具有包括水平件的間隔結(jié)構(gòu)的晶片的制作方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中,一種形成隔離間隔結(jié)構(gòu)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層;在所述中間層中蝕刻第一溝槽,將第一隔離材料部分沉積到第一溝槽內(nèi);將第二隔離材料部分沉積到所述中間層的上表面之上;在第二隔離材料部分的上表面之上形成上部層;在所述上部層中蝕刻第二溝槽;和將第三隔離材料部分沉積到第二溝槽內(nèi)和第二隔離材料部分的上表面上。
【專利說明】具有包括水平件的間隔結(jié)構(gòu)的晶片
[0001]本申請(qǐng)要求2011年4月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/475,438的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及例如在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置或半導(dǎo)體裝置中使用的晶片和基底。
【背景技術(shù)】
[0003]裝置隔離通常通過利用硅的局部氧化(“L0C0S”)或淺溝槽隔離(“STI”)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在STI裝置隔離技術(shù)中,隔離通常通過以下方式實(shí)現(xiàn):在預(yù)定成為兩個(gè)鄰近的有源區(qū)域的層中形成凹部或溝槽,并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)被稱為間隔結(jié)構(gòu)。除電隔離之外,氮化物間隔結(jié)構(gòu)也可被用作流體屏障。
[0004]通過避免在使用傳統(tǒng)的厚膜氧化物隔離(LOCOS)時(shí)遇到的表面形狀不規(guī)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(chǎng)氧化物的生長(zhǎng)產(chǎn)生了氧化物到有源區(qū)域中的侵蝕;這種侵蝕被稱為鳥嘴效應(yīng)。
[0005]縱橫比高的溝槽雖然理論上在減少氮化物間隔結(jié)構(gòu)(nitride spacer)的基底面方面滿足需要,但是卻有各種技術(shù)問題。一個(gè)重要的問題是,當(dāng)沉積氮化物來填充縱橫比高的溝槽時(shí),豎直縫固有地沿著溝槽的中心形成,已沉積的氮化物層的在相對(duì)的豎直溝槽壁上的外表面在所述豎直縫處接觸。所述豎直縫通常包括其中沒有氮化物材料的間隙。雖然所述間隙不使氮化物間隔結(jié)構(gòu)的電隔離功能降級(jí),但是卻在其他方面成為問題。例如,在流體屏障應(yīng)用中,間隙本質(zhì)上是氮化物間隔結(jié)構(gòu)的隔離能力中的短回路。此外,間隙是可降低氮化物間隔結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度的缺陷。
[0006]因此,需要克服了已知間隔結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)問題的間隔結(jié)構(gòu)和形成間隔結(jié)構(gòu)的方法。如果該間隔結(jié)構(gòu)和形成間隔結(jié)構(gòu)的方法可包括高縱橫比溝槽的形成過程、同時(shí)提供增加的間隔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度將是有益的。如果該間隔結(jié)構(gòu)和形成間隔結(jié)構(gòu)的方法可包括高縱橫比溝槽的形成過程、同時(shí)提供改進(jìn)的間隔結(jié)構(gòu)隔離特征也將是有益的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中,一種形成隔離間隔結(jié)構(gòu)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層;在所述中間層中蝕刻第一溝槽;將第一隔離材料部分沉積到第一溝槽內(nèi);將第二隔離材料部分沉積到所述中間層的上表面之上;在第二隔離材料部分的上表面之上形成上部層;在所述上部層中蝕刻第二溝槽;和將第三隔離材料部分沉積到第二溝槽內(nèi)和第二隔離材料部分的上表面上。
[0008]在另一實(shí)施例中,一種晶片包括:基底層;所述基底層的上表面之上的第一層部分;所述第一層部分中的第一溝槽;所述第一溝槽內(nèi)的第一隔離材料部分;第二隔離材料部分,其在所述第一層部分的上表面之上水平地延伸并連接至所述第一隔離材料部分;所述第二隔離材料部分的上表面之上的第二層部分;所述第二層部分中的第二溝槽;以及所述第二溝槽內(nèi)的和所述第二隔離材料部分的上表面上的第三隔離材料部分。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1示出了層的鄰近區(qū)段之間的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的局部側(cè)剖視圖,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的原理具有在兩個(gè)溝槽部分之間的位置處的側(cè)向延伸部分;
[0010]圖2是層的鄰近區(qū)段之間的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的表面電子顯微鏡(SEM)顯微照片,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的原理具有在兩個(gè)溝槽部分之間的位置處的側(cè)向延伸部分;
[0011]圖3-10示出了可用于形成層的鄰近區(qū)段之間的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的過程,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)具有在兩個(gè)溝槽部分之間的位置處的側(cè)向延伸部分;
[0012]圖11示出了層的鄰近區(qū)段之間的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)具有在兩個(gè)溝槽部分之間的位置處的側(cè)向延伸部分,所述溝槽部分中的每個(gè)為不同類型的材料;
[0013]圖12示出了層的鄰近區(qū)段之間的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)具有被中間溝槽部分隔開的兩個(gè)側(cè)向延伸部分,且附加的溝槽部分在所述兩個(gè)側(cè)向延伸部分中的相應(yīng)的一個(gè)之上和之下延伸;
[0014]圖13示出了層的鄰近區(qū)段之間的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)具有在兩個(gè)溝槽部分之間的位置處的側(cè)向延伸部分,并具有從所述側(cè)向延伸部分的外端部部分向下延伸的兩個(gè)鉤狀部分;
[0015]圖14示出了層的鄰近區(qū)段之間的被釋放的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)具有在兩個(gè)溝槽部分之間的位置處的側(cè)向延伸部分,并具有從所述側(cè)向延伸部分的外端部部分向下延伸的兩個(gè)鉤狀部分;以及
[0016]圖15示出了層的鄰近區(qū)段之間的氮化物間隔結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖,所述氮化物間隔結(jié)構(gòu)具有在兩個(gè)溝槽部分之間的位置處的側(cè)向延伸部分,所述兩個(gè)溝槽部分彼此軸向地偏移。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的原理的理解,現(xiàn)在將參考附圖中示出的和以下書面說明中所述的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解,不意圖藉此限制本發(fā)明的范圍。還應(yīng)當(dāng)理解,本發(fā)明包括對(duì)所描述的實(shí)施例的任何改變和改進(jìn),且包括本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常能想到的本發(fā)明的原理的另外的應(yīng)用。
[0018]圖1示出了晶片100,其包括基板層102、裝置層104和蓋帽層106。裝置層104可包括硅或其他結(jié)構(gòu)材料。在該實(shí)施例中是氮化物材料的間隔結(jié)構(gòu)108將裝置層104分成兩個(gè)鄰近的層區(qū)段110/112。間隔結(jié)構(gòu)108可用于將所述鄰近的層區(qū)段110/112彼此電隔離。間隔結(jié)構(gòu)108可附加地或替代性地用于隔離鄰近的層區(qū)段110/112,使得氣體不能從層區(qū)段110/112中的一個(gè)擴(kuò)散至層區(qū)段110/112中的另一個(gè)。
[0019]間隔結(jié)構(gòu)108包括與軸線120軸向地對(duì)齊的兩個(gè)溝槽部分116、118。兩個(gè)側(cè)向延伸部分122、124遠(yuǎn)離軸線120向外延伸。不同的間隙126大致沿著軸線120定位。
[0020]間隙126是氮化物間隔結(jié)構(gòu)108中的從用于形成間隔結(jié)構(gòu)108的過程所產(chǎn)生的空缺區(qū)域。該現(xiàn)象在圖2中是可見的,圖2是晶片140的SEM顯微照片。類似于晶片100,晶片140包括基板層142和裝置層144。裝置層144是膜,所述膜具有裝置層144之上的空氣間隙146和基板層142與裝置層144之間的空氣間隙148。間隔結(jié)構(gòu)150將裝置層144分隔成鄰近的膜區(qū)段152、154。間隔結(jié)構(gòu)150在連續(xù)的膜內(nèi)提供了電隔離。
[0021]間隔結(jié)構(gòu)150包括上部溝槽部分156、下部溝槽部分158和兩個(gè)側(cè)向延伸部分160、162,所述上部溝槽部分156在該實(shí)施例中延伸到空氣間隙146中。間隙164可見為處于下部溝槽部分158的中心線附近。然而,上部溝槽部分156沒有顯示出明顯量的空隙形成。對(duì)此的一個(gè)原因是上部溝槽部分156顯然寬于下部溝槽部分158。因此,對(duì)于某些沉積技術(shù),對(duì)于給定的縱橫比,隨著溝槽的寬度降低,空隙形成的可能性增加。參照?qǐng)D3-10更充分地論述這種現(xiàn)象。
[0022]圖3-10示出了一種用于在晶片中形成間隔結(jié)構(gòu)的過程。首先,提供基板層200,且下部裝置層部分202形成在基板層200上(圖3)。然后,蝕刻下部裝置層部分202,從而形成如圖4所示的溝槽204。溝槽204可以是使用任何期望的技術(shù)形成的高縱橫比的溝槽。在一個(gè)實(shí)施例中,溝槽204使用深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)形成。
[0023]然后,如圖5所示,氮化物層206形成在裝置層200和基板層202的露出部分上。隨著氮化物層的沉積,氮化物材料從每個(gè)露出的表面“生長(zhǎng)(grow)”。在溝槽204內(nèi),生長(zhǎng)速度沿著溝槽204的側(cè)壁可能不是均勻的,尤其在溝槽204相對(duì)較窄的情況下。因此,來自溝槽的相對(duì)側(cè)的在第一高度處的氮化物材料可能在來自溝槽的相對(duì)側(cè)的在較低高度處的氮化物材料連接之前連接,從而在第一高度之下的高度處隔離出空缺區(qū)域。這在氮化物層206的下部溝槽部分210中產(chǎn)生了間隙208。
[0024]由于氮化物從側(cè)壁向外生長(zhǎng)(側(cè)向生長(zhǎng)),因此,間隙208通??拷鼫喜?04的中心線。然而,由于所述生長(zhǎng)主要是向上生長(zhǎng),因此,氮化物層206的正好在裝置層202的上表面之上的側(cè)向延伸部分212通常沒有任何明顯的間隙。同樣地,溝槽204之上的側(cè)向延伸部分212在溝槽204閉合后主要被向上生長(zhǎng)所填充。此外,下部溝槽部分210的上部部分主要被向上生長(zhǎng)所填充。因此,雖然輕微的凹部可能正好在溝槽204之上產(chǎn)生,但是,正好在溝槽204以及溝槽部分210的上部部分之上的氮化物層206通常沒有任何明顯的間隙。所述凹部(如果有的話)可通過CMP去除。
[0025]現(xiàn)在參照?qǐng)D6,此時(shí),將側(cè)向延伸部分212蝕刻成期望的形狀。所述形狀可基于間隔結(jié)構(gòu)的期望的最終構(gòu)型來選擇。一旦側(cè)向延伸部分212形成期望的形狀,上部裝置層部分214就形成在下部裝置層部分202的露出的上表面上和側(cè)向延伸部分212的上表面上(見圖7)。圖7中,為了易于論述,上部裝置層部分214被示為與下部裝置層部分202不同。然而,在該實(shí)施例中,兩者的材料是相同的,從而上部裝置層部分214和下部裝置層部分202形成材料(例如硅)的單個(gè)整體層。然后,將上部裝置層部分214平面化,且參照?qǐng)D8,穿過上部裝置層214至側(cè)向延伸部分212蝕刻溝槽216。
[0026]然后,如圖9所示,氮化物層218形成在上部裝置層部分214和側(cè)向延伸部分212的露出部分上。在替代性的實(shí)施例中,層218的材料類型與層206的材料類型不同。氮化物層218包括側(cè)向延伸部分220和上部溝槽部分222。圖9中,為了易于論述,側(cè)向延伸部分220和上部溝槽部分222不同地示出。在該實(shí)施例中,兩者的材料相同,從而上部溝槽部分222和側(cè)向延伸部分220形成單個(gè)的整體氮化物結(jié)構(gòu)。[0027]以上述關(guān)于下部溝槽部分210所述的相同的方式,間隙224形成在上部溝槽部分222中,但不在側(cè)向延伸部分220內(nèi)或溝槽部分222的上部部分內(nèi)。因此,移除側(cè)向延伸部分220后,實(shí)現(xiàn)了圖10的構(gòu)型。
[0028]圖10中,裝置層226包括兩個(gè)鄰近的層區(qū)段228、230。層區(qū)段228、230被氮化物間隔結(jié)構(gòu)232隔開。雖然包括間隙224的間隙存在于氮化物間隔結(jié)構(gòu)232內(nèi),但是間隔結(jié)構(gòu)232的上表面和下表面沒有間隙。附加地,定位于上部溝槽部分222與下部溝槽部分210之間的側(cè)向延伸部分212沒有間隙。側(cè)向延伸部分212側(cè)向地延伸超過上部溝槽部分222的和下部溝槽部分210的外邊緣。因此,側(cè)向延伸部分212提供了增加的強(qiáng)度和隔離能力。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員將注意到,參照?qǐng)D3-10所述的過程可被改進(jìn),以便提供多種間隔結(jié)構(gòu)構(gòu)型。一個(gè)這樣的構(gòu)型在圖11中示出,其中,晶片240包括基板242和間隔結(jié)構(gòu)244。雖然基板242和間隔結(jié)構(gòu)244可與圖10的基板200和間隔結(jié)構(gòu)232基本上相同,但是,晶片240還包括由不同類型的材料形成的下部層部分246和上部層部分248。
[0030]在另一實(shí)施例中,如圖12所示,間隔結(jié)構(gòu)250可形成為具有兩個(gè)側(cè)向延伸部分252、254。側(cè)向延伸部分252、254被中間溝槽部分256隔開。
[0031]圖13中示出了另一實(shí)施例。圖13的晶片260包括具有側(cè)向延伸部分264的間隔結(jié)構(gòu)262。間隔結(jié)構(gòu)262的兩個(gè)鉤狀部分266、268從側(cè)向延伸部分264向下延伸。鉤狀部分266、268可通過如下方式形成:在用于形成側(cè)向延伸部分264的氮化物層的沉積之前蝕刻淺溝槽。鉤狀部分266、268提供了增加的機(jī)械強(qiáng)度,以用于抵抗層區(qū)段270和272的彼此遠(yuǎn)離的側(cè)向移動(dòng)??赏ㄟ^部分地在基板層274和/或蓋帽層(未示出)內(nèi)形成間隔結(jié)構(gòu)262來實(shí)現(xiàn)附加的強(qiáng)度。
[0032]參照?qǐng)D14,晶片280包括間隔結(jié)構(gòu)282,所述間隔結(jié)構(gòu)282允許鄰近的層區(qū)段284、286的移動(dòng)。圖14中的間隔結(jié)構(gòu)例如通過使用隨后蝕刻的犧牲涂層從層區(qū)段284、286釋放,從而在間隔結(jié)構(gòu)282與層區(qū)段284、286之間形成間隙288。因此,間隔結(jié)構(gòu)282在層區(qū)段284和286之間提供了應(yīng)力隔離。通過使用層區(qū)段284、286與基板290之間的犧牲層,層區(qū)段284、286可被釋放,同時(shí)間隔結(jié)構(gòu)282可移動(dòng)地聯(lián)接層區(qū)段284和286。如果需要,間隔結(jié)構(gòu)282可部分地形成在基板290和/或蓋帽層(未示出)內(nèi),從而固定間隔結(jié)構(gòu)282,同時(shí)允許層區(qū)段284和286的受控的移動(dòng)。
[0033]除了前述布置之外(所述布置中的每個(gè)基于期望的應(yīng)用可與其他布置的一個(gè)或多個(gè)方面組合),間隔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方位和尺寸也可被改變。因此,上部溝槽可比下部溝槽更短、更高、更窄或更寬。側(cè)向延伸部分在特定的實(shí)施例中可比另一實(shí)施例中的側(cè)向延伸部分更寬和/或更厚。此外,雖然前述實(shí)施例中的溝槽部分被示為彼此對(duì)齊,但是,溝槽部分也可側(cè)向地偏移。例如,圖15的晶片294包括具有上部溝槽部分298的間隔結(jié)構(gòu)296,所述上部溝槽部分298所限定的縱向軸線相對(duì)于由下部溝槽部分300所限定的縱向軸線側(cè)向地偏移。
[0034]雖然在附圖中和前述描述中詳細(xì)地示出和描述了本發(fā)明,所述附圖和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是描述性的且不限于字面意思。應(yīng)當(dāng)理解,僅介紹了優(yōu)選的實(shí)施例,且落入本發(fā)明的精神內(nèi)的所有改變、改進(jìn)和其他應(yīng)用也期望被保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種形成隔離間隔結(jié)構(gòu)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層; 在所述中間層中蝕刻第一溝槽; 將第一隔離材料部分沉積到第一溝槽內(nèi); 將第二隔離材料部分沉積到所述中間層的上表面之上; 在第二隔離材料部分的上表面之上形成上部層; 在所述上部層中蝕刻第二溝槽;和 將第三隔離材料部分沉積到第二溝槽內(nèi)和第二隔離材料部分的上表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法還包括: 在形成所述上部層之前在第二隔離材料部分的上表面上形成蝕刻阻止部;和 在沉積第三隔離材料部分之前移除所形成的蝕刻阻止部。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法還包括: 在所述中間層的上表面之上圖案化第二隔離材料部分;和 在所述中間層的上表面之上蝕刻被圖案化的第二隔離材料部分,使得第二隔離材料部分的剩余部分保留在所述中間層的上表面正上方。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,在所述上部層中蝕刻第二溝槽包括: 在所述上部層中蝕刻與第一隔離材料部分軸向地對(duì)齊的第二溝槽。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于: 所述第一隔離材料部分包括第一組材料特性; 所述第三隔離材料部分包括第二組材料特性;和 所述第一組材料特性與所述第二組材料特性不同。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于: 所述中間層包括第三組材料特性; 所述上部層包括第四組材料特性;和 所述第三組材料特性與所述第四組材料特性不同。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法還包括: 將第四隔離材料部分沉積到所述上部層的上表面正上方和第三隔離材料部分上; 在第四隔離材料部分的上表面之上形成上部層; 在所述上部層中蝕刻第三溝槽;和 將第五隔離材料部分沉積到第三溝槽內(nèi)和第四隔離材料部分的上表面上。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法還包括: 在所述中間層中蝕刻第四溝槽;和 將第六隔離材料部分沉積到第四溝槽內(nèi),其中,沉積第二隔離材料部分包括: 將第二隔離材料部分沉積到所述中間層的上表面之上,所述第二隔離材料部分從第一隔離材料部分延伸至第六隔離材料部分。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法還包括: 在沉積第一隔離材料部分之前用第一犧牲層部分襯填第一溝槽; 在沉積第一隔離材料部分之后移除第一犧牲層部分;在沉積第六隔離材料部分之前用第二犧牲層部分襯填第四溝槽; 在沉積第六隔離材料部分之后移除第二犧牲層部分; 在沉積第二隔離材料部分之前用第三犧牲層部分襯填所述中間層的上表面;和 在沉積第二隔離材料部分之后移除第三犧牲層部分。
10.一種晶片,包括: 基底層; 所述基底層的上表面之上的第一層部分; 所述第一層部分中的第一溝槽; 所述第一溝槽內(nèi)的第一隔離材料部分; 第二隔離材料部分,其在所述第一層部分的上表面之上水平地延伸并連接至所述第一隔離材料部分; 所述第二隔離材料部分的上表面之上的第二層部分; 所述第二層部分中的第二溝槽;和 所述第二溝槽內(nèi)的和所述第二隔離材料部分的上表面上的第三隔離材料部分。
11.如權(quán)利要求10所述的晶片,其特征在于,所述第二隔離材料部分在第一隔離材料部分的相反側(cè)上相對(duì)于第一隔離材料部分向外延伸。
12.如權(quán)利要求10所述的晶片,其特征在于,所述第三隔離材料部分與第一隔離材料部分軸向地對(duì)齊。
13.如權(quán)利要求10所述的晶片,其特征在于: 所述第一隔離材料部分包括第一組材料特性; 所述第三隔離材料部分包括第二組材料特性;和 所述第一組材料特性與所述第二組材料特性不同。
14.如權(quán)利要求10所述的晶片,其特征在于: 所述第一層部分包括第三組材料特性; 所述第二層部分包括第四組材料特性;和 所述第三組材料特性與所述第四組材料特性不同。
15.如權(quán)利要求10所述的晶片,其特征在于,所述晶片還包括: 所述第二層部分的上表面之上的第四隔離材料部分; 所述第四隔離材料部分的上表面之上的上部層; 所述上部層中的第三溝槽;和 所述第三溝槽內(nèi)的和所述第四隔離材料部分的上表面上的第五隔離材料部分。
16.如權(quán)利要求10所述的晶片,其特征在于,所述晶片還包括: 所述第一層部分中的第四溝槽;和 所述第四溝槽內(nèi)的第六隔離材料部分,其中,所述第一層部分的上表面之上的所述第二隔離材料部分從第一隔離材料部分延伸至第六隔離材料部分。
17.如權(quán)利要求16所述的晶片,其特征在于: 所述第一隔離材料部分不附連至所述第一層部分; 所述第六隔離材料部分不附連至所述第一層部分;和 所述第二隔離材料部分不附連至所述第一層部分的上表面。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK103619750SQ201280028705
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月14日
【發(fā)明者】A·B·格雷厄姆, G·亞馬, G·奧布萊恩 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司