專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法和利用這種方法獲得的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該半導(dǎo)體器件具有半導(dǎo)體主體和襯底且包括至少一個半導(dǎo)體元件，半導(dǎo)體器件裝配有至少一個連接區(qū)和上覆的帶狀連接導(dǎo)體，該連接導(dǎo)體與連接區(qū)連接，連接區(qū)和連接導(dǎo)體都凹進(jìn)了電介質(zhì)中，且在將形成連接區(qū)的位置處的半導(dǎo)體主體上提供了第一材料的電介質(zhì)區(qū)，在其之后用與第一材料不同的第二材料的電介質(zhì)層涂敷電介質(zhì)區(qū)，在將形成帶狀連接導(dǎo)體的位置提供了具有帶狀凹槽的電介質(zhì)層，從投影的角度看，帶狀凹槽與電介質(zhì)區(qū)交迭且延伸到所述區(qū)域上，且在形成凹槽和除去電介質(zhì)區(qū)后，在通過除去電介質(zhì)區(qū)獲得的空間中通過淀積導(dǎo)電材料形成連接區(qū)，且通過在凹槽中淀積導(dǎo)電材料形成連接導(dǎo)體。這種方法特別適合用于制造更復(fù)雜的半導(dǎo)體器件，其中由所謂的多級或多層技術(shù)制成。根據(jù)所述技術(shù)，形成了連接區(qū)和位于所述連接區(qū)上方且連接所述連接區(qū)的帶狀連接導(dǎo)體，連接區(qū)還稱作為通孔，帶狀連接導(dǎo)體還稱作為溝槽，它們兩個都凹進(jìn)電介質(zhì)中。
從2000年3月7日公開的美國專利說明書US6,033,977中獲知了這種方法。在所述文獻(xiàn)中，給出了如下說明，裝配有襯底的半導(dǎo)體主體如何在將形成連接區(qū)的位置提供第一材料的電介質(zhì)區(qū)，以及在其上如何淀積與第一材料不同的第二材料的電介質(zhì)層，凹槽在帶狀導(dǎo)體位置處形成在所述電介質(zhì)層中，且延伸直至電介質(zhì)區(qū)并與所述區(qū)域交迭。在利用光刻和蝕刻形成凹槽之后，利用蝕刻除去了電介質(zhì)區(qū)。接下來，通過在電介質(zhì)區(qū)以前所處的開口空間和凹槽中提供導(dǎo)體來形成連接區(qū)和連接導(dǎo)體。
已知方法的缺點(diǎn)在于，方法相對復(fù)雜，因?yàn)樗ㄔS多步驟。另外，有時希望留下所獲得器件的平面性。由于該方法通常由CMP(＝化學(xué)機(jī)械拋光)工藝和/或進(jìn)一步的光刻和蝕刻步驟完成，且因?yàn)橐恢圃斓钠骷脑絹碓叫。院苤匾氖?，具有連接區(qū)和帶狀連接導(dǎo)體的器件盡可能的平坦。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在開頭段中提到的類型的方法，其不很復(fù)雜且產(chǎn)生了盡可能平坦的器件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，在開頭段中提到的類型的方法特征在于，對于第一材料由有機(jī)材料制成，對于第二材料由具有比有機(jī)材料的分解溫度更高的分解溫度的材料制成，且通過在高于有機(jī)材料的分解溫度且在第二材料的分解溫度以下的溫度對它加熱來除去電介質(zhì)區(qū)。本發(fā)明主要基于如下認(rèn)識，對于電介質(zhì)區(qū)選擇有機(jī)材料能夠利用加熱除去該區(qū)域。這是比蝕刻工藝簡單的工藝步驟。另外，在某些變形中，該工藝步驟可以與另外的加熱步驟結(jié)合，總之其自身是有必要的，其結(jié)果可以有效地節(jié)省一個工藝步驟。本發(fā)明還基于如下認(rèn)識，可以獲得這些優(yōu)點(diǎn)，特別地，如果電介質(zhì)層的材料是液態(tài)材料，在其被淀積了之后，在隨后的加熱步驟使液態(tài)材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)材料。最后，本發(fā)明以如下認(rèn)識為基礎(chǔ)，以液態(tài)涂敷的電介質(zhì)層所使用的材料產(chǎn)生了特別平坦的結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)本發(fā)明方法的第一實(shí)施例中，使用光致抗蝕劑作為第一材料，且使用比光致抗蝕劑的分解溫度高的電介質(zhì)樹脂作為第二材料。
通常這種電介質(zhì)樹脂是利用所謂的旋涂工藝涂敷到器件上的液體?？蛇x地，可以使用光致抗蝕劑作為電介質(zhì)樹脂，在該情況下還簡化了凹槽的形成。合適的樹脂是如由Dow Chemical Company市場出售的、商品名稱為SILK的多孔樹脂。這種材料可具有例如450攝氏度以上的高的熱穩(wěn)定性。可用于電介質(zhì)區(qū)的普通光致抗蝕劑通常具有很低的熱穩(wěn)定性，例如200至300攝氏度。結(jié)果，電介質(zhì)區(qū)的材料被分解和汽化了，而電介質(zhì)層的材料仍保持穩(wěn)定。電介質(zhì)區(qū)分解的結(jié)果所形成的氣體會排出電介質(zhì)層。
然而，不必在電介質(zhì)層中形成凹槽之前使電介質(zhì)區(qū)汽化。如果在形成了凹槽之后使電介質(zhì)區(qū)汽化，則可以更容易地排出氣體。
在另一實(shí)施例中，使用光致抗蝕劑作為第一材料，且使用液態(tài)玻璃作為第二材料，通過加熱使液態(tài)氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)玻璃。這種材料具有很高的分解溫度，且為了被轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)玻璃，它必須在高到使大部分有機(jī)材料分解且被汽化的溫度下進(jìn)行熱處理。因此，在該情況下，事實(shí)上選擇合適的電介質(zhì)區(qū)材料就能夠?qū)崿F(xiàn)整個工藝步驟，即，在不需要任何附加步驟的條件下，與已知方法相比可以不用對電介質(zhì)區(qū)蝕刻。合適的玻璃是硅酸鹽玻璃或磷硅酸鹽玻璃，如由Honeywell ElectronicMaterials在市場出售的、商品名稱為ACCUSPIN或ACCUGLASS的那些。
由以上得出結(jié)論，在該變形中優(yōu)選在半導(dǎo)體主體的熱處理期間除去電介質(zhì)區(qū)，其中液態(tài)玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)玻璃。在該情況下，節(jié)省了整個(蝕刻)工藝步驟。由以上得出結(jié)論，利用旋涂/離心法工藝將液態(tài)的第一材料以及第二材料涂敷到半導(dǎo)體主體上。依靠它，如果第一材料是光致抗蝕劑，則可以容易地形成電介質(zhì)區(qū)。而且獲得的器件的平面性增加了且由此使其改善了。
在有利的變型中，通過涂敷另外的電介質(zhì)層來形成電介質(zhì)區(qū)，在另外的電介質(zhì)層上方提供了掩模，利用蝕刻除去在掩模外面的電介質(zhì)層，且在淀積后，用掩模覆蓋電介質(zhì)層，掩模在將形成凹槽的位置提供有一個孔，在其之后利用蝕刻形成凹槽。另外的電介質(zhì)層優(yōu)選是光致抗蝕劑，且蝕刻工藝由顯影步驟組成。
優(yōu)選地，在除去電介質(zhì)區(qū)和形成凹槽之后，且在淀積導(dǎo)電材料之前，清洗半導(dǎo)體主體。結(jié)果，立刻除去了汽化的電介質(zhì)區(qū)的所有固態(tài)的有機(jī)殘余物。發(fā)現(xiàn)，可以利用氧等離子體適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行這種清洗操作。
在另一變型中，使用銅作為導(dǎo)電材料，且在淀積銅之前，在將形成連接區(qū)的位置淀積導(dǎo)電層，導(dǎo)電層形成對銅的阻擋層。由于其良好的電傳導(dǎo)性和熱傳導(dǎo)性，所以銅是用于通孔和溝槽的特別適合的材料。通過利用銅阻擋層使銅與其余的半導(dǎo)體主體分隔開，排除了銅對半導(dǎo)體主體的沾污。對于阻擋層，合適的導(dǎo)電材料是TaN(氮化鉭)。優(yōu)選地，利用物理汽相淀積工藝涂敷導(dǎo)電層，且利用電鍍工藝提供銅。
本發(fā)明還包括利用根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的半導(dǎo)體器件。這種器件可包括最小尺寸且可以很小的集成電路。
將參考下文描述的實(shí)施例闡明本發(fā)明的這些和其它方面且是顯而易見的。
在圖中

圖1至7是利用根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施例，在連續(xù)階段制造時與半導(dǎo)體器件的厚度方向垂直角度的剖面簡圖。
沒有按比例和尺寸繪制各圖，且為了清楚起見放大了一些尺度，如厚度方向上的尺度。盡可能利用相同的參考標(biāo)記來表示不同圖中的相應(yīng)區(qū)域或部分。
圖1至7是利用根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施例，在連續(xù)階段制造時與半導(dǎo)體器件的厚度方向垂直角度的剖面簡圖。在器件10制造時使用的基底由具有襯底2的半導(dǎo)體主體1制成(參見圖1)，這里由硅制成，其中形成了半導(dǎo)體元件3，如在該情況下為二極管。清楚的是，標(biāo)記為3的區(qū)域還可以是晶體管的一部分，如其源區(qū)或漏區(qū)?？蛇x地，所述的區(qū)域3可以是導(dǎo)電區(qū)，該導(dǎo)電區(qū)連接到形成二極管或晶體管的一部分的半導(dǎo)體區(qū)上，或與延伸到區(qū)域3下面的導(dǎo)體軌連接。然后將193nm厚的光致抗蝕劑66旋涂到半導(dǎo)體主體1上，光致抗蝕劑在100和150攝氏度之間范圍內(nèi)的溫度下固化。然后在抗蝕劑層66上提供掩模30。在該情況下，所述的掩模是提供在玻璃板(未示出)上的金屬點(diǎn)(metal spot)30。
隨后，(參見圖2)暴露出抗蝕劑層66并對其顯影，該工藝中除去了位于掩模30外面的部分抗蝕劑66。在該例中電介質(zhì)區(qū)6為圓形，其直徑為150nm，且高為300nm。
接下來(參見圖3)，在器件10上面提供電介質(zhì)層7，在該情況下，通過利用離心法步驟將SOG(＝玻璃上旋涂)層7涂敷到表面上。對于層7，選擇的厚度優(yōu)選是電介質(zhì)區(qū)6的厚度的兩倍，在此厚度為600nm。
隨后(參見圖4)，在爐子中在400攝氏度的溫度下加熱器件10。在所述工藝中，一方面，液態(tài)的SOG玻璃轉(zhuǎn)換成固態(tài)玻璃，而另一方面，電介質(zhì)區(qū)6分解且被汽化，使得在電介質(zhì)層7中在電介質(zhì)區(qū)6所處的位置處形成空腔6A。
接下來(參見圖5)，光致抗蝕劑層40涂敷到電介質(zhì)層7上，且利用光刻提供有所希望的圖案。掩模40中的帶狀孔徑的寬度在此選擇為200nm。這大于空腔6A的直徑，空腔6A的直徑為150nm。這具有如下優(yōu)點(diǎn)，將形成的溝槽5具有低電阻，且可以更容易地與區(qū)域6對準(zhǔn)。
隨后(參見圖6)，利用干法/等離子體蝕刻工藝在電介質(zhì)層7中蝕刻凹槽7A。凹槽7A一旦與電介質(zhì)層7中的空腔6A連接就停止蝕刻工藝。然后優(yōu)選清洗器件10，以從空腔6A中除去電介質(zhì)層6的任何殘余物。在該情況下，對于清洗操作由氧等離子體進(jìn)行。
接下來(參見圖7)，利用濺射在空腔6A的底部淀積導(dǎo)電層60。對于層60所選擇的材料是TaN，其不能或至少基本上不能滲透銅。選擇層60的厚度為25nm。隨后，利用電鍍工藝用銅填充空腔6A和凹槽7A。以該方式，形成了所謂通孔形式的連接區(qū)4和所謂溝槽形式的帶狀導(dǎo)體5，使得它們凹進(jìn)電介質(zhì)層7中，帶狀導(dǎo)體5與連接區(qū)4電連接。
現(xiàn)在該方法可以以常規(guī)的方式繼續(xù)，直至完全地完成了器件10。在所述方法中的常規(guī)工藝步驟是CMP工藝和與提供另外的連接區(qū)和導(dǎo)體連接的可能工藝步驟，另外的連接區(qū)和導(dǎo)體都凹進(jìn)電介質(zhì)中，之后是CMP工藝。接下來，例如，提供其中形成了孔徑的氮化硅層，其中淀積了連接金屬，如鋁。在圖中未示出該段中提到的步驟。最后，可以利用分離工藝如鋸切法獲得單個的器件10。
本發(fā)明不局限于上文描述的實(shí)例，因?yàn)樵诒景l(fā)明的范圍內(nèi)，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進(jìn)行許多變化和修改。例如，可以制造具有不同幾何圖形和/或不同尺寸的器件。代替Si襯底，可以由玻璃、陶瓷或合成樹脂襯底制成。半導(dǎo)體主體則可以由所謂的SOI(＝絕緣體上硅)形成。在該情況下，任選地可以由所謂的襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)制成。
還注意到，如果使用上述的SILK作為電介質(zhì)層的材料，則在該材料中所希望的凹槽也可以利用蝕刻形成。RIE(＝反應(yīng)性離子蝕刻)技術(shù)證明是適合于此目的的技術(shù)。在該情況下，代替使用氧等離子體來進(jìn)行所述的清洗操作，例如，優(yōu)選進(jìn)行所謂的氬濺射工藝。如果有必要，尤其是可以選擇銅阻擋層的淀積溫度比在SOG電介質(zhì)層的情況下所使用的溫度低，以阻止SILK材料分解。
此外，再一次注意到，該器件可包括另外的有源和無源半導(dǎo)體元件或電子組件，如大量的二極管和/或晶體管以及電阻器和/或電容器，不論是否為集成電路的形式。當(dāng)然該制造有效地適應(yīng)于此。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該半導(dǎo)體器件具有半導(dǎo)體主體和襯底，且包括至少一個半導(dǎo)體元件，其半導(dǎo)體器件裝配有至少一個連接區(qū)和上覆的帶狀連接導(dǎo)體，該連接導(dǎo)體連接到連接區(qū)，連接區(qū)和連接導(dǎo)體都凹進(jìn)電介質(zhì)中，且在將形成連接區(qū)的位置處的半導(dǎo)體主體上提供第一材料的電介質(zhì)區(qū)，之后用與第一材料不同的第二材料的電介質(zhì)層涂敷電介質(zhì)區(qū)，在將形成帶狀連接導(dǎo)體的位置處提供具有帶狀凹槽的電介質(zhì)層，從投影的角度看，帶狀凹槽與電介質(zhì)區(qū)交迭且延伸到所述電介質(zhì)區(qū)上，且在形成凹槽和除去電介質(zhì)區(qū)之后，通過在除去電介質(zhì)區(qū)獲得的空間中淀積導(dǎo)電材料來形成連接區(qū)，且通過在凹槽中淀積導(dǎo)電材料來形成連接導(dǎo)體，其特征在于第一材料由有機(jī)材料制成，第二材料由具有比該有機(jī)材料的分解溫度更高的分解溫度的材料制成，且通過在高于該有機(jī)材料的分解溫度且在低于第二材料的分解溫度的溫度下對電介質(zhì)區(qū)加熱除來除去電介質(zhì)區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所要求的方法，其特征在于使用光致抗蝕劑作為第一材料，且使用具有比該光致抗蝕劑的分解溫度更高的分解溫度的電介質(zhì)樹脂作為第二材料。
3.如權(quán)利要求1所要求的方法，其特征在于使用光致抗蝕劑作為第一材料，且使用液態(tài)玻璃作為第二材料，通過加熱將液態(tài)玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)玻璃。
4.如權(quán)利要求2所要求的方法，其特征在于在半導(dǎo)體主體的熱處理期間除去電介質(zhì)區(qū)，其中液態(tài)玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)玻璃。
5.如前述權(quán)利要求中任何一個所要求的方法，其特征在于利用離心法工藝將液態(tài)的第一材料以及第二材料涂敷到半導(dǎo)體主體上。
6.如前述權(quán)利要求中任何一個所要求的方法，其特征在于通過涂其另外的電介質(zhì)層來形成電介質(zhì)區(qū)，在該另外的電介質(zhì)層上提供掩模，利用蝕刻除去在掩模外面的所述另外的電介質(zhì)層，且在淀積后，用掩模覆蓋該電介質(zhì)層，在將形成凹槽的位置處對掩模提供有一個孔徑，之后利用蝕刻形成凹槽。
7.如前述權(quán)利要求中任何一個所要求的方法，其特征在于在除去電介質(zhì)區(qū)和形成凹槽之后，且在淀積導(dǎo)電材料之前，清洗半導(dǎo)體主體。
8.如前述權(quán)利要求中任何一個所要求的方法，其特征在于使用銅作為導(dǎo)電材料，且在淀積銅之前，在將形成連接區(qū)的位置處淀積導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層形成對銅的阻擋層。
9.如權(quán)利要求8所要求的方法，其特征在于利用物理汽相淀積工藝涂敷導(dǎo)電層，且利用電鍍工藝提供銅。
10.一種利用前述權(quán)利要求中任何一個所要求的方法獲得的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件(10)的制造，該半導(dǎo)體器件(10)具有半導(dǎo)體主體(1)和襯底(2)且包括至少一個半導(dǎo)體元件(3)，該半導(dǎo)體器件裝配有至少一個連接區(qū)(4)和上覆的帶狀連接導(dǎo)體(5)，該連接導(dǎo)體連接到連接區(qū)，連接區(qū)和連接導(dǎo)體都凹進(jìn)電介質(zhì)中，且在將形成連接區(qū)(4)的位置處的半導(dǎo)體主體(1)上提供第一材料的電介質(zhì)區(qū)(6)，之后用與第一材料不同的第二材料的電介質(zhì)層(7)涂敷電介質(zhì)區(qū)(6)，在將形成帶狀連接導(dǎo)體(5)的位置處提供具有帶狀凹槽(7A)的電介質(zhì)層，帶狀凹槽(7A)與電介質(zhì)區(qū)(6)交迭且延伸到所述電介質(zhì)區(qū)上，且在形成凹槽(7A)和除去電介質(zhì)區(qū)(6)之后，通過在除去電介質(zhì)區(qū)(6)獲得的空腔(6A)中淀積導(dǎo)電材料來形成連接區(qū)(4)，且通過在凹槽(7A)中淀積導(dǎo)電材料來形成連接導(dǎo)體(5)。根據(jù)本發(fā)明，對于第一材料由有機(jī)材料制成，對于第二材料由具有比該有機(jī)材料的分解溫度更高的分解溫度的材料制成，且通過在高于該有機(jī)材料的分解溫度且在低于第二材料的分解溫度的溫度對電介質(zhì)區(qū)加熱除來除去電介質(zhì)區(qū)(6)。根據(jù)本發(fā)明的方法非常簡單，且由于對于第二材料最佳的選擇，可產(chǎn)生獲得高平面性的器件(10)。對于電介質(zhì)區(qū)(4)，優(yōu)選由光致抗蝕劑制成，且對于電介質(zhì)層(7)，優(yōu)選由液態(tài)材料如SILK或SOG材料制成，通過加熱將上述液態(tài)材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。
文檔編號H01L21/768GK1729563SQ200380106628
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者V·恩古延霍安格, D·J·格拉維斯泰恩, R·J·O·M·霍夫曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司