復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，更具體的，本發(fā)明涉及低溫氧化膜結(jié)構(gòu)及其制造方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著3D封裝技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，晶片級(jí)封裝（wafer level package, WLP)的研究 也日趨成熟。一種晶片級(jí)封裝工藝是后通孔（via last)工藝，其主要特征是將通孔結(jié)構(gòu)的 形成步驟放在最后完成。
[0003] 圖IA- ID示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的后通孔工藝來處理晶片的示意過程。為使得圖 形簡潔，各圖中相同的結(jié)構(gòu)僅用附圖標(biāo)記標(biāo)注一次。如圖IA所示，前端的工藝形成載有器 件和必要保護(hù)結(jié)構(gòu)的晶片（僅為圖示的目的，該晶片顯示為倒置。實(shí)際加工中晶片可為任 何取向）。對(duì)晶片的基底部分101進(jìn)行背側(cè)研磨（grinding),獲得期望的厚度和平整度。隨 后，如圖IB所示，通過干法刻蝕工藝獲得通孔結(jié)構(gòu)102,并在通孔102的底部沉積接觸材料 (例如，接觸層1〇扣。隨后，如圖IC所示，W諸如CVD的沉積工藝將氧化膜104沉積在晶片 表面（包括通孔內(nèi)），然后把通孔底部的氧化物刻蝕掉，暴露出接觸層103。最后，如圖ID 所示，通過諸如瓣射的方式將重分布層（RDL) 105施加到晶片表面，并利用濕法刻蝕工藝得 到期望的RDL圖形。
[0004] 出于可靠性的考慮，圖IA - ID所示的現(xiàn)有技術(shù)，W及本領(lǐng)域的其他類似技術(shù)，在 使用CVD和PVD等沉積氧化膜時(shí)，需要采取低溫制程。例如，對(duì)于CVD，通常要求溫度低于 20(TC。W低溫制得的氧化膜被稱為LTO膜。另一方面，對(duì)于氧化膜有一定的厚度要求，例 女口，其厚度應(yīng)達(dá)到20K (20000埃）。然而，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，W低溫工藝沉積較厚的氧化膜時(shí)會(huì) 發(fā)生一些問題。
[0005] 集成電路制造中經(jīng)常使用的兩種氧化膜是基于Si&獲得的氧化膜和基于 TEOS (正娃酸己醋，Tetra化ho巧Silane)獲得的氧化膜。業(yè)界也將其稱為SiH4基氧化膜 和TEOS基氧化膜。
[000引對(duì)于SiH4基氧化膜，其成膜反應(yīng)是：
[0007] SiH*巧成0 一Si〇2巧成巧&
[0008] 對(duì)于TEOS基氧化膜，其成膜反應(yīng)是：
[0009] Si(C化0) 4+8〇3 一Si〇2+10H2〇+8C〇2
[0010] 當(dāng)采用低溫工藝制得上述兩種氧化膜時(shí)，將其相應(yīng)稱為Si&基LTO膜和TEOS基 LTO 膜。
[0011] 在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，將上述兩種氧化膜應(yīng)用到晶片級(jí)封裝中都有問題產(chǎn)生。SiH4 基氧化膜的厚度及應(yīng)力均勻性較好，但其臺(tái)階覆蓋率較差，例如，在溝槽結(jié)構(gòu)的底部側(cè)壁 位置處，氧化膜厚度可能僅為60-80nm，送樣的厚度在PVD之前的刻蝕過程中可能被破壞。 TESO基氧化膜的臺(tái)階覆蓋率較好，但是其厚度及應(yīng)力的均勻性較差，在晶片表面產(chǎn)生變色 (discolor)現(xiàn)象。
[0012] 鑒于SiH4基氧化膜和TEOS基氧化膜各自均有一定的問題，考慮將兩種膜結(jié)合在 一起，得到復(fù)合氧化膜。例如，使用IOK TE0S+10K SiH4的結(jié)構(gòu)，利用TEOS基氧化膜具有較 好的臺(tái)階覆蓋率的能力來進(jìn)行填洞，然后在其上生長SiH4基氧化膜，利用其厚度均勻性好 的能力來避免變色的問題。
[0013] 然而，由于上述兩種氧化膜的應(yīng)力存在差異，因此在實(shí)際應(yīng)用中可能發(fā)生嚴(yán)重的 剝離（peeling)問題。圖2A示出對(duì)示例性SiH4基氧化膜和示例性TEOS基氧化膜所作的 應(yīng)力測試，結(jié)果顯示，在W CVD法沉積氧化膜后，TEOS基氧化膜所的應(yīng)力比SiH4基氧化膜 高，兩種氧化膜應(yīng)力數(shù)值相差約為50MPa ;此后差值隨時(shí)間不斷增大，48小時(shí)后差值超過 lOOMPa。當(dāng)W低溫工藝形成由SiH4基LTO膜和TEOS基LTO膜構(gòu)成的復(fù)合LTO膜時(shí)，上述問 題顯得更加突出。已有的工藝實(shí)踐表面，低溫CVD沉積后，TEOS基LTO膜和SiH4基LTO膜 的應(yīng)力差值隨時(shí)間不斷增大，48小時(shí)后差值約達(dá)230MPa。
[0014] 圖2B示出對(duì)另一工藝條件下的示例性SiH4基氧化膜和示例性TEOS基氧化膜所 作的應(yīng)力測試，結(jié)果顯示，在W CVD法沉積氧化膜后，TEOS基氧化膜所的應(yīng)力和SiH4基氧化 膜應(yīng)方向相反，兩種氧化膜應(yīng)力數(shù)值相差約為220MPa ;此后差值隨時(shí)間不斷增大，48小時(shí) 后差值超過350MPa〇
[0015] W上示出的TEOS基LTO膜和SiH4基LTO膜應(yīng)力差別是示例性的。在具體工藝中， 根據(jù)調(diào)整反應(yīng)腔氣壓，沉積功率等工藝條件，可能獲得不同的應(yīng)力數(shù)值和應(yīng)力方向的各種 組合。它們所面臨的共性問題是應(yīng)力差異所導(dǎo)致的剝離問題。
[0016] 因此，業(yè)界需要一種新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造工藝來解決SiH4基氧化膜和TEOS基 氧化膜的應(yīng)力差異所導(dǎo)致的剝離問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題提出解決方案，使得復(fù)合氧化膜的剝離問題得到 消除或改善。
[0018] 本發(fā)明對(duì)SiH4基氧化膜和TEOS基氧化膜構(gòu)成的復(fù)合氧化膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改變。一 種方案在TEOS基氧化膜中加入空腔結(jié)構(gòu)，使得TEOS基氧化膜的應(yīng)力得到部分釋放。送種 方案適用于氧化膜的各種應(yīng)力參數(shù)的組合。另一種方案是形成多重復(fù)合氧化膜，其中TEOS 基LTO膜和SiH4基LTO膜依次堆疊，形成四層復(fù)合LTO膜，利用相鄰LTO膜應(yīng)力方向相反 的特性釋放應(yīng)力。送種方案尤其適用于兩種氧化膜的應(yīng)力相反的情況。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：在半導(dǎo)體基 片上沉積第一氧化膜；在所述第一氧化膜中形成空腔結(jié)構(gòu)；在所述空腔結(jié)構(gòu)中填充預(yù)填充 材料；在所述第一氧化膜上沉積第二氧化膜；在所述第二氧化膜中、所述空腔結(jié)構(gòu)上方位 置處刻蝕出孔；去除所述預(yù)填充材料；W及繼續(xù)沉積所述第二氧化膜，使沉積材料封閉所 述孔。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述第一氧化膜是TEOS基氧化膜，所 述第二氧化膜是SiH4基氧化膜。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，W灰化工藝去除所述預(yù)填充材料。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述第二氧化膜的材料應(yīng)力方向和所 述第一氧化膜的材料應(yīng)力方向相同。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，在低溫工藝條件下沉積所述第一氧化 膜和第二氧化膜。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述空腔結(jié)構(gòu)包括分布在所述第一氧 化膜中的多個(gè)離散空腔；優(yōu)選地，每個(gè)離散空腔的口徑為10 - 50 U m。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述預(yù)填充材料是無定形碳。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，在所述空腔結(jié)構(gòu)中填充預(yù)填充材料的 步驟包括：沉積預(yù)填充材料到半導(dǎo)體基片的整個(gè)表面；通過平坦化工藝去除沉積在空腔結(jié) 構(gòu)W外的預(yù)填充材料。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述孔的直徑為lOOOoOOOA。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)，包括：在半導(dǎo)體基片上的第一 氧化膜；W及在所述第一氧化膜上的第二氧化膜，其中，所述第一氧化膜中形成有空腔結(jié) 構(gòu)。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)中，所述第一氧化膜是TEOS基氧化 膜，所述第二氧化膜是SiH4基氧化膜。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)中，所述第二氧化膜的材料應(yīng)力方 向和所述第一氧化膜的材料應(yīng)力方向相同。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：在半導(dǎo)體基 片上依次沉積兩個(gè)或更多個(gè)復(fù)合子層，其中每個(gè)復(fù)合子層包括第一氧化膜W及沉積在第一 氧化膜上的第二氧化膜，其中所述第一氧化膜的材料應(yīng)力和所述第二氧化膜的材料應(yīng)力方 向相反。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：在半導(dǎo)體 基片上沉積第一氧化膜；在半導(dǎo)體基片上沉積第二氧化膜；在半導(dǎo)體基片上沉積第H氧化 膜；W及在半導(dǎo)體基片上沉積第四氧化膜；其中，所述第一氧化膜的材料應(yīng)力和所述第二 氧化膜的材料應(yīng)力方向相反，所述第H氧化膜和所述第一氧化膜的材料相同，所述第四氧 化膜和所述第二氧化膜的材料相同。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述第一和第二氧化膜構(gòu)成第一復(fù)合 子層，所述第H和第四氧化膜構(gòu)成第二復(fù)合子層，所述第一復(fù)合子層的厚度小于所述第二 復(fù)合子層的厚度。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述第一復(fù)合子層的厚度占復(fù)合氧化 膜結(jié)構(gòu)總厚度的25%- 50%。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述第一氧化膜是TEOS基LTO膜，所述 第二氧化膜是SiH4基LTO膜。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述制造方法中，所述第一氧化膜和第二氧化膜的厚度 比例為1:4,所述第H氧化膜和第四氧化