[发明专利]结合负热膨胀材料的导电互连结构及相关系统、装置及方法

说明书

本发明揭示具有结合负热膨胀NTE材料的互连件的半导体装置。在一个实施例中，半导体装置包含衬底，所述衬底具有至少部分延伸穿过所述衬底的开口。具有正热膨胀系数CTE的导电材料部分充填所述开口。具有负CTE的负热膨胀NTE材料也部分充填所述开口。在一个实施例中，所述导电材料包含铜，且所述NTE材料包含钨酸锆。

技术领域

本技术涉及半导体装置互连件，例如包含具有负热膨胀系数(CTE)的材料的通孔、迹线及其它接触结构。

背景技术

形成半导体装置通常包含使半导体衬底或组合件经受用于添加、移除及/或更改材料的一系列处理步骤。这些处理步骤可逐渐精确地形成非常高密度的电组件，例如晶体管、电容器及二极管。所述电组件可通过通常在多个层上延伸且延伸穿过所述多个层的复杂网络连接而连接。从一个层到另一层的此类网络连接可为通过按所需图案选择性地在半导体材料中蚀刻出孔且用导电材料充填所述孔而形成的通孔。硅通孔(TSV)为一个类型的通孔，其延伸穿过整个半导体衬底。TSV通过电介质间隔件与衬底隔离，且电互耦合在衬底的相反两侧处的接触件或其它导电特征部。

附图说明

图1A为具有根据本技术的实施例所配置的TSV的半导体装置的横截面侧视图。

图1B及1C为根据本技术的实施例的分别处于初始温度水平及处于升高温度水平的图1A的TSV的横截面俯视图。

图2A到2C为展示具有根据本技术的选定实施例所配置的不同体积比的负热膨胀材料的TSV的横截面侧视图。

图3A到3E为说明在根据本技术的选定实施例的制造方法中的选定步骤处的图1A的半导体装置的横截面图。

图4A及4B为具有根据本技术的另一实施例所配置的TSV的半导体装置的横截面侧视图。

图5A到5C为根据本技术的其它实施例所配置的互连结构的等角视图。

图6为说明结合根据本技术的实施例的半导体装置的系统的框图。

具体实施方式

本技术的若干实施例的特定细节涉及结合负热膨胀(NTE)材料的半导体装置中的电极。术语“半导体装置”大体上是指包含半导体材料的固态装置。半导体装置尤其可为逻辑装置、存储器装置及二极管。半导体装置还可包含发光半导体装置，例如发光二极管(LED)、激光二极管及其它固态换能器装置。此外，术语“半导体装置”可指成品装置或在成为成品装置前的各种处理阶段中的组合件或其它结构。术语“互连件”可指垂直延伸穿过及/或横向跨过半导体装置或衬底的一部分的各种导电结构中的任一者。互连件的实例包含通孔、迹线、接触垫、导线及其它导电结构。取决于其使用背景，术语“衬底”可指晶片级衬底及/或经单切的裸片级衬底。另外，除非上下文另有指示，否则本文所揭示的结构可使用常规半导体制造技术来形成。(例如)可使用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、旋转涂布及/或其它适当技术来沉积材料。类似地，(例如)可使用等离子蚀刻、湿式蚀刻、化学机械平坦化(CMP)或其它适当技术来移除材料。同样地，可(例如)通过使用一或多个掩模材料(例如光致抗蚀剂材料、硬掩模材料或其它适当材料)添加及/或移除材料来图案化材料。

常规互连材料(例如，金属材料)的一个问题是其响应于在许多制造工艺及操作中发生的温度改变的膨胀及收缩超过衬底中的许多其它材料。一般来说，互连件基于其体积及热膨胀系数(CTE)而在尺寸上膨胀，且通常，许多互连材料的CTE显著大于衬底中的材料的CTE。举例来说，铜可具有约1.7 x 10^-5 1/K(线性)的CTE，而硅可具有约2.3 x 10^-6 1/K(线性)的CTE。在升高温度下，CTE的此差异使互连件膨胀到大于相邻衬底材料的范围。此膨胀将应力强加到周围材料且在衬底中引起裂痕。这些裂痕最终可导致晶片破裂、装置故障(归因于硅晶格损伤)、装置失效及产率损失。然而，根据本技术的若干实施例所配置的互连件解决了常规互连件的这些及其它限制。