半导体结构的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体结构的形成方法。
【背景技术】
[0002]在半导体制造领域中，为了实现半导体器件之间的电连接，目前已发展出各种金属互连结构以及形成工艺，例如，采用物理气量沉积(Physical Vapor Deposit1n,简称PVD)工艺，形成以铝(Al)或铝铜(AlCu)合金为材料的电互连结构。然而，随着超大规模集成电路(ULSI)的发展，形成金属互连结构的工艺也受到了挑战。
[0003]以现有的硅通孔(Through Silicon Via,简称TSV)结构为例，图1至图3是现有技术的硅通孔结构的形成过程的剖面结构示意图。
[0004]请参考图1，提供衬底100，所述衬底100的第一表面101具有器件层102 ;采用刻蚀工艺在所述器件层102和衬底100内形成通孔103。
[0005]请参考图2，采用物理气相沉积工艺在所述通孔103内和衬底100表面形成导电膜104，所述导电膜104填充满所述通孔103 (如图1所示)。
[0006]请参考图3，对所述导电膜104(如图2所示)进行平坦化，直至暴露出器件层102表面为止，在通孔内103形成导电插塞104a。
[0007]在平坦化所述导电膜104之后，需要对所述衬底100的第二表面进行平坦化，直到暴露出导电插塞104a为止,所述第二表面与所述第一表面101相对。经过对所述衬底100的第二表面进行平坦化之后，所述导电插塞103贯穿所述衬底100，形成硅通孔结构。之后，能够将形成有器件层的若干衬底堆叠设置，并通过所述导电插塞使位于若干衬底表面的器件层电学连接，从而使芯片集成。
[0008]然而，由于所形成的导电膜的电学性能不稳定，导致由所述导电膜形成的导电插塞的电性能存在差异。
【发明内容】
[0009]本发明解决的问题是所形成的导电层电学厚度均一，电性能稳定。
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种提供半导体结构的形成方法，包括:提供若干衬底，所述衬底具有第一表面、以及与第一表面相对的第二表面，所述衬底的第一表面具有器件层；提供物理气相沉积设备，所述物理气相沉积设备包括相互连通的预处理腔和工艺腔；将所述若干衬底置于所述工艺腔内，采用物理气相沉积工艺在所述若干衬底的第二表面或所述器件层表面形成导电层；在形成导电层之后，使所述若干衬底进入预处理腔内，对所述导电层进行退火处理。
[0011]可选的，所述工艺腔内还包括:位于工艺腔底部的基座，所述基座用于放置若干衬底；与所述基座相对的气体发生装置；位于基座底部的第一冷却管道，所述第一冷却管道包括与工艺腔外部连通的第一入水口和第一出水口，所述第一入水口用于向第一冷却管道内输入冷却液，所述第一出水口用于将冷却液排出第一冷却管道。
[0012]可选的，所述气体发生装置包括:靶材，靶材的正面与所述基座相对；位于所述靶材背面的第二冷却管道，用于使所述靶材降温，所述第二冷却管道包括与工艺腔外部连通的第二入水口和第二出水口，所述第二入水口用于向第二冷却管道内输入冷却液，所述第二出水口用于将冷却液排出第二冷却管道。
[0013]可选的，所述物理气相沉积工艺包括:温度小于200°C，时间大于2小时，气压小于10-7torr,轰击祀材的气体为IS气。
[0014]可选的，还包括:在所述物理气相沉积工艺之前，将若干衬底置于所述预处理腔内进行预处理，以去除衬底表面的杂质和水。
[0015]可选的，所述物理气相沉积装置还包括:位于预处理腔和工艺腔之间的传动腔室，所述传动腔室与外部环境相互隔离，所述传动腔室分别与预处理腔和工艺腔连通，所述传动腔室内具有传动机构。
[0016]可选的，在所述预处理之后，若干衬底通过所述传动机构，自所述预处理腔转移到所述工艺腔内以形成导电层。
[0017]可选的，在所述工艺腔内形成导电层之后，通过所述传动机构将若干衬底自工艺腔内转移到所述预处理腔内，以进行所述退火处理。
[0018]可选的，所述预处理腔内包括齒素灯，所述齒素灯用于对若干衬底进行退火处理。
[0019]可选的，所述退火处理的温度小于200°C，所述退火处理的气压为10_5torr?10-6torr,时间为1000秒?1500秒。
[0020]可选的，所述器件层和衬底内还具有开口，采用所述物理气相沉积工艺在器件层表面、以及所述开口内形成导电层，所述导电层填充满所述开口。
[0021]可选的，在所述退火处理之后，采用化学机械抛光工艺去除器件层表面的部分导电层，在所述开口内形成导电插塞；在所述化学机械抛光工艺之后，对所述衬底的第二表面进行抛光，直至暴露出导电插塞为止。
[0022]可选的，所述器件层包括:位于衬底表面的器件结构；位于衬底表面的绝缘层，所述绝缘层包围所述器件结构；位于所述绝缘层内的导电结构，所述导电结构与所述器件结构或衬底相连接。
[0023]可选的，所述器件结构包括图像传感器结构。
[0024]可选的，所述导电层的材料包括AlCu,所述导电层的厚度为3 μ m?5 μ m。
[0025]可选的，还包括:在所述退火处理之后，采用湿法刻蚀工艺去除部分导电层，在衬底的第二表面或器件层表面形成导电互连线。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]本发明的形成方法中，衬底的第一表面具有器件层，后续需要通过物理气相沉积工艺在所述器件层表面或衬底的第二表面形成导电层。所述导电层通过所述物理气相沉积设备形成，所述物理气相沉积设备包括相互连通的预处理腔和工艺腔，而所述工艺腔内能够同时对若干衬底进行物理气相沉积工艺。在将若干衬底置于所述工艺腔内，并在衬底的第二表面或所述器件层表面形成导电层之后，各衬底表面的导电层材料的晶粒尺寸存在差异，使各导电层的电阻率各不相同，致使各导电层的电学厚度容易存在差异。为了消除所述导电层电学厚度的差异，需要在物理气相沉积工艺之后，对所形成的导电层进行退火处理，所述退火处理能够促进导电层内的原子积聚，使导电层的晶粒尺寸增大。而且，当晶粒尺寸越大时，所述晶粒尺寸的增大速率越慢，因此，导电层内的较大的晶粒其尺寸增长缓慢，而较小的晶粒其尺寸增长较快，从而，在经过退火处理之后，能够使导电层内晶粒尺寸均一，使得各导电层的电阻率均一，则所形成的导电层的电学厚度均一，使得导电层的电性能稳定。而且，由于所述退火处理工艺在所述物理气相沉积设备的预处理腔内进行，则无需使若干衬底自所述物理气相沉积设备内取出，避免了外部环境的污染，而且，直接在所述预处理腔内进行热退火处理，则无需使用额外的退火处理设备，也无需增加额外的工艺步骤，使得工艺简单，不会过多的增加工艺时间，且制造成本降低。
[0028]进一步，所述工艺腔内还包括位于基座底部的第一冷却管道，用于对置于基座表面的衬底进行降温。所述第一冷却管道包括与工艺腔外部连通的第一入水口和第一出水口，所述第一入水口向第一冷却管道内输入冷却液，所述第一出水口用于将冷却液排出第一冷却管道。由于所述冷却液在经过所述第一冷却管道时，温度会逐渐上升，因此容易导致所述冷却液经过的衬底温度不均衡，容易导致衬底表面形成的导电层电学厚度存在差异。因此，需要在所述物理气相沉积工艺之后，对导电层进行退火处理，以使导电层的晶粒增大至IJ均一尺寸，使导电层的电学厚度均勻，电性能稳定。
[0029]进一步，工艺腔内的气体发生装置包括位于靶材背面的第二冷却管道，所述第二冷却管道包括与工艺腔外部连通的第二入水口和第二出水口，所述第二入水口用于向第二冷却管道内输入冷却液，所述第二出水口用于将冷却液排出第二冷却管道。由于所述冷却液在经过所述第二冷却管道时，温度会逐渐上升，容易导致所述冷却液经过的靶材温度不均衡，则由所述靶材溅射出的沉积气体温度存在差异，继而容易导致衬底表面形成的导电层电学厚度存在差异。因此，需要在所述物理气相沉积工艺之后，对导电层进行退火处理，以使导电层的晶粒增大到均一尺寸，使导电层的电学厚度均勻，电性能稳定。
[0030]进一步，所述物理气相沉积工艺包括:温度小于200°C，时间大于2小时。由于所述衬底表面形成有器件层，为了避免所述物理气相沉积工艺对所述器件层造成损害，所述沉积温度较小。同时，为了保证所形成的导电层具有足够厚度，所述沉积的时间较长。由于所述沉积时间较长，使得导电层内的原子在沉积过程中不断发生急剧，并形成晶粒，而且各衬底表面形成的导电层晶粒尺寸存在差异，因此需要在所述物理气相沉积工艺之后，对导电层进行退火处理，使导电层内的晶粒尺寸均一，使导电层的电学厚度均一，电性能稳定。
【附图说明】
[0031]图1至图3是现有技术的硅通孔结构的形成过程的剖面结构示意图；
[0032]图4是对同一批次的6个衬底表面所形成的导电膜进行测量之后，得到的电学厚度比较图；
[0033]图5是物理气相沉积设备工艺腔的剖面结构示意图；
[0034]图6是图5中基座与冷却管道的俯视TJK意图；
[0035]图7