專利名稱：半導體裝置的制造方法及半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有TSV構造的半導體裝置的制造方法及半導體裝置。
背景技術：
近年來,根據(jù)半導體LSI (Large-scale integration,大規(guī)模集成電路)的超高密度化，為了將裝置構成為三維結構，采用了一種TSV (Through Silicon Via、娃貫通電極)構造，即以貫通半導體裝置(半導體芯片或半導體晶圓)內的方式設置貫通電極并將該貫通電極的端部連接于另一個半導體裝置的電極從而形成三維構造的技術。在TSV構造中，在層疊多枚半導體裝置的情況下，由于通過貫通電極對半導體裝置之間進行連接，因此，不再需要用于連接的焊盤、中介層等，能夠將半導體裝置更加小型化。在此，在具有TSV構造的半導體裝置中，為了謀求裝置的進一步薄型化，存在一種如下一種情況:在形成電路的硅基板(晶圓)上開設多個必要的孔，并在孔中形成Cu、W的電極金屬柱而作為TSV，然后通過從晶圓背面進行蝕刻等加工將晶圓減薄，并且使電極金屬柱從背面突出(專利文獻I)。專利文獻1:日本特開2010 - 114155號公報然而，在上述加工中雖然能夠將基板減薄，但是存在有在將基板減薄時容易發(fā)生基板翹曲的問題。

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明即是鑒于上述問題而做成的，其技術課題在于提供一種即使將基板減薄也能夠防止其翹曲的、具有TSV構造的半導體裝置的制造方法。用于解決問題的方案為了解決上述課題，本發(fā)明的第I技術方案為一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，該半導體的制造方法包括在半導體基板的表面集成半導體元件，形成全部電路或一部分電路的工序(a)；自上述半導體基板的表面開孔的工序(b);在上述孔的內表面形成絕緣膜和阻擋膜(具有對之后形成的導電性金屬起阻擋作用的膜)的工序(C);在上述阻擋膜的內表面以填埋上述孔的方式形成導電性金屬的工序(d);然后加工上述半導體基板的背面使上述半導體基板的厚度減小從而使上述導電性金屬、上述阻擋膜、及上述絕緣膜自上述背面突出的工序(e);然后在上述半導體基板的背面設置SiCN膜的工序(f)。本發(fā)明的第2技術方案為一種半導體裝置，其特征在于，該半導體裝置包括在表面形成有半導體元件的半導體基板、貫通上述半導體基板且一部分自背面突出地設置的貫通電極、覆蓋上述背面地設置的SiCN膜。發(fā)明的效果采用本發(fā)明，能夠提供一種即使將基板減薄也能夠防止其翹曲的、具有TSV構造 的半導體裝置的制造方法。


圖1是表示半導體裝置100的剖視圖。圖2是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖3是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖4是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖5是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖6是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖7是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖8是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖9是表示半導體裝置100的制造工序的剖視圖。圖10是表示SiCN膜20的成分與物理特性(內部應力)的關系的圖。
具體實施例方式以下參照附圖詳細地說明本發(fā)明中較佳的實施方式。首先，參照圖1說明本實施方式的半導體裝置100的結構。如圖1所示，半導體裝置100包括硅基板等基板1，通過在基板I的表面集成未圖示的半導體元件，來形成作為DRAM (Dynamic Random Access Memory,動態(tài)隨機存取存儲器)、閃存器等LSI構造的電路2。另外，在半導體裝置100中，貫通基板I地形成有貫通電極31 (TSV)，貫通電極31的一部分自基板I的背面(形成有電路2的面的相反側的面)突出。貫通電極31包括由Cu等導電性金屬形成的柱狀的插頭13、覆蓋插頭13地形成的TaN等阻擋膜12。而且，在貫通電極31和基板I之間，覆蓋貫通電極31、且與基板I接觸地設有Si3N4等絕緣膜11。另一方面，在基板I的背面，覆蓋該背面地形成有SiCN膜20。SiCN膜20為設置于基板的背面的、使基板I不產(chǎn)生翹曲的鈍化膜。通常作為鈍化膜使用有氧化硅膜、氮化硅膜，但這些鈍化膜存在會使較薄的基板產(chǎn)生翹曲的問題。詳細見后述，而SiCN膜20則能夠利用膜中的C量使其內部應力變化，因此，能夠通過控制成膜時的C量使晶圓的翹曲實質上為O。接著，參照圖2 圖10說明半導體裝置100的制造方法。首先，準備如圖2所示的基板I。如上所述，基板I使用硅基板等，使未圖示的半導體元件集成，在基板I表面形成全部或一部分的電路2。在此，準備厚度775 μ m的硅基板作為基板1，在其表面集成半導體元件，形成DRAM、閃存器等LSI構造的電路2。接著，如圖3所示，在基板I的用于形成TSV構造(貫通電極31)的部分自表面形成預定數(shù)量的孔10。
在此，孔10的徑為10 μ mX 10 μ m左右，深度為40 μ m 50 μ m左右。開孔例如利用蝕刻進行。具體地說，蝕刻開孔使用2.45GHz微波激勵RLSA(radialline slot antenna,徑向線縫隙天線)型等離子電蝕刻器、915MHz微波激勵MSEP (MetalSurfacewave Excitation Plasma)等離子電蝕刻器進行。由于這些電蝕刻器的腔室的內壁表面利用非水溶液的陽極氧化產(chǎn)生的Al2O3膜覆蓋，因此完全不會產(chǎn)生水分。如果將抗蝕劑中的有機溶劑、水分全部預先去除，那么抗蝕劑和Si的蝕刻選擇比成為50 100。因而，抗蝕劑的膜厚為2 μ m左右的薄度即可，由此能夠相應提高其分辨率。接著，如圖4所示，在孔10的內表面形成絕緣膜11。絕緣膜11的形成方法列舉有將Si直接氮化，并在其上CVD形成氮化硅膜的方法。在該情況下，直接氮化采用915MHz微波激勵的一層簇射板的MSEP等離子處理裝置，自簇射板流出Ar氣和NH3氣的混合氣體地進行。接著，在該氮化硅上利用CVD(ChemicalVapor Deposition,化學氣相沉積)形成Si3N4膜。該CVD采用915MHz微波激勵的雙層簇射板的MSEP等離子處理裝置，自上層簇射板流出Ar氣和NH3氣的混合氣體，自下層簇射板流出Ar氣和SiH4氣的混合氣體地進行。接著，如圖5所示，在絕緣膜11的內表面形成阻擋膜12。在此，與形成絕緣膜11時采用的方式相同，采用915MHz微波激勵的雙層簇射板的MSEP等離子處理裝置，自上層簇射板流出Ar氣和NH3氣的混合氣體，自下層簇射板流出TaCl3等氣體，在Si3N4膜上通過CVD形成TaN膜作為阻擋膜12。該阻擋膜12是用于防止在后面成膜的Cu向半導體基板擴散的導電性阻擋膜。接著，如圖6所示，在孔10內以填埋孔10的方式形成插頭13。在此使電流在TaN膜(阻擋膜12)上流過，將TaN膜作為晶種膜在TaN膜的內表面進行Cu的電鍍，形成Cu的金屬柱(TSV電極)作為插頭13。這樣，在每個孔10內形成有TSV電極(貫通電極31)。接著，如圖7所示，從基板I的背面?zhèn)冗M行蝕刻，將基板I的厚度減薄至預定的厚度，進一步使被TaN膜12和絕緣膜11覆蓋的TSV電極(插頭13)底面?zhèn)鹊囊徊糠肿曰錓的背面突出(露出)。蝕刻是將基板I的正面?zhèn)日迟N在多孔性玻璃基板33(東京應化制(東京応化工業(yè)))上，利用使用HF/HN03/CH3C00H/H20溶液的超高速濕法蝕刻將775 μ m的硅基板I的背面?zhèn)纫?50 μ m/min的速度蝕刻約I分鐘。其結果，基板I的厚度成為20 μ m 30 μ m左右。此時，由于Si3N4膜(絕緣膜11)不會被蝕刻，因此，能夠僅利用濕法蝕刻而將基板I減薄。如圖7中明確地那樣，在薄度成為20 μ m 30 μ m的基板I的背面?zhèn)韧怀鲇斜籘aN膜(阻擋膜12)和Si3N4膜(絕緣膜11)覆蓋的Cu的插頭13的底面?zhèn)?。接著，如圖8所示，在基板I的背面利用CVD成膜SiCN膜20。具體的說，SiCN膜20采用915MHz微波激勵的雙層簇射板的MSEP等離子處理裝置，自上層簇射板流出Ar氣和NH3氣的混合氣體，自下層簇射板流出Ar氣、SiH4氣、及SiH(CH3) 3氣的混合氣體，以100°C左右的溫度成膜而成。其結果，能夠完全地控制晶圓(基板I)的翹曲。S卩，SiCN通過使C量為10原子％左右，而使其內部應力從正變成負，因此，能夠通過抑制C量找出將晶圓的翹曲做成零的條件。具體的說，如圖10的空心箭頭所示，能夠例如通過調節(jié)SiH (CH3) 3氣體的濃度(即，通過調節(jié)膜中的C含量)來做到SiCN膜20的內部應力實質上成為O。SiCN的成分優(yōu)選為在氮化硅Si3N4中含有(添加)略少于10%的C而成，但也可以是添加了 2原子％ 40原子％的C而成的成分。另外，SiCN不僅作為鈍化膜特性卓越，還具有熱傳導性優(yōu)良的特征。相對于SiO2的導熱系數(shù)1.4ff/m/開爾文，SiCN的熱傳導系數(shù)為70W/m/開爾文從而壓倒性地大于SiO2的導熱系數(shù)。因此，通過在基板I的背面形成SiCN膜20，如上所述，能夠兼顧完全的保護膜功能和抑制晶圓的翅曲。另外，在形成SiCN時，如圖8所示，在被TaN膜(阻擋膜12)和Si3N4膜(絕緣膜11)覆蓋的Cu的插頭13的突出部表面也形成有SiCN膜20。然后，自玻璃基板33剝離晶圓(基板I)。另外，由于玻璃基板33在該狀態(tài)下直接利用濕法蝕刻用的HF/HN03/CH3C00H/H20溶液被逐漸蝕刻，因此，利用涂覆添加了 CeO2的Y2O3并以700°C左右燒結而成的未圖示的保護膜將其露出面覆蓋，從而停止蝕刻。另外，在剝離玻璃基板33之前，如圖9所示，在基板I的背面?zhèn)?，在SiCN膜20(形成為硅基板背面的部分)的表面涂覆抗蝕劑，從而將覆蓋了貫通電極31表面(阻擋膜12的自基板I的背面突出的表面)的SiCN膜20和Si3N4膜(絕緣膜11)蝕刻去除。利用以上工序完成圖1所示的半導體裝置100。這樣，采用本實施方式，半導體裝置100通過在基板I上開孔10，在孔10內形成絕緣膜11、阻擋膜12、插頭13，蝕刻基板I的背面減薄基板I并使絕緣膜11、阻擋膜12、插頭13突出，然后在基板I的背面形成SiCN膜20制造而成。因此，在本發(fā)明的具有TSV構造的半導體裝置的制造方法中，即使存在利用蝕刻將基板I減薄的情況，也能夠防止基板I的翹曲。產(chǎn)業(yè)h的可利用件在上述實施方式中，針對將本發(fā)明應用于使用表面形成有DRAM、閃存器的娃基板的半導體裝置100的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，其能夠應用于所有的TSV構造。附圖標記說明1、基板;2、電路(LSI構造);10、孔；11、絕緣膜；12、阻擋膜(TaN膜);13、插頭(導電性金屬)；20、SiCN膜；31、貫通電極；33、玻璃基板；100、半導體裝置。
權利要求
1.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于， 該半導體裝置的制造方法包括: 工序(a)，在半導體基板的表面集成半導體元件，形成至少一部分的電路； 工序(b)，自上述半導體基板的表面開孔； 工序(C)，在上述孔的內表面形成絕緣膜和阻擋膜； 工序(d)，在上述阻擋膜的內表面以填埋上述孔的方式形成導電性金屬； 工序(e)，在工序(d)后，加工上述半導體基板的背面，減小上述半導體基板的厚度，使上述導電性金屬、上述阻擋膜、及上述絕緣膜自上述背面突出； 工序(f)，在工序(e)后，在上述半導體基板的背面設置SiCN膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(f)是控制上述SiCN膜的成分、使得上述半導體基板的翹曲實質上為零的工序。
3.根據(jù)權利要求1或2中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(f)是形成SiCN膜的工序，該SiCN膜的成分為向Si3N4中添加了 2原子％ 40原子％的C而成。
4.根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(e)是通過蝕刻上述半導體基板的背面使上述半導體基板的厚度減小的工序。
5.根據(jù)權利要求1 4中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(e)是將上述半導體基板的正面?zhèn)日迟N在多孔性玻璃基板上，通過濕法蝕刻上述半導體基板的背面使上述半導體基板的厚度減小的工序。
6.根據(jù)權利要求1 5中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(f)包括利用CVD在上述半導體基板的背面成膜SiCN膜后，將形成于自上述背面突出的上述阻擋膜的表面上的上述絕緣膜和上述SiCN膜去除的工序。
7.根據(jù)權利要求1 6中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述半導體基板為Si基板； 上述工序(C)包括通過氮化上述孔的內表面形成上述絕緣膜的至少一部分的工序。
8.根據(jù)權利要求1 7中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(C)包括形成導電性阻擋膜作為上述阻擋膜的工序； 上述工序(d)包括將上述導電性阻擋膜用作通電部件地利用電鍍形成上述導電性金屬的工序。
9.根據(jù)權利要求1 7中任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(C)包括在形成上述絕緣膜后，在上述絕緣膜上形成TaN膜作為上述阻擋膜的工序。
10.根據(jù)權利要求9所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 上述工序(d)是在上述TaN膜上將上述TaN膜作為晶種層，通過電鍍形成Cu作為上述導電性金屬的工序。
11.一種半導體裝置，其特征在于， 該半導體裝置包括:在表面形成有電路的半導體基板； 貫通上述半導體基板且一部分自背面突出地設置的貫通電極； 覆蓋上述背面地設置的SiCN膜。
12.根據(jù)權利要求11所述的半導體裝置，其特征在于， 上述SiCN膜具有使上述半導體基板的翹曲實質上為零的成分。
13.根據(jù)權利要求11或12中任一項所述的半導體裝置，其特征在于， 上述SiCN膜具有向Si3N4中添加了 2原子％ 40原子％的C而成的成分。
14.根據(jù)權利要求11 13中任一項所述的半導體裝置，其特征在于， 上述貫通電極被對該電極的材料構成阻擋的阻擋膜覆蓋，且上述阻擋膜被與上述半導體基板接觸地設置的絕緣膜覆蓋。
15.根據(jù)權利要求14所述的半導體裝置，其特征在于， 上述半導體基板為Si基板； 上述絕緣膜包括Si3N4膜。
16.根據(jù)權利要求14所述的半導體裝置，其特征在于， 上述阻擋膜的材料為TaN。
17.根據(jù)權利要求11 16中任一項所述的半導體裝置，其特征在于， 上述貫通電極的材料為Cu。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種即使將基板減薄也能夠防止其翹曲的TSV構造的制造方法。本發(fā)明的半導體裝置的制造方法在半導體基板的表面集成半導體元件，形成至少一部分電路，自半導體基板的表面開孔，在孔的內表面形成絕緣膜和阻擋膜，在阻擋膜的表面以填埋孔的方式形成導電性金屬，加工半導體基板的背面使其厚度減小，使導電性金屬突出，在半導體基板的背面設置SiCN膜。
文檔編號H01L25/065GK103081077SQ20118003894
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權日2010年8月10日
發(fā)明者大見忠弘 申請人:國立大學法人東北大學