，灰色調(diào)掩模301在半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia上被形成。灰色調(diào)掩模301具有小于掩模層101的開口的開口。更具體地說，當(dāng)設(shè)置于玻璃板401上的遮光膜(例如，Cr)402和狹縫狀掩模圖案403與設(shè)置于半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia上的掩模層101相對地放置時,執(zhí)行曝光。例如，用365-nm 的紫外線光對于具有間隔為I. 2 或更小的狹縫的掩模圖案進(jìn)行照射。這將面向狹縫狀掩模圖案403的部分轉(zhuǎn)換為灰色調(diào)掩模301，灰色調(diào)掩模301由掩模層101的材料制成。灰色調(diào)掩模301可以具有小于掩模層101的厚度的厚度，以便在形成通孔32期間使用BOSCH 方法通過蝕刻而被去除。形成通孔32的蝕刻逐漸減小掩模層101的厚度。掩模層101具有這樣的厚度，使得即使當(dāng)通過形成通孔的處理形成通孔32時，掩模層101仍殘余在半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia上。如圖7B所示，通過BOSCH方法交替地執(zhí)行蝕刻和沉積，以形成對應(yīng)于灰色調(diào)掩模 301的開口的封閉端孔32B。同時，凹凸部32e在對應(yīng)于灰色調(diào)掩模301的半導(dǎo)體基板I的第一表面Ia上被形成。灰色調(diào)掩模301通過蝕刻被逐漸地并完全地去除。如圖7C所示， 通過BOSCH方法交替地執(zhí)行蝕刻和沉積，以形成具有作為底部32a的電極焊盤層4的通孔 32。以與蝕刻封閉端孔32B的底部32a的蝕刻速率相同的蝕刻速率蝕刻半導(dǎo)體基板I的已從中完全去除了灰色調(diào)掩模301的部分。這樣，凹凸部的相對于封閉端孔32B的底部32a 的高度(level)基本上維持在通孔32的第一垂直表面2f的長度，盡管過度蝕刻以提高處理的穩(wěn)定性可以輕微地(大約I到2 y m)降低該高度。這樣，傾斜表面32d在通孔32的側(cè)壁32b的對應(yīng)于灰色調(diào)掩模301的部分上被形成。凹凸部32e利用蝕刻通過灰色調(diào)掩模301在傾斜表面32d上被形成。這樣，在通孔32的側(cè)壁32b的傾斜表面32d上形成的凹凸部32e可以增強(qiáng)絕緣層6和金屬層7到通孔32的側(cè)壁32b的粘附，并且有效地減小通孔32中的絕緣層6或金屬層 7從半導(dǎo)體基板I剝落的可能性。這可以提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。例子例子I具有200iim的厚度的硅基板被用作半導(dǎo)體基板。該硅基板包括由二氧化硅 (silicon dioxide)制成的層間絕緣層。在層間絕緣層上形成由招-銅合金制成的電極焊盤層和半導(dǎo)體元件。該半導(dǎo)體元件電連接到電極焊盤層。在層間絕緣層和電極焊盤層上形成鈍化層。該鈍化層包括硅氧化物層和硅氮化物層。通過光刻法對抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖而在與半導(dǎo)體元件相對的基板上形成抗蝕劑掩模層。抗蝕劑掩模層具有直徑為50 的圓形開 □。通過BOSCH處理來蝕刻硅基板。蝕刻條件包括1800W的高頻功率、150sccm的六氟化硫氣體流速、和70sccm的C4F8氣體流速。偏壓條件從涉及對于40%的施加時間、功率為30W的脈沖偏壓的條件向涉及對于3%的施加時間、功率為250W的條件連續(xù)地改變。該處理形成在其側(cè)壁上具有第一垂直表面、傾斜表面和第二垂直表面的通孔。通孔的寬度在第二垂直表面處為5011111，在第一垂直表面處為4211111。第二垂直表面的長度為170 iim。第一垂直表面的長度為15 Pm。傾斜表面具有平均高度(Re)為0.9 iim的凹凸部。如圖2A所示，傾斜表面具有針狀的凹凸部。然后，通過陰極等離子體CVD在與半導(dǎo)體元件相對的基板和通孔的側(cè)壁上形成由硅氧化物制成的絕緣層。如下地去除電極焊盤層上的絕緣層首先，在與半導(dǎo)體元件相對的基板上形成由干膜抗蝕劑制成的掩模層。掩模層具有與通孔同心的直徑為40 y m的圓形開口。使用四氟化碳(carbon tetrafluoride)氣體通過由干膜抗蝕劑制成的掩模層,通過反應(yīng)離子蝕刻(下文中稱為RIE)來蝕刻電極焊盤層上的絕緣層。通過屬于PVD類型的濺射來形成鈦阻擋層和金種子層。通過在與半導(dǎo)體元件相對的半導(dǎo)體基板上進(jìn)行電鍍來形成金導(dǎo)電層。金導(dǎo)電層具有基本上均勻的平均5 y m的厚度。 所得到的半導(dǎo)體裝置具有高的可靠性以及增強(qiáng)的絕緣層和金屬層的粘附。例子2如例子I中那樣，使用包含半導(dǎo)體元件并且具有200 U m的厚度的硅基板。通過對抗蝕劑構(gòu)圖而在與半導(dǎo)體元件相對的基板上形成抗蝕劑掩模層。抗蝕劑掩模層具有直徑為 60 u m的圓形開口。在例子I中描述的條件下，通過BOSCH處理來蝕刻硅基板。偏壓條件從涉及對于 40 %的施加時間、功率為30W的脈沖偏壓的條件向涉及對于3 %的施加時間、功率為250W的條件逐步地改變。該處理形成在其側(cè)壁上具有第一垂直表面、傾斜表面和第二垂直表面的通孔。通孔的寬度在第二垂直表面處為60 iim，在第一垂直表面處為45 iim。第二垂直表面的長度為180 iim。第一垂直表面的長度為lOiim。傾斜表面具有平均高度(Re)為1.2iim 的凹凸部。如圖6A所示，傾斜表面具有臺階。然后，以與例子I中的方式相同的方式，通過陰極等離子體CVD來形成由硅氧化物制成的絕緣層。然后，形成掩模層。掩模層具有與通孔同心的直徑為40 的圓形開口。使用四氟化碳?xì)怏w，通過RIE來蝕刻電極焊盤層上的絕緣層。以與例子I中的方式相同的方式，通過屬于PVD類型的濺射來形成鈦阻擋層和金種子層。通過在與半導(dǎo)體元件相對的半導(dǎo)體基板上進(jìn)行電鍍來形成金導(dǎo)電層。金導(dǎo)電層具有基本上均勻的平均5 Pm的厚度。所得到的半導(dǎo)體裝置具有高的可靠性以及增強(qiáng)的絕緣層和金屬層的粘附。例子3如例子I中那樣，使用包含半導(dǎo)體元件并且具有200 iim的厚度的硅基板。通過對抗蝕劑構(gòu)圖而在與半導(dǎo)體元件相對的基板上形成抗蝕劑掩模層。抗蝕劑掩模層具有直徑為 60 u m的圓形開口。通過半透明膜將抗蝕劑掩模層的一部分曝光，以形成外直徑為80 y m的灰色調(diào)掩模。灰色調(diào)掩模具有直徑為60 iim的圓形開口。換句話說，形成具有直徑為80 iim的開口的掩模層和具有該掩模層的開口內(nèi)的直徑為60 ii m的開口的灰色調(diào)掩模。通過BOSCH處理蝕刻硅基板，以形成在其側(cè)壁上具有第一垂直表面、傾斜表面和第二垂直表面的通孔。通孔的寬度在第二垂直表面處為80 V- m,在第一垂直表面處為60 V- m。第二垂直表面的長度為 160 u m。第一垂直表面的長度為40 u m。傾斜表面具有平均高度(Re)為0. 6 y m的凹凸部。 如圖6B所示，傾斜表面具有近似零度的傾斜角，并且具有脊和槽。然后，以與例子I中的方式相同的方式，通過陰極等離子體CVD來形成由硅氧化物制成的絕緣層。然后，形成掩模層。掩模層具有與通孔同心的直徑為50iim的圓形開口。使用四氟化碳?xì)怏w，通過RIE蝕刻電極焊盤層上的絕緣層。以與例子I中的方式相同的方式，通過屬于PVD類型的濺射來形成鈦阻擋層和金種子層。通過在與半導(dǎo)體元件相對的半導(dǎo)體基板上進(jìn)行電鍍來形成金導(dǎo)電層。金導(dǎo)電層具有基本上均勻的平均5 的厚度。所得到的半導(dǎo)體裝置具有高的可靠性以及增強(qiáng)的絕緣層和金屬層的粘附。雖然已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。下面的權(quán)利要求的范圍應(yīng)該被給予最廣義的解釋，以涵蓋所有這樣的變型及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括半導(dǎo)體基板，具有從半導(dǎo)體基板的第一表面向半導(dǎo)體基板的第二表面延伸的通孔； 電極焊盤層，被設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第二表面上，所述電極焊盤層充當(dāng)所述通孔的底部;絕緣層，被設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第一表面上和在所述通孔的側(cè)壁上；以及金屬層，被設(shè)置在所述絕緣層上和在所述通孔的底部上，其中，所述通孔的側(cè)壁具有傾斜表面，使得所述通孔的底部具有比所述通孔的開口端的開口尺寸小的開口尺寸，并且，所述傾斜表面具有凹凸部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述凹凸部具有O.2 μ m或更大且10 μ m 或更小的平均高度Re。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述通孔的側(cè)壁具有第一垂直表面和第二垂直表面，第一垂直表面被設(shè)置為相對于所述傾斜表面靠近所述通孔的底部，第二垂直表面被設(shè)置為相對于所述傾斜表面靠近所述通孔的開口端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中，第一垂直表面的長度等于半導(dǎo)體基板的厚度的1/50 1/4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述通孔在第一垂直表面處的開口尺寸為所述通孔在第二垂直表面處的開口尺寸的1/2 9/10。
6.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括在半導(dǎo)體基板的第一表面上形成掩模層，所述掩模層具有面向被設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第二表面上的電極焊盤層的開口；在半導(dǎo)體基板中形成從所述掩模層的開口向電極焊盤層延伸的通孔，其中，所述通孔的側(cè)壁具有帶凹凸部的傾斜表面，使得所述通孔的底部具有比所述通孔的開口端的開口尺寸小的開口尺寸，并且，通過交替地執(zhí)行蝕刻和沉積的BOSCH方法來形成所述傾斜表面； 在半導(dǎo)體基板的第一表面上和所述通孔的側(cè)壁上形成絕緣層；以及通過物理氣相沉積，在半導(dǎo)體基板的第一表面的頂部和在所述通孔的內(nèi)部形成金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中，通過隨著蝕刻在所述通孔的深度方向上進(jìn)行而逐漸地降低蝕刻速率，在所述通孔的側(cè)壁上形成所述傾斜表面，使得所述通孔的底部具有小于所述開口端的開口尺寸的開口尺寸，并且，通過使用保護(hù)膜的殘留物作為掩模進(jìn)行蝕刻而在所述傾斜表面上形成凹凸部，所述保護(hù)膜是通過沉積而在所述傾斜表面上形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中，通過隨著蝕刻在所述通孔的深度方向上進(jìn)行而逐步地降低蝕刻速率，在所述通孔的側(cè)壁上形成帶凹凸部的傾斜表面，使得所述通孔的底部具有比所述開口端的開口尺寸小的開口尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中，在半導(dǎo)體基板的第一表面上形成灰色調(diào)掩模，在與所述掩模層的開口對應(yīng)的部分中，所述灰色調(diào)掩模具有比所述掩模層的開口小的開口，然后，通過BOSCH方法形成到達(dá)所述電極焊盤層的通孔，由此在與所述灰色調(diào)掩模對應(yīng)的通孔的側(cè)壁上形成帶凹凸部的傾斜表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置和用于制造半導(dǎo)體裝置的方法。一種半導(dǎo)體基板，包括從第一表面向第二表面延伸的通孔。充當(dāng)通孔的底部的電極焊盤層被設(shè)置在第二表面上。絕緣層被形成在半導(dǎo)體基板的第一表面和通孔的側(cè)壁上。金屬層被形成在半導(dǎo)體基板的第一表面和通孔的側(cè)壁上，其中，絕緣層介于其間并直接在通孔的底部上形成。在通孔的側(cè)壁上形成傾斜表面，使得通孔的底部具有比通孔的開口端的開口尺寸小的開口尺寸。傾斜表面具有凹凸部。
文檔編號H01L23/48GK102593086SQ20121000825
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者須藤正法 申請人:佳能株式會社