一種多晶硅應(yīng)力傳感器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路制造、封裝和測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多晶硅應(yīng)力傳感器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著三維封裝和三維芯片堆疊技術(shù)的發(fā)展，娃通孔互連(Through SiliconVia, TSV)技術(shù)已成為集成電路工業(yè)中先進(jìn)的技術(shù)之一。與傳統(tǒng)二維集成相比較，TSV互連技術(shù)提供了垂直和更短距離的連接，降低了信息流通的距離，提高了封裝集成度。TSV互連已經(jīng)贏得越來越多的關(guān)注，并在射頻系統(tǒng)、成像傳感器、高速邏輯存儲芯片、多核處理器等方面得到廣泛應(yīng)用。
[0003]由于TSV結(jié)構(gòu)是由電鍍銅填充的Cu-Si復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有Cu/Ta或Ti/Si02/Si多層界面，且界面具有一定工藝粗糙度。在TSV結(jié)構(gòu)中，由于Cu和Si的熱膨脹系數(shù)相差6倍，致使TSV器件往往存在較高的熱應(yīng)力問題。較大熱應(yīng)力的存在對TSV的可靠性會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，這不利于TSV技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也制約了基于TSV技術(shù)封裝產(chǎn)品的市場化進(jìn)程，研究TSV結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布對于改進(jìn)TSV工藝、提高可靠性具有重要的意義。
[0004]在分析硅通孔結(jié)構(gòu)TSV熱應(yīng)力問題時，往往利用TSV結(jié)構(gòu)的對稱性，將應(yīng)力簡化為沿TSV結(jié)構(gòu)軸向與徑向的應(yīng)力分布，如圖1所示。目前，有關(guān)TSV結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱應(yīng)力分布的研究主要通過有限元分析軟件仿真及剖面分析，有限元分析是通過在軟件里設(shè)定TSV結(jié)構(gòu)各層材料的性能參數(shù)，進(jìn)行劃分網(wǎng)格來計算得到通孔各個方向的應(yīng)力分布，這與實際的應(yīng)力分布往往有一定的差異，而剖面分析是沿TSV剖面切割后利用測試設(shè)備進(jìn)行熱處理過程的應(yīng)力量測，這本身對TSV產(chǎn)生破壞，且TSV剖面結(jié)構(gòu)分析并不能體現(xiàn)完整TSV結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力狀況。也有文獻(xiàn)報道采用微型拉曼光譜儀對硅通孔表面的熱應(yīng)力分布進(jìn)行分析，眾所周知，通孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)力主要集中在通孔內(nèi)部，而表面的熱應(yīng)力大部分往往得到釋放，僅僅分析表面的熱應(yīng)力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。另外，多晶硅與單晶硅類似，同樣存在壓阻效應(yīng)，其電阻率(或電阻)相對變化值與應(yīng)力有一定的線性關(guān)系，且多晶硅電阻沿縱向的靈敏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向的，因此，本發(fā)明將多晶硅電阻制作在通孔側(cè)壁上，且保持電阻縱向與通孔的軸向同向，忽略徑向應(yīng)力項，可以利用多晶硅的壓阻效應(yīng)，計算TSV的軸向應(yīng)力大小。
[0005]鑒于以上所述，本發(fā)明提供一種多晶硅應(yīng)力傳感器及其制作方法，通過利用多晶硅的壓阻效應(yīng)來監(jiān)測硅孔結(jié)構(gòu)的軸向應(yīng)力大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種多晶硅應(yīng)力傳感器及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中硅孔結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力難以檢測等問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種多晶硅應(yīng)力傳感器，至少包括:
[0008]硅襯底；
[0009]娃孔結(jié)構(gòu),形成于所述娃襯底中；
[0010]第一阻擋層，覆蓋于所述硅襯底正表面及所述硅孔結(jié)構(gòu)的上部側(cè)壁；
[0011]多晶硅層，形成于所述第一阻擋層表面、及所述硅孔結(jié)構(gòu)的下部側(cè)壁及底部；
[0012]第二阻擋層，覆蓋于所述多晶硅層表面；
[0013]電極結(jié)構(gòu)，包括用于引出所述多晶硅層的第一電極以及用于引出所述硅襯底的第二電極。
[0014]作為本發(fā)明的多晶娃應(yīng)力傳感器的一種優(yōu)選方案，所述娃襯底為P型摻雜或N型摻雜，摻雜濃度為118?102°/cm3，且所述多晶硅層的摻雜類型與所述硅襯底的摻雜類型相同。
[0015]作為本發(fā)明的多晶娃應(yīng)力傳感器的一種優(yōu)選方案，所述娃孔結(jié)構(gòu)的孔徑為5?50微米，深度為35?50微米。
[0016]作為本發(fā)明的多晶娃應(yīng)力傳感器的一種優(yōu)選方案，所述第一阻擋層為氧化娃或氮化硅，厚度為0.3?0.5微米。
[0017]作為本發(fā)明的多晶娃應(yīng)力傳感器的一種優(yōu)選方案，所述多晶娃層的厚度為0.5?2微米。
[0018]作為本發(fā)明的多晶硅應(yīng)力傳感器的一種優(yōu)選方案，所述第一電極及第二電極均制作于所述娃襯底的正表面上。
[0019]作為本發(fā)明的多晶硅應(yīng)力傳感器的一種優(yōu)選方案，通過所述硅孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的多晶硅層測量所得的應(yīng)力為所述硅孔結(jié)構(gòu)的軸向內(nèi)部應(yīng)力。
[0020]本發(fā)明還提供一種多晶硅應(yīng)力傳感器的制造方法，包括步驟:
[0021]I)提供一娃襯底，于所述娃襯底中刻蝕出具有第一深度的娃孔結(jié)構(gòu)；
[0022]2)于所述硅襯底表面及硅孔結(jié)構(gòu)表面形成第一阻擋層；
[0023]3)去除所述硅孔結(jié)構(gòu)底部的第一阻擋層，將所述硅孔結(jié)構(gòu)刻蝕至第二深度；
[0024]4)于所述第一阻擋層表面、及所述硅孔結(jié)構(gòu)的下部側(cè)壁及底部形成多晶硅層；
[0025]5)于所述多晶硅層表面形成第二阻擋層；
[0026]6)制作用于引出所述多晶硅層的第一電極以及用于引出所述硅襯底的第二電極。
[0027]作為本發(fā)明的多晶娃應(yīng)力傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述娃襯底為P型摻雜或N型摻雜，摻雜濃度為118?102°/cm3，且所述多晶硅的摻雜類型與所述硅襯底的摻雜類型相同。
[0028]作為本發(fā)明的多晶硅應(yīng)力傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)包括以下步驟:
[0029]4-1)采用低壓化學(xué)氣相沉積工藝于所述第一阻擋層表面、及所述硅孔結(jié)構(gòu)的下部側(cè)壁及底部形成多晶硅層，所述多晶硅層的厚度為0.5?2微米；
[0030]4-2)采用高溫擴散工藝實現(xiàn)所述多晶硅層摻雜，摻雜擴散溫度為800?1100°C，時間20?60分鐘。
[0031]作為本發(fā)明的多晶娃應(yīng)力傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述第一深度為30?40微米，第二深度為35?50微米，所述硅孔結(jié)構(gòu)的孔徑為5?50微米。
[0032]作為本發(fā)明的多晶娃應(yīng)力傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述第一電極及第二電極均制作于所述娃襯底的正表面上。
[0033]如上所述，本發(fā)明提供一種多晶硅應(yīng)力傳感器及其制作方法，所述多晶硅應(yīng)力傳感器至少包括:硅襯底；硅孔結(jié)構(gòu)，形成于所述硅襯底中；第一阻擋層，覆蓋于所述硅襯底正表面及所述硅孔結(jié)構(gòu)的上部側(cè)壁；多晶硅層，形成于所述第一阻擋層表面、及所述硅孔結(jié)構(gòu)的下部側(cè)壁及底部；第二阻擋層，覆蓋于所述多晶硅層表面；電極結(jié)構(gòu)，包括用于引出所述多晶硅層的第一電極以及用于引出所述硅襯底的第二電極。本發(fā)明將多晶硅力敏電阻制作在盲孔或通孔的側(cè)壁上，并通過襯底硅的連接作用，實現(xiàn)力敏電阻兩端引線及焊盤在硅片正面的制作，同時本發(fā)明利用多晶硅電阻在孔內(nèi)部的軸向力敏度遠(yuǎn)大于徑向靈敏度，可用于對盲孔電鍍填銅、通孔熱處理過程引入的內(nèi)部軸向應(yīng)力的測量，本發(fā)明制作的多晶硅力敏電阻作為硅孔結(jié)構(gòu)的一部分，對硅孔結(jié)構(gòu)無破壞作用，同時又能實現(xiàn)對硅孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的監(jiān)測。
【附圖說明】
[0034]圖1顯示為硅孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)力簡化分布圖，包含軸向應(yīng)力及徑向應(yīng)力。
[0035]圖2顯示為本發(fā)明的多晶硅應(yīng)力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖3?圖9顯示為本發(fā)明的多晶硅應(yīng)力傳感器的制造方法各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖10顯示為本發(fā)明的用于監(jiān)測電鍍銅填充硅孔結(jié)構(gòu)引入軸向應(yīng)力的方法所采用的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖11顯示為本發(fā)明的用于監(jiān)測硅孔結(jié)構(gòu)在背面減薄形成硅通孔過程中產(chǎn)生的軸向應(yīng)力的方法所采用的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖12顯示為本發(fā)明的用于監(jiān)測硅孔結(jié)構(gòu)在倒裝過程產(chǎn)生軸向應(yīng)力的方法所采用的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]元件標(biāo)號說明
[0041]101 硅襯底
[0042]102 硅孔結(jié)構(gòu)
[0043]103 第一阻擋層
[0044]104