半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體制作技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運(yùn)算速度、更大的資料存儲(chǔ)量以及更多的功能，半導(dǎo)體芯片向更高集成度方向發(fā)展。而半導(dǎo)體芯片的集成度越高，半導(dǎo)體器件的特征尺寸(⑶:Critical Dimens1n)越小。
[0003]三維集成電路(IC:1ntegrated Circuit)是利用先進(jìn)的芯片堆疊技術(shù)制備而成，其是將具不同功能的芯片堆疊成具有三維結(jié)構(gòu)的集成電路。相較于二維結(jié)構(gòu)的集成電路，三維集成電路的堆疊技術(shù)不僅可使三維集成電路信號(hào)傳遞路徑縮短，還可以使三維集成電路的運(yùn)行速度加快；簡言之，三維集成電路的堆疊技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):滿足半導(dǎo)體器件更高性能、更小尺寸、更低功耗以及更多功能的需求。
[0004]要實(shí)現(xiàn)三維集成電路的堆疊技術(shù)，娃通孔技術(shù)(TSV:Trough Silicon Via)是新一代使堆疊的芯片能夠互連的技術(shù)，是目前熱門的關(guān)鍵技術(shù)之一。TSV技術(shù)使得集成電路中芯片間的信號(hào)傳遞路徑更短，因此三維集成電路的運(yùn)行速度更快，且不存在堆疊芯片數(shù)目的限制。
[0005]TSV技術(shù)是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)芯片之間互連的最新技術(shù)。與傳統(tǒng)集成電路封裝鍵合的疊加技術(shù)不同，TSV技術(shù)能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能，因此,TSV技術(shù)也被稱為三維(3D)TSV技術(shù)。TSV技術(shù)的主要優(yōu)勢為:具有最小的尺寸和重量，將不同種類的技術(shù)集成到單個(gè)封裝結(jié)構(gòu)中，用短的垂直互連代替長的二維(2D)互連，降低寄生效應(yīng)和功耗等。
[0006]然而，現(xiàn)有采用TSV技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能以及可靠性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問題，通孔內(nèi)空氣體積膨脹會(huì)造成通孔上方光刻膠層形貌變差，如何提高形成的光刻膠層的形貌，避免通孔底部和側(cè)壁表面的金屬層被刻蝕，提高再分布層的質(zhì)量。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供基底，所述基底內(nèi)形成有通孔；在所述基底表面、通孔底部和側(cè)壁表面形成金屬層；提供光刻處理腔室，所述光刻處理腔室內(nèi)的壓強(qiáng)與光刻處理腔室外的壓強(qiáng)具有壓強(qiáng)差；在所述光刻處理腔室內(nèi)，采用壓強(qiáng)差光刻工藝在部分金屬層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層封閉所述通孔，且所述通孔內(nèi)具有氣體；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕所述金屬層直至暴露出基底表面，剩余的金屬層為再分布層；在形成所述再分布層后，去除所述光刻膠層。
[0009]可選的，所述光刻處理腔室包括旋轉(zhuǎn)涂覆腔室，且所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的壓強(qiáng)小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外的大氣壓強(qiáng)。
[0010]可選的，所述壓強(qiáng)差光刻工藝包括:在所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)，采用旋轉(zhuǎn)涂覆工藝在金屬層表面形成光刻膠膜，所述光刻膠膜封閉所述通孔，所述通孔內(nèi)具有氣體；對(duì)所述光刻膠膜進(jìn)行烘烤處理；圖形化所述光刻膠膜形成光刻膠層。
[0011]可選的，使所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的壓強(qiáng)小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外的大氣壓強(qiáng)的方法為:旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)溫度與旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外室溫相同，減小所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的氣體密度，使所述氣體密度小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外室溫條件下的氣體密度。
[0012]可選的，抽取所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的氣體，減小所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的氣體密度。
[0013]可選的，使所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的壓強(qiáng)小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外的大氣壓強(qiáng)的方法為:所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的氣體密度與旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外室溫條件下的氣體密度相同，降低所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的溫度，使旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的溫度小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外的室溫。
[0014]可選的，使所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的壓強(qiáng)小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外的大氣壓強(qiáng)的方法為:減小所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的氣體密度，使所述氣體密度小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外室溫條件下的氣體密度，降低所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的溫度，使旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的溫度小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外的室溫。
[0015]可選的，在所述烘烤處理過程中，通孔內(nèi)的氣體體積膨脹。
[0016]可選的，所述烘烤處理包括前烘處理和后烘處理。
[0017]可選的，圖形化所述光刻膠膜形成光刻膠層的工藝步驟包括:前烘處理、曝光處理、顯影處理以及后烘處理。
[0018]可選的，所述光刻處理腔室包括烘烤處理腔室，且所述烘烤處理腔室內(nèi)的壓強(qiáng)大于烘烤處理腔室外的大氣壓強(qiáng)。
[0019]可選的，所述壓強(qiáng)差光刻工藝包括:采用旋轉(zhuǎn)涂覆工藝在所述金屬層表面形成光刻膠膜，所述光刻膠膜封閉所述通孔，且所述通孔內(nèi)具有氣體；在所述烘烤處理腔室內(nèi)，對(duì)所述光刻膠膜進(jìn)行烘烤處理；圖形化所述光刻膠膜形成光刻膠層。
[0020]可選的，使所述烘烤處理腔室內(nèi)的壓強(qiáng)大于烘烤處理腔室外的大氣壓強(qiáng)的方法為:增加所述烘烤處理腔室內(nèi)的氣體密度，使所述氣體密度大于烘烤處理腔室外室溫條件下的氣體密度。
[0021]可選的，向所述烘烤處理腔室內(nèi)通入N2、He、Ar或Ne，以增加所述烘烤處理腔室內(nèi)的氣體密度。
[0022]可選的，所述烘烤處理包括前烘處理以及后烘處理。
[0023]可選的，圖形化所述光刻膠膜形成光刻膠層的工藝步驟包括:前烘處理、曝光處理、顯影處理以及硬烘處理。
[0024]可選的，所述金屬層的材料為
[0025]可選的，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述金屬層。
[0026]可選的，所述濕法刻蝕工藝的刻蝕液體包括硝酸、硫酸、雙氧水、氟化銨以及去離子水的混合溶液，其中，硝酸與混合溶液的質(zhì)量百分比小于10 %，硫酸與混合溶液的質(zhì)量百分比小于5%，雙氧水與混合溶液的質(zhì)量百分比小于8%，氟化銨與混合溶液的質(zhì)量百分比小于5%。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0028]本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中，提供基底，所述基底內(nèi)形成有通孔；在基底表面、通孔底部和側(cè)壁表面形成金屬層；提供光刻處理腔室，所述光刻處理腔室內(nèi)的壓強(qiáng)與光刻處理腔室外的壓強(qiáng)具有壓強(qiáng)差，在所述光刻處理腔室內(nèi)，采用壓強(qiáng)差光刻工藝，在部分金屬層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層封閉所述通孔，且所述通孔內(nèi)具有氣體。本發(fā)明中利用所述壓強(qiáng)差抵消或克服通孔內(nèi)的氣體體積膨脹的問題，避免由于通孔內(nèi)氣體體積膨脹而造成的光刻膠層厚度過薄甚至斷裂的問題，優(yōu)化形成的光刻膠層的形貌，進(jìn)而防止對(duì)通孔底部和側(cè)壁表面的金屬層造成不必要的刻蝕，提高形成的再分布層的質(zhì)量，從而提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的可靠性及電學(xué)性能。
[0029]進(jìn)一步，光刻處理腔室包括旋轉(zhuǎn)涂覆腔室，且旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的壓強(qiáng)小于旋轉(zhuǎn)涂覆腔室外的大氣壓強(qiáng)，所述旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的壓強(qiáng)較小，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在形成光刻膠膜之前通孔內(nèi)氣體密度更小，因此在旋轉(zhuǎn)涂覆工藝過程中，通孔內(nèi)氣體對(duì)光刻膠膜產(chǎn)生的向上的壓強(qiáng)更小，使得光刻膠膜進(jìn)入通孔內(nèi)的深度更深，從而使位于通孔內(nèi)金屬層上方的光刻膠膜的厚度變厚；在對(duì)所述光刻膠膜進(jìn)行烘烤處理過程中，通孔內(nèi)的氣體體積膨脹對(duì)光刻膠膜產(chǎn)生向上的壓強(qiáng)作用，而由于通孔內(nèi)金屬層上方的光刻膠膜的厚度很厚，使得所述向上的壓強(qiáng)作用對(duì)光刻膠膜形貌變化的影響很小甚至忽略不計(jì)就，防止光刻膠層發(fā)生形變造成厚度過薄或斷裂，提高形成的光刻膠層的形貌，進(jìn)而防止通孔內(nèi)的金屬層被刻蝕，提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的可靠性及電學(xué)性能。
[0030]進(jìn)一步，采用抽取旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的氣體的方法，減小旋轉(zhuǎn)涂覆腔室內(nèi)的氣體密度，以獲得具有較低壓強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)涂覆腔室，從而使得通孔內(nèi)金屬層上方的光刻膠膜的厚度較厚。
[0031]進(jìn)一步，光刻處理腔室包括烘烤處理腔室，所述烘烤處理腔室內(nèi)壓強(qiáng)大于烘烤處理腔室外的大氣壓強(qiáng)，在烘烤處理過程中，通孔內(nèi)的氣體受熱具有體積膨脹的趨勢，所述氣體向光刻膠膜產(chǎn)生向上的壓強(qiáng)作用；而本發(fā)明中，烘烤處理腔室內(nèi)具有較大的壓強(qiáng)，因此烘烤處理腔室內(nèi)的氣體向光刻膠膜產(chǎn)生較大的向下的壓強(qiáng)作用，所述向下的壓強(qiáng)作用能夠減小甚至消除向上的壓強(qiáng)作用產(chǎn)生的不良影響，使得光刻膠膜的頂部表面形貌保持不變，從而提高形成的光刻膠層的質(zhì)量，防止通孔內(nèi)金屬層上方的光刻膠層厚度過薄或斷裂，提高形成的再分布層的質(zhì)量。
[0032]更進(jìn)一步，采用向烘烤處理腔室內(nèi)通入N2、He、Ar或Ne，增加烘烤處理腔室內(nèi)氣體密度的方法，以提高烘烤處理腔室內(nèi)的壓強(qiáng)，獲得具有較高壓強(qiáng)的烘烤處理腔室。
【附圖說明】
[0033]圖1至圖2為一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3至圖6、圖8至圖10為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的旋轉(zhuǎn)涂覆裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖11至圖13、圖15至圖17為本發(fā)明又一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖14為本發(fā)明又一實(shí)施例提供的烘烤處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)采用TSV技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能以及可靠性有待提聞。
[0039]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，位于TSV通孔底部和側(cè)壁表面的再布線層(RDL, Redistribut1nLayer)的性能差，具體的，位于TSV通孔底部和側(cè)壁表面某些區(qū)域的再布線層厚度非常薄、甚至未被再布線層覆蓋，這是導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能以及可靠性差的一個(gè)重要原因。
[0040]針對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法進(jìn)行研究，形成所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的工藝步驟包括:
[0041]請參考圖1，提供基底100，在所述基底100內(nèi)形成通孔101 ;在所述基底100表面、通孔101