用於減少蝕刻殘留物的結構的製作方法

2023-04-27 13:30:16

專利名稱：用於減少蝕刻殘留物的結構的製作方法
技術領域：
本發明基本上涉及半導體器件，更具體地來說，涉及用於減少蝕刻殘留物的結構。
背景技術：
在半導體工藝中，通常要在半導體晶圓上製造集成電路。在通過切割半導體晶圓將多個集成電路分隔開之前，半導體晶圓經過了許多工藝步驟。這些工藝步驟可以包括光刻、蝕刻、摻雜以及沉積不同材料。蝕刻是一種工藝步驟，通過該工藝步驟可以將一層或者多層從晶圓上移除。蝕刻包括兩種類型溼式蝕刻和乾式蝕刻。溼式蝕刻是一種利用液體化學品移除晶圓頂部上方材料的蝕刻工藝。另一方面，乾式蝕刻是利用等離子體或者反應氣體從晶圓上移除材料的蝕刻工藝。通常，在蝕刻工藝完成之前，半導體晶圓會經過許多蝕刻步驟。這些蝕刻步驟包括氮化物蝕刻、聚蝕刻、間隔蝕刻、接觸蝕刻、通孔蝕刻、金屬蝕刻等等。蝕刻工藝中的主要缺陷是蝕刻後殘留物。由不完全蝕刻層形成的蝕刻島可能會造成質量問題。例如，成塊(blocked)蝕刻金屬島會在兩個相鄰金屬結構之間造成短路。隨著由晶圓製造出的管芯數量儘可能最大化的趨勢，這個問題變得愈發複雜。為了將生產率最大化，半導體管芯的物理尺寸進一步減小，從而使得一枚晶圓上能夠容納更多半導體管芯。 然而，管芯尺寸的減小會導致半導體管芯中的兩個相鄰金屬結構更加靠近。因此，諸如成塊蝕刻金屬島的相對較大的蝕刻殘留物很有可能會造成鄰近成塊刻金屬島的兩個金屬結構之間的短路。一種用於防止相鄰結構之間發生短路的傳統方法基於調整兩個相鄰結構的寬度。 一個實例是，利用密封環結構來減小在晶圓切割工藝期間所產生的應力。為了防止蝕刻產生諸如不完全蝕刻的殘留物的缺陷，需減小密封環的寬度。然而，具有狹窄結構的密封環無法保護集成電路免受晶圓切割工藝期間所產生的橫向應力的影響。

發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了一種電容器結構、多層電容器以及形成電容器結構的方法。根據本發明的一個方面，提供了一種結構。根據本發明的該結構包括第一溝槽，被定向為具有第一方向上的第一軸；第二溝槽，被定向為具有第二方向上的第二軸，第二方向與第一方向形成銳角；第三溝槽，與第一溝槽和第二溝槽相連接，第三溝槽在垂直於第一方向的方向上延伸，並且與第二溝槽相交；以及填充元件，形成在由第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽形成的相交區域中。其中，填充元件的形狀選自由梯形、方形、多個方形、圓形、以及多個圓形構成的組。其中，第一溝槽包括在第三方向上延伸的延伸溝槽，延伸溝槽在轉向點上從第一溝槽延伸，並且，其中轉向點與第三溝槽之間的距離等於或者大於第一溝槽的寬度。
其中，第三溝槽的長度等於或者大於第一溝槽的寬度。其中，第一溝槽的寬度處於0.032μπι和1. 18 μ m之間的範圍內。其中，第一溝槽、第二溝槽、以及第三溝槽的寬度相同。其中，第一溝槽、第二溝槽、以及第三溝槽形成梯形轉角。其中，第一溝槽、第二溝槽、以及第三溝槽形成密封環的至少一部分。根據本發明的另一方面，提供了一種半導體器件。根據本發明的半導體器材包括密封環結構；以及集成電路管芯，由密封環結構包圍；其中，密封環結構包括第一溝槽，被定向為具有第一方向上的第一軸；第二溝槽，被定向為具有第二方向上的第二軸，第二方向與第一方向形成銳角；以及第三溝槽，與第一溝槽和第二溝槽相連接，第三溝槽在垂直於第一方向的方向上延伸，並且與第二溝槽相交。該半導體器材進一步包括一個填充元件，形成在第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽形成的相交區域中，其中，填充元件的形狀為直角三角形，連接到第二溝槽的側壁。其中，填充元件的形狀選自由梯形、方形、多個方形、圓形、以及多個圓形構成的組。該半導體器材進一步包括位於密封環結構和集成電路管芯之間的隔離區域。其中，第一溝槽包括在第三方向上延伸的延伸溝槽，延伸溝槽在轉向點上從第一溝槽延伸，並且，其中轉向點和第三溝槽之間的距離等於或者大於第一溝槽的寬度。其中，第三溝槽的長度等於或者大於第一溝槽的寬度。其中，第一溝槽、第二溝槽、以及第三溝槽的寬度相同。其中，第一溝槽、第二溝槽、以及第三溝槽形成梯形轉角。根據本發明的再一方面，提供了一種方法。根據本發明的該方法包括形成介電層；在介電層中形成第一溝槽，第一溝槽被定向為具有第一方向上的第一軸；在介電層中形成第二溝槽，第二溝槽被定向為具有第二方向上的第二軸，第二方向與第一方向形成銳角；形成第三溝槽，第三溝槽與第一溝槽和第二溝槽相連接，第三溝槽在垂直於第一方向的方向上延伸，並且與第二溝槽相交在通過第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽形成的相交區域中形成填充元件；以及用導電材料填充第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽。其中，第一溝槽、第二溝槽、以及第三溝槽形成梯形轉角。其中，第三溝槽的長度等於或者大於第一溝槽的寬度。


為了全面理解本實施例及其優點，現在結合附圖進行以下描述作為參考，其中圖IA-圖ID示出了根據一個實施例的布局；圖2A-圖2D示出了根據另一實施例的布局；以及圖3A-圖3D示出了根據再一實施例的布局。除非另有說明，否則在不同的附圖中，對應數字和符號通常指對應部分。繪製附圖，從而清晰地示出各個實施例的相關方面，並且，沒有必要將這些附圖按比例繪製。
具體實施例方式下面，詳細討論本發明各優選實施例的製造和使用。然而，應該理解，本實施例提供了許多可以在各種具體環境中實現的可應用的創新概念。所討論的具體實施例僅僅是說明製造和使用本發明的具體方式，而不用於限制本發明的範圍。將通過參考具體環境中的優選實施例來描述本發明，即密封環布局。然而，本發明還可以應用到其他半導體結構。在半導體晶圓中，在晶圓上製造多個相互靠近的管芯，該多個管芯通過切割道間隔開。在晶圓切割工藝中，半導體晶圓上的所有管芯都沿著切割道切割開。在切割道和管芯之間設置有作為保護結構的密封環，該密封環起到了緩衝器的作用，吸收了晶圓切割所產生的應力，從而可以降低在管芯上產生裂痕的可能性。該緩衝器可以進一步包括隔離區域，該隔離區域在管芯和密封環之間形成隔離距離。為了形成可靠的密封環結構，並且使得蝕刻不產生殘留物，在圖IA-圖ID中示出了一種銳角轉角布局。圖IA包括通過蝕刻工藝形成的四個溝槽。第一溝槽114具有第一方向上的第一軸。第二溝槽152具有第二方向上的第二軸。如圖IA所示，第一溝槽不與第二溝槽相交。然而，第一方向和第二方向形成銳角轉角(圖IA中未示出)。圖IA進一步包括第三溝槽162，該第三溝槽162的一端在相交點159處連接到第二溝槽152的一端。該第三溝槽162的另一端與第一溝槽114垂直相交。如圖IA中所示，第一溝槽114、第二溝槽152和第三溝槽162限定出梯形區域156。 第一溝槽114包括延伸溝槽，該延伸溝槽於轉向點1 處在第三方向上從第一溝槽延伸。在圖IA中，該延伸溝槽標記為第四溝槽112。梯形區域156通過第一溝槽114、第二溝槽152 以及第三溝槽162形成，該梯形區域156在第一溝槽114和第三溝槽162之間的相交點處具有直角。利用這種布局圖案，第一溝槽114和第三溝槽162之間相交點處轉角的角度大約等於90度。圖IA進一步包括第一區域158，該第一區域158通過第一溝槽114和第四溝槽112限定出。同樣，第二溝槽152、第三溝槽162、第一溝槽114和第四溝槽112形成第二區域160。如圖IA中所示，梯形區域156、第一區域158和第二區域160可以覆蓋有光刻膠蝕刻掩模層132(在圖IA中未示出，但在圖IB中示出)。在這種布局圖案中，有兩個參數可能會影響不完全蝕刻材料的可能性。一個參數是第三溝槽162的右邊緣和轉向點1 之間的水平距離HD1。另一個參數是第一溝槽114 的底邊緣和相交點159之間的垂直距離VD1。在本示例性實施例中，溝槽(例如，溝槽114) 的寬度為大約0.5 μ m。在一個實施例中，HDl和VDl可以等於或者大於0.5 μ m。在另一實施例中，溝槽的寬度可以處於0.032μπι和1.81μπι之間的範圍內。一個或者多個溝槽可以小於0. 5 μ m。應該注意，上述布局降低了在溝槽114和溝槽152形成的相交區域中留下不完全蝕刻區域的可能性。在一些情況下，一些材料仍然不完全蝕刻。然而，不完全蝕刻材料的尺寸可以與HDl成反比。圖IB是沿著圖IA中的線a-a』所作的密封環結構的橫截面圖。密封環結構形成在基板136上。基板136為半導體製造領域所公知，因此本文不再贅述。示例性層134形成在基板136上。示例性層134的形成為半導體製造領域所公知。應該注意，之所以選擇單層僅僅是為了說明的目的，而並不旨在將各個實施例限制在單層。本領域技術人員將會明
6了，本發明既能夠應用於具有單層的半導體結構，還能夠應用於具有多層的半導體結構。為了形成溝槽，在示例性層134的頂部上方形成經過圖案化的光刻膠蝕刻掩模層132。經過圖案化的光刻膠蝕刻掩模層132通過半導體製造中使用的光刻領域所公知的通常方法形成。 因此，本文不再對光刻進行詳細描述。如圖IB中所示，溝槽162被完全蝕刻。圖IA中所描述的布局有助於按照蝕刻圖案形成完全蝕刻的溝槽。這將通過參考圖IC和圖1D，在下文中進一步詳細示出。簡而言之，所描述的實施例的優點是，該布局可以減小兩個溝槽之間相交區域的尺寸，從而降低了帶有不完全蝕刻材料的可能性。圖ID示出了基於該布局的沒有殘留物的區域。根據布局減少不完全蝕刻材料的基本原理，通過兩個溝槽之間垂直相交，而將相交區域最小化，從而有助於降低了相交區域中留有不完全蝕刻材料的可能性。如圖ID所示，梯形轉角可以有助於在蝕刻工藝期間，將相交區域的材料完全移除。圖IC從不同角度示出了圖ID中所示的溝槽。很明顯，圖IC和圖ID示出了利用圖IA中所示的布局，沒有留下不完全蝕刻材料。圖2A-圖2D示出了根據另一實施例的布局。根據參考圖IA所作的描述，兩個溝槽(例如，圖2A中所示出的溝槽212和溝槽114)之間的較大相交區域可能會導致一些不完全蝕刻材料留在較大的開口區域中，該較大的開口區域由三角形區域220、第一區域158 和梯形區域156包圍。為了減小較大的開口區域的尺寸，有意增加梯形區域210，從而部分填充該開口區域。通過在相交區域增加梯形區域210，開口區域減小，從而降低了帶有不完全蝕刻材料的可能性。圖2B是沿著圖2A中的線b_b』所作的布局的橫截面圖。圖2B包括基板136、示例性層134和經過圖案化的光刻膠蝕刻掩模層132，這些都在上文中參考圖IB進行了描述。 如圖2B中所示，除了梯形區域210之外，溝槽264被完全蝕刻，根據圖2A所示的布局，該梯形區域210被有意保留下來。這種布局有助於減少不完全蝕刻材料。圖2C示出了上述布局的優點。梯形區域210可以防止蝕刻工藝在相交區域上產生殘留物。圖2D示出了在開口區域中填充相對較小的梯形區域所造成的影響。圈212和圈214突出了一些微小的蝕刻後殘留物。儘管圖2D示出所提出的布局可能沒有完全移除一些微小塊，但是如此小的塊不會導致半導體製造缺陷。所描述的實施例的優點是，上述布局通過在相交區域增加未蝕刻梯形區域，可以降低帶有不完全蝕刻材料的可能性。圖3A-圖3D示出了根據再一實施例的布局。圖3A通過增加三個未蝕刻方形區域 310、312和314，提供了填充較大開口區域的另一種方式。儘管圖3A示出了包括了三個未蝕刻方形區域的開口區域，但是該開口區域所容納的未蝕刻方形區域可以是任意數量的。本發明不限制於任意特定數量的方形區域。另外，應該注意，在本實施例中選擇使用方形形狀僅僅是為了說明性的目的，並不旨在將本發明的各個實施例限制於任意特定形狀。圖;3B是沿著圖3A中的線c_c』所作的布局的橫截面圖。如圖中所示，除了兩個方形區域312和314之外，溝槽364被完全蝕刻，該兩個方形區域312和314根據圖3A 所示的布局而被有意保留下來。圖3C示出了上述布局的優點。三個未蝕刻方形區域310、 312和314可以防止蝕刻工藝產生不完全蝕刻材料。圖3D示出了在開口區域中填充相對較小的未蝕刻方形區域所造成的影響。圈316突出了一些微小的蝕刻後殘留物。儘管圖3D 示出所提出的布局可能沒有完全移除一些微小塊，但是如此小的塊不會導致半導體製造缺陷。如圖3C和圖3D所示，在實際工藝步驟之後，所謂「方形」區域實際上將呈現為球形或者圓形。儘管已經詳細地描述了本發明及其優勢，但應該理解，可以在不背離所附權利要求限定的本發明主旨和範圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的範圍並不僅限於本說明書中描述的工藝、機器、製造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。通過本發明的公開，作為本領域普通技術人員應理解，根據本發明，可以使用現有的或今後開發的執行與本文中所描述的對應實施例功能基本相同或獲得結果基本相同的工藝、機器、製造，材料組分、裝置、方法或步驟。因此，所附權利要求意在將這樣的工藝、機器、製造、材料組分、裝置、方法或步驟包括在其範圍內。
權利要求
1.一種結構，包括第一溝槽，被定向為具有第一方向上的第一軸；第二溝槽，被定向為具有第二方向上的第二軸，所述第二方向與所述第一方向形成銳角；第三溝槽，與所述第一溝槽和所述第二溝槽相連接，所述第三溝槽在垂直於所述第一方向的方向上延伸，並且與所述第二溝槽相交；以及填充元件，形成在由所述第一溝槽、所述第二溝槽和所述第三溝槽形成的相交區域中。
2.根據權利要求1所述的結構，其中，所述填充元件的形狀選自由梯形、方形、多個方形、圓形、以及多個圓形構成的組。
3.根據權利要求1所述的結構，其中，所述第一溝槽包括在第三方向上延伸的延伸溝槽，所述延伸溝槽在轉向點上從所述第一溝槽延伸，並且，其中所述轉向點與所述第三溝槽之間的距離等於或者大於所述第一溝槽的寬度。
4.根據權利要求1所述的結構，其中，所述第三溝槽的長度等於或者大於所述第一溝槽的寬度。
5.根據權利要求1所述的結構，其中，所述第一溝槽的寬度處於0.032 μ m和1. 18 μ m 之間的範圍內。
6.根據權利要求1所述的結構，其中，所述第一溝槽、所述第二溝槽、以及所述第三溝槽的寬度相同。
7.根據權利要求1所述的結構，其中，所述第一溝槽、所述第二溝槽、以及所述第三溝槽形成梯形轉角。
8.根據權利要求1所述的結構，其中，所述第一溝槽、所述第二溝槽、以及所述第三溝槽形成密封環的至少一部分。
9.一種半導體器件，包括 密封環結構；以及集成電路管芯，由所述密封環結構包圍；其中，所述密封環結構包括第一溝槽，被定向為具有第一方向上的第一軸；第二溝槽，被定向為具有第二方向上的第二軸，所述第二方向與所述第一方向形成銳角；以及第三溝槽，與所述第一溝槽和所述第二溝槽相連接，所述第三溝槽在垂直於所述第一方向的方向上延伸，並且與所述第二溝槽相交。
10.一種方法，包括 形成介電層；在所述介電層中形成第一溝槽，所述第一溝槽被定向為具有第一方向上的第一軸； 在所述介電層中形成第二溝槽，所述第二溝槽被定向為具有第二方向上的第二軸，所述第二方向與所述第一方向形成銳角；形成第三溝槽，所述第三溝槽與所述第一溝槽和所述第二溝槽相連接，所述第三溝槽在垂直於所述第一方向的方向上延伸，並且與所述第二溝槽相交；在通過所述第一溝槽、所述第二溝槽和所述第三溝槽形成的相交區域中形成填充元件；以及用導電材料填充所述第一溝槽、所述第二溝槽和所述第三溝槽。
全文摘要
本發明描述了一種用於減少蝕刻殘留物的結構。該結構包括兩個溝槽之間的相交區域的布局。首先，具有梯形轉角的較大相交區域可以替換為將兩個溝槽進行垂直相交。該布局減小了相交區域，並且降低了不完全蝕刻材料留在相交區域的可能性。該結構還包括一種可選方式，在相交區域中填充未蝕刻的較小梯形區域或者多個未蝕刻的方形區域，從而減小了相交點處的開口區域，從而降低了具有不完全蝕刻材料的可能性。
文檔編號H01L23/31GK102479758SQ20111021078
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月26日 優先權日2010年11月23日
發明者於宗源, 楊宗穎, 陳憲偉 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司