具有凹入式栓塞的晶圓的製作方法
2023-10-11 00:55:09
具有凹入式栓塞的晶圓的製作方法
【專利摘要】在一個實施例中，一種形成栓塞的方法包括：提供基底層；在所述基底層的上表面之上提供中間氧化物層；在所述中間氧化物層的上表面之上提供上部層；蝕刻溝槽，所述溝槽包括延伸穿過所述上部層的第一溝槽部分、延伸穿過所述氧化物層的第二溝槽部分和延伸到所述基底層中的第三溝槽部分；將第一材料部分沉積到第三溝槽部分內；將第二材料部分沉積到第二溝槽部分內；和將第三材料部分沉積到第一溝槽部分內。
【專利說明】具有凹入式栓塞的晶圓
[0001]本申請要求2011年4月14日提交的美國臨時申請N0.61/475，457的優先權。
【技術領域】
[0002]本發明涉及例如在微機電系統(MEMS)裝置或半導體裝置中使用的晶圓和基底。
【背景技術】
[0003]裝置隔離通常通過利用矽的局部氧化(「L0C0S」)或淺溝槽隔離(「STI」)技術來實現。在STI裝置隔離技術中，隔離通常通過以下方式實現:在預定成為兩個鄰近的有源區域的層中形成凹部或溝槽，並用隔離材料來填充所述溝槽。溝槽中的材料(通常是氮化物材料)被稱為間隔部。除電隔離之外，氮化物間隔部也可被用作流體屏障。
[0004]通過避免在使用傳統的厚膜氧化物隔離(LOCOS)時遇到的表面形狀不規則，STI在提供較高的封裝密度、更好的隔離和較大的平面度方面是有益的。尤其地，使用掩蔽物(例如氮化物)的熱場氧化物的生長產生了氧化物到有源區域中的侵蝕；這種侵蝕被稱為鳥嘴效應。
[0005]然而，使用STI的隔離具有某些限制。例如，沿著間隔部和下方基板的接合處存在對流體(氣體和液體)而言相對較短的擴散路徑。因此，增加了洩漏的可能性。另外，由於間隔部沉積在基板層的表面上，因此，間隔部易受剪切力的影響，從而可在間隔部與下方基板的接合處導致洩漏、甚至導致裝置的失效。
[0006]因此，需要克服了已知栓塞中的一個或多個問題的栓塞和形成栓塞的方法。如果該栓塞和形成栓塞的方法可增加經過栓塞的擴散路徑將是有益的。如果該栓塞和形成栓塞的方法可增加栓塞-基板層界面的強度也將是有益的。
【發明內容】
[0007]在一個實施例中，一種形成栓塞的方法包括:提供基底層；在所述基底層的上表面之上提供中間氧化物層；在所述中間氧化物層的上表面之上提供上部層；蝕刻溝槽，所述溝槽包括延伸穿過所述上部層的第一溝槽部分、延伸穿過所述氧化物層的第二溝槽部分和延伸到所述基底層中的第三溝槽部分；將第一材料部分沉積到第三溝槽部分內；將第二材料部分沉積到第二溝槽部分內；和將第三材料部分沉積到第一溝槽部分內。
[0008]在另一實施例中，晶圓包括:基底層；所述基底層的上表面之上的中間氧化物層；所述中間氧化物層的上表面之上的上部層；溝槽，所述溝槽包括延伸穿過所述上部層的第一溝槽部分、延伸穿過所述氧化物層的第二溝槽部分和僅部分地延伸到所述基底層中的第三溝槽部分；和栓塞，所述栓塞包括被沉積到第三溝槽部分內的第一材料部分、被沉積到第二溝槽部分內的第二材料部分和被沉積到第一溝槽部分內的第三材料部分。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1示出了根據本發明的原理的包括栓塞的晶圓的局部剖視圖，所述栓塞具有延伸到晶圓的基底層或基板層中的凹入式部分；
[0010]圖2示出了包括其中可形成栓塞的基底層、中間層和上部層的晶圓的局部剖視圖；
[0011]圖3示出了圖2的晶圓的局部剖視圖，其中，所述晶圓具有穿過上部層、中間層並部分地進到基底層中形成的溝槽；
[0012]圖4示出了圖3的晶圓的局部剖視圖，其中，所述溝槽被栓塞材料填充，且所述栓塞材料被沉積到上部層的上表面上；
[0013]圖5示出了圖4的晶圓的已經使用CMP將栓塞材料的被沉積到上部層的上表面上的部分移除後的局部剖視圖；
[0014]圖6示出了圖5的晶圓的中間層的一部分已經被選擇性地蝕刻後的局部剖視圖；
[0015]圖7示出了包括基底層、中間層和上部層的晶圓的局部剖視圖，其中，使用根據本發明的原理的各種蝕刻技術形成了具有不同形狀的溝槽；
[0016]圖8示出了圖7的晶圓的局部剖視圖，其中，栓塞材料被沉積到溝槽內和上部層的上表面上；
[0017]圖9示出了圖8的晶圓的已經通過CMP移除了上部層的上表面上的栓塞材料、在晶圓中留下不同形狀的栓塞後的局部剖視圖；
[0018]圖10示出了圖9的晶圓的已經移除了中間層的選擇性的部分後的局部剖視圖；
[0019]圖11示出了包括栓塞的晶圓的局部剖視圖，所述栓塞具有不同的寬度並具有長度不同的凹入式部分；以及
[0020]圖12示出了包括栓塞的晶圓的局部剖視圖，所述栓塞可用於將晶圓的兩個或更多個層夾在一起。
【具體實施方式】
[0021]為了促進對本發明的原理的理解，現在將參考附圖中示出的和以下書面說明中所述的實施例。應當理解，不意圖藉此限制本發明的範圍。還應當理解，本發明包括對所描述的實施例的任何改變和改進，且包括本發明所屬領域的技術人員通常能想到的本發明的原理的另外的應用。
[0022]圖1示出了晶圓100，其包括基底層或基板層102、中間層104和上部層106。基板層102和上部層106可包括矽或其他合適的材料，而中間層104可包括二氧化矽。
[0023]晶圓100還包括栓塞108。栓塞108從晶圓100的上表面完全地延伸穿過上部層106和中間層104，而凹入式部分110部分地延伸到基板層102中。凹入式部分110提供了到基板層102的更好的附連。附加地，凹入式部分110提供了增加的強度，其中，栓塞108的抵抗剪切力的能力由用於形成栓塞108的材料決定，而不僅僅由栓塞108與基板層102之間形成的結合部決定。
[0024]附加地，凹入式部分110沿著栓塞108和基板層102的接合處形成了彎曲路徑。因此，存在於栓塞108的一側上的中間層104中的流體(例如空氣或液體)與栓塞108的另一側上的中間層104的部分有效地隔離。因此，圖1中的間隙112可保持在期望的條件下，即在真空下、在給定的壓力下或包括特定的流體，即使中間層104的其餘部分不在同一條件下。[0025]圖2-6示出了一個可用於製造具有栓塞的晶圓、例如晶圓100的過程。該過程包括提供圖2中示出的晶圓120。晶圓120包括基板層122、中間層124和上部層126。晶圓120可以是絕緣體矽片晶圓、沉積到氧化物上的多晶矽晶圓或其他期望的材料組合。在一個實施例中，中間層124可以是裝置層，且上部層126可以是蓋帽層。
[0026]然後，如圖3所示，將溝槽128蝕刻穿過上部層126、中間層124並部分地進到基板層122中。蝕刻可通過幹蝕刻完成。一旦形成了溝槽128，就將栓塞材料130沉積到溝槽128中和上部層126的上表面上(見圖4)。栓塞材料130可以是氮化矽或其他期望的材料。然後，如果需要，就移除存在於上部層126的上表面上的栓塞材料130。栓塞材料130的選擇性的移除可使用化學機械拋光(CMP)或包括各向異性蝕刻的任何其他可接受的技術來完成。在該實施例中，期望量的栓塞材料130的移除產生了圖5的構型。
[0027]圖5中，栓塞材料130的剩餘部分形成了栓塞132。栓塞132包括上部部分134，所述上部部分134從晶圓120的上表面延伸至上部層126的下表面。栓塞132的中部部分136從上部層126的下表面延伸至基板層122的上表面。栓塞132的下部部分138從基板層122的上表面延伸至晶圓120中的中間位置。
[0028]然後，可以以任何期望的方式進一步處理晶圓120。在該實施例中，中間層124的一部分被選擇性地蝕刻，從而形成圖6中示出的間隙140。間隙140可被填充流體、被增壓或被置於真空中。在任何情況下，栓塞132都將間隙140隔離，並為晶圓120提供結構支撐。
[0029]可以以多種方式改進圖2-6中示出的過程。例如，圖7示出了包括基板層152、中間層154和上部層156的晶圓150。在該實施例中，基板層152和上部層156是娃,而中間層154是二氧化矽。溝槽158、160和162被蝕刻穿過上部層156、中間層154並部分地進到基板層152中。
[0030]與圖3的溝槽128相比，溝槽158可以以基本上相同的方式蝕刻。溝槽160可通過各向同性氧化蝕刻來蝕刻。各向同性氧化蝕刻產生了中間層154的增加的蝕刻，從而形成了擴展區域164、166。凹入式區域168可通過氧化蝕刻之後的各向異性蝕刻形成。擴展區域164、166在中間層154內側向地延伸至上部層156的未被蝕刻部分的正下方的和基板層152的未被蝕刻部分的正上方的位置。凹入式區域168部分地延伸至基板層152中。
[0031]溝槽162可使用各向同性的最終矽蝕刻來形成。溝槽162包括凹入式部分170，所述凹入式部分170包括擴展區域172、174。擴展區域172、174在基板層152內側向地延伸至中間層154的未被蝕刻部分的正下方的位置。溝槽162還包括側壁保護層176、178。側壁保護層176、178在基板層152的蝕刻過程中防止上部層156的蝕刻。
[0032]一旦形成了溝槽158、160和162，就將栓塞材料180沉積到溝槽158、160和162中和上部層156的上表面上(見圖8)。然後，如果需要，就移除存在於上部層156的上表面上的栓塞材料180。在該實施例中，期望量的栓塞材料180的移除產生了圖9的構型。
[0033]圖9中，栓塞材料180剩餘部分形成了栓塞182、184和186。栓塞182類似於圖6的栓塞132。栓塞184包括擴展區域188、190和凹入式區域192。擴展區域188、190在中間層154內側向地延伸至上部層156的未被蝕刻部分的正下方的和基板層152的未被蝕刻部分的正上方的位置。凹入式區域192部分地延伸到基板層152中。
[0034]栓塞186包括凹入式部分194，所述凹入式部分194包括擴展區域196、198。擴展區域196、198在基板層152內側向地延伸至中間層154的未被蝕刻部分的正下方的位置。[0035]然後，可以以任何期望的方式進一步處理晶圓150。在該實施例中，中間層154的部分被選擇性地蝕刻，從而形成圖10中示出的間隙200、202。栓塞182、184和186可在蝕刻過程中充當蝕刻停止部。栓塞184、186的增加的材料提供了對栓塞184、186向上遠離基板層152的移動的增加的抵抗作用。
[0036]除了上述擴展區域之外，還可以以多種方式來改進栓塞，以便提供期望的性能特徵。如圖11所示，栓塞210包括凹入式部分212，所述凹入式部分212比栓塞218的凹入式部分216更深地嵌入基板層214中。因此，與栓塞218相比，栓塞210提供了對栓塞210移動到基板層214之外的增加的抵抗作用。此外，栓塞220比栓塞210和栓塞218都寬。因此，栓塞220提供了對剪切力的增加的抵抗。因此，栓塞與基板之間的機械強度和接觸區域可被改進，以用於特殊應用。
[0037]圖12示出了晶圓230，所述晶圓230可通過上述過程的改進來形成，以便使用栓塞夾持一個或多個層。晶圓230包括基底層或基板層232、中間層234、236、238、240和上部層242。晶圓230還包括栓塞244、246。栓塞244包括擴大的區域248、250，而栓塞246包括擴大的區域252、254。
[0038]除了上述栓塞的增加的應力抗性之外，栓塞244、246還提供了對由栓塞夾持的層的分離的抵抗。因此，栓塞244將中間層236、238夾持起來，而栓塞246將中間層234、236、238和240夾持起來。因此，此處公開的栓塞可被改進成包括:用於進一步保持晶圓的整體性的多個不同的擴大的區域。
[0039]雖然在附圖中和前述描述中詳細地示出和描述了本發明，所述附圖和描述應當被認為是描述性的且不限於字面意思。應當理解，僅介紹了優選的實施例，且落入本發明的精神內的所有改變、改進和其他應用也期望被保護。
【權利要求】
1.一種形成栓塞的方法，包括: 提供基底層； 在所述基底層的上表面之上提供中間氧化物層； 在所述中間氧化物層的上表面之上提供上部層； 蝕刻溝槽，所述溝槽包括延伸穿過所述上部層的第一溝槽部分、延伸穿過所述氧化物層的第二溝槽部分和延伸到所述基底層中的第三溝槽部分； 將第一材料部分沉積到第三溝槽部分內； 將第二材料部分沉積到第二溝槽部分內；和 將第三材料部分沉積到第一溝槽部分內。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 蝕刻第四溝槽部分，所述第四溝槽部分在所述氧化物層內並在所述上部層的未被蝕刻區域的正下方。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，蝕刻第四溝槽部分包括: 實施各向同性氧化蝕刻。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 蝕刻第五溝槽部分，所述第五溝槽部分在所述基底層內並在所述氧化物層的未被蝕刻區域的正下方。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，蝕刻第五溝槽部分包括: 實施各向同性娃蝕刻。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於: 所述方法還包括在所述基底層內蝕刻第五溝槽部分和在所述氧化物層內蝕刻第六溝槽部分； 所述第五溝槽部分和所述第六溝槽部分在所述上部層的未被蝕刻區域的正下方； 將第一材料部分沉積到第三溝槽部分內包括將第一材料部分沉積到第五溝槽部分內；和 將第二材料部分沉積到第二溝槽部分內包括將第二材料部分沉積到第六溝槽部分內，使得從剖面觀看時第一材料的最大寬度和第二材料的最大寬度大於第三材料的最大寬度。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一材料部分、所述第二材料部分和所述第三材料部分包括氮化矽。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 釋放蝕刻所述中間氧化物層的與第二材料鄰近的至少一部分。
9.一種晶圓，包括: 基底層； 所述基底層的上表面之上的中間氧化物層； 所述中間氧化物層的上表面之上的上部層； 溝槽，所述溝槽包括延伸穿過所述上部層的第一溝槽部分、延伸穿過所述氧化物層的第二溝槽部分和僅部分地延伸到所述基底層中的第三溝槽部分；和栓塞，所述栓塞包括 被沉積到第三溝槽部分內的第一材料部分；被沉積到第二溝槽部分內的第二材料部分；和 被沉積到第一溝槽部分內的第三材料部分。
10.如權利要求9所述的晶圓，其特徵在於，所述晶圓還包括: 第四溝槽部分，其在所述氧化物層內並在所述上部層的未被蝕刻區域的正下方，其中，所述栓塞還包括: 被沉積到第四溝槽部分內的第四材料部分。
11.如權利要求10所述的晶圓，其特徵在於，所述中間氧化物層是氧化矽層。
12.如權利要求9所述的晶圓，其特徵在於，所述晶圓還包括: 第五溝槽部分，其在所述基底層內並在所述氧化物層的未被蝕刻區域的正下方。
13.如權利要求12所述的晶圓，其特徵在於，所述基底層是矽基板。
14.如權利要求9所述的晶圓,其特徵在於,所述晶圓還包括: 所述基底層內的第五溝槽部分； 第六溝槽部分，其在所述氧化物層內並在所述上部層的未被蝕刻區域的正下方； 位於第五溝槽部分內的第四材料部分；和 位於第六溝槽部分內的第五材料部分，其中， 所述第五溝槽部分和所述·第六溝槽部分在所述上部層的未被蝕刻區域的正下方，且所述基底層內的組合的第一材料和第二材料的最大寬度以及所述中間氧化物層內的組合的第二材料和第五材料的最大寬度從剖面觀看時都大於所述上部層內的第三材料的最大寬度。
15.如權利要求9所述的晶圓，其特徵在於，所述第一材料部分、所述第二材料部分和所述第三材料部分包括氮化矽。
16.如權利要求9所述的晶圓，其特徵在於，所述第二材料部分的最外表面的至少一部分與所述中間氧化物層不接觸。
【文檔編號】B81C1/00GK103596875SQ201280028043
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月13日 優先權日:2011年4月14日
【發明者】A·B·格雷厄姆, G·亞馬, G·奧布萊恩 申請人:羅伯特·博世有限公司