半导体结构及其形成方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体结构及其形成方法。


背景技术：

2.在半导体的工艺过程中，往往会遇到表面不平整的半导体结构，例如参考图1a所示，有些待加工的半导体结构表面存在凸起等等。对于这些表面不平整的半导体结构，需要对其背面进行对应工艺处理时，难以翻转对应半导体结构直接进行工艺处理。


技术实现要素：

3.鉴于此，本技术提供一种半导体结构及其形成方法，以解决对于表面不平整的半导体结构，需要对其背面进行对应工艺处理时，难以翻转对应半导体结构直接进行工艺处理的问题。
4.本技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：
5.提供衬底，所述衬底表面包括凸起；
6.形成覆盖所述衬底表面和所述凸起的牺牲层，所述牺牲层表面平整；
7.在形成所述牺牲层之后翻转所述衬底，加工所述衬底背面。
8.可选地，所述牺牲层的材料包括聚合物。
9.可选地，所述形成覆盖所述衬底表面和所述凸起的牺牲层的方法包括：在所述衬底表面涂覆所述聚合物，形成覆盖所述衬底表面和所述凸起的聚合物层；固化所述聚合物层，形成表面平整的牺牲层。
10.可选地，所述衬底包括：半导体层；位于所述半导体层表面的多个支撑块，相邻的所述支撑块之间具有间隙；所述凸起，位于所述支撑块表面，所述凸起的边缘在对应的所述支撑块的边缘以内。
11.可选地，所述支撑块的形成方法包括：在所述半导体层表面形成介质层；在所述介质层表面形成粘附层；以所述半导体层为停止层，刻蚀所述粘附层和所述介质层，形成多个支撑块，相邻的所述支撑块之间具有第一开口。
12.可选地，所述凸起包括导体块；在所述介质层表面形成粘附层之后，所述形成方法还包括：在所述粘附层表面形成导体层，对所述导体层进行图形化处理，形成多个导体块，相邻的所述导体块之间具有第二开口，所述第二开口至少暴露所述第一开口对应的位置。
13.可选地，所述在形成所述牺牲层之后翻转所述衬底，加工所述衬底背面的方法包括：在形成所述牺牲层之后翻转所述衬底，使所述牺牲层吸附在对应机台上；刻蚀所述衬底背面。
14.可选地，所述刻蚀所述衬底背面的方法包括：在所述衬底背面形成掩膜层，所述掩膜层包括各个所述第一开口对应的第三开口，所述第三开口至少暴露对应的所述第一开口的位置；以所述掩膜层为掩蔽，刻蚀所述半导体层，形成对齐所述第三开口的第四开口，所述第四开口暴露所述第一开口对应的位置和所述支撑块的部分背面；去除所述掩膜层。
15.可选地，所述牺牲层和所述掩膜层的材料相同。
16.可选地，所述形成方法还包括：在去除所述掩膜层时，去除所述牺牲层，所述第一开口分别与对应的所述第二开口和所述第四开口形成通孔。
17.本技术还提供一种半导体结构，包括采用上述任一种半导体结构的形成方法形成的半导体结构。
18.上述半导体结构及其形成方法，通过在表面不平整的衬底表面形成覆盖衬底表面和凸起的牺牲层，由于牺牲层表面平整，这样将衬底翻转之后，牺牲层表面能够稳定地吸附在对应机台上，此时便可以对衬底背面稳定地执行各项工艺处理，能够保证后续各项工艺过程的可靠性，提升对应的工艺质量，从而提升所形成半导体的质量。本技术采用在衬底表面形成牺牲层的方式代替键合晶圆的方式，能够简化对应的工艺过程，提高工艺效率，降低工艺成本，提高对应产能；且后续去除牺牲层的过程不会影响到凸起与下层结构之间的稳定性，能够进一步保障所得半导体器件的可靠性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1a、图1b、图1c和图1d分别为传统的半导体结构示意图；
21.图2为本技术一实施例中半导体结构的形成方法流程图；
22.图3a、图3b和图3c分别为本技术一实施例中各步骤所得结构示意图；
23.图4a和图4b为本技术一实施例的衬底结构示意图；
24.图5a、图5b和图5c分别为本技术一实施例中各步骤所得结构示意图；
25.图6a、图6b和图6c分别为本技术一实施例中各步骤所得结构示意图；
26.图7a、图7b和图7c分别为本技术一实施例中各步骤所得结构示意图；
27.图8为本技术一实施例的半导体结构示意图。
具体实施方式
28.发明人对图1a所示表面包括凸起的传统的半导体结构的工艺过程进行研究，在需要加工该半导体结构的背面时，若如图1b所示，直接翻转半导体结构，翻转后的半导体结构由于表面不平整，难以被加工半导体机构的机台吸附，影响加工过程中的稳定性，且在后续加工过程中容易划伤半导体表面的凸起等结构。有的方案如图1c所示，先在半导体结构临时键合表面平整的晶圆，再如图1d所示翻转键合晶圆后的结构，使键合晶圆后的结构能够稳定地被机台吸附，再对背面进行对应工艺处理，以保证工艺质量，这类方案中的临时键合工艺往往效率低，还容易产生较高的成本。且在图1a至图1d所示凸起的形成工艺涉及键合时，后续通过解键合工艺去除键合的晶圆时，容易影响凸起与位于凸起下方的一层结构之间的稳定性，导致凸起发生晃动等不稳定的行为，影响对应半导体结构的可靠性。
29.针对上述问题，本技术通过在表面不平整的衬底表面形成表面平整的牺牲层，将衬底翻转之后，牺牲层表面能够稳定地吸附在对应机台上，可以对衬底背面稳定地执行各
项工艺处理，能够保证后续各项工艺过程的可靠性，提升对应的处理质量；其采用在衬底表面形成牺牲层的方式代替键合晶圆的方式，能够简化对应的工艺过程，提高工艺效率，降低工艺成本，且后续去除牺牲层的过程不会影响到凸起与相关结构之间的稳定性，能够进一步保障所得半导体器件的可靠性。
30.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
31.本技术在第一方面提供一种半导体结构的形成方法，参考图2所示，该形成方法包括s110至s130。
32.s110，参考图3a所示，提供衬底210，所述衬底210表面包括凸起211。
33.衬底210的具体结构依据对应半导体器件的功能设定，通常可以包括半导体层、导体层和/或介质层等结构，以响应半导体器件的对应功能。具体地，如图3a所示，衬底210表面包括凸起211，凸起211使衬底210表面不平整，在衬底210翻转之后，包括凸起211的衬底表面难以吸附在对应机台上，此时难以直接加工衬底210的背面。可选地，凸起211可以包括互连块(如导体块)等提供互连功能的互连结构。发明人发现，本领域技术人员在针对表面包括这类提供互连功能的凸起211的半导体结构，加工其背面时，往往是在凸起211的表面键合晶圆等载板，涉及的临时键合工艺效率低，成本高，且后续解键合工艺凸起211与位于凸起211下方的一层结构之间的稳定性，导致凸起发生晃动等不稳定的行为，影响最终所成半导体结构的可靠性。
34.s120，参考图3b所示，形成覆盖所述衬底210表面和所述凸起211的牺牲层220，所述牺牲层220表面平整。
35.可选地，上述牺牲层220的材料可以包括氧化物、介质材料和/或聚合物等易于形成，且后续易于去除的材料，以简化牺牲层220的形成过程，提高后续去除牺牲层220的效率。如图3b所示，牺牲层220填充各个凸起211之间的间隙，覆盖衬底210表面和凸起211，且表面平整，这样将衬底210翻转之后，翻转后的衬底210底部平整，便于对衬底210进行各项工艺。
36.s130，参考图3c所示，在形成所述牺牲层220之后翻转所述衬底210，以使牺牲层220能够吸附在对应机台上，再加工所述衬底210背面，以对衬底210背面稳定地执行各项工艺处理。
37.上述半导体结构的形成方法，通过在包括凸起211的衬底210表面形成覆盖衬底210表面和凸起211的牺牲层220，这样将衬底210翻转之后，由于牺牲层220表面平整(翻转后的衬底210底端)，能够稳定地吸附在对应机台上，此时便可以对衬底210背面(翻转后的衬底210顶端)稳定地执行各项工艺处理，能够保证后续各项工艺处理的质量；该半导体结构的形成方法采用在衬底210表面形成牺牲层220代替键合晶圆的方式，能够简化对应的工艺过程，提高工艺效率，降低工艺成本；且后续去除牺牲层220的过程不会影响到凸起与下层结构之间的稳定性，能够进一步保障所得半导体器件的可靠性。
38.在一个实施例中，所述牺牲层220的材料包括聚合物，该聚合物可以包括光刻胶等高分子聚合物，以使形成牺牲层220的过程更加简单，更易受控，可以降低形成和后续去除
牺牲层220的成本，提高形成牺牲层220时的稳定性，还可以提高对应的工艺效率。可选地，半导体形成过程的刻蚀工艺采用的掩膜层通常包括光刻胶等高分子聚合物，牺牲层220的材料包括聚合物时，牺牲层220和相关掩膜层的形成、去除工艺相同或者相近，能够有效简化工艺流程，提升对应的形成效率；在一些示例中，牺牲层220和相关掩膜层还可以在同一个去除工艺中去除，能够进一步简化工艺流程，提升工艺效率。
39.在一个示例中，形成覆盖所述衬底210表面和所述凸起211的牺牲层220的方法包括s121和s122。
40.s121，在所述衬底210表面涂覆聚合物，形成覆盖所述衬底210表面和所述凸起211的聚合物层。具体地，该聚合物可以包括光刻胶，上述步骤s121可以在衬底210表面涂覆光刻胶，通过负胶或者正胶等方式实现聚合反应，以形成衬底210表面的聚合物层。
41.s122，固化所述聚合物层，形成表面平整的牺牲层220。该步骤s122可以通过烘烤等方式固化聚合物层，以在翻转衬底210之后，预防牺牲层220粘黏对应机台，能够进一步提高后续相关工艺质量。
42.在一个实施例中，参考图4a所示，所述衬底包括：
43.半导体层212；
44.位于所述半导体层212表面的多个支撑块213，相邻的所述支撑块213之间具有间隙；
45.位于所述支撑块213表面的凸起211，所述凸起211的边缘在对应的所述支撑块213的边缘以内，以使相邻的凸起211之间的间隙大于相邻的支撑块213之间的间隙。
46.半导体层212可以包括硅基底、含硅基底和/或外延硅基底等等本领域技术人员熟知的任意合适的基底，例如可以包括以下所提到的材料中的至少一种：硅(si)、锗(ge)、锗硅(sige)、碳硅(sic)、碳锗硅(sigec)、砷化铟(inas)、砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)或者其它iii/v化合物半导体，还可以包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)，或者还可以为双面抛光硅片(double side polished wafers，dsp)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。半导体层212的厚度等参数可以依据对应半导体结构的尺寸等因素设定，例如，在一些半导体结构中，半导体层212的厚度可以包括500μm(微米)等等。
47.支撑块213的材料可以包括氧化物(如氧化硅)和/或氮化物(如氮化硅)等介质材料制作，也可以包括金属等导体材料，还可以同时包括介质材料和导体材料，以在实现支撑功能的同时，具有简单的工艺流程。支撑块213的厚度等参数可以依据对应半导体结构的尺寸、半导体层212和凸起211的尺寸等因素设定，例如，在一些半导体结构中，若半导体层212的厚度为500μm(微米)，支撑块213的厚度可以设为10μm等等。凸起211的材料可以依据其功能确定，例如在凸起211需要提供互连功能时，可以采用金(au)、铜(cu)和/铝(al)等导体材料，在凸起211需要提供隔离功能时，可以采用氧化物和/或氮化物等介质材料。
48.可选地，支撑块213与凸起211的材料和/或尺寸等特征相互匹配，以保证对应半导体结构工作过程中的稳定性；例如凸起211的边缘在对应支撑块213的边缘以内，以使相邻的凸起211之间的间隙大于相邻的支撑块213之间的间隙；又例如在凸起211难以稳定地附着在支撑块213上时，可以参考图4b所示，支撑块213的表面可以形成凸起211对应的粘附体
213a，凸起211设于粘附体213a表面，以稳定地附着在支撑块213上，提供所成半导体结构的可靠性。可选地，粘附体213a的材料可以与凸起211的材料相近，例如凸起211的材料包括金时，粘附体213a可以采用铝，以提高凸起211在对应半导体结构中的稳定性。
49.在一个示例中，所述支撑块213的形成方法包括：
50.参考图5a所示，在所述半导体层212表面形成介质层261。
51.参考图5b所示，在所述介质层261表面形成粘附层262，例如在介质层261表面沉积粘附层262，或者在介质层261表面形嵌入粘附层262，使粘附层262的表面对齐所述介质层261的表面等等；若在介质层261表面形嵌入粘附层262，粘附层262的嵌入位置可以依据凸起211对应的位置设置，例如可以将粘附层262嵌入需要设置凸起211的位置处等等。
52.参考图5c所示，以所述半导体层212为停止层，刻蚀所述粘附层262和所述介质层261，形成多个支撑块213，相邻的所述支撑块213之间具有第一开口213b,粘附层262可以形成支撑块213表面的粘附体213a，以用于设置对应的凸起211。
53.在一个示例中，所述凸起211包括导体块211a，以在对应半导体结构中提供互连功能。
54.具体地，在所述介质层261表面形成粘附层262之后，所述形成方法还包括：参考图6a所示，在所述粘附层262表面形成导体层263；参考图6b所示，对所述导体层263进行图形化处理，形成多个导体块211a，相邻的所述导体块211a之间具有第二开口211b，所述第二开口211b至少暴露所述第一开口213b对应的位置，以便于后续通过第二开口211b执行相关刻蚀工艺。
55.具体地，在对所述导体层263进行图形化处理，形成多个导体块211a之后，所述形成方法还包括：考图6c所示，沿第二开口211b刻蚀粘附层262和介质层261，形成第二开口211b对应的第一开口213b，以及第一开口213b两侧的支撑块213。
56.在一个示例中，所述在形成所述牺牲层220之后翻转所述衬底210，加工所述衬底210背面的方法包括：
57.在形成所述牺牲层220之后翻转所述衬底210，使所述牺牲层220吸附在对应机台上，从而使衬底210的背面稳定地位于当前半导体结构的顶部；
58.刻蚀所述衬底210背面，以稳定地对衬底210的背面进行加工，得到所需半导体结构。
59.在一个示例中，所述刻蚀所述衬底210背面的方法包括：
60.参考图7a所示，在所述衬底210的背面形成掩膜层230，所述掩膜层230包括各个所述第一开口213b对应的第三开口231，所述第三开口231至少暴露对应的所述第一开口213b的位置；
61.参考图7b所示，以所述掩膜层230为掩蔽，刻蚀所述半导体层212，形成对齐所述第三开口231的第四开口212a，所述第四开口212a可以暴露所述第一开口213b对应的位置和所述支撑块213的部分背面；
62.参考图7c所示，去除所述掩膜层230，以完成对衬底210背面的加工处理。
63.可选地，掩膜层230可以包括光刻胶等便于形成，且容易控制对应掩膜图形的材料，以保证后续刻蚀等工艺质量。掩膜层230包括的第三开口231的位置可以依据第一开口213b的位置设定，例如第三开口231的纵向投影可以包括第一开口213b的纵向投影，即第一
开口213b的纵向投影在第三开口231的纵向投影之内等等，以通过后续各项工艺，形成对应通孔。这里纵向可以为垂直于半导体层212表面(或背面)的方向。
64.在一个示例中，所述牺牲层220和所述掩膜层230的材料相同，例如牺牲层220和所述掩膜层230均采用光刻胶形成，以使形成牺牲层220和掩膜层230，以及后续去除牺牲层220和掩膜层230的工艺相同或者相近，能够进一步简化对应的工艺流程，提高工艺效率。
65.可选地，所述形成方法还包括：在去除所述掩膜层230时，去除所述牺牲层220，提高去除效率，从而提高对应半导体结构的形成效率，此时所述第一开口213b分别与对应的所述第二开口211b和所述第四开口212a形成通孔241，以得到如图8所示的半导体结构。
66.可选地，对上述半导体结构中的通孔241进行填充等工艺处理、或者在半导体结构表面和/或背面进一步加工，便可以对该半导体结构进行完善，以使该半导体结构形成光传感器等半导体器件，响应半导体器件的对应需求。
67.以上半导体结构的形成方法，通过在表面不平整的衬底210表面形成覆盖衬底210表面和凸起211的牺牲层220，由于牺牲层220表面平整，这样将衬底210翻转之后，由于牺牲层220表面平整，能够稳定地吸附在对应机台上，此时便可以对衬底210背面稳定地执行各项工艺处理，能够保证后续各项工艺过程的可靠性，提升对应的处理质量；该半导体结构的形成方法采用在衬底210表面形成牺牲层220代替键合晶圆的方式，能够简化对应的工艺过程，提高工艺效率，降低工艺成本。
68.本技术第二方面提供一种半导体结构，包括采用上述任一实施例提供的半导体结构的形成方法形成的半导体结构。
69.对于上述各实施提供的半导体结构，可以采用上述任一实施例提供的半导体结构的形成方法形成，其具有上述半导体结构的形成方法所具有的所有有益效果，在此不再赘述。
70.尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本技术，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本技术包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
71.即，以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
72.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本技术可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第
一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
73.为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，本技术给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。