本發(fā)明涉及半導(dǎo)體
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件制作方法、半導(dǎo)體器件及電子裝置。
背景技術(shù)：
：在半導(dǎo)體
技術(shù)領(lǐng)域：
，硅通孔(TSV)技術(shù)是實現(xiàn)垂直互聯(lián)的關(guān)鍵，采用TSV技術(shù)的3D集成方法能提高器件的集成度、數(shù)據(jù)交換速度和信號速度、減小互聯(lián)長度、降低功耗以及提高輸入/輸出端密度等方面的性能，同時還可以在一個封裝中實現(xiàn)存儲器、專用IC、處理區(qū)等多功能集成封裝。在具備硅通孔(TSV)的晶圓中通常采用金屬銅來填充硅通孔，以實現(xiàn)互聯(lián)。然而由于銅的物理特性與硅之間存在較大差異，大體積的銅的使用導(dǎo)致了TSV通孔中可能出現(xiàn)銅與硅之間的分層問題以及后續(xù)制程中銅的凸起問題，這些問題的出現(xiàn)大大降低晶圓的可靠性，導(dǎo)致成本增加。圖1中的(a)和(b)示出了TSV通孔中發(fā)生銅與硅之間的分層問題，其主要產(chǎn)生原因是由于銅/硅之間的熱膨脹系數(shù)存在差異，TSV孔洞中大體積的銅在受熱及冷卻中產(chǎn)生大量的內(nèi)部應(yīng)力，使得銅/硅界面產(chǎn)生分層。圖2示出了TSV通孔中發(fā)生銅凸起問題，其主要產(chǎn)生原因是銅在受熱過程中發(fā)生體積膨脹，TSV孔洞中銅的體積很大，導(dǎo)致膨脹量較大，突出部分影響到其上部的鋁焊盤及第一層金屬層。在生產(chǎn)中通常是通過調(diào)整制程中的配料(recipe)來緩解這類問題，并提高成品率及可靠性，但是由于銅/硅差異，以及銅體積過大這樣的根本原因依然存在，因此，這些問題依然可能發(fā)生。此外，目前也有通過加厚SiO2層或加入一些塑性材料，比如苯丙環(huán) 丁烯(BCB)等來吸收銅內(nèi)部應(yīng)力的方法來緩解此問題，但是在尺寸較小的TSV結(jié)構(gòu)中，加入這些非導(dǎo)電材料可能對其導(dǎo)電能力產(chǎn)生一定的影響。因此，有必要提出一種新的制作方法，以解決上述存在的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：在
發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的
發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。為了克服目前存在的問題，本發(fā)明一方面提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法，其包括：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成用于形成硅通孔的凹槽；形成覆蓋所述凹槽側(cè)壁和底部用于吸收膨脹應(yīng)力的保護層；在所述保護層上形成至少一層過渡層；用金屬銅填充所述凹槽，其中，所述過渡層采用金屬材料，且所述過渡層的熱膨脹系數(shù)小于銅的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選地，所述過渡層為多層，且每層所述過渡層的熱膨脹系數(shù)沿遠離所述保護層的方向逐漸增加。優(yōu)選地，所述過渡層包括在所述保護層上依次形成的第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層，其所述第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層的熱膨脹系數(shù)逐層增加。優(yōu)選地，所述第一過渡層為Cr膜層或Mo膜層，所述第二過渡層為Ti膜層，所述第三過渡層為Ni或Au膜層。優(yōu)選地，所述第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層的厚度為優(yōu)選地，所述過渡層通過物理氣相沉積方法形成。優(yōu)選地，所述過渡層包括Ni膜層，所述Ni層通過化學(xué)鍍方法形成。優(yōu)選地，所述化學(xué)鍍使用硫酸鎳作為鍍液，次磷酸鈉為還原劑，檸檬酸鈉或80％的乳酸溶液為絡(luò)合劑，Sn2+離子為穩(wěn)定劑。優(yōu)選地，所述保護層為二氧化硅層或苯丙環(huán)丁烯層。本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件的制作方法，在形成硅通孔時在硅和銅之間加入熱膨脹系數(shù)較小的金屬材料來形成Si/Cu之間的過渡層來減小兩種材料之間的熱不匹配性，并且考慮到半導(dǎo)體制程中薄膜類材料的制備方法的局限性以及Si/Cu兩種材料之間的熱膨脹系數(shù)的較大差異，在形成過渡層之前首先形成一層用于吸收應(yīng)力的保護層，同時優(yōu)選地在保護層之后通過2-3種金屬形成多層的過渡層結(jié)構(gòu)，這樣通過多層金屬的加入可避免原來Si與Cu之間的熱膨脹系數(shù)的跳躍性增加，減少熱不匹配性帶來的內(nèi)應(yīng)力。進一步地，由于過渡層采用金屬材料，不會影響硅通孔結(jié)構(gòu)的整體導(dǎo)電能力，且金屬過渡層本身具備導(dǎo)電性，并可直接作為后道過銅層電鍍過程的種子層使用。此外，金屬過渡層制備方法比較接近，基本可通過PVD方法制備，若使用同一主機臺結(jié)掛多個濺射腔室的方法，可在不破除真空的情況下實現(xiàn)整個過渡層的制備，可避免過渡層金屬表面發(fā)生氧化的問題。本發(fā)明另一方面提供一種半導(dǎo)體器件，其包括：半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底形成的用于形成硅通孔的凹槽，在所述凹槽內(nèi)依次形成的用于吸收膨脹應(yīng)力的保護層、至少一層過渡層和金屬銅層，其中所述過渡層采用金屬材料，且所述過渡層的熱膨脹系數(shù)小于銅的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選地，所述過渡層為多層，且每層所述過渡層的熱膨脹系數(shù)沿遠離所述保護層的方向逐漸增加。優(yōu)選地，所述過渡層包括在所述保護層上依次形成的第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層，其所述第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層的熱膨脹系數(shù)逐層增加。優(yōu)選地，所述第一過渡層為Cr膜層或Mo膜層，所述第二過渡層為Ti膜層，所述第三過渡層為Ni或Au膜層。優(yōu)選地，所述第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層的厚度為優(yōu)選地，所述保護層為二氧化硅層或苯丙環(huán)丁烯層。本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件，硅通孔結(jié)構(gòu)在硅層襯底和銅層之間加入熱膨脹系數(shù)較小的金屬材料來形成Si/Cu之間的過渡層，從而了減小兩種材料之間的熱不匹配性，并且考慮到半導(dǎo)體制程中薄膜類材料 的制備方法的局限性以及Si/Cu兩種材料之間的熱膨脹系數(shù)的較大差異，在形成過渡層之前首先形成一層用于吸收應(yīng)力的保護層，同時優(yōu)選地在保護層之后通過2-3種金屬形成多層的過渡層結(jié)構(gòu)，這樣通過多層金屬的加入可避免原來Si與Cu之間的熱膨脹系數(shù)的跳躍性增加，減少熱不匹配性帶來的內(nèi)應(yīng)力。進一步地，由于過渡層采用金屬材料，不會影響硅通孔結(jié)構(gòu)的整體導(dǎo)電能力。本發(fā)明再一方面提供一種電子裝置，其包括本發(fā)明提供的上述半導(dǎo)體器件。本發(fā)明提出的電子裝置，由于具有上述半導(dǎo)體器件，因而具有類似的優(yōu)點。附圖說明本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。附圖中：圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中具備硅通孔的晶圓出現(xiàn)的硅銅分層問題；圖2示出了了現(xiàn)有技術(shù)中具備硅通孔的晶圓出現(xiàn)的銅層凸起問題；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的制作方法的步驟流程圖；圖4A～圖4F示出了本發(fā)明一實施方式的制作方法依次實施各步驟所獲得器件的剖面示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的電子裝置的示意圖。具體實施方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完 全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在…上”、“與…相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾?，?dāng)元件被稱為“直接在…上”、“與…直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分?？臻g關(guān)系術(shù)語例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“在…下面”和“在…下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目的任何及所有組合。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件制作方法，用于形成硅通孔，如圖3 所示具體地包括：步驟S301，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成用于形成硅通孔的凹槽；步驟S302，形成覆蓋所述凹槽側(cè)壁和底部用于吸收膨脹應(yīng)力的保護層；步驟S303，在所述保護層上形成至少一層過渡層；步驟S304，用金屬銅填充所述凹槽，其中所述過渡層采用金屬材料，且所述過渡層的熱膨脹系數(shù)小于銅的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選地，所述過渡層為多層，且每層所述過渡層的熱膨脹系數(shù)沿遠離所述保護層的方向逐漸增加。優(yōu)選地，所述過渡層包括在所述保護層上依次形成的第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層，其所述第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層的熱膨脹系數(shù)逐層增加。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法，在形成硅通孔時在硅和銅之間加入熱膨脹系數(shù)較小的金屬材料來形成Si/Cu之間的過渡層來減小兩種材料之間的熱不匹配性，并且考慮到半導(dǎo)體制程中薄膜類材料的制備方法的局限性以及Si/Cu兩種材料之間的熱膨脹系數(shù)的較大差異，在形成過渡層之前首先形成一層用于吸收應(yīng)力的保護層，同時優(yōu)選地在保護層之后通過2-3種金屬形成多層的過渡層結(jié)構(gòu)，這樣通過多層金屬的加入可避免原來Si與Cu之間的熱膨脹系數(shù)的跳躍性增加，減少熱不匹配性帶來的內(nèi)應(yīng)力。進一步地，由于過渡層采用金屬材料，不會影響硅通孔結(jié)構(gòu)的整體導(dǎo)電能力，且金屬過渡層本身具備導(dǎo)電性，并可直接作為后道過銅層電鍍過程的種子層使用。此外，金屬過渡層制備方法比較接近，基本可通過PVD方法制備，若使用同一主機臺結(jié)掛多個濺射腔室的方法，可在不破除真空的情況下實現(xiàn)整個過渡層的制備，可避免過渡層金屬表面發(fā)生氧化的問題。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的結(jié)構(gòu)及步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。實施例一下面結(jié)合圖4A～圖4F對本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法做詳細描述。首先，如圖4A所示，提供半導(dǎo)體襯底400，在半導(dǎo)體襯底400上形成用于形成硅通孔的凹槽401。該半導(dǎo)體襯底400可以是以下所提到的材料中的至少一種：硅、鍺。此外，半導(dǎo)體襯底上可以形成有其它器件，例如PMOS和NMOS晶體管。在半導(dǎo)體襯底中可以形成有隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底中還可以形成有CMOS器件，CMOS器件例如是晶體管(例如，NMOS和/或PMOS)等。同樣，半導(dǎo)體襯底中還可以形成有導(dǎo)電構(gòu)件，導(dǎo)電構(gòu)件可以是晶體管的柵極、源極或漏極，也可以是與晶體管電連接的金屬互連結(jié)構(gòu)，等等。作為示例，在本實施例中，半導(dǎo)體襯底400單晶硅。接著，如圖4B所示，形成覆蓋所述凹槽401側(cè)壁和底部用于吸收膨脹應(yīng)力的保護層402。保護層402可采用二氧化硅或苯丙環(huán)丁烯(BCB)。其中二氧化硅可通過化學(xué)氣相沉積方法或熱氧化法形成。BCB可通過化學(xué)氣相沉積方法形成，具體地，比如采用分子量為350-420g/mol的BCB單體為原料，在130-170℃下氣化，并用He作為載氣，通入等離子體化學(xué)氣相沉積腔室中，并控制BCB和He的流量分別為0.01-0.03g/min和300-600sccm，同時晶圓(襯底)溫度為300-500℃，選擇RF頻率為13-14MHz，功率為40-60W，壓力為3-3.5T來制備BCB保護層。作為示例，在本實施例中采用化學(xué)氣相沉積形成二氧化硅層作為保護層402，用于內(nèi)層金屬熱膨脹時產(chǎn)生的應(yīng)力。接著，如圖4C所示，在所述保護層402上形成第一過渡層403。第一過渡層可采用Cr或Mo材料，通過物理氣相沉積方法形成。作為示例，在本實施例中，第一過渡層可采用Cr，厚度為接著，如圖4D所示，在所述第一過渡層403上形成第二過渡層404。第二過渡層可采用Ti材料，通過物理氣相沉積方法形成。其同時可作為后續(xù)銅的擴散阻擋層，防止銅的擴散。作為示例，在本實施例中，第二過渡層厚度為接著，如圖4E所示，在所述第二過渡層404上形成第三過渡層405。第三過渡層可采用Ni或Au材料，可通過物理氣相沉積方法形 成。其同時可作為后續(xù)銅電鍍的種子層。當(dāng)?shù)谌^渡層采用Ni時，其除可通過PVD形成外，還可通過化學(xué)鍍方法形成。具體地，所述化學(xué)鍍使用硫酸鎳作為鍍液，次磷酸鈉為還原劑，檸檬酸鈉或80％的乳酸溶液為絡(luò)合劑，Sn2+離子為穩(wěn)定劑，其中，硫酸鎳濃度為30～40g/L，次磷酸鈉濃度為20～40g/L，檸檬酸鈉濃度為4～6g/L，80％的乳酸溶液濃度濃度為110～130mL/L，Sn2+離子，濃度約為30～50ppm。在化學(xué)鍍過程中可通過絡(luò)合劑濃度來控制成膜速度及膜層質(zhì)量，并且鍍液穩(wěn)定控制在85～90℃，PH值為4.5～5.5，可通過加入硫酸實現(xiàn)PH值的管控作為示例，在本實施例中，第三過渡層采用Ni，通過PVD方法形成，厚度為接著，如圖4F所示，用金屬銅填充凹槽401形成銅層406。具體地，可以第三過渡層405為種子層，通過銅的電鍍(ECP)。至此完成了本實施例半導(dǎo)體器件制作方法的全部步驟，可以理解的是該方法之前、之中或之后還可包括其他工藝步驟，在形成保護層402、第一過渡層403、第二過渡層404、第三過渡層405和銅層406的過程中，這些層的不可避免地高于凹槽401，因此可在形成全部層之后，通過化學(xué)機械平坦化去除凹槽401之外和高于凹槽401的部分。在本實施例中，優(yōu)選地，第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層全部通過物理氣相沉積形成，因而可通過同一主機臺結(jié)掛多個濺射腔室的方法，可在不破除真空的情況下實現(xiàn)整個過渡層的制備，從而避免過渡層金屬表面發(fā)生氧化的問題。本實施例的半導(dǎo)體器件的制作方法，第一過渡層采用Cr或Mo，第二過渡層采用Ti，第三過渡層采用Ni或Au材料，半導(dǎo)體襯底以及第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層和銅層的熱膨脹系數(shù)見表一。表一材料熱膨脹系數(shù)CTE(ppm/℃)襯底主體材料Si2.5硅通孔填充材料Cu17.5第一過渡層材料Cr或Mo6.2/6.5第二過渡層材料Ti8.9第三過渡層材料Ni或Au13/14.2由上表可知，從襯底的Si材料開始，經(jīng)過第一過渡層、第二過渡層、第三過渡層到金屬銅層，材料的熱膨脹系數(shù)逐漸增大，與銅硅直接接觸的方式或銅硅之間僅有保護層的方法相比，熱膨脹系數(shù)沒有跳躍性增加，而是相對平緩地逐漸增加，從而可有效降低各層材料之間的熱不匹配性，進而避免出現(xiàn)分層或銅層凸起問題。實施例二本發(fā)明還提供一種采用實施例一中所述的方法制作的半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體襯底500，在所述半導(dǎo)體襯底500形成的用于形成硅通孔的凹槽501，在所述凹槽501內(nèi)依次形成的用于吸收膨脹應(yīng)力的保護層502、至少一層過渡層和金屬銅層506，其中所述過渡層采用金屬材料，且所述過渡層的熱膨脹系數(shù)小于銅的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選地，所述過渡層為多層，且每層所述過渡層的熱膨脹系數(shù)沿遠離所述保護層的方向逐漸增加。作為示例，在本實施例中，所述過渡層包括在所述保護層502上依次形成的第一過渡層503、第二過渡層504和第三過渡層505，其所述第一過渡層503、第二過渡層504和第三過渡層505的熱膨脹系數(shù)逐層增加。作為示例，在本實施例，所述第一過渡層503為Cr膜層或Mo膜層，所述第二過渡層504為Ti膜層，所述第三過渡層505為Ni或Au膜層。作為示例，在本實施例，所述第一過渡層、第二過渡層和第三過渡層的厚度為作為示例，在本實施例，所述保護層502為二氧化硅層或苯丙環(huán)丁烯層。實施例三本發(fā)明另外還提供一種電子裝置，其包括前述的半導(dǎo)體器件。該電子裝置，可以是手機、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機、電視機、VCD、DVD、導(dǎo)航儀、照相機、攝像機、錄音筆、 MP3、MP4、PSP等任何電子產(chǎn)品或設(shè)備，也可以是具有上述半導(dǎo)體器件的中間產(chǎn)品，例如：具有該集成電路的手機主板等。在本實施中以PDA為例進行示例，如圖6所示。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。當(dāng)前第1頁1 2 3