[发明专利]半导体结构及其制备工艺以及半导体器件

说明书

本公开提出一种半导体结构及其制备工艺以及半导体器件。半导体结构包括硅基层、第一氧化物层和第二氧化物层、阻挡层、硅穿孔以及电极。第一氧化物层和第二氧化物层由下至上依序设于硅基层上，第二氧化物层的上表面开设有容纳槽。阻挡层设于第二氧化物层之上，阻挡层的材质硬度大于第二氧化物层的材质硬度。硅穿孔开设于硅基层、第一氧化物层和第二氧化物层并填充有导电材料，硅穿孔的上端显露于容纳槽的槽底。电极设于容纳槽内。

技术领域

本公开涉及半导体器件的硅穿孔设计技术领域，尤其涉及一种半导体结构及其制备工艺以及半导体器件。

背景技术

现有硅穿孔(Through Silicon Via，缩写TSV，亦称硅通孔)的背面通孔显露装置，在其制造流程中容易发生背面机械化学抛光工艺(即部分去除用于形成电极的金属导电材料的工艺)的控制稳定性问题，导致半导体结构在混合键合(Hybrid bonding)时产生金属导电材料断路问题。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种背面抛光工艺控制稳定性较佳的半导体结构。

本公开的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种具有上述半导体结构的半导体器件。

本公开的又一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种半导体结构的制备工艺。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，提供一种半导体结构。其中，所述半导体结构包括硅基层、第一氧化物层和第二氧化物层、阻挡层、硅穿孔以及电极。所述第一氧化物层和所述第二氧化物层由下至上依序设于所述硅基层上，所述第二氧化物层的上表面开设有容纳槽。所述阻挡层设于所述第二氧化物层之上，所述阻挡层的材质硬度大于所述第二氧化物层的材质硬度。所述硅穿孔开设于所述硅基层、所述第一氧化物层和所述第二氧化物层并填充有导电材料，所述硅穿孔的上端显露于所述容纳槽的槽底。所述电极设于所述容纳槽内。

根据本公开的其中一个实施方式，所述第二氧化物层的材质为氧化硅，所述阻挡层的材质为硅碳氮。

根据本公开的其中一个实施方式，所述导电材料包括铜或钨。

根据本公开的其中一个实施方式，所述硅穿孔的上端伸出于所述容纳槽的槽底且低于所述容纳槽的槽口。

根据本公开的其中一个实施方式，所述硅穿孔孔壁设有绝缘层，以将所述硅穿孔与所述硅基层、所述第一氧化物层和所述第二氧化物层绝缘分隔。

根据本公开的其中一个实施方式，所述绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。

根据本公开的其中一个实施方式，所述第一氧化物层的材质为氧化硅。和/或，所述第二氧化物层的材质为氧化硅。

根据本公开的其中一个实施方式，所述电极的上表面较所述阻挡层的上表面靠近所述硅基层。

根据本公开的其中一个实施方式，所述电极的上表面与所述阻挡层的上表面之间的高差为1纳米至5纳米。

根据本公开的其中一个实施方式，所述电极的材质包括铜。

根据本公开的其中一个实施方式，所述半导体结构还包括保护层，所述保护层设于所述第一氧化物层与所述第二氧化物层之间，所述保护层的材质硬度大于所述第二氧化物层的材质硬度。

根据本公开的其中一个实施方式，所述保护层的材质包括氮氧化硅、碳化硅硅碳氮。

根据本公开的其中一个实施方式，所述保护层具有弯折部，所述弯折部环绕于所述硅穿孔的位于所述第二氧化物层中的部分的外壁，所述弯折部将所述硅穿孔的该部分与所述第二氧化物层分隔。