半导体器件

文档序号:859824 发布日期:2021-03-16 浏览:6次 >En<

阅读说明:本技术 半导体器件 (Semiconductor device with a plurality of transistors ) 是由 金俊澈 洪相宇 于 2020-07-06 设计创作,主要内容包括:提供了一种半导体器件。所述半导体器件包括:基底,具有芯片区域和划道区域,划道区域具有在第一方向上延伸的第一边缘和在第二方向上延伸的第二边缘;第一绝缘夹层结构,位于划道区域上并且包括低k介电材料;第一导电结构,位于划道区域的与一个第一边缘相邻的部分上,并且均在竖直方向上延伸穿过第一绝缘夹层结构且在第一方向上延伸;第二绝缘夹层,位于第一绝缘夹层结构上并且包括其介电常数比第一绝缘夹层结构的介电常数大的材料;第一过孔,均在第一方向上延伸穿过第二绝缘夹层以接触一个第一导电结构;以及第一布线,公共地接触第一过孔的上表面。(A semiconductor device is provided. The semiconductor device includes: a substrate having a chip region and a scribe lane region, the scribe lane region having a first edge extending in a first direction and a second edge extending in a second direction; a first insulating sandwich structure located on the scribe lane region and comprising a low-k dielectric material; first conductive structures located on a portion of the scribe lane region adjacent to one of the first edges, and each extending in a vertical direction through the first insulating sandwich structure and extending in the first direction; a second insulating interlayer located on the first insulating interlayer structure and including a material having a dielectric constant greater than that of the first insulating interlayer structure; first vias each extending through the second insulating interlayer in a first direction to contact one of the first conductive structures; and a first wiring commonly contacting an upper surface of the first via.)

半导体器件

本申请要求于2019年9月16日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0113332号韩国专利申请的优先权,该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。

技术领域

本公开的示例实施例涉及半导体器件,更具体地,涉及DRAM器件。

背景技术

晶圆(wafer)可以包括多个芯片区域以及围绕它们的划道区域,并且用于测试芯片区域上的元件的电特性的测试元件组(TEG)、对准键等可以形成在划道区域上。在晶圆上形成半导体芯片之后,可以通过划道区域执行用于切割晶圆及其上的结构的切割工艺,从而可以划分半导体芯片。由于划道上的诸如TEG的结构,会无法容易地执行切割工艺。

发明内容

根据发明构思的示例实施例,半导体器件可以包括基底、第一绝缘夹层结构、第一导电结构、第二绝缘夹层、第一过孔和第一布线。基底可以包括芯片区域和围绕芯片区域的划道区域。划道区域可以具有彼此相对的第一边缘和彼此相对的第二边缘。每个第一边缘可以在第一方向上延伸,每个第二边缘可以在与第一方向交叉的第二方向上延伸。第一绝缘夹层结构可以形成在基底的划道区域上,并且可以包括低k介电材料。第一导电结构可以形成在基底的划道区域的与一个第一边缘邻近的部分上。每个第一导电结构可以在基本垂直于基底的上表面的竖直方向上延伸穿过第一绝缘夹层结构,并且可以在第一方向上延伸。第二绝缘夹层可以形成在第一绝缘夹层结构上,并且可以包括其介电常数比第一绝缘夹层结构的介电常数大的材料。第一过孔均可以在第一方向上延伸且穿过第二绝缘夹层以接触一个第一导电结构。第一布线可以公共地接触第一过孔的上表面。

根据发明构思的示例实施例,半导体器件可以包括基底、接触插塞、导电结构和第二布线。基底可以包括芯片区域和围绕芯片区域的划道区域。划道区域可以具有彼此相对的第一边缘和彼此相对的第二边缘。每个第一边缘可以在第一方向上延伸,每个第二边缘可以在与第一方向交叉的第二方向上延伸。接触插塞可以形成在基底的划道区域上。导电结构可以在基底的划道区域的与一个第一边缘相邻的部分上形成在接触插塞上。导电结构可以包括在基本垂直于基底的上表面的竖直方向上交替且重复堆叠的第一布线和第一过孔。第二布线可以公共地接触导电结构的上表面。每个第一布线和每个第一过孔可以在第一方向上延伸。

根据发明构思的示例实施例,半导体器件可以包括基底、栅极结构、位线结构、第一接触插塞、电容器、第二接触插塞、第三接触插塞、第一绝缘夹层、第二绝缘夹层结构、导电结构、第三绝缘夹层、第一过孔和第一布线。基底可以包括芯片区域和围绕芯片区域的划道区域。划道区域可以具有彼此相对的第一边缘和彼此相对的第二边缘。每个第一边缘可以在第一方向上延伸,每个第二边缘可以在与第一方向交叉的第二方向上延伸。基底可以具有位于芯片区域和划道区域上的第一有源图案和第二有源图案,并且第一有源图案和第二有源图案可以由基底上的隔离图案来限定。栅极结构可以设置在第一有源图案的上部处。位线结构可以形成在基底的芯片区域上。第一接触插塞可以形成在第一有源图案上。电容器可以形成在第一接触插塞上。第二接触插塞可以形成在电容器上。第三接触插塞可以形成在第二有源图案上。第二接触插塞和第三接触插塞可以形成在第一绝缘夹层中。第二绝缘夹层结构可以形成在第一绝缘夹层上。导电结构可以形成在基底的划道区域的与一个第一边缘相邻的部分上。每个第一导电结构可以在基本垂直于基底的上表面的竖直方向上延伸穿过第二绝缘夹层结构并且可以在第一方向上延伸。第三绝缘夹层可以形成在第二绝缘夹层结构上。第三绝缘夹层可以包括其介电常数比第二绝缘夹层结构的介电常数大的材料。第一过孔均可以在第一方向上延伸且穿过第三绝缘夹层以接触基底的划道区域上的一个导电结构。第一布线可以公共地接触第一过孔的上表面。

在根据示例实施例的制造半导体器件的方法中,半导体芯片和TEG可以分别形成在晶圆的芯片区域和划道区域上,并且当通过划道区域切割晶圆以分离半导体芯片时,切割工艺可以由TEG中包括的导电结构引导,并且可以防止由切割工艺产生的冲击扩散到半导体芯片。因此,半导体芯片可以具有改善的电特性。

附图说明

图1至图25是示出根据发明构思的示例实施例的制造半导体器件的方法的平面图和剖视图。

图26是示出根据示例实施例的半导体器件的平面图,图27包括沿对应平面图的区域Y和区域Z的线A-A'、线C-C'和线D-D'截取的剖面。

具体实施方式

通过参照附图的下面的详细描述,根据示例实施例的半导体器件及其制造方法的上述和其它方面和特征将变得容易理解。将理解的是,尽管在此可以使用术语“第一”、“第二”和/或“第三”来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分,但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此,在不脱离发明构思的教导的情况下,下面讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分或者第三元件、第三组件、第三区域、第三层或第三部分。

图1至图25是示出根据发明构思的示例实施例的制造半导体器件的方法的平面图和剖视图。具体地,图1至图3、图5、图8、图12、图17和图20至图22是平面图,图4、图6和图7、图9至图11、图13至图16、图18至图19和图23至图25是剖视图。

图2是图1的区域X的放大平面图,图4、图6和图7、图9至图11、图13至图16以及图18包括沿对应平面图的区域Y和区域Z的线A-A'、线B-B'和线C-C'截取的剖面,图19和图23至图25包括沿对应平面图的区域Y和区域Z的线A-A'、线C-C'和线D-D'截取的剖面。

以下在说明书中(不一定在权利要求书中),基本平行于基底100的上表面且彼此基本垂直的两个方向可以分别被定义为第一方向和第二方向,基本平行于基底100的上表面且与第二方向和第一方向中的每个方向呈锐角的方向可以被定义为第三方向。

参照图1和图2,基底100可以包括第一区域I和第四区域IV,并且第一区域I可以包括第二区域II和第三区域III。

基底100可以是包括硅、锗、硅-锗或III-V族化合物半导体(诸如GaP、GaAs或GaSb)的晶圆。在示例实施例中,基底100可以是绝缘体上硅(SOI)晶圆或绝缘体上锗(GOI)晶圆。

基底100的第一区域I可以是其中可以形成用于半导体芯片的图案的芯片区域。在示例实施例中,多个第一区域I可以在第一方向和第二方向中的每个方向上彼此间隔开。每个第一区域I可以包括第二区域II和围绕第二区域II的第三区域III,在第二区域II中可以形成存储器单元,因此第二区域II可以被称为单元区域,在第三区域III中可以形成用于驱动存储器单元的外围电路图案,因此第三区域III可以被称为外围电路区域。

基底100的第四区域IV可以形成在第一区域I之间,并且可以是用于将基底100上的图案切割成半导体芯片的划道(或划线)区域。在示例实施例中,用于测试包括在半导体芯片中的元件的电特性或故障的TEG、用于光刻工艺(photo process)中的对准的对准键(alignment key)等可以形成在基底100的第四区域IV上。

在下文中,将参照图3至图18示出在包括在基底100的第一区域I中的Y区域上形成元件的方法,然后将参照图19至图25示出在分别包括在基底100的第一区域I和第四区域IV中的Y区域和Z区域上形成元件的方法。

在示例实施例中,可以将基底100的第四区域IV上的TEG形成为具有与基底100的第二区域II或第三区域III上的一些元件的结构基本相同的结构。因此,当参照图3至图18示出元件时,将不示出基底100的第四区域IV上的结构,当参照图19至图25示出元件时,可以假设基底100的第三区域III上的结构也形成在基底100的第四区域IV上。

参照图3和图4,可以分别在基底100的第二区域II和第三区域III上形成第一有源图案105和第二有源图案108,并且可以在基底100上形成隔离图案110以覆盖第一有源图案105和第二有源图案108的侧壁。

可以通过去除基底100的上部以形成第一凹部来形成第一有源图案105和第二有源图案108。多个第一有源图案105可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。每个第一有源图案105可以在第三方向上纵向地延伸。

可以通过以下方式形成隔离图案110:在基底100上形成隔离层以填充第一凹部,并且对隔离层进行平坦化直到第一有源图案105和第二有源图案108的上表面可以被暴露为止。在示例实施例中,平坦化工艺可以包括化学机械抛光(CMP)工艺和/或回蚀工艺。

在通过执行例如离子注入工艺在基底100中形成杂质区域之后,可以对基底100的第二区域II上的第一有源图案105和隔离图案110进行部分地蚀刻以形成在第一方向上纵向延伸的第二凹部。

可以在第二凹部中形成第一栅极结构160。第一栅极结构160可以包括:第一栅极绝缘层130,位于第一有源图案105的被第二凹部暴露的表面上;第一栅电极140,位于第一栅极绝缘层130上以填充第二凹部的下部;以及第一栅极掩模150,位于第一栅电极140上以填充第二凹部的上部。第一栅极结构160可以在第一方向上纵向地延伸,并且多个第一栅极结构160可以在第二方向上彼此间隔开。

可以通过对第一有源图案105的被第二凹部暴露的表面执行热氧化工艺来形成第一栅极绝缘层130,因此第一栅极绝缘层130可以包括例如氧化硅。

参照图5和图6,可以在基底100的第三区域III上对第二有源图案108的上表面执行热氧化工艺以形成第二栅极绝缘层600,并且可以在基底100的第二区域II上将绝缘层结构200形成在第一有源图案105和隔离图案110上。

在示例实施例中,绝缘层结构200可以包括顺序地堆叠的第一绝缘层170、第二绝缘层180和第三绝缘层190。第一绝缘层170和第三绝缘层190可以包括例如氧化硅的氧化物,第二绝缘层180可以包括例如氮化硅的氮化物。

可以在绝缘层结构200、第二栅极绝缘层600和隔离图案110上顺序地形成第一导电层210和第一掩模220,并且可以使用第一掩模220作为蚀刻掩模来对第一导电层210和绝缘层结构200进行蚀刻,以形成暴露第一有源图案105的第一开口230。

第一导电层210可以包括例如掺杂有杂质的多晶硅,第一掩模220可以包括例如氮化硅的氮化物。

在蚀刻工艺期间,还可以对第一有源图案105、隔离图案110和第一栅极掩模150的被第一开口230暴露的上部进行蚀刻以形成第三凹部。例如,第一开口230的底部可以被称为第三凹部。第一开口230的底部可以位于比第一有源图案105、隔离图案110和第一栅极掩模150的顶表面低的竖直水平处。

在示例实施例中,第一开口230可以暴露在第三方向上延伸的每个第一有源图案105的中心部分的上表面,因此可以在第一方向和第二方向上形成多个第一开口230。

可以形成第二导电层240以填充第一开口230。

在示例实施例中,可以通过以下方式形成第二导电层240:在第一有源图案105、隔离图案110、第一栅极掩模150和第一掩模220上形成预备第二导电层以填充第一开口230,并且通过CMP工艺和/或回蚀工艺去除预备第二导电层的上部。第二导电层240可以具有与第一导电层210的上表面基本共面的上表面。当涉及取向、布局、位置、形状、尺寸、量或其它度量时,如在此所使用的诸如“相同”、“相等”、“平面”或“共面”的术语不一定意味着完全相同的取向、布局、位置、形状、尺寸、量或其它度量,而是旨在包括在例如由于制造工艺可以发生的可接受变化内的几乎相同的取向、布局、位置、形状、尺寸、量或其它度量。除非上下文或其它陈述另外指出,否则在此可以使用术语“基本上(基本、大致)”来强调该含义。

在示例实施例中,多个第二导电层240可以在基底100的第二区域II上沿第一方向和第二方向彼此间隔开。第二导电层240可以包括例如掺杂的多晶硅,并且可以并入第一导电层210。例如,第二导电层240的侧表面可以接触第一导电层210的侧表面。

参照图7,在去除第一掩模220之后,可以在第一导电层210和第二导电层240上顺序地形成第三导电层250、阻挡层270和第一金属层280。

在示例实施例中,第三导电层250可以包括与第一导电层210和第二导电层240的材料基本相同的材料。例如,第三导电层250可以包括掺杂的多晶硅,因此在一些实施例中,第三导电层250可以与第一导电层210和第二导电层240合并。

可以形成第二掩模(未示出)以覆盖第一金属层280的位于基底100的第二区域II上的部分,可以形成第二栅极掩模618以部分地覆盖第一金属层280的位于基底100的第三区域III上的部分,并且可以使用第二掩模和第二栅极掩模618作为蚀刻掩模顺序地对第一金属层280、阻挡层270、第三导电层250、第一导电层210和第二栅极绝缘层600进行蚀刻。

因此,可以在基底100的第三区域III上形成第二栅极结构628。第二栅极结构628可以包括顺序地堆叠在第二有源图案108上的第二栅极绝缘图案608、第二导电图案218、第五导电图案258、第二阻挡图案278、第二金属图案288和第二栅极掩模618。第二导电图案218和第五导电图案258可以包括相同的材料,因此可以彼此合并以形成第二栅电极268。

可以形成栅极间隔件630以覆盖第二栅极结构628的侧壁,并且可以将杂质注入到第二有源图案108的与第二栅极结构628相邻的上部中以形成源极/漏极层109。

在去除第二掩模之后,可以在基底100的第二区域II和第三区域III上形成第一绝缘夹层,并且可以对第一绝缘夹层进行平坦化直到可以暴露第一金属层280和第二栅极掩模618为止,以在基底100的第三区域III上形成围绕第二栅极结构628和栅极间隔件630的第一绝缘夹层图案640。第一绝缘夹层图案640可以包括例如氧化硅的氧化物。

可以在第一金属层280、第一绝缘夹层图案640和第二栅极掩模618上形成盖层290。盖层290可以包括例如氮化硅的氮化物。

参照图8和图9,可以对盖层290的位于基底100的第二区域II上的部分进行蚀刻以形成第一盖图案295,并且可以使用第一盖图案295作为蚀刻掩模来顺序地对第一金属层280、阻挡层270、第三导电层250、第一导电层210和第二导电层240以及第三绝缘层190进行蚀刻。

在示例实施例中,第一盖图案295可以在第二方向上纵向地延伸,并且多个第一盖图案295可以在基底100的第二区域II上在第一方向上彼此间隔开。盖层290的位于基底100的第三区域III上的部分可以保留作为第二盖图案298。

通过蚀刻工艺,在基底100的第二区域II上,可以在第一开口230中将第三导电图案245、第四导电图案255、第一阻挡图案275、第一金属图案285和第一盖图案295顺序地堆叠在第一有源图案105、隔离图案110和第一栅极掩模150上,并且可以在第一开口230的外侧处将第三绝缘图案195、第一导电图案215、第四导电图案255、第一阻挡图案275、第一金属图案285和第一盖图案295顺序地堆叠在绝缘层结构200的第二绝缘层180上。

如上所示,第一导电层210、第二导电层240和第三导电层250可以彼此合并,因此顺序地堆叠的第三导电图案245和第四导电图案255以及顺序地堆叠的第一导电图案215和第四导电图案255均可以形成一个第一导电结构265。在下文中,顺序地堆叠的第一导电结构265、第一阻挡图案275、第一金属图案285和第一盖图案295可以被称为位线结构305。

在示例实施例中,位线结构305可以在基底100的第二区域II上沿第二方向纵向地延伸,并且多个位线结构305可以沿第一方向彼此间隔开。

参照图10,可以在第一有源图案105、隔离图案110和第一栅极掩模150的被第一开口230暴露的上表面、第一开口230的侧壁、第二绝缘层180、第一盖图案295和第二盖图案298上形成第一间隔件层以覆盖位线结构305,并且可以在第一间隔件层上顺序地形成第四绝缘层和第五绝缘层。

第一间隔件层还可以覆盖位于第二绝缘层180与位线结构305之间的第三绝缘图案195的侧壁,并且第五绝缘层可以填充第一开口230。

可以通过蚀刻工艺对第四绝缘层和第五绝缘层进行蚀刻。在示例实施例中,可以通过湿蚀刻工艺执行蚀刻工艺,并且可以去除第四绝缘层和第五绝缘层的除了第一开口230中的部分之外的其它部分。因此,第一间隔件层的整个表面的大部分(例如,除了其在第一开口230中的部分之外的整个表面)可以被暴露,并且第四绝缘层和第五绝缘层的保留在第一开口230中的部分可以分别形成第四绝缘图案320和第五绝缘图案330。

可以在第一间隔件层的暴露表面以及第一开口230中的第四绝缘图案320和第五绝缘图案330上形成第二间隔件层,并且可以对第二间隔件层进行各向异性蚀刻以在第一间隔件层的表面以及第四绝缘图案320和第五绝缘图案330上形成第二间隔件340以覆盖位线结构305的侧壁。

可以使用第一盖图案295和第二盖图案298以及第二间隔件340作为蚀刻掩模来执行干蚀刻工艺,以形成暴露第一有源图案105的上表面的第二开口350。隔离图案110的上表面和第一栅极掩模150的上表面可以被第二开口350暴露。

通过干蚀刻工艺,可以去除第一间隔件层的位于第一盖图案295和第二盖图案298的上表面以及第二绝缘层180的上表面上的部分,因此可以形成覆盖位线结构305的侧壁的第一间隔件315。在干蚀刻工艺期间,可以部分地去除第一绝缘层170和第二绝缘层180,使得可以在位线结构305下方保留第一绝缘图案175和第二绝缘图案185。顺序地堆叠在位线结构305下方的第一绝缘图案175、第二绝缘图案185和第三绝缘图案195可以形成绝缘图案结构。

参照图11,可以在第一盖图案295和第二盖图案298的上表面、第二间隔件340的外侧壁、第四绝缘图案320和第五绝缘图案330的上表面的部分以及第一有源图案105、隔离图案110和第一栅极掩模150的被第二开口350暴露的上表面上形成第三间隔件层,可以在第三间隔件层上形成覆盖基底100的第三区域III的第三掩模(未示出),并且可以对第三间隔件层进行各向异性蚀刻以形成覆盖位线结构305的侧壁的第三间隔件375。

第三间隔件层可以包括例如氮化硅的氮化物,并且可以与第二盖图案298合并。此外,第三掩模可以包括相对于第三间隔件层具有蚀刻选择性的材料,例如,光致抗蚀剂图案。

在基底100的第二区域II上从位线结构305的侧壁沿基本平行于基底100的上表面的水平方向顺序地堆叠的第一间隔件315、第二间隔件340和第三间隔件375可以被称为预备间隔件结构。

可以通过例如灰化工艺和/或剥离工艺去除第三掩模,并且可以通过蚀刻工艺去除第一有源图案105的上部以形成连接到第二开口350的第四凹部390。

可以形成下接触插塞层400以填充基底100的第二区域II上的第二开口350和第四凹部390,并且可以对下接触插塞层400进行平坦化直到可以暴露第一盖图案295和第二盖图案298的上表面为止。

在示例实施例中,下接触插塞层400可以在第二方向上纵向地延伸,并且多个下接触插塞层400可以形成为在第一方向上被位线结构305彼此间隔开。

参照图12和图13,可以在第一盖图案295和下接触插塞层400上形成包括第三开口的第四掩模(未示出),每个第三开口可以在基底100的第二区域II上在第一方向上延伸并且在第二方向上彼此间隔开,并且可以使用第四掩模作为蚀刻掩模对下接触插塞层400进行蚀刻。

在示例实施例中,每个第三开口可以在基本垂直于基底100的上表面的竖直方向上与第一栅极结构160叠置。通过蚀刻工艺,可以形成第四开口以在基底100的第二区域II上暴露第一栅极结构160的第一栅极掩模150的位于位线结构305之间的上表面。

在去除第四掩模之后,可以在基底100的第二区域II上形成第三盖图案410以填充第四开口。第三盖图案410可以包括例如氮化硅的氮化物。在示例实施例中,第三盖图案410可以在位线结构305之间在第一方向上延伸,并且可以在第二方向上形成多个第三盖图案410。

因此,在位线结构305之间在第二方向上延伸的下接触插塞层400可以在基底100的第二区域II上被第三盖图案410划分为在第二方向上彼此间隔开的多个下接触插塞405。

参照图14,可以去除下接触插塞405的上部以暴露位线结构305的侧壁上的预备间隔件结构的上部,并且可以去除暴露的预备间隔件结构的第二间隔件340和第三间隔件375的上部。

可以进一步去除下接触插塞405的上部。因此,下接触插塞405的上表面可以位于比第二间隔件340和第三间隔件375的最上表面低的竖直水平处。

可以在位线结构305、预备间隔件结构、第二盖图案298和第三盖图案410以及下接触插塞405上形成第四间隔件层,并且可以对第四间隔件层进行各向异性地蚀刻,从而可以形成第四间隔件425以覆盖位于位线结构305的在第一方向上的相对侧壁中的每个侧壁上的第一间隔件315、第二间隔件340和第三间隔件375,并且可以暴露下接触插塞405的上表面。

可以在下接触插塞405的暴露的上表面上形成金属硅化物图案435。金属硅化物图案435的上表面可以位于比第二间隔件340和第三间隔件375的最上表面低的竖直水平处。在示例实施例中,可以通过以下方式形成金属硅化物图案435:在第一盖图案295、第二盖图案298和第三盖图案410、第四间隔件425以及下接触插塞405上形成第二金属层,对第二金属层进行热处理,并且去除第二金属层的未反应部分。金属硅化物图案435可以包括例如硅化钴、硅化镍、硅化钛等。

参照图15,可以在第一盖图案295、第二盖图案298和第三盖图案410、金属硅化物图案435以及下接触插塞405上形成第一牺牲层,可以对第一牺牲层进行平坦化直到可以暴露第一盖图案295、第二盖图案298和第三盖图案410的上表面为止,并且可以在基底100的第三区域III上形成第一孔。

第一牺牲层可以包括例如硬掩模上硅(SOH)、无定形碳层(ACL)等。

第一孔可以竖直地延伸穿过第二盖图案298和第一绝缘夹层图案640,以暴露位于基底100的第三区域III上的源极/漏极层109的上表面。

在去除第一牺牲层之后,可以在第一盖图案295、第二盖图案298和第三盖图案410、第一间隔件315、第二间隔件340、第三间隔件375和第四间隔件425、金属硅化物图案435、下接触插塞405以及源极/漏极层109上形成上接触插塞层450,并且可以对上接触插塞层450进行平坦化。

在示例实施例中,上接触插塞层450的上表面可以位于比第一盖图案295、第二盖图案298和第三盖图案410的上表面高的竖直水平处。

参照图16,可以在基底100的第二区域II上形成第二孔470,并且可以在基底100的第三区域III上对上接触插塞层450进行图案化。

可以通过去除上接触插塞层450的上部、第一盖图案295的上部以及第一间隔件315、第三间隔件375和第四间隔件425的上部来形成第二孔470。第二孔470可以暴露第二间隔件340的上表面。

当形成第二孔470时,在基底100的第二区域II上,上接触插塞层450可以被划分为多个上接触插塞455。在示例实施例中,多个上接触插塞455可以沿第一方向和第二方向形成,并且可以在平面图中以蜂窝图案布置。每个上接触插塞455在平面图中可以具有圆形、椭圆形或多边形的形状。

顺序地堆叠在基底100的第二区域II上的下接触插塞405、金属硅化物图案435和上接触插塞455可以形成接触插塞结构。

可以在基底100的第三区域III上对上接触插塞层450进行图案化以形成第一接触插塞458,第一接触插塞458可以电连接到源极/漏极层109。

可以去除暴露的第二间隔件340以形成连接到第二孔470的空气间隙345。可以通过例如湿蚀刻工艺去除第二间隔件340。

在示例实施例中,不仅可以去除第二间隔件340的被第二孔470直接暴露的部分,而且可以去除第二间隔件340的在水平方向上与其直接暴露的部分平行的其它部分。例如,除了第二间隔件340的被第二孔470暴露而不被上接触插塞455覆盖的部分之外,还可以去除第二间隔件340的在第二方向上与所述暴露部分相邻以被第三盖图案410覆盖的部分以及第二间隔件340的在第二方向上与所述暴露部分相邻以被上接触插塞455覆盖的部分。

可以顺序地堆叠第二绝缘夹层480和第三绝缘夹层490以填充基底100的第二区域II上的第二孔470以及基底100的第三区域III上的第一接触插塞458之间的空间。也可以在第三盖图案410上顺序地堆叠第二绝缘夹层480和第三绝缘夹层490。

第二绝缘夹层480可以包括具有低间隙填充特性的材料,因此可以不填充第二孔470下方的空气间隙345。空气间隙345也可以被称为空气间隔件345,并且可以与第一间隔件315、第三间隔件375和第四间隔件425一起形成间隔件结构。例如,空气间隙345可以是包括空气的间隔件。如在此所论述的术语“空气”可以指大气空气或可以在制造工艺期间存在的其它气体。

参照图17和图18,可以形成电容器540以使电容器540接触上接触插塞455的上表面。

具体地,可以在上接触插塞455、第二绝缘夹层480、第三绝缘夹层490和第一接触插塞458上顺序地形成第一蚀刻停止层500和模制层(未示出),并且可以对第一蚀刻停止层500和模制层进行部分地蚀刻以形成部分地暴露上接触插塞455的上表面的第五开口。

可以在第五开口的侧壁、上接触插塞455的暴露的上表面和模制层上形成下电极层(未示出),并且可以在下电极层上形成第二牺牲层(未示出)以填充第五开口。可以对下电极层和第二牺牲层进行平坦化直到可以暴露模制层的上表面为止,以划分下电极层。可以通过例如湿蚀刻工艺去除第二牺牲层和模制层,因此可以在上接触插塞455的暴露的上表面上形成(在平面图中)具有圆柱形状的下电极510。可选地,下电极510可以具有填充第五开口的柱形状。

可以在下电极510和第一蚀刻停止层500的表面上形成介电层520,并且可以在介电层520上形成上电极530,从而可以形成包括下电极510、介电层520和上电极530的电容器540。

可以形成第四绝缘夹层550以覆盖电容器540。可以在基底100的第二区域II和第三区域III上形成第四绝缘夹层550。第四绝缘夹层550可以包括例如氧化硅的氧化物。

如上面所提及的,在下文中,假设基底100的第三区域III上的元件也已经形成在基底100的第四区域IV上,并且将示出可以形成在基底100的第二区域II、第三区域III和第四区域IV上的结构。

参照图19,可以在第四绝缘夹层550上形成第五绝缘夹层700。可以形成第二接触插塞712以竖直延伸穿过第四绝缘夹层550和第五绝缘夹层700而接触基底100的第二区域II上的电容器540,可以形成第三接触插塞714以竖直延伸穿过第四绝缘夹层550和第五绝缘夹层700而接触基底100的第三区域III上的第一接触插塞458,并且可以形成第四接触插塞716以竖直延伸穿过第四绝缘夹层550和第五绝缘夹层700而接触基底100的第四区域IV上的第一接触插塞458。第五绝缘夹层700可以包括例如原硅酸四乙酯(TEOS)的氧化硅。

可以在第五绝缘夹层700以及第二接触插塞712、第三接触插塞714和第四接触插塞716上形成第六绝缘夹层720,并且可以形成第一布线722、第二布线724和第三布线726以竖直地延伸穿过第六绝缘夹层720而分别接触第二接触插塞712、第三接触插塞714和第四接触插塞716。

可以在第六绝缘夹层720以及第一布线722、第二布线724和第三布线726上顺序地形成第二蚀刻停止层730和第七绝缘夹层740。可以形成第一过孔751、第二过孔753和第三过孔755以竖直地延伸穿过第七绝缘夹层740的下部和第二蚀刻停止层730而分别接触第一布线722、第二布线724和第三布线726,并且可以形成第四布线752、第五布线754和第六布线756以延伸穿过第七绝缘夹层740的上部而分别接触第一过孔751、第二过孔753和第三过孔755。在示例实施例中,第一过孔751、第二过孔753和第三过孔755以及第四布线752、第五布线754和第六布线756可以通过双镶嵌工艺同时形成,然而,发明构思可以不限于此,并且可以均通过单镶嵌工艺独立地形成。

可以在第七绝缘夹层740以及第四布线752、第五布线754和第六布线756上顺序地形成第三蚀刻停止层760和第八绝缘夹层770。可以形成第四过孔781、第五过孔783和第六过孔785以竖直地延伸穿过第八绝缘夹层770的下部和第三蚀刻停止层760而分别接触第四布线752、第五布线754和第六布线756,并且可以形成第七布线782、第八布线784和第九布线786以延伸穿过第八绝缘夹层770的上部而分别接触第四过孔781、第五过孔783和第六过孔785。

可以在第八绝缘夹层770以及第七布线782、第八布线784和第九布线786上顺序地形成第四蚀刻停止层790和第九绝缘夹层800。可以形成第七过孔811、第八过孔813和第九过孔815以竖直地延伸穿过第四蚀刻停止层790和第九绝缘夹层800而分别接触第七布线782、第八布线784和第九布线786,并且可以在第九绝缘夹层800上形成第十布线822、第十一布线824和第十二布线826以分别接触第七过孔811、第八过孔813和第九过孔815。

在示例实施例中,第六绝缘夹层720、第七绝缘夹层740和第八绝缘夹层770中的每个绝缘夹层可以包括低k介电材料,例如,掺杂有氟或碳的氧化硅、多孔氧化硅(SiOCH)、旋涂有机聚合物、诸如HSSQ、MSSQ的无机聚合物等,第二蚀刻停止层730、第三蚀刻停止层760和第四蚀刻停止层790中的每个蚀刻停止层可以包括例如碳氮化硅(SiCN),第九绝缘夹层800可以包括例如TEOS的氧化物。在一些实施例中,第二蚀刻停止层730、第三蚀刻停止层760和第四蚀刻停止层790以及第六绝缘夹层720、第七绝缘夹层740和第八绝缘夹层770可以被称为绝缘夹层结构,并且第九绝缘夹层800可以包括其介电常数大于绝缘夹层结构的介电常数的材料。

图20是示出根据示例实施例的区域Z中的布线和过孔的布局的平面图。

进一步参照图19和图20,当在平面图中观看时,第三布线726、第六布线756和第九布线786中的每条布线以及第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815中的每个过孔可以具有在第二方向上纵向延伸的条形形状,并且其上的第十二布线826可以具有诸如矩形的多边形、圆形或椭圆形的形状。图20示出了具有矩形形状的第十二布线826。

如上所示,TEG、对准键等可以形成在基底100的第四区域IV上,TEG的垫(pad,或称为“焊盘”)可以形成在基底100的第四区域IV的区域Z上。可以形成在区域Z上的最高水平处的第十二布线826可以具有多边形形状或圆形形状,使得用于向TEG施加电压的探针可以容易地接触TEG。第十二布线826下方的第三布线726、第六布线756和第九布线786可以不直接接触探针,因此第三布线726、第六布线756和第九布线786可以不具有多边形形状或圆形形状,而是可以具有在第二方向上延伸的条形形状。

可以形成在第三布线726、第六布线756、第九布线786和第十二布线826之间的第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815中的每个过孔也可以具有在第二方向上延伸的条形形状。

在示例实施例中,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815可以在竖直方向上叠置,因此第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815可以形成在第二方向上和在竖直方向上延伸的第二导电结构。每个第二导电结构可以基本垂直于基底100的上表面。例如,当在剖面中观看时,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785中的每者的竖直中心轴可以在基本垂直于基底100的顶表面的方向上延伸。在一些实施例中,当在剖面中观看时,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785中的每者的竖直中心轴可以彼此基本对准。

在一些实施例中,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785可以被称为导电结构。例如,形成在划道区域的与基底100的第一边缘E1(见图26)相邻的部分上的每个导电结构可以包括第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785。每个第九过孔815可以形成为延伸穿过第九绝缘夹层800以接触包括第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785的导电结构中的对应导电结构,并且第十二布线826可以公共地接触第九过孔815的上表面而形成在第九绝缘夹层800和第九过孔815的上表面上。

当在平面图中观看时,第三布线726、第六布线756、第九布线786和第十二布线826中的每条布线可以具有比第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815中的每个过孔的面积大的面积;然而,发明构思可以不限于此。

图21和图22是示出根据示例实施例的布线和过孔的布局的平面图。

参照图21,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815中的每者可以具有在第二方向上延伸的网状结构。

网状结构可以包括通过第二延伸部分彼此连接的第一延伸部分,每个第一延伸部分可以在第二方向上纵向延伸,,每个第二延伸部分可以在第一方向上纵向延伸,并且在第一方向上,材料不会穿过网状结构从网状结构的一侧移动到其另一侧。

参照图22,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815中的一些可以具有在第二方向上延伸的条形形状,而第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755、第六过孔785和第九过孔815中的其它可以具有在第二方向上延伸的网状结构。图22示出了在第一方向上位于两端处的布线和过孔中的每者具有条形形状,而位于中间的布线和过孔中的每者具有网状结构。

参照图23,可以在第十布线822、第十一布线824和第十二布线826以及第九绝缘夹层800上形成第一保护层结构,并且可以形成第十过孔860以竖直地延伸穿过第一保护层结构而接触第十布线822、第十一布线824和第十二布线826。可以在第一保护层上形成再分布层870,并且再分布层870可以接触第十过孔860的上表面。

在示例实施例中,第一保护层结构可以包括顺序地堆叠的第一氧化物层830、氮化物层840和第二氧化物层850。再分布层870可以接触第二氧化物层850的顶表面。

可以在基底100的第二区域II和第三区域III上形成再分布层870,并且可以仅在基底100的第四区域IV的边缘部分上形成再分布层870。再分布层870可以包括例如顺序地堆叠的种子层(seed layer)和第三金属层。种子层可以包括例如铜、钌、镍、金、钨等的金属,并且可以通过例如物理气相沉积(PVD)形成种子层。可以通过使用镀覆溶液的镀覆工艺形成第三金属层,镀覆溶液包括含有金属离子(例如,铜离子、钌离子、镍离子、金离子、钨离子等)的电解质溶液。

参照图24,可以在再分布层870和第二氧化物层850上形成第二保护层880,并且可以去除第二保护层880的位于基底100的第四区域IV上的部分以及位于第二保护层880下方的第一保护层结构的一部分,以形成暴露第十二布线826的上表面的第六开口890。

第二保护层880可以包括例如聚酰亚胺的光敏有机材料,因此可以包括热固性有机聚合物和光敏材料。在示例实施例中,可以通过旋涂工艺形成第二保护层880,并且可以通过热处理固化第二保护层880。

通过以上工艺可以在基底100的第一区域I上分别形成半导体芯片。

参照图25,可以执行切割工艺或切片工艺,使得分别在基底100的第一区域I上的半导体芯片可以彼此间隔开,因此可以在基底100的第四区域IV上形成第七开口900。

切割工艺可以包括例如激光切割工艺、刀片切割工艺等,并且还可以在切割工艺之前或之后执行用于去除基底100的背侧部分的研磨工艺。

在示例实施例中,在基底100的第四区域IV上,通过切割工艺形成的第七开口900可以形成在沿第一方向相邻的第二导电结构之间,每个第二导电结构可以在第二方向上延伸。因此,由切割工艺产生的冲击可以被第二导电结构吸收而不向外扩散。

具体地,当执行切割工艺时,切割力在第六绝缘夹层720、第七绝缘夹层740和第八绝缘夹层770中不会在竖直方向上扩散而会在水平方向上扩散,第六绝缘夹层720、第七绝缘夹层740和第八绝缘夹层770在包括相对硬的材料的第五绝缘夹层700和第九绝缘夹层800之间包括可以是相对软的的低k介电材料。然而,在示例实施例中,第六绝缘夹层720、第七绝缘夹层740和第八绝缘夹层770中的第二导电结构可以在竖直方向和第二方向上延伸,因此第七开口900可以由第二导电结构引导,以沿竖直方向形成在第二导电结构之间。

此外,不像在基底100的第一区域I上那样,在第十二布线826的形成有第七开口900的部分上可以不保留第一保护层结构,因此切割力的冲击可以不通过第一保护层结构朝向基底100的第一区域I扩散。

因此,在基底100的第四区域IV上的切割工艺期间,可以使向基底100的第一区域I的冲击扩散最小化,因此基底100的第一区域I上的半导体芯片可以具有改善的特性,这在图26和图27中示出。

图26是示出根据示例实施例的半导体器件的平面图,图27包括沿对应平面图的区域Y和区域Z的线A-A'、线C-C'和线D-D'截取的剖面。

参照图26、图27和图20,基底100的围绕基底100的第一区域I的第四区域IV可以包括在第一方向上彼此相对的第一边缘E1和在第二方向上彼此相对的第二边缘E2,每个第一边缘E1可以在第二方向上延伸,每个第二边缘E2可以在第一方向上延伸。如果第一方向和第二方向彼此基本垂直,则基底100的第四区域IV的外轮廓可以具有矩形形状。可选地,如果第一方向和第二方向彼此不垂直,则基底100的第四区域IV的外轮廓可以具有平行四边形的形状。

TEG的一部分可以保留在基底100的第四区域IV上,具体地,TEG的垫的至少一部分可以保留在与第一边缘E1相邻的区域Z的一部分上。

TEG的垫可以包括具有在竖直方向上顺序地堆叠的第三布线726、第三过孔755、第六布线756、第六过孔785、第九布线786和第九过孔815的第二导电结构以及公共地接触多个第二导电结构的上表面的第十二布线826。

在示例实施例中,第二导电结构可以在基本平行于第一边缘E1的延伸方向的方向(即,第二方向)上延伸,并且多个第二导电结构可以形成为在第一方向上彼此间隔开。包括在第二导电结构中的第三布线726、第三过孔755、第六布线756、第六过孔785和第九布线786可以形成在包括低k介电材料的第六绝缘夹层720、第七绝缘夹层740和第八绝缘夹层770中,而包括在第二导电结构中的第九过孔815可以形成在包括例如TEOS的氧化硅的第九绝缘夹层800中。

到目前为止,已经主要示出了基底100的围绕基底100的第一区域I的第四区域IV中的与第一边缘E1相邻的区域Z上的结构,然而,类似的结构也可以形成在基底100的第四区域IV中的与第二边缘E2相邻的区域(例如,区域W)上。

例如,在与第二边缘E2相邻地形成的区域W中,可以形成第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785,并且可以将其称为导电结构。例如,形成在基底100的划道区域的与第二边缘E2相邻的部分上的每个导电结构可以包括第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785。每个导电结构可以基本垂直于基底100的上表面。例如,当在剖面中观看时,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785中的每者的竖直中心轴可以在基本垂直于基底100的顶表面的方向上延伸。在一些实施例中,当在剖面中观看时,第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785中的每者的竖直中心轴可以彼此基本对准。每个第九过孔815可以形成为延伸穿过第九绝缘夹层800以与包括第三布线726、第六布线756和第九布线786以及第三过孔755和第六过孔785的导电结构中的对应导电结构接触,而第十二布线826可以公共地接触第九过孔815的上表面而形成在第九绝缘夹层800的上表面和第九过孔815的上表面上。

具体地,在区域W的示例中,第七开口900可以形成为在与第二边缘E2的延伸方向基本平行的方向上延伸。例如,通过切割工艺或切片工艺,第七开口900可以形成为在第二导电结构之间在第一方向上延伸,每个第二导电结构可以在第一方向上延伸。因此,切割工艺可以由在第一方向上延伸的第二导电结构引导,因此可以不在水平方向上而是在竖直方向上形成第七开口900。因此,由切割工艺产生的冲击可以被第二导电结构阻挡以不扩散到半导体芯片的内部。

尽管已经参照本发明构思的示例实施例示出并描述了本发明构思,但是本领域普通技术人员将理解的是,在不脱离如由权利要求所阐述的本发明构思的精神和范围的情况下,可以对其做出形式和细节上的各种改变。

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