具有降低襯底翹曲的背面結(jié)構(gòu)的集成電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明通過(guò)形成在晶圓的反面上的結(jié)構(gòu)來(lái)改善深溝槽電容器引起的晶圓翹曲。反面上的結(jié)構(gòu)包括張力膜。張力膜可形成在晶圓的背面上的溝槽內(nèi)，這樣會(huì)增強(qiáng)其效果。在一些實(shí)施例中，使用晶圓形成3D-IC器件。在一些實(shí)施例中，3D-IC器件包括高電壓或高功率電路。本發(fā)明還公開(kāi)了具有降低襯底翹曲的背面結(jié)構(gòu)的集成電路。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有降低襯底翹曲的背面結(jié)構(gòu)的集成電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有降低襯底翹曲的背面結(jié)構(gòu)的集成電路。

【背景技術(shù)】
[0002]由于集成電路的發(fā)明，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在不斷尋找提高集成電路元件(晶體管、二極管、電阻器、電容器等)集成度的方法。在大部分情況下，密度的提高源自部件尺寸的減小，從而使更多的元件可形成在給定區(qū)域內(nèi)。雖然已經(jīng)取得這些進(jìn)步，然而這些元件仍留在基本的二維布局。雖然在二維布局的限制內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了密度的大幅度提高，但是卻很難實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的發(fā)展。
[0003]已經(jīng)創(chuàng)造三維集成電路(3D IC)來(lái)克服這些限制。在3D IC中，兩個(gè)或更多的半導(dǎo)體主體形成為垂直對(duì)準(zhǔn)且接合在一起，并且每一個(gè)半導(dǎo)體主體都包括集成電路。提高器件密度的另一種方法是通過(guò)各個(gè)晶圓上的垂直器件結(jié)構(gòu)。垂直結(jié)構(gòu)能夠大大降低集成電路(IC)器件所需的表面積。深溝槽電容器是一種已受關(guān)注的垂直器件結(jié)構(gòu)。深溝槽電容器可用于各種電容量，最顯著的是形成動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種集成電路器件，包括:
[0005]第一半導(dǎo)體襯底，具有正面和背面；
[0006]第一結(jié)構(gòu)，包括形成在所述正面上的深溝槽電容器，所述第一結(jié)構(gòu)包括向所述襯底施加壓應(yīng)力的張力材料；以及
[0007]第二結(jié)構(gòu)，形成在所述襯底的所述背面上，所述第二結(jié)構(gòu)包括向所述襯底施加壓應(yīng)力的張力材料；
[0008]其中，所述第二結(jié)構(gòu)包括選自由下列組成的組的結(jié)構(gòu):
[0009]厚度大于位于所述正面上的相同材料的任何膜的厚度的一層或多層張力膜；以及
[0010]填充所述襯底內(nèi)的溝槽的張力材料。
[0011]在可選實(shí)施例中，所述背面結(jié)構(gòu)未形成所述器件的電路的一部分。
[0012]在可選實(shí)施例中，所述背面結(jié)構(gòu)包括填充所述襯底內(nèi)的溝槽的張力材料。
[0013]在可選實(shí)施例中，所述背面上的用張力材料填充的溝槽和所述正面上的所述深溝槽電容器形成于其內(nèi)的溝槽具有與使用相同光刻掩模形成的兩組溝槽相一致的圖案。
[0014]在可選實(shí)施例中，所述背面上的溝槽的深度與所述正面上的溝槽的深度明顯不同。
[0015]在可選實(shí)施例中，所述背面結(jié)構(gòu)包括總厚度大于Iym的一個(gè)以上的涂層。
[0016]在可選實(shí)施例中，所述集成電路器件進(jìn)一步包括:一層或多層壓縮膜，形成在所述深溝槽電容器上方；其中，所述壓縮膜向所述襯底施加張應(yīng)力，所述張應(yīng)力的大小為由包括深溝槽電容器的結(jié)構(gòu)向所述襯底施加的壓縮力的至少20%。
[0017]在可選實(shí)施例中，所述集成電路器件進(jìn)一步包括:第二半導(dǎo)體襯底，在其上形成有電路；其中，所述器件是3D-1C器件。
[0018]在可選實(shí)施例中，所述集成電路器件還包括:形成在所述第二半導(dǎo)體襯底上的高電壓或高功率電路。
[0019]在可選實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體襯底的電路通過(guò)硅通孔連接至包括所述深溝槽電容器的電路。
[0020]在可選實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體襯底的電路通過(guò)晶圓與晶圓的接合連接至包括所述深溝槽電容器的電路。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種制造集成電路器件的方法，包括:
[0022]提供第一半導(dǎo)體晶圓；
[0023]在所述晶圓的正面上形成第一結(jié)構(gòu)，所述第一結(jié)構(gòu)包括深溝槽電容器；以及
[0024]在所述晶圓的背面上形成壓應(yīng)力誘導(dǎo)的第二結(jié)構(gòu)；
[0025]其中，所述第二結(jié)構(gòu)包括選自由下列組成的組的結(jié)構(gòu):
[0026]厚度大于所述正面上的相同材料的任何膜的厚度的一層或多層壓縮膜；以及
[0027]填充所述襯底內(nèi)的溝槽的張力材料。
[0028]在可選實(shí)施例中，形成的正面結(jié)構(gòu)和背面結(jié)構(gòu)中的第一結(jié)構(gòu)使得所述晶圓在一個(gè)方向上翹曲，而形成的所述正面結(jié)構(gòu)和所述背面結(jié)構(gòu)中的第二結(jié)構(gòu)使所述翹曲降低了至少一半。
[0029]在可選實(shí)施例中，在所述襯底的所述背面上形成所述壓應(yīng)力誘導(dǎo)的第二結(jié)構(gòu)包括在所述晶圓中形成溝槽，然后用張力材料填充所述溝槽。
[0030]在可選實(shí)施例中，形成所述深溝槽電容器包括使用光刻掩模的光刻工藝；以及，在所述背面上形成所述第二結(jié)構(gòu)包括使用相同的掩模蝕刻所述晶圓的所述背面中的溝槽。
[0031]在可選實(shí)施例中，選擇位于所述晶圓的背面上的溝槽的尺寸，以使所述晶圓的背面上的應(yīng)力和所述正面上的應(yīng)力平衡。
[0032]在可選實(shí)施例中，在所述晶圓的背面上形成所述壓應(yīng)力誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)包括形成總厚度大于Iym的一層或多層張力膜。
[0033]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:在所述晶圓的正面上的結(jié)構(gòu)上方形成一層或多層壓縮膜；其中，選擇所述壓縮膜的厚度，以平衡所述晶圓的正面和背面上的應(yīng)力。
[0034]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:將所述第一半導(dǎo)體晶圓連接至包括高電壓或高功率集成電路的第二半導(dǎo)體晶圓，以形成3D-1C
[0035]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:將所述第一半導(dǎo)體晶圓的電路通過(guò)晶圓與晶圓接合連接至第二半導(dǎo)體晶圓的電路。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工藝的流程圖；
[0037]圖2至圖5示出了根據(jù)圖1所示方法的在不同加工階段的本發(fā)明一實(shí)施例的晶圓；
[0038]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的工藝的流程圖；
[0039]圖7至圖18示出了根據(jù)圖6所示方法的在不同加工階段的本發(fā)明一實(shí)施例的集成電路器件；
[0040]圖19至圖21示出了根據(jù)本發(fā)明各種可選實(shí)施例的集成電路器件；
[0041]圖22示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的工藝的流程圖；以及
[0042]圖23至圖25示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的3D-1C器件。

【具體實(shí)施方式】
[0043]在制造具有深溝槽電容器的集成電路器件的過(guò)程中，其上形成有電容器的晶圓可能變得彎曲。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有多層導(dǎo)電層的深溝槽電容器來(lái)說(shuō)，這種彎曲現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。彎曲可能到會(huì)給諸如化學(xué)機(jī)械拋光的后續(xù)工藝帶來(lái)不利影響的程度。對(duì)于形成3D-1C器件的晶圓來(lái)說(shuō)，這種彎曲可能尤其成為問(wèn)題。
[0044]發(fā)明人通過(guò)在晶圓的背面上形成具有張應(yīng)力的結(jié)構(gòu)解決了此問(wèn)題。在一些實(shí)施例中，這些結(jié)構(gòu)是張力膜。在一些實(shí)施例中，這些結(jié)構(gòu)包括用張力材料(tensile material)填充的溝槽。位于晶圓背面上的結(jié)構(gòu)能夠充分降低晶圓彎曲，從而能夠進(jìn)行進(jìn)一步的加工。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在晶圓正面的電容器上方形成一層或多層壓縮膜來(lái)進(jìn)一步降低彎曲。
[0045]圖1示出了本發(fā)明提供的示例性工藝100的流程圖。圖2至圖5示出了在工藝100的不同階段的晶圓201。工藝100開(kāi)始于步驟101，提供晶圓201。在此階段，如圖2所不，晶圓201是平坦的。
[0046]工藝100繼續(xù)進(jìn)行步驟103，在晶圓201的正面202上形成深溝槽電容器203。深溝槽電容器203的材料在高溫條件下沉積且具有與晶圓201不同的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)晶圓201冷卻后，填充深溝槽電容器203的材料收縮的程度比形成晶圓201的材料的收縮程度大。由于填充深溝槽電容器203的材料粘附至晶圓201，填充深溝槽電容器203的材料成為張力膜或材料，這意味著張應(yīng)力下的膜或材料。這些張應(yīng)力向晶圓201的正面202施加壓縮力。如圖3所示，這種力能使晶圓201發(fā)生彎曲。
[0047]將彎曲206的量定義為限制晶圓201的表面202上所有點(diǎn)的任兩個(gè)平面208之間的最短距離。在一些實(shí)施例中，深溝槽電容器203對(duì)晶圓201施加充分的應(yīng)力以拉緊晶圓201至彎曲206，該彎曲206大于后續(xù)加工過(guò)程中缺少抵消彎曲應(yīng)力(諸如本發(fā)明提供的那些)的結(jié)構(gòu)情況下所能容忍的彎曲。在一些實(shí)施例中，150 μ m是后續(xù)加工過(guò)程中能夠容忍的最大彎曲。
[0048]工藝100繼續(xù)進(jìn)行步驟105，在晶圓201的背面204上形成具有張應(yīng)力的結(jié)構(gòu)205。如圖4所示，結(jié)構(gòu)205能夠抵消深溝槽電容器203引起的應(yīng)力并且降低彎曲206。雖然在本實(shí)例中示出的結(jié)構(gòu)205是在形成深溝槽電容器203之后形成的，但是，在其他實(shí)施例中，可以在深溝槽電容器203之前或與深溝槽電容器203同時(shí)形成結(jié)構(gòu)205的全部或部分。
[0049]在一些實(shí)施例中，通過(guò)步驟105產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)205將晶圓彎曲度206降低至小于150 μ m。在一些實(shí)施例中，步驟105產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)205向晶圓201的背面204上施加壓縮力，該壓縮力的大小為深溝槽電容器203向正面202施加的壓縮力的至少50%。在一些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)205將晶圓彎曲206降低了至少50%。
[0050]工藝100繼續(xù)進(jìn)行步驟107，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。步驟107的步驟示例說(shuō)明了如果晶圓201具有過(guò)度的彎曲206，可能在整個(gè)表面202上非均勻性地操作至不可接受的程度。在一些實(shí)施例中，這些步驟是非常常見(jiàn)的，在前段制程(FEOL)加工過(guò)程中和后段制程(BEOL)加工之前進(jìn)行步驟107。
[0051]工藝100可以繼續(xù)進(jìn)行可選步驟109。在步驟109中，在深溝槽電容器203上方形成一層或多層可選壓縮膜207。壓縮膜是一種通常在沉積(冷卻時(shí))之后收縮的程度比膜粘附的結(jié)構(gòu)的收縮程度小的膜，因此，該膜在應(yīng)力下產(chǎn)生。如圖5所示，壓縮膜207能夠進(jìn)一步平衡深溝槽電容器203引起的應(yīng)力，并且也能進(jìn)一步降低晶圓彎曲206。
[0052]步驟109可包括控制以微調(diào)步驟109的應(yīng)力平衡。在一些實(shí)施例中，步驟109包括測(cè)量晶圓彎曲度206和利用測(cè)量值來(lái)確定壓縮膜207的厚度。在步驟105期間可進(jìn)行用于確定結(jié)構(gòu)205的厚度或深度的相似的工序。在一些實(shí)施例中，步驟109將晶圓彎曲度206降低至不存在能抵消彎曲度應(yīng)力的結(jié)構(gòu)(諸如結(jié)構(gòu)205和207)情形下深溝槽電容器203可能引起的彎曲度的20%以下。
[0053]在一些實(shí)施例中，在晶圓201的背面204上形成一層或多層附加張力膜(未示出)來(lái)代替在晶圓201的正面上形成壓縮膜207。在其他實(shí)施例中，組合使用背面204上的額外張力膜和正面202上的壓縮膜207，以實(shí)現(xiàn)步驟109的應(yīng)力平衡。
[0054]圖6提供了工藝300的流程圖，工藝300是在工藝100范圍內(nèi)的一種更詳細(xì)的工藝的實(shí)例。圖7至圖18示出了通過(guò)工藝300制造的示例性IC器件200。器件200包括晶圓201的至少一部分和深溝槽電容器203。
[0055]工藝300的第一步驟101為提供半導(dǎo)體襯底201。襯底201包括半導(dǎo)體主體。在一些實(shí)施例中，襯底201由半導(dǎo)體的單晶材料形成。半導(dǎo)體主體的實(shí)例包括但不限于:硅、絕緣體上硅(SOI)、Ge、SiC、GaAs, GaAlAs, InP、GaN和SiGe0半導(dǎo)體襯底201可包括附圖中未示出的、但通過(guò)可在工藝300的步驟之前、同時(shí)或之后進(jìn)行的一個(gè)或多個(gè)步驟形成的區(qū)域、結(jié)構(gòu)和器件。
[0056]在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底201是半導(dǎo)體晶圓。晶圓201的直徑在300mm以下，其為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)的目前常見(jiàn)的晶圓。然而，在一些其他實(shí)施例中，晶圓201的直徑大于300mm,例如，450mm。由于大直徑的晶圓對(duì)翹曲具有更強(qiáng)的敏感度，所以本發(fā)明的工藝和結(jié)構(gòu)對(duì)這些晶圓尤其有用。
[0057]工藝300繼續(xù)進(jìn)行一系列步驟103，形成深溝槽電容器203。如圖7所示，步驟301為在半導(dǎo)體襯底201的正面202上形成圖案化掩模209。掩模209可包括一個(gè)或多層。可使用任何適合的材料或材料的組合。掩模209典型地是一種使用光刻膠(未示出)通過(guò)光刻技術(shù)圖案化的硬掩模，光刻膠由包括通過(guò)光刻掩模(也未示出)曝光的工藝圖案化而成。硬掩模材料可以是二氧化硅。適用于硬掩模209的其他材料的實(shí)例包括但不限于氮化硅和S1N。掩模層209可通過(guò)任何合適的工藝或工藝的組合形成。
[0058]步驟303為通過(guò)穿過(guò)掩模209蝕刻半導(dǎo)體襯底201形成溝槽212，如圖8所示?？梢允褂萌魏魏线m的蝕刻工藝。合適的蝕刻工藝通常是等離子體蝕刻。在大多數(shù)實(shí)施例中，溝槽212具有高縱橫比。高縱橫比是深度214和寬度216的比，其為10:1或更大。在一些實(shí)施例中，溝槽212的縱橫比介于20:1至50:1之間。在一些實(shí)施例中，深度214介于500nm至10，OOOnm之間。在多數(shù)實(shí)施例中，寬度216介于約28nm至500nm之間。在一些實(shí)施例中，寬度216介于50nm至200nm之間。
[0059]在多數(shù)實(shí)施例中，存在大量均勻間隔且平行的溝槽212。大量可以是大于10的數(shù)。通常，這個(gè)數(shù)大于100。如果溝槽212之間的距離保持為約大于溝槽212的長(zhǎng)度的常數(shù)時(shí)，則認(rèn)為相鄰的成對(duì)溝槽212是平行的，其中，溝槽212的長(zhǎng)度比溝槽寬度216大一個(gè)以上量級(jí)。
[0060]步驟305為去除掩模209的位于相鄰溝槽212之間的一部分231的修整工藝，如圖8和圖9所示。在一些實(shí)施例中，步驟305是使用光刻膠掩模的蝕刻工藝。在一些其他實(shí)施例中，步驟305是優(yōu)先去除位置231處的掩模209的無(wú)掩模蝕刻。通過(guò)使用橫向或各向同性蝕刻工藝能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)位置231的優(yōu)先蝕刻，掩模209在位置231處的量與掩模209離溝槽212遠(yuǎn)的部分相比，橫向或各向同性蝕刻利用更大的表面積。無(wú)掩模蝕刻工藝可以是濕蝕刻。
[0061]步驟309為摻雜溝槽212附近的襯底201以形成導(dǎo)電阱211，如圖10所示。摻雜可以是η型或P型。可使用任何合適的摻雜工藝。用于步驟307的典型摻雜工藝是擴(kuò)散摻雜工藝。例如，可通過(guò)將加熱的襯底201暴露于POCl3蒸汽中使半導(dǎo)體201摻雜磷。
[0062]步驟311中，沿著溝槽212內(nèi)襯形成介電阻擋層213。介電阻擋層213可由任何合適的電介質(zhì)的一層或多層形成。介電阻擋層213的典型結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)以上的層。這些層的常用材料包括Si02、S1N和SiN?？捎糜诮殡娮钃鯇?13的材料的其他實(shí)例包括但不限于Ta20、Al2O3和高k電介質(zhì)?？赏ㄟ^(guò)任何合適的工藝或工藝的組合形成介電阻擋層213。初始步驟可以是去渣(deglazing)以去除在先前加工過(guò)程中形成在溝槽212的側(cè)壁上的氧化物。
[0063]步驟313為沉積導(dǎo)電材料215以填充溝槽212從而形成電容器203，如圖11所示。導(dǎo)電材料215也形成在掩模209上方以及掩模層209中的開(kāi)口內(nèi)。導(dǎo)電材料215可以是任何合適的導(dǎo)電材料并且可包括多層不同的導(dǎo)電材料?？墒褂玫膶?dǎo)電材料的實(shí)例包括摻雜半導(dǎo)體、金屬和金屬化合物。可通過(guò)任何合適的工藝或工藝的組合沉積導(dǎo)電材料215。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電材料215是多晶硅。
[0064]步驟313之后，通常期望應(yīng)用化學(xué)機(jī)械拋光以去除位于掩模209上方的導(dǎo)電材料215。但是，在這一加工階段，翹曲206可能會(huì)干擾拋光。步驟105是在襯底201的背面204上形成結(jié)構(gòu)205以降低翹曲206的一系列步驟。
[0065]在工藝300中，步驟105開(kāi)始于步驟315，在襯底201的背面204上形成掩模217，如圖12所示。在步驟317中，如圖13所示，通過(guò)穿過(guò)掩模217中的開(kāi)口蝕刻襯底201以在背面204中形成溝槽214。在步驟319中，如圖14所示，用張力材料填充溝槽214，以形成結(jié)構(gòu)205。
[0066]在一些實(shí)施例中，在步驟317中，使用光刻掩模圖案化溝槽214，該光刻掩模與用于圖案化其中形成有深溝槽電容器203的溝槽212的掩模相同。這些實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)在于，無(wú)需額外的掩模就可形成溝槽214。通過(guò)這些實(shí)施例產(chǎn)生了溝槽214的圖案和溝槽212的圖案相對(duì)應(yīng)的器件。在一些實(shí)施例中，雖然溝槽214和溝槽212具有相同的圖案，但是這兩組溝槽的深度不同?？梢赃x擇不同的深度以更好地平衡晶圓201的背面應(yīng)力和正面應(yīng)力。在一些實(shí)施例中，基于彎曲206的測(cè)量值來(lái)選擇溝槽214的深度。
[0067]在大多數(shù)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)205的張力材料是熱膨脹系數(shù)比張力材料粘附的半導(dǎo)體襯底201的材料的熱膨脹系數(shù)大的材料。由于襯底201和結(jié)構(gòu)205的材料在沉積之后冷卻，結(jié)構(gòu)205的材料的收縮程度大于襯底201的材料的收縮程度，因此結(jié)構(gòu)205的材料向襯底201且鄰近襯底背面204施加壓縮力。這種力與由電容器203向襯底201且鄰近襯底正面202施加的力相對(duì)抗，從而降低了翹曲206。
[0068]在沉積成為結(jié)構(gòu)205的張力膜的材料之前形成溝槽214能夠大幅度增大結(jié)構(gòu)205施加給襯底201的應(yīng)力。然而，在一些實(shí)施例中，沒(méi)有形成溝槽214。雖然沒(méi)有形成溝槽214簡(jiǎn)化了工藝300，但是，要求結(jié)構(gòu)205的材料具有更大的厚度，以向襯底201的背面204提供等量的應(yīng)力。而且，如果沒(méi)有形成溝槽214，由結(jié)構(gòu)205向襯底201施加的最大應(yīng)力通常會(huì)變得較小。
[0069]雖然考慮到電容器203的期望性能而選擇溝槽212的尺寸，但是不能類(lèi)似地限制溝槽214的尺寸。因此，在寬度、深度、密度和所跨面積中的一個(gè)或多個(gè)方面，溝槽214和溝槽212是可以不同的。通常，所施加的應(yīng)力隨溝槽圖案密度而增大。因此，在一些實(shí)施例中，溝槽214的圖案密度大于溝槽212的圖案密度，例如，分別為15%和23%。在一些實(shí)施例中，溝槽214的縱橫比(深度和寬度之比)小于溝槽212的縱橫比。較小的縱橫比有利于處理。
[0070]通過(guò)步驟105形成結(jié)構(gòu)205之后，方法300繼續(xù)進(jìn)行步驟107，平坦化工藝(通常為化學(xué)機(jī)械拋光)。對(duì)于器件200，通過(guò)步驟107，去除掩模209中的開(kāi)口外側(cè)的導(dǎo)電材料215，以產(chǎn)生如圖15所示的結(jié)構(gòu)。如圖16所示，工藝300可進(jìn)行額外的步驟，諸如去除掩模209的剩余部分的步驟321和氧化以形成介電阻擋層219的步驟323。
[0071]工藝300可繼續(xù)進(jìn)行額外的步驟，包括BEOL加工。在一些實(shí)施例中，如圖17所示，繼續(xù)步驟包括在DTC203上方形成壓縮膜207的步驟109。在一些實(shí)施例中，壓縮膜207是層間介電(ILD)層，但是膜207可以是形成在DTC203上方的任一層。
[0072]在多數(shù)實(shí)施例中，由熱膨脹系數(shù)小于襯底201的材料的熱膨脹系數(shù)的材料在襯底201的正面202上形成壓縮膜207。由于襯底201和膜207在沉積后冷卻，因此膜207的材料的收縮程度小于襯底201的材料的收縮程度，并且向襯底201的正面202施加力。該力與電容器203在襯底201上施加的力相對(duì)抗，從而進(jìn)一步降低了翹曲206。如圖18所示，工藝300通常繼續(xù)進(jìn)行在ILD層207中形成用于接觸件的孔的步驟325以及用導(dǎo)電材料填充孔以形成接觸件221的步驟327。
[0073]圖6所示的工藝300和圖7至圖18所示的器件200僅示出了一種類(lèi)型的深溝槽電容器203。通常，本發(fā)明的構(gòu)思可應(yīng)用于任何類(lèi)型的深溝槽電容器。本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)尤其適用于具有包括兩層以上導(dǎo)電層的深溝槽電容器的集成電路器件。在一些實(shí)施例中，DTC203具有兩層導(dǎo)電層。導(dǎo)電層的數(shù)量越多，應(yīng)力越大。因此，在一些實(shí)施例中，DTC203具有三層導(dǎo)電層。
[0074]圖19示出了器件200A，其是使用具有兩個(gè)導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)的深溝槽電容器203A的器件200的一個(gè)實(shí)例。電容器203A包括第一介電層213A、第一導(dǎo)電層215A、第二介電層213B和第二導(dǎo)電層215B。這些層可具有前述介電層213和導(dǎo)電層215的任何合適的組成。例如，介電層213A、213B可以是ONO多層結(jié)構(gòu)，并且導(dǎo)電層215A、215B可以是摻雜多晶硅。
[0075]在一些實(shí)施例中，應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)205至少部分與深溝槽電容器203同時(shí)形成。在一些這樣的實(shí)施例中，通過(guò)將填充DTC203的溝槽的膜213和215應(yīng)用于背面204來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，同時(shí)地，填充溝槽212以形成DTC203和填充溝槽214以形成應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)205。這樣會(huì)產(chǎn)生圖20所示的器件200B的應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)205B。雖然結(jié)構(gòu)205B和深溝槽電容器相似，但是在大多數(shù)的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)205，即使是形成了 205B，也不會(huì)成為器件200的電路的任何部分。
[0076]在一些可選的實(shí)施例中，在襯底201的背面204上沒(méi)有形成溝槽。在這些實(shí)施例中，膜213、215可覆蓋背面204，但是，通常不會(huì)為其本身提供足夠的應(yīng)力以抵消DTC203引起的翹曲。在一些實(shí)施例中，在背面204的上方形成額外的張力膜223，從而形成應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)205。圖21示出具有應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)205C的器件200C。在一些實(shí)施例中，不管DTC203的膜213和215中的任一個(gè)膜是否涂敷在背面223，具有足夠厚度的張力膜223能夠充分抵消DTC203引起的應(yīng)力。通常，這就要求張力膜的厚度至少是I μ m。在大多數(shù)實(shí)施例中，該膜的厚度大于襯底201的正面202上的任何可比材料的膜的厚度。張力膜的實(shí)例包括S12膜、SiN膜、SiC膜、S1C膜以及多晶硅膜。
[0077]在一些實(shí)施例中，器件200用于3D-1C器件內(nèi)。晶圓翹曲可能影響接合和封裝，特別是如果在切割一個(gè)或多個(gè)晶圓之前將3D-1C器件的兩個(gè)或多個(gè)元件接合。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法尤其適用于這種情形:切割之前先將兩個(gè)晶圓進(jìn)行封裝或接合。
[0078]在一些實(shí)施例中，3D-1C器件包括高電壓或高功率電路。甚至是在已切割兩個(gè)晶圓之后，尤其要注意這樣器件的翹曲。高電壓和高功率電路易于出現(xiàn)大幅度的溫度變化。由于翹曲是由熱膨脹系數(shù)的失配引起的，所以3D-1C器件內(nèi)的管芯可能隨著溫度的變化而發(fā)生翹曲和不翹曲。由于本發(fā)明沒(méi)有提供應(yīng)力平衡結(jié)構(gòu)，所以，翹曲或不翹曲現(xiàn)象可引起3D-1C器件內(nèi)管芯中的一個(gè)管芯與另一個(gè)管芯或結(jié)構(gòu)分離或分層。
[0079]圖22提供了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的形成3D-1C器件的方法310的流程圖。工藝310包括步驟101，提供晶圓形式的襯底201 ;步驟103，在晶圓201的正面202上形成深溝槽電容器203 ;以及步驟105，在晶圓201的背面204上形成具有張應(yīng)力的結(jié)構(gòu)205?？晌⒄{(diào)結(jié)構(gòu)205的尺寸，特別是溝槽214的深度(如果包括)，以平衡正面應(yīng)力。步驟109是方法310的可選部分。在步驟109中，在DTC103的上方形成壓縮膜207。在一些實(shí)施例中，利用膜207的厚度來(lái)微調(diào)晶圓201的正面202和晶圓201的背面204上的應(yīng)力之間的平衡。
[0080]步驟329為將晶圓201接合至第二晶圓，且在步驟331中，切割晶圓。當(dāng)翹曲206保持為小時(shí)，有利于接合。然而，甚至在切割一個(gè)或兩個(gè)晶圓之后，有利于降低翹曲。因此，在一些實(shí)施例中，接合329之前切割一個(gè)或兩個(gè)晶圓。
[0081]圖23提供了可由方法310產(chǎn)生的3D-1C器件500的實(shí)例。器件500是本發(fā)明一些實(shí)施例提供的引線(xiàn)接合的3D-1C器件的實(shí)例。器件500包括高電壓或高功率集成電路器件400和具有DTC203和背面應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)205的一個(gè)或多個(gè)器件200。在圖23的實(shí)例中，器件500包括兩個(gè)這種器件:器件200A和器件200B。緩沖層511將器件200B和器件400隔開(kāi)。器件200A、200B和400被封裝在一起，且通過(guò)引線(xiàn)511連接至引線(xiàn)框架(lead frame)515。器件400包括半導(dǎo)體襯底401、高電壓或高功率器件403以及金屬互連結(jié)構(gòu)407。
[0082]圖24提供了可由方法310產(chǎn)生的3D-1C器件510的實(shí)例。器件510是本發(fā)明一些實(shí)施例提供的3D-1C器件的實(shí)例，其中，3D-1C器件的元件通過(guò)硅通孔(TSV)連接。器件510包括通過(guò)TSV503連接的高電壓或高功率集成電路器件400和器件200。TSV503穿過(guò)半導(dǎo)體襯底401且連接至器件200的金屬互連結(jié)構(gòu)209的焊料凸塊505。TSV503可直接或通過(guò)器件400的金屬互連件407連接至焊料凸塊501。焊料凸塊501用于將3D-1C器件510連接至其他器件。在一些實(shí)施例中，在切割之前，連接器件200和400。
[0083]圖25提供了可由方法310產(chǎn)生的3D-1C器件520的實(shí)例。器件520是本發(fā)明一些實(shí)施例提供的3D-1C器件的實(shí)例，其中，3D-1C器件的元件通過(guò)直接的晶圓和晶圓接合連接。器件520包括高電壓或高功率集成電路器件400以及具有DTC203和背面應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)205的器件200。通過(guò)任何合適的直接連接方法，將器件400的金屬互連結(jié)構(gòu)407直接連接至器件200的金屬互連結(jié)構(gòu)209。例如，適用的直接連接方法的實(shí)例包括共晶接合、焊料接合以及熱壓接合。TSV503穿過(guò)襯底401或襯底201，以形成金屬互連結(jié)構(gòu)407和409與焊料凸塊501之間的連接。焊料凸塊501用于將3D-1C器件520連接至其他器件。在一些實(shí)施例中，在切割之前，連接器件200和400。
[0084]本發(fā)明提供了包括一種包括半導(dǎo)體襯底的集成電路器件，其中，半導(dǎo)體襯底在正面上具有深溝槽電容器和在背面上具有應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)。背面上的應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括張力材料，該張力材料對(duì)襯底施加的應(yīng)力與由深溝槽電容器施加的應(yīng)力相對(duì)抗。背面上的結(jié)構(gòu)包括一層或多層張力膜，其中，張力膜的厚度大于正面上的任何相似的膜的厚度或填充形成在襯底背面中的溝槽的張力材料的厚度。
[0085]本發(fā)明提供了制造一種集成電路器件的方法，該方法包括在晶圓的正面上形成深溝槽電容器，以及在晶圓的背面上形成具有張應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。背面上的結(jié)構(gòu)向襯底上施加的應(yīng)力和深溝槽電容器施加的應(yīng)力相對(duì)抗。背面上的結(jié)構(gòu)包括一層或多層張力膜，該張力膜的厚度大于正面上的任何相似膜的厚度或填充形成在襯底背面中的溝槽的張力材料的厚度。
[0086]在一些實(shí)施例和實(shí)例中已經(jīng)示出和/或描述了本發(fā)明的元件和部件。雖然只在一個(gè)實(shí)施例或?qū)嵗忻枋隽司唧w元件或部件，或那些具體元件或部件的廣義或狹義形式，但是在一定程度上，廣義或狹義形式的所有元件和部件可與其他元件或部件在一定程度上組合在一起，這樣的組合對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是符合邏輯的。
【權(quán)利要求】
1.一種集成電路器件，包括: 第一半導(dǎo)體襯底，具有正面和背面； 第一結(jié)構(gòu)，包括形成在所述正面上的深溝槽電容器，所述第一結(jié)構(gòu)包括向所述襯底施加壓應(yīng)力的張力材料；以及 第二結(jié)構(gòu)，形成在所述襯底的所述背面上，所述第二結(jié)構(gòu)包括向所述襯底施加壓應(yīng)力的張力材料； 其中，所述第二結(jié)構(gòu)包括選自由下列組成的組的結(jié)構(gòu): 厚度大于位于所述正面上的相同材料的任何膜的厚度的一層或多層張力膜；以及 填充所述襯底內(nèi)的溝槽的張力材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其中，所述背面結(jié)構(gòu)未形成所述器件的電路的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路器件，其中，所述背面結(jié)構(gòu)包括填充所述襯底內(nèi)的溝槽的張力材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路器件，其中，所述背面上的用張力材料填充的溝槽和所述正面上的所述深溝槽電容器形成于其內(nèi)的溝槽具有與使用相同光刻掩模形成的兩組溝槽相一致的圖案。
5.一種制造集成電路器件的方法，包括: 提供第一半導(dǎo)體晶圓； 在所述晶圓的正面上形成第一結(jié)構(gòu)，所述第一結(jié)構(gòu)包括深溝槽電容器；以及 在所述晶圓的背面上形成壓應(yīng)力誘導(dǎo)的第二結(jié)構(gòu)； 其中，所述第二結(jié)構(gòu)包括選自由下列組成的組的結(jié)構(gòu): 厚度大于所述正面上的相同材料的任何膜的厚度的一層或多層壓縮膜；以及 填充所述襯底內(nèi)的溝槽的張力材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，形成的正面結(jié)構(gòu)和背面結(jié)構(gòu)中的第一結(jié)構(gòu)使得所述晶圓在一個(gè)方向上翹曲，而形成的所述正面結(jié)構(gòu)和所述背面結(jié)構(gòu)中的第二結(jié)構(gòu)使所述翹曲降低了至少一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述襯底的所述背面上形成所述壓應(yīng)力誘導(dǎo)的第二結(jié)構(gòu)包括在所述晶圓中形成溝槽，然后用張力材料填充所述溝槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中: 形成所述深溝槽電容器包括使用光刻掩模的光刻工藝；以及 在所述背面上形成所述第二結(jié)構(gòu)包括使用相同的掩模蝕刻所述晶圓的所述背面中的溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，選擇位于所述晶圓的背面上的溝槽的尺寸，以使所述晶圓的背面上的應(yīng)力和所述正面上的應(yīng)力平衡。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述晶圓的背面上形成所述壓應(yīng)力誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)包括形成總厚度大于I μ m的一層或多層張力膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK104253127SQ201310395495
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月25日
【發(fā)明者】陳志明, 王嗣裕, 喻中一 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司