半导体装置及其形成方法与流程

本发明是关于半导体装置及其形成方法，特别是关于化合物半导体结构及其形成方法。

背景技术：

1、近年来为了进一步增加半导体积体电路的功能密度，有探讨立体积体电路的配置，为了达到在立体积体电路中有效的电性连接，贯穿衬底导孔会由衬底的前侧表面延伸进入衬底内，并由衬底的背侧表面露出。然而，由于贯穿衬底导孔具有的拉伸(tensile)应力，会冲击到半导体积体电路的其他器件。

2、举例而言，由于n型金属氧化物半导体与p型金属氧化物半导体的导通电流受拉伸应力和压缩(compressive)应力的冲击不相通，会导致贯穿衬底导孔造成p型金属氧化物半导体和n型金属氧化物半导体之间的电流不匹配。详细而言，当半导体装置同时具有p型金属氧化物半导体和n型金属氧化物半导体时，具有拉伸应力的贯穿衬底导孔可提升n型金属氧化物半导体的导通电流，而降低p型金属氧化物半导体的导通电流，进而造成p型金属氧化物半导体和n型金属氧化物半导体之间的电流不匹配。

3、在现有的电路设计中，会将多个贯穿衬底导孔聚集在一起，并将多个贯穿衬底导孔与其他半导体器件隔开至一间距(排出区域(keep out zone,koz))，以降低对于其他器件的冲击。一般而言，当多个贯穿衬底导孔与其他器件相隔至所定义的排出区域或超出其排出区域时，可最小化多个贯穿衬底导孔的应力对于其他器件的冲击。举例来说，透过排出区域的设置，可使得p型金属氧化物半导体和n型金属氧化物半导体之间的电流因而获得良好的匹配。然而，排出区域的设置会增加电路设计所需的面积，而抵销立体积体电路所带来的效益(例如减少所占用的电路面积)。

技术实现思路

1、一种半导体装置，包括：衬底；源极区和漏极区，设置于衬底内；浅沟槽隔离(shallow trench isolation,sti)区，设置于衬底内，并围绕源极区和漏极区；多个贯穿衬底导孔(through substrate via,tsv)，贯穿衬底，其中贯穿衬底导孔邻近浅沟槽隔离区；以及化合物半导体结构，将浅沟槽隔离区和贯穿衬底导孔隔离。贯穿衬底导孔具有第一应力类型，且化合物半导体结构具有第二应力类型，第二应力类型不同于第一应力类型。

2、一种半导体装置的形成方法，包括：提供衬底；形成浅沟槽隔离区、源极区、以及漏极区于衬底内，其中浅沟槽隔离区围绕源极区和漏极区；形成扩张沟槽于衬底内，并借由浅沟槽隔离区与源极区和漏极区隔离；填入化合物半导体结构于扩张沟槽中；以及形成多个贯穿衬底导孔由衬底的前侧表面上方延伸进入衬底内，其中化合物半导体结构围绕贯穿衬底导孔。贯穿衬底导孔具有第一应力类型，且化合物半导体结构具有第二应力类型，第二应力类型不同于第一应力类型。

3、本发明的半导体装置具有新颖的化合物半导体结构，其环绕设置于多个贯穿衬底导孔周边，并具有可抵销多个贯穿衬底导孔的第一应力类型的第二应力类型，以避免多个贯穿衬底导孔的应力在衬底内冲击其他器件，而影响整体装置的性能。此外，透过化合物半导体结构的设置，亦可有效缩小多个贯穿衬底导孔与其他器件之间的排出区域，进而减少整体晶片所需的面积。

技术特征：

1.一种半导体装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该浅沟槽隔离区定义一器件区。

3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，该些贯穿衬底导孔位于该器件区之外的一周边区。

4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该化合物半导体结构设置于该衬底内，且围绕该些贯穿衬底导孔。

5.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该浅沟槽隔离区、该源极区、该漏极区、以及该化合物半导体结构由该衬底的一前侧表面延伸至该衬底内。

6.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，更包括一栅极结构，设置于该衬底的该前侧表面上，并横向地位于该源极与该漏极区之间。

7.如权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，更包括：

8.如权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，更包括：

9.一种半导体装置的形成方法，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的半导体装置的形成方法，其特征在于，形成该扩张沟槽包括：

11.如权利要求10所述的半导体装置的形成方法，其特征在于，刻蚀该衬底包括：

12.如权利要求9所述的半导体装置的形成方法，其特征在于，更包括形成一盖层于该化合物半导体结构上。

13.如权利要求9所述的半导体装置的形成方法，其特征在于，更包括于该衬底的该前侧表面上依序地沉积一层间介电层、一第一刻蚀停止层、一第一金属间介电层、一第二刻蚀停止层、以及一第二金属间介电层。

14.如权利要求13所述的半导体装置的形成方法，其特征在于，形成该些贯穿衬底导孔包括：

15.如权利要求14所述的半导体装置的形成方法，其特征在于，更包括于该扩散阻挡层和该导电层的顶面上形成一金属盖层。

16.如权利要求15所述的半导体装置的形成方法，其特征在于，更包括：

技术总结
本发明提供了一种半导体装置及其形成方法，该装置包括：衬底；源极区和漏极区，设置于衬底内；浅沟槽隔离区，设置于衬底内，并围绕源极区和漏极区；多个贯穿衬底导孔，贯穿衬底，其中贯穿衬底导孔邻近浅沟槽隔离区；以及化合物半导体结构，将浅沟槽隔离区和贯穿衬底导孔隔离。贯穿衬底导孔具有第一应力类型，且化合物半导体结构具有第二应力类型，第二应力类型不同于第一应力类型。

技术研发人员：蔡易锜,杨峻昇
受保护的技术使用者：华邦电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7