制造包括介電結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制造包括介電結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。介電層沉積在襯底的工作表面上，其中介電層包含聚合物或由聚合物構(gòu)成。部分地固化所述介電層。使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述部分地固化的介電層的一部分。然后繼續(xù)固化所述部分地固化的介電層的剩余部分以形成介電結(jié)構(gòu)。所述部分地固化的介電層在化學(xué)機(jī)械拋光期間示出高去除速率。利用提供在空腔中的所述介電層的剩余部分，可以高效的方式提供高體積絕緣結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】制造包括介電結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造包括介電結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件包括延伸到半導(dǎo)體襯底中的絕緣結(jié)構(gòu)。絕緣結(jié)構(gòu)可通過(guò)將空腔刻蝕到半導(dǎo)體襯底中并用絕緣材料如介電聚合物填充該空腔來(lái)形成?？墒褂贸Ｒ?guī)方法來(lái)填充空腔多達(dá)幾微米的寬度。
[0003]希望提供進(jìn)一步的提供具有介電結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)涉及制造半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)施例，介電層沉積在襯底的工作表面上，其中該介電層包括介電聚合物。介電層被部分地固化。部分地固化的介電層的一部分使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除。部分地固化的介電層的剩余部分被進(jìn)一步固化以形成介電結(jié)構(gòu)。
[0005]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，從工作表面延伸到襯底中的空腔被形成。填充空腔的介電層被沉積。該介電層包括介電聚合物。介電層被部分地固化。部分地固化的介電層在空腔外部的部分使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除。部分地固化的介電層的剩余部分被進(jìn)一步固化以形成介電結(jié)構(gòu)。
[0006]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀下面的詳細(xì)描述并且看到附圖后將認(rèn)識(shí)到額外的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]附圖被包括以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解并且被合并到本說(shuō)明書中以及組成本說(shuō)明書的一部分。附圖圖示了本發(fā)明的實(shí)施例并且與描述一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其它實(shí)施例和預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)將容易地被理解，因?yàn)閰⒄障旅娴脑敿?xì)描述它們變得更好理解。附圖的元件相對(duì)于彼此不一定成比例。相似的參考數(shù)字指定對(duì)應(yīng)類似的部分。
[0008]圖1A是包括空腔的半導(dǎo)體襯底的示意剖視圖，用于圖示根據(jù)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0009]圖1B是在提供輔助層之后的圖1A的半導(dǎo)體襯底的示意剖視圖。
[0010]圖1C是在沉積包含介電聚合物或由介電聚合物構(gòu)成的介電層之后的圖1B的半導(dǎo)體襯底的示意剖視圖。
[0011]圖1D是在化學(xué)機(jī)械拋光介電層、構(gòu)造輔助層和提供金屬化層之后的圖1C的半導(dǎo)體襯底的剖視圖。
[0012]圖2是圖示作為介電聚合物的固化水平的函數(shù)的去除速率的示意圖。
[0013]圖3是圖示作為熱預(yù)算的函數(shù)的固化水平的示意圖。
[0014]圖4是圖不涉及網(wǎng)格狀空腔的實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底的一部分上的不意俯視圖。
[0015]圖5是從圖4的半導(dǎo)體襯底得到的半導(dǎo)體器件的示意剖視圖。[0016]圖6A是包括空腔的半導(dǎo)體襯底的示意剖視圖，用于圖示根據(jù)在進(jìn)一步固化之前提供介電聚合物的凹洼或“凹陷”的實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0017]圖6B是在拋光之后的圖6A的半導(dǎo)體襯底的示意剖視圖。
[0018]圖6C是在進(jìn)一步固化介電聚合物之后的圖6B的半導(dǎo)體襯底的剖視圖。
[0019]圖7A是包括空腔的半導(dǎo)體襯底的示意剖視圖，用于圖示根據(jù)在進(jìn)一步固化已拋光的部分地固化的介電層的介電聚合物之后提供進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0020]圖7B是在進(jìn)一步固化已拋光的部分地固化的介電層的介電聚合物之后的圖7A的半導(dǎo)體襯底的剖視圖。
[0021]圖7C是在拋光進(jìn)一步固化的介電聚合物之后的圖7B的半導(dǎo)體襯底的剖視圖。
[0022]圖8A是包括空腔的半導(dǎo)體襯底的示意剖視圖，用于圖示根據(jù)在第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝之后提供多步驟拋光工藝的實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0023]圖8B是在進(jìn)一步固化已拋光的部分地固化的介電層的介電聚合物之后的圖8A的半導(dǎo)體襯底的剖視圖。
[0024]圖SC是在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝之后的圖SB的半導(dǎo)體襯底的剖視圖。
[0025]圖9A是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的示意流程圖。
[0026]圖9B是根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例的提供關(guān)于針對(duì)拋光工藝的替代方案的綜覽的示意流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在下面的詳細(xì)描述中，參照形成本描述一部分的附圖，在其中通過(guò)圖示的方式示出了可實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。要理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可利用其它實(shí)施例并且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯上的改變。例如，針對(duì)一個(gè)實(shí)施例圖示或描述的特征可用在其它實(shí)施例上或與其它實(shí)施例聯(lián)合使用以產(chǎn)生再進(jìn)一步的實(shí)施例。意圖是本發(fā)明包括這樣的修改和變化。使用具體語(yǔ)言描述實(shí)例，這不應(yīng)當(dāng)解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖不是按比例的并且僅用于說(shuō)明性的目的。為了清楚，如果沒(méi)有另外的說(shuō)明，在不同附圖中相同的元件或制造工藝已由相同的參考指定。
[0028]術(shù)語(yǔ)“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等等是開(kāi)放的并且這些術(shù)語(yǔ)指示所說(shuō)明的元件或特征的存在但并不排除額外的元件或特征。冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另外清楚地指示。
[0029]圖1A示出襯底100，其包括半導(dǎo)體襯底120，一個(gè)半導(dǎo)體元件105的至少部分形成在半導(dǎo)體襯底120中。半導(dǎo)體襯底120可是預(yù)加工的單晶半導(dǎo)體襯底，例如單晶硅晶片，SiC.GaN.GaAs晶片或絕緣體上硅晶片。半導(dǎo)體襯底120可包括摻雜和無(wú)摻雜的區(qū)段、外延半導(dǎo)體層和先前制作的絕緣結(jié)構(gòu)。在下面中，半導(dǎo)體襯底120被稱為半導(dǎo)體襯底，不論任何非半導(dǎo)體部分的存在。
[0030]半導(dǎo)體元件105可是二極管或晶體管，例如功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管或舉例來(lái)說(shuō)由設(shè)置在單元陣列中的多個(gè)晶體管單元形成的IGBT (絕緣柵雙極晶體管)。半導(dǎo)體襯底120可包括形成邏輯電路、驅(qū)動(dòng)器電路、處理器電路或存儲(chǔ)器電路的進(jìn)一步半導(dǎo)體元件105。在圖示的實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件105是具有高P摻雜的陽(yáng)極區(qū)122和η摻雜的中心區(qū)125的二極管。襯底100可包括提供在半導(dǎo)體襯底120的第一表面121上的進(jìn)一步層。
[0031]光刻工藝可被用于圖案化硬掩膜(例如來(lái)自TEOS (正硅酸乙酯))。使用硬掩膜作為刻蝕掩膜，可形成從襯底100的工作表面101延伸到襯底100中的至少一個(gè)空腔102。根據(jù)實(shí)施例，空腔102延伸到半導(dǎo)體襯底120中。由刻蝕工藝引起的在晶體結(jié)構(gòu)中的損害可由在半導(dǎo)體襯底120上形成犧牲氧化物的熱氧化工藝修復(fù)。在提供空腔用于形成邊緣終止結(jié)構(gòu)的地方，受主通過(guò)空腔102的底部和/或側(cè)壁可被注入并且受主被激活以增加在邊緣區(qū)域中的阻斷能力。
[0032]其它實(shí)施例可提供從襯底100的工作表面101延伸到提供在半導(dǎo)體襯底120的第一表面121以上的一個(gè)或多個(gè)層中的空腔102?？涨?02可形成在襯底100的工作表面101和半導(dǎo)體襯底120的第一表面121之間或可延伸到半導(dǎo)體襯底120中。例如，襯底100包括半導(dǎo)體襯底120和在半導(dǎo)體襯底120的第一表面121的第一部分中的進(jìn)一步層。該進(jìn)一步層可使第一表面121的第二部分不被覆蓋以形成一個(gè)或多個(gè)空腔102。
[0033]空腔102可具有至少10微米的寬度，例如至少50微米。根據(jù)實(shí)施例，空腔102的寬度至少是60微米?？涨?02的深度可至少是10微米，例如至少50微米。根據(jù)實(shí)施例，空腔102的深度至少是70微米。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，空腔102可是一個(gè)孔，其中孔的開(kāi)口可具有帶有或不帶有圓角的大約圓形或多邊形的開(kāi)口，例如六邊形、矩形或方形開(kāi)口。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，空腔102是長(zhǎng)度顯著大于其寬度的槽狀結(jié)構(gòu)。在空腔102的側(cè)壁和工作表面101之間的傾斜角α，β可具有0°和180°之間的值，例如60°。根據(jù)實(shí)施例，傾斜角α，β可大約為90°。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，空腔102是圓周槽并且環(huán)繞形成于半導(dǎo)體襯底120的臺(tái)面部分中的元件區(qū)域中的(一個(gè)或多個(gè))半導(dǎo)體元件，其中臺(tái)面部分被分配給單個(gè)半導(dǎo)體管芯。在芯片邊緣和空腔102之間的芯片區(qū)域的外圍區(qū)中可提供η+摻雜的場(chǎng)停止層123。
[0034]根據(jù)其它實(shí)施例，空腔102形成在襯底100的切口區(qū)域中，在切口區(qū)域處襯底100被鋸開(kāi)或被激光或等離子切割以從襯底100得到多個(gè)半導(dǎo)體管芯。
[0035]圖1B示出輔助層161，其以保形的方式沉積在包括空腔102的工作表面101上。輔助層161裝襯空腔102。半導(dǎo)體表面的預(yù)處理以及輔助層或鈍化層的沉積可以保證表面態(tài)的密度變得足夠小的方式來(lái)完成。輔助層161可是阻斷離子擴(kuò)散進(jìn)入或離開(kāi)半導(dǎo)體襯底120的擴(kuò)散阻擋層，或者是支持在后面沉積在半導(dǎo)體襯底120上的材料附著的附著層。輔助層161也可有效的作為在后面的刻蝕或CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)停止層。根據(jù)實(shí)施例，輔助層161是單個(gè)層或者是層堆疊并且包括無(wú)定形類金剛石碳層、碳化硅層、氧化硅層和氮化硅層中的至少一個(gè)。在沉積在輔助層161上或輔助層161以上的層是光敏的情況下，在層的曝光期間，輔助層161可起抗反射涂層的作用。與在半導(dǎo)體襯底120的第一表面121以上的層中的空腔102相關(guān)的實(shí)施例也可提供輔助層161以裝襯空腔102。
[0036]如圖1C所示，介電層169沉積在工作表面101上，例如在輔助層161上。為保證介電層169的良好附著，工作表面101或輔助層161可以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行預(yù)處理。例如，在預(yù)處理步驟中，附著促進(jìn)劑可沉積在工作表面101上或輔助表面161上。沉積的介電層169填充空腔102。介電層169可包括介電聚合物或由介電聚合物構(gòu)成，介電聚合物如苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)二甲苯基、環(huán)氧樹(shù)脂、硅玻璃或硅樹(shù)脂。
[0037]根據(jù)實(shí)施例，介電層169可包括不具有任何添加劑或包含一個(gè)或多個(gè)添加劑的苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)其它實(shí)施例，介電層169可包含(舉例來(lái)說(shuō))硅。根據(jù)實(shí)施例，介電聚合物包含苯并環(huán)丁烯BCB作為主要組分。BCB示出僅僅低收縮率，是有效的濕氣阻擋層，并且示出高介電場(chǎng)強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性兩者。例如，介電聚合物是作為Cyclotene?散布的產(chǎn)品之一。
[0038]介電層169可使用印刷工藝(例如絲網(wǎng)印刷、模板印刷或噴墨印刷)或通過(guò)使用一步驟或多步驟旋涂工藝來(lái)沉積。對(duì)于多步驟旋涂工藝，可旋涂第一子層，并且在旋涂和部分地固化進(jìn)一步的子層之前至少部分地固化第一子層。
[0039]空腔102的無(wú)空隙和完全填充通常導(dǎo)致過(guò)量的材料沉積在工作表面101上。例如，對(duì)于在5_X5_的芯片尺寸上填充具有大約60微米寬度和大約70微米深度的圓周空腔102，一些20到30微米的過(guò)量材料沉積在有源芯片區(qū)域中，其中靠近芯片邊緣區(qū)域，空腔102的填充減小過(guò)量材料的厚度。
[0040]沉積的介電層169的過(guò)量材料的至少一部分使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除，其中表面被平面化。根據(jù)實(shí)施例，過(guò)量材料被完全去除，使得介電層169的剩余僅保持在空腔102內(nèi)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，介電層169被平面化并且變薄為具有預(yù)定厚度的絕緣層。絕緣層可使提供在絕緣層上的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和提供在半導(dǎo)體襯底中的第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)電絕緣。開(kāi)口可形成在絕緣層中以電連接提供在絕緣層上的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和提供在半導(dǎo)體襯底中的第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0041]通常有機(jī)介電聚合物僅示出導(dǎo)致長(zhǎng)處理時(shí)間的低拋光速率。例如，使用基于硅石的漿液，在250°C的溫度完全固化的苯并環(huán)丁烯具有160-240nm/min (納米/分鐘)的去除速率。因此,去除20-30微米的過(guò)量材料需要1.5到2小時(shí)的處理時(shí)間。此外，必須每10分鐘調(diào)節(jié)拋光墊，因?yàn)橄诘牟牧险澈系綊伖鈮|。
[0042]根據(jù)實(shí)施例，介電層169在執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝之前僅部分地固化。根據(jù)實(shí)施例，部分固化提供至少40%和至多70%的固化水平。例如，部分固化提供至少50%的固化水平。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，部分固化提供至多60%的固化水平。發(fā)明人可以示出對(duì)于充分固化的BCB、僅弱固化的BCB、和整 個(gè)未固化的BCB，CMP的去除速率是相當(dāng)?shù)偷?。在固化水?0%和70%之間的小范圍內(nèi)，CMP去除速率顯著增加，其中例如50%的固化水平指示50%的可用交聯(lián)被實(shí)際地交聯(lián)。
[0043]可使用紅外光譜法來(lái)監(jiān)視固化反應(yīng)的程度。例如，對(duì)于Cyclotene?聚合物，可以估算在ΙδΟΟοπ 1波數(shù)和在1475CHT1波數(shù)的吸收率以確定固化水平。
[0044]空腔102外部的部分地固化的介電層169的一部分使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除。由于部分地固化的介電聚合物的去除速率高，20-30微米的過(guò)量層可在少于3分鐘內(nèi)去除。
[0045]在拋光之后，在空腔102內(nèi)的介電層169的剩余部分可被進(jìn)一步固化到多于80%的固化水平，例如接近100%。根據(jù)實(shí)施例，剩余部分可完全固化。然后，光刻工藝可被用于圖案化輔助層161，具體來(lái)說(shuō)，用于在提供金屬化層的區(qū)中去除輔助層161以接觸襯底100。可使用等離子刻蝕工藝來(lái)圖案化輔助層161。根據(jù)與在半導(dǎo)體襯底120的第一表面121以上的一個(gè)或多個(gè)層中的空腔102相關(guān)的實(shí)施例，介電層169的剩余部分填充在襯底100的工作表面101和半導(dǎo)體襯底120的第一表面121之間的一個(gè)或多個(gè)層中的空腔102。
[0046]然后，可在襯底100的前側(cè)上提供金屬化層?？蓤D案化金屬化層以形成陽(yáng)極金屬化110并可選地形成邊緣金屬化112。在陽(yáng)極電極110和邊緣構(gòu)造112之間，圓周絕緣結(jié)構(gòu)160從在空腔102中的固化的介電層169形成。進(jìn)一步介電層可被提供在工作表面101以上，例如從聚酰亞胺提供。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，空腔102外部的介電層169的其它固化部分可形成進(jìn)一步介電層。在背部，半導(dǎo)體襯底120可被變薄并且在變薄后可注入高摻雜的陰極層129。背部金屬化可提供在高摻雜的陰極層129上。最后，通過(guò)鋸開(kāi)、激光切割或等離子切割，半導(dǎo)體襯底120可被分離成單個(gè)半導(dǎo)體器件。
[0047]圖1D示出由如圖1A至IC圖示的工藝產(chǎn)生的功率二極管。根據(jù)圖示的實(shí)施例，半導(dǎo)體襯底120是具有53Wcm比電阻的125微米厚度的η摻雜硅。P摻雜的陽(yáng)極區(qū)122具有大約6微米的穿入深度和IX IO17CnT3的表面摻雜濃度。在芯片邊緣可提供溝道停止區(qū)域123。根據(jù)實(shí)施例，溝道停止區(qū)域123是電連接到η襯底的P+摻雜區(qū)域。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，溝道停止區(qū)域123是η+摻雜的。在芯片邊緣和圓周絕緣結(jié)構(gòu)160的外邊緣之間的溝道停止區(qū)域123可具有I X IO18CnT3的表面摻雜濃度和大約6微米的深度。在半導(dǎo)體襯底120的背部上的η+陰極區(qū)129在2微米的寬度上可具有3.5Χ IO15CnT3的摻雜濃度。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，場(chǎng)停止區(qū)可直接鄰接陰極區(qū)129提供，其具有1.3 X IO14Cm-3的最大摻雜濃度和10微米的寬度。圓周絕緣結(jié)構(gòu)160可具有60微米的寬度和70微米的深度，并且適合在反方向中阻斷高于大約1830V的體積擊穿電壓。
[0048]在圖2中的圖用納米每分鐘給出作為苯并環(huán)丁烯的固化水平的函數(shù)的CMP去除速率。菱形給出由發(fā)明人得到的對(duì)于在0%、45%、48%、50%、55%、60%、70%和75%固化水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用高斯擬合算法得到曲線200。根據(jù)圖，對(duì)于40%以下的低固化水平和70%以及更高的高固化水平兩者，CMP去除速率低。在大約45%和65%之間的固化水平范圍內(nèi)，CMP去除速率顯著增加。在至少50%和至多60%的固化水平可得到最高的CMP去除速率。在55%的固化水平，觀測(cè)到17微米/分鐘的CMP去除速率。固化水平是已交聯(lián)的分子和可用分子總數(shù)之間的比率。CMP去除速率使用基于具有30%的固體含量并且ph值為
2.5的Klebosol?30HB50的漿液以8psi的下壓力、67rpm的臺(tái)速度和73rpm的載體速度來(lái)確定。
[0049]圖3是給出作為沿縱坐標(biāo)的所應(yīng)用的攝氏度溫度和沿橫坐標(biāo)的所應(yīng)用的時(shí)間的函數(shù)的固化水平的圖。對(duì)于圖2中示出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用190°C的溫度針對(duì)期望的固化水平需要的應(yīng)用時(shí)間得到固化水平。例如，為得到大約50%的固化水平，半導(dǎo)體襯底以190°C回火一小時(shí)。
[0050]圖4涉及空腔102在襯底100的工作表面中形成網(wǎng)格的實(shí)施例。網(wǎng)格沿切口區(qū)域延伸，切口區(qū)域被提供用于分離從相同的襯底100形成的半導(dǎo)體管芯150。在網(wǎng)格的網(wǎng)孔中，半導(dǎo)體元件105器件形成在半導(dǎo)體管芯150中。
[0051]圖5涉及由使來(lái)自圖4的襯底100的半導(dǎo)體管芯150單一化而產(chǎn)生的半導(dǎo)體管芯150。沿著半導(dǎo)體管芯150的邊緣，圓周絕緣結(jié)構(gòu)160圍繞半導(dǎo)體元件形成于其中的半導(dǎo)體管芯150的中心區(qū)。前部金屬化110形成在半導(dǎo)體管芯150的襯底100的工作表面101上并且背部金屬化190形成在工作表面101相對(duì)側(cè)的表面。輔助層161 (例如類金剛石碳層)形成在襯底100和圓周絕緣結(jié)構(gòu)160之間。
[0052]圓周絕緣結(jié)構(gòu)160形成用于至少部分地在半導(dǎo)體管芯150的垂直深度中減少電場(chǎng)強(qiáng)度的邊緣終止以便節(jié)省用于橫向邊緣終止的芯片空間。根據(jù)圖示的實(shí)施例，圓周絕緣結(jié)構(gòu)160的側(cè)壁平行于邊緣并且垂直于工作表面101。根據(jù)其它實(shí)施例，側(cè)壁可具有關(guān)于工作表面101的傾斜角。舉例來(lái)說(shuō)，傾斜角可在25度和65度之間。雖然在圖5中圖示的實(shí)施例涉及沿著半導(dǎo)體管芯150的邊緣的絕緣結(jié)構(gòu)，但是如在圖1D中圖示的其它實(shí)施例提供相對(duì)邊緣偏移的圓周絕緣結(jié)構(gòu)160。根據(jù)其它實(shí)施例，圓周絕緣結(jié)構(gòu)在芯片的邊角上可具有圓形形狀從而減少在這個(gè)區(qū)域中的過(guò)量電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0053]圖6A到6C涉及提供過(guò)度拋光部分地固化的介電層169的實(shí)施例。圖6A示出沉積在輔助層161上并且填充在半導(dǎo)體襯底120中的空腔102的介電層169。介電層169被部分地固化。介電層169可包括介電聚合物或由介電聚合物構(gòu)成，介電聚合物如苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)二甲苯基、環(huán)氧樹(shù)脂、硅玻璃或硅樹(shù)脂。例如，介電層169可包括不具有任何添加劑或包含一個(gè)或多個(gè)添加劑的苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)其它實(shí)施例，介電層169可包含，舉例來(lái)說(shuō)，硅。根據(jù)實(shí)施例，介電聚合物包含苯并環(huán)丁烯BCB作為主要組分。
[0054]空腔102可為靠近形成在半導(dǎo)體襯底120中的半導(dǎo)體管芯的芯片邊緣提供的圓周空腔并且在5mmX5mm的芯片尺寸上可具有大約60微米的寬度和大約70微米的深度。一些20到30微米的過(guò)量材料沉積在有源芯片區(qū)域中以可靠地填充空腔102。靠近芯片邊緣區(qū)域，空腔102的填充可局部地減小過(guò)量材料的厚度。
[0055]執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，其完全去除空腔102外部的過(guò)量材料并且使介電層169的剩余部分留在空腔102內(nèi)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光工藝過(guò)度拋光在空腔102中的介電聚合物，使得在拋光工藝之后，在空腔102中的介電聚合物具有凹陷或凹洼表面162。選擇“凹陷”的量(即表面162的凹洼程度)以補(bǔ)償在空腔102中的介電聚合物的剩余部分在固化期間的膨脹。在空腔102中的介電層的剩余部分被進(jìn)一步固化。
[0056]圖6C示出在進(jìn)一步固化之后的半導(dǎo)體襯底。因?yàn)橐呀?jīng)選擇“凹陷”的量以補(bǔ)償介電聚合物在固化期間的膨脹，由進(jìn)一步固化的在空腔102中的介電聚合物產(chǎn)生的絕緣結(jié)構(gòu)160的表面大約是平的并且大約與輔助層161的表面齊平。
[0057]圖7A到7C涉及提供多于一個(gè)化學(xué)機(jī)械拋光工藝的實(shí)施例。圖7A對(duì)應(yīng)于圖6A。執(zhí)行可去除多于過(guò)量材料的一半(例如至少90%)的第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝。根據(jù)在圖7B中示出實(shí)施例，在至少0.5微米(例如至少I微米和至多2微米)的余留過(guò)量材料168的厚度時(shí)終止第一拋光工藝。然后介電聚合物被進(jìn)一步固化到至少90%的固化水平，例如大約
100% ο
[0058]圖7B示出進(jìn)一步固化的剩余過(guò)量材料168。在半導(dǎo)體襯底120的有源芯片區(qū)域中，剩余過(guò)量材料168的表面被平面化。在另一個(gè)方面，在進(jìn)一步固化期間，介電聚合物可膨脹，使得在空腔102以上的剩余過(guò)量材料168中產(chǎn)生突起167。突起167可具有凸出形狀或梯形形狀。在70微米的空腔102深度時(shí)，突起167的高度可達(dá)到5微米。
[0059]突起167干擾由變薄的過(guò)量材料提供的剩余絕緣層的平面度。關(guān)于完全去除過(guò)量材料以使得介電層169的剩余部分僅保持在空腔102內(nèi)的實(shí)施例，在隨后的光刻工藝中突起167阻礙光刻膠的旋涂。光刻膠可累積在突起167附近，使得可產(chǎn)生不均勻的光刻膠層。不均勻的光刻膠層在厚區(qū)中不可完全地曝光。而且，不均勻的光刻膠層不可完全地封閉或可具有對(duì)隨后的工藝(例如刻蝕或離子注入)來(lái)說(shuō)太薄的部分。
[0060]執(zhí)行進(jìn)一步的化學(xué)機(jī)械拋光工藝以使突起167變平。根據(jù)實(shí)施例，進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝可完全地去除過(guò)量材料168以使得剩余介電聚合物專門填充空腔102。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝使過(guò)量材料平面化以使得過(guò)量材料168形成均勻厚度層。[0061]進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝可以第一下壓力開(kāi)始并以第二不同的下壓力結(jié)束。根據(jù)實(shí)施例，第一下壓力可超過(guò)第二下壓力至少第二下壓力的25%。例如，第一下壓力可是Spsi而第二下壓力可是6psi或更少,例如4psi或可具有4psi和6psi之間的任何其它值。
[0062]從開(kāi)始值起始，朝向進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束并且在拋光達(dá)到輔助層161或半導(dǎo)體襯底120之前，下壓力可被連續(xù)地減小。進(jìn)一步拋光工藝去除膨脹的介電聚合物的突起部分。
[0063]圖7C示出半導(dǎo)體襯底120和在進(jìn)一步拋光工藝之后產(chǎn)生的絕緣結(jié)構(gòu)160。絕緣結(jié)構(gòu)160的表面是平的，并且能避免由破壞來(lái)自介電聚合物的大塊產(chǎn)生的空隙。
[0064]臺(tái)和載體的旋轉(zhuǎn)速度在第二化學(xué)機(jī)械拋光工藝期間可保持恒定。根據(jù)其它實(shí)施例，臺(tái)和載體之間的第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度可用在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的起始，并且從第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度偏離至少較低值的百分之十的第二相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度可用在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束。
[0065]例如，載體和臺(tái)之間的更高的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度在拋光工藝的結(jié)束可減少缺陷密度并且可增強(qiáng)平面化。其它實(shí)施例可提供時(shí)變的旋轉(zhuǎn)速度用于增加對(duì)從氮化硅、氮氧化硅或氧化硅提供的輔助層的選擇性。普雷斯頓定律根據(jù)等式(I)給出了作為下壓力P、載體和臺(tái)之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度V、普雷斯頓系數(shù)k和實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)α，β的函數(shù)的去除速率r:
(I) r=k- Pa- 。
[0066]對(duì)于氮化硅和氧化硅，系數(shù)α，β大約是“1”，指示去除速率與下壓力和相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度的大約線性相關(guān)性。另一方面，介電聚合物的去除速率受旋轉(zhuǎn)速度影響僅到低程度。因此，對(duì)于介電聚合物(諸如BCB)，化學(xué)腐蝕工藝優(yōu)于機(jī)械腐蝕工藝，使得通過(guò)減少下壓力以及臺(tái)和載體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度可以增加介電聚合物(在一個(gè)方面)和氧化硅以及氮化硅(在另一個(gè)方面)之間的刻蝕選擇性。
[0067]圖8Α到8C涉及具有完全去除圖7Α的介電層169在空腔102外部的部分的第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝的實(shí)施例?；瘜W(xué)機(jī)械拋光工藝可是多步驟工藝:在拋光工藝的起始具有第一下壓力并且在拋光工藝的結(jié)束具有第二不同下壓力，其中第一下壓力可超過(guò)第二下壓力至少第二下壓力的25%。在化學(xué)機(jī)械拋光工藝的起始在臺(tái)和載體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度與在化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度可有至少較低值的10%的差別以便提高刻蝕選擇性。
[0068]圖8Α示出在空腔102內(nèi)的圖7a的介電層168的剩余部分。介電聚合物被進(jìn)一步固化到例如至少90%的固化水平，例如大約100%。介電聚合物在固化工藝期間可膨脹幾個(gè)百分比。
[0069]圖8B示出形成突起167的在空腔102中的膨脹的聚合物。執(zhí)行進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝以使突起167變平。
[0070]圖8C示出在空腔102中形成絕緣結(jié)構(gòu)160的變平的進(jìn)一步固化的介電聚合物。
[0071]圖9A涉及制造集成電路的方法。包含聚合物或由聚合物構(gòu)成的介電層被提供在襯底的工作表面上(902)。介電層被部分地固化(904)。部分地固化的介電層的一部分通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除(906)。部分地固化的介電層的剩余部分被進(jìn)一步固化(908)。在沉積介電層之前可提供從工作表面延伸到襯底中的空腔，使得介電層的剩余部分在空腔中形成絕緣結(jié)構(gòu)。[0072]根據(jù)由圖9B的右手分支圖示的方法，部分地固化的介電層由一步驟或多步驟的化學(xué)機(jī)械拋光工藝處理(906a)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光工藝可或完全地或部分地去除在空腔外部的介電層部分并且可留下介電層的平表面。在進(jìn)一步固化(908)期間，介電聚合物可膨脹并且可在空腔以上形成突起，該突起在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝(910)中被去除，該進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝(910)可以包括兩步驟處理以完成在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的起始的高去除速率和在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束的高去除選擇性。
[0073]由圖9B的左手分支圖示的方法的化學(xué)機(jī)械拋光工藝(906b)從空腔外部完全去除部分地固化的介電層并且使在空腔內(nèi)的介電聚合物的表面凹陷，產(chǎn)生填充空腔的介電聚合物的凹洼表面?？梢源_定凹陷的量(即凹洼的程度、量或深度)以補(bǔ)償介電聚合物的膨脹。在進(jìn)一步固化(908)期間，介電聚合物膨脹并且膨脹材料補(bǔ)償凹陷，從而不用額外的拋光，在進(jìn)一步固化之后產(chǎn)生由在空腔中的介電聚合物形成的絕緣結(jié)構(gòu)的大約平的表面。
[0074]盡管具體的實(shí)施例在這里已經(jīng)被圖示和描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，各種替代的和/或等價(jià)的實(shí)施方式可替換示出并描述的具體的實(shí)施例。本申請(qǐng)意圖覆蓋在這里討論的具體實(shí)施例的任何適應(yīng)或變化。因此，意圖是本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 提供從工作表面延伸到襯底中的空腔； 在工作表面上提供介電層，所述介電層包括介電聚合物并填充所述空腔； 部分地固化所述介電層； 使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述部分地固化的介電層的一部分；以及 進(jìn)一步固化所述介電層的剩余部分以形成介電結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述介電層的剩余部分形成在空腔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述空腔具有至少10微米的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述空腔形成在所述襯底的切口區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述空腔形成為相對(duì)所述襯底的切口區(qū)域偏移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述空腔是圍繞所述襯底的元件區(qū)域的圓周空腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在沉積所述介電層之前在所述工作表面上提供輔助層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述輔助層是單個(gè)層或者是層堆疊并且包括從選自包含下列材料的組的材料提供的至少一個(gè)層:無(wú)定形類金剛石碳、碳化娃、氮化娃和氧化娃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述部分地固化提供至少40%和至多70%的固化水平。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述部分地固化提供至少50%的固化水平。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述部分地固化提供至多60%的固化水平。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物是苯并環(huán)丁烯。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物包含硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝期間使用酸性漿液。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述介電層的剩余部分的所述進(jìn)一步固化提供至少80%的固化水平。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述介電聚合物包括添加劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述介電聚合物是Cyclotene?。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述介電層的剩余部分形成在空腔中并且在所述工作表面以上。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述部分地固化的介電層在空腔外部的部分并且使介電層的剩余部分留在空腔內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求 19的方法，其中化學(xué)機(jī)械拋光工藝使在空腔內(nèi)的所述介電層的剩余部分的表面凹陷一定的量以補(bǔ)償在所述空腔中的所述剩余部分的膨脹，使得在所述進(jìn)一步固化之后，在所述空腔內(nèi)的介電層的所述剩余部分的所述表面是平的。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中 在化學(xué)機(jī)械拋光工藝的起始施加的第一下壓力超過(guò)在化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束施加的第二下壓力至少所述第二下壓力的25%。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中 在化學(xué)機(jī)械拋光工藝的起始使用臺(tái)和載體之間的第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度并且在化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束使用第二相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度，所述第二相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度從所述第一旋轉(zhuǎn)速度偏離至少較低值的10%。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，包括 在進(jìn)一步固化所述介電層的所述剩余部分之后的進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中 在所述進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的起始施加的第一下壓力超過(guò)在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束施加的第二下壓力至少所述第二下壓力的25%。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中 在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的起始使用臺(tái)和載體之間的第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度并且在進(jìn)一步化學(xué)機(jī)械拋光工藝的結(jié)束使用第二相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度，所述第二相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度從所述第一旋轉(zhuǎn)速度偏離至少較低值的10%。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底包括半導(dǎo)體襯底。
27.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 在襯底的工作表面上提供包括介電聚合物的介電層； 部分地固化所述介電層； 使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述部分地固化的介電層的一部分；以及 進(jìn)一步固化所述介電層的剩余部分以形成介電結(jié)構(gòu)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括 在提供所述介電層之前提供從工作表面延伸到襯底中的空腔，其中所述介電層的所述剩余部分形成在所述空腔中。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括 在提供所述介電層之前在半導(dǎo)體襯底的第一表面的第一部分中提供進(jìn)一步層以形成所述襯底，其中所述介電層的剩余部分形成在所述第一表面的不被進(jìn)一步層覆蓋的第二部分中。
【文檔編號(hào)】H01L21/3105GK103578969SQ201310333223
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月3日
【發(fā)明者】M.J.哈特爾, P.S.科赫, D.施勒格爾, G.施密特, R.施特拉澤 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司