一种芯片及其制备方法、电子设备与流程

本技术涉及半导体领域，尤其涉及一种芯片及其制备方法、电子设备。

背景技术：

1、硅通孔(through silicon via，tsv)刻蚀，先通过曝光光源照射掩模版，将掩模版上的预设图案复制到光刻胶上，然后通过刻蚀将光刻胶上的图案复刻到其他结构上。比如，可以将光刻胶上的图案复刻到硬掩模(hard mask，hm)上，然后通过硬掩模将图案刻蚀转移到衬底上，以在芯片的内部形成通孔。

2、硬掩膜为多层结构时，在通过tsv刻蚀产生通孔的过程中，位于衬底和硬掩模之间的多个膜层由于膜层材料的不同，有的膜层刻蚀速度快，有的膜层刻蚀速度慢。比如相比氧化物层，低介电常数(low-k)层的刻蚀速度更快。刻蚀速率快的膜层和刻蚀速度慢的膜层会在通孔的侧壁上形成孔洞，这种现象叫做侧掏。

3、在产生侧掏的通孔的侧壁上继续堆叠绝缘层等其他膜层时，比如沉积氧化硅膜层时，氧化硅膜层部分生长在通孔的侧壁上，部分生长在孔洞内，会造成膜层不连续的问题。此时，通过电镀形成金属柱时，膜层不连续的位置由于不能通电而不能电镀金属，造成金属柱的结构不连续，影响芯片的电性。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种芯片及其制备方法、电子设备。解决了tsv刻蚀时掩膜结构发生侧掏导致通孔内形成的金属柱结构不连续，导致芯片电性差的技术问题。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种芯片，该芯片包括：衬底、叠层结构、掩膜结构、第一介质层、绝缘层以及导电层；叠层结构堆叠在衬底上；掩膜结构堆叠在叠层结构上；掩膜结构背离衬底的表面上开设有朝垂直于衬底的方向延伸的过孔，过孔贯通掩膜结构、叠层结构和衬底；过孔包括贯通掩膜结构、叠层结构的第一孔段，以及贯通衬底的第二孔段；第一介质层覆盖第一孔段的侧壁；绝缘层覆盖第一介质层、第二孔段的侧壁，并在过孔内围出填充空间；导电层形成在填充空间内。

4、基于上述对本技术实施例提供的芯片的结构描述，可以看出，该芯片中，相比第二孔段直接覆盖绝缘层，第一孔段和绝缘层之间形成有第一介质层。一方面，在发生横向刻蚀时，先被刻蚀的是第一介质层，从而保护叠层结构位于第一孔段的部分不被刻蚀，避免第一孔段的侧壁上形成侧掏。另一方面，绝缘层的结构不会受到第一孔段的内壁面上的损伤缺陷的影响，绝缘层上不会有孔洞或其他导致绝缘层不连续的缺陷，进而导电层能够实现结构连续，从而保证芯片的电性。

5、在第一方面可实现的实施方式中，衬底相对于第一介质层具有高刻蚀选择比。

6、这样，在形成第二孔段时，第一介质层越不会被刻蚀，叠层结构不会发生侧掏，从而保证导电层是连续的结构，进而保证芯片的电性。

7、在第一方面可实现的实施方式中，第一介质层与第二孔段相接的位置上，第一介质层的边缘与第二孔段的边缘重合。

8、这样，保证第一孔段的侧壁面上始终覆盖有第一介质层，起到保护叠层结构的作用。另外，第一介质层的边缘与第二孔段的边缘重合，相比第一介质层围成的过孔的径向尺寸大于第二孔段的径向尺寸，本技术实施例能够保证绝缘层在第一介质层与第二孔段相接的位置上尺寸不会发生突变，这样，导电层的尺寸不会发生突变，有利于保证芯片的电性。

9、在第一方面可实现的实施方式中，导电层具有平行于衬底的第一表面和第二表面，第一表面为背离衬底的表面，第二表面为背离掩膜结构的表面；第一表面与掩膜结构的背离衬底的表面在同一平面内；第二表面与衬底的背离掩膜结构的表面在同一平面内。

10、这样，导电层能够与设置在衬底远离掩膜结构的一侧的器件连接，也能与设置在掩膜结构远离衬底的一侧的器件连接，从而实现导电层与多个器件的电连接。在第一方面可实现的实施方式中，第一介质层为多层结构；多层结构沿过孔的径向依次层叠在第一孔段的侧壁上。

11、第一介质层为多层结构，进一步提高保护层的可靠性。

12、在第一方面可实现的实施方式中，第一介质层的材质包括硅碳氮、硅氧氮、氧化硅、氮化硅、硅氧碳氮、碳化硅或硅氧碳中的至少一种。

13、在第一方面可实现的实施方式中，芯片还包括：扩散阻挡层、衬垫层以及籽晶层；绝缘层上覆盖有扩散阻挡层；扩散阻挡层上覆盖有衬垫层；衬垫层上覆盖设置有籽晶层，籽晶层位于绝缘层和导电层之间。

14、这样，通过增加扩散阻挡层、衬垫层以及籽晶层，更有利于形成结构连续的导电层。

15、在第一方面可实现的实施方式中，叠层结构为多层结构；多层结构依次层叠在衬底上。

16、在第一方面可实现的实施方式中，叠层结构包括：依次堆叠在衬底上的第一氧化物层、氮化硅层、第二氧化物层、介电材料层以及第三氧化物层。

17、在第一方面可实现的实施方式中，芯片还包括：金属层；金属层设置在掩膜结构背离衬底的表面上和/或衬底背离掩膜结构的表面上；导电层与金属层电连接。

18、通过金属层将导电层和器件(或芯片)电连接，保证导电层与和器件(或芯片)电连接的可靠性。

19、在第一方面可实现的实施方式中，芯片还包括：锡球；锡球设置在掩膜结构背离衬底的表面上和/或衬底背离掩膜结构的表面上，且于导电层的表面接触，锡球与导电层电连接。

20、在第一方面可实现的实施方式中，衬底的材质包括单晶硅、单晶锗、砷化镓、磷化铟、iii-v族化合物半导体材料、ii-vi族化合物半导体材料、玻璃、塑料或蓝宝石晶圆中的至少一种。

21、在第一方面可实现的实施方式中，掩膜结构包括氮化钛层、氮化硅层、氧化铝或二氧化硅层。

22、第二方面，提供了一种芯片的制备方法，该制备方法包括：在衬底上形成叠层结构，在叠层结构形成掩膜结构；在掩膜结构背离衬底的表面上开设朝垂直于衬底的方向贯通掩膜结构、叠层结构的第一孔段；在第一孔段的侧壁上形成第一介质层，使得第一介质层覆盖在第一孔段的侧壁上；在侧壁上形成有第一介质层的第一孔段的底面上开设朝垂直于衬底的方向贯通衬底的第二孔段，以在掩膜结构上开设朝垂直于衬底的方向延伸的包含第一孔段和第二孔段在内的过孔；在第一介质层、第二孔段的侧壁上形成绝缘层，使得绝缘层覆盖第一介质层和第二孔段，且在过孔内围出填充空间；在填充空间内形成导电层。

23、基于上述对本技术实施例提供的芯片的制备方法的描述，可以看出，该制备方法中，在形成第一孔段之后，在形成第二孔段之前，要在第一孔段的侧壁上形成第一介质层。这样，在形成第二孔段时，第一介质层可以保护叠层结构，掩膜结构不会受到横向刻蚀，避免第一孔段的侧壁上形成侧掏。进而，在第一介质层和第二孔段上形成绝缘层时，由于第一孔段的侧壁上没有形成侧掏，绝缘层上不会有孔洞或其他导致绝缘层不连续的缺陷。在绝缘层上形成导电层时，导电层能够实现结构连续，从而保证芯片的电性。

24、以及，本技术实施例给出的制备方法，不会影响形成过孔之前的工艺流程，也不会影响形成过孔之后的工艺流程，具有实施便捷的特点。

25、在第二方面可实现的实施方式中，形成第一介质层，包括：在第一孔段的内壁面上形成第一介质层，使得第一介质层覆盖第一孔段的内壁面；将第一孔段的底面上的第一介质层去除。

26、通过将第一孔段的底面上的第一介质层去除，再形成位于衬底内的第二孔段，能够保证第一孔段的侧壁面上始终覆盖有第一介质层，在形成第二孔段的过程中，第一介质层起到保护叠层结构的作用，掩膜结构不会受到横向刻蚀，即侧掏不会产生侧掏。这样，在形成导电层时，能够保证形成结构连续的导电层，从而保证芯片的电性。

27、在第二方面可实现的实施方式中，形成第二孔段时，使得第一介质层与第二孔段相接的位置上，第一介质层的边缘与第二孔段的边缘重合。

28、这样制得的芯片，保证第一孔段的侧壁面上始终覆盖有第一介质层，起到保护叠层结构的作用。另外，第一介质层的边缘与第二孔段的边缘重合，能够保证绝缘层在第一介质层与第二孔段相接的位置上尺寸不会发生突变，这样，导电层的尺寸不会发生突变，有利于保证芯片的电性。

29、在第二方面可实现的实施方式中，形成导电层时，使得导电层的第一表面与掩膜结构的背离所述衬底的表面在同一平面内；导电层的第二表面与衬底的背离所述掩膜结构的表面在同一平面内；其中，所述第一表面为导电层的平行于衬底且背离衬底的表面，第二表面为导电层的平行于衬底且背离掩膜结构的表面。

30、这样制得的芯片，导电层能够与设置在衬底远离掩膜结构的一侧的器件连接，也能与设置在掩膜结构远离衬底的一侧的器件连接，从而实现导电层与多个器件的电连接。

31、在第二方面可实现的实施方式中，形成第一介质层，包括：将多层结构沿过孔的径向依次层叠在第一孔段的侧壁上。

32、在第二方面可实现的实施方式中，在形成绝缘层之后，在形成导电层之前，制备方法还包括：在绝缘上形成扩散阻挡层；在扩散阻挡层上形成衬垫层；在衬垫层上形成籽晶层，形成导电层，包括：在籽晶层围成的区域内形成导电层。

33、在第二方面可实现的实施方式中，形成叠层结构，包括：将多层结构依次堆叠在衬底上。

34、在第二方面可实现的实施方式中，形成叠层结构，包括：将第一氧化物层、氮化硅层、第二氧化物层、介电材料层以及第三氧化物层依次堆叠在衬底上。

35、在第二方面可实现的实施方式中，在掩膜结构背离衬底的表面上和/或衬底背离掩膜结构的表面上设置金属层；将金属层和导电层电连接。

36、在第二方面可实现的实施方式中，在形成第一介质层时，使得衬底相对于第一介质层具有高选择比。

37、衬底相对于第一介质层的选择比越大，通过刻蚀衬底形成第二镂空区域时，第一介质层越不会被刻蚀，掩膜结构越不会受到横向刻蚀，从而提高第一介质层保护叠层结构的可靠性。

38、在第二方面可实现的实施方式中，在形成导电层时，包括：在籽晶层围成的填充空间的内壁面上电镀金属，以形成导电层。

39、通过电镀，使得籽晶层的表面上每一处都能够均匀的堆叠金属材料，进而形成结构连续的导电层，从而保证芯片的电性。

40、在第二方面可实现的实施方式中，在形成过孔时，以及，将过孔的底面上的第一介质层去除时，使用同一个刻蚀腔。

41、通过使用同一个刻蚀腔，避免更换刻蚀腔，能够最大限度的保证加工的精度。

42、在第二方面可实现的实施方式中，在第一介质层围成的填充空间内形成导电层之后，所述制备方法还包括：灰化步骤，将芯片置于灰化机台中，以去除芯片在制备过程中的副产物；清洗步骤，将芯片置于清洗机中，以去除芯片在制备过程中的副产物。

43、第三方面，提供一种电子设备，该电子设备包括：电路板和第一方面提供的芯片，芯片设置在电路板上。