专利名称：互连件区域的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路，明确地说涉及其中所使用的互连件区域。
背景技术：
在现代集成电路中，互连件区域具有众多应用。例如，互连件区域可用于将集成电路裸片一侧上的电路电连接到所述裸片另一侧上的电路。集成电路裸片可经制作而具有跨越裸片的半导体材料衬底(例如，单晶硅衬底)的前侧堆叠的集成电路；且在所述衬底的后侧上可配置有线接合、焊料球等以用于将所述裸片连接到所述裸片外部的电路。穿半导体互连件可用于电连接所述衬底后侧上的电路与所述衬底前侧上的电路。在围绕穿半导体互连件形成电隔离中遇到了挑战。因此，将期望开发用于围绕穿半导体互连件提供电隔离的新方法。
发明内容
本发明的第一方面是提供一种互连件区域，其沿横截面包括闭合形状的内部区域，其中具有导电材料；第一电介质材料，其被配置为完全围绕所述内部区域的横向外围延伸的衬里；及至少两个电介质突出部，其接合到所述电介质材料衬里且从所述内部区域横向向外；所述电介质突出部具有环绕内电介质区域的外电介质环；所述外电介质环由所述第一电介质材料组成且所述内电介质区域包括不同于所述第一电介质材料的组合物的组合物。优选地，所述内电介质区域组合物为气体的。优选地，所述闭合形状大致具有跨越平面的镜面对称性，所述平面沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述闭合形状的中心；且其中所述突出部呈不具有所述镜面对称性的布置。优选地，所述闭合形状与突出部共同形成大致具有沿轴的旋转对称性的结构，所述轴沿正交于所述横截面的方向延伸且延伸穿过所述结构的中心。优选地，所述闭合形状大致具有沿轴的旋转对称性，所述轴沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述闭合形状的中心；且其中所述突出部呈不具有所述旋转对称性的布置。优选地，所述突出部为大致三角形形状。优选地，个别突出部包括球形区域及杆区域，其中所述杆区域直接接合到所述衬里。本发明的第二方面是提供一种互连件区域，其沿横截面包括大致圆形内部区域， 其中具有含铜互连件；第一电介质材料，其被配置为完全围绕所述互连件的横向外围延伸的衬里；及至少两个大致三角形形状的电介质突出部，其接合到所述电介质材料衬里且从所述内部区域横向向外；所述电介质突出部具有环绕内电介质区域的外电介质环；所述外电介质环由所述第一电介质材料组成且所述内电介质区域包括不同于所述第一电介质材
3料的组合物的组合物。优选地，所述大致圆形内部区域与突出部共同形成大致具有跨越平面的镜面对称性的结构，所述平面沿正交于所述横截面的方向延伸且延伸穿过所述结构的中心。优选地，所述大致圆形内部区域大致具有跨越平面的镜面对称性，所述平面沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述大致圆形内部区域的中心；且其中所述三角形形状的突出部呈不具有所述镜面对称性的布置。优选地，所述大致圆形内部区域大致具有沿轴的旋转对称性，所述轴沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述大致圆形内部区域的中心；且其中所述三角形形状的突出部呈不具有所述旋转对称性的布置。优选地，所述内电介质区域组合物为气体的。
图1及图2分别是穿半导体互连件区域的俯视横截面图及三维剖面图。图3到图5是在用于形成互连件区域的实例性实施例工艺的各个阶段处的半导体构造的俯视横截面图。图6到图8是在用于形成互连件区域的另一实例性实施例工艺的各个阶段处的半导体构造的俯视横截面图。图9是图解说明互连件区域的实例性布置的半导体构造的俯视横截面图。图10是图解说明实例性互连件区域的半导体构造的俯视横截面图。图11是图解说明另一实例性互连件区域的半导体构造的俯视横截面图。
具体实施例方式参考图1及图2中的半导体裸片构造10描述实例性穿半导体互连件。所述半导体裸片构造包括半导体材料衬底12 ；电互连件14，其延伸穿过所述衬底；及电介质衬里16， 其围绕所述互连件横向延伸。互连件14为穿半导体互连件，且因此完全延伸穿过半导体衬底以将与所述衬底的前侧相关联的电路(未展示)互连到与所述衬底的后侧相关联的电路 (未展示)。衬底12可包括任何适合的半导体材料，且在一些实施例中可包括单晶硅、基本上由单晶硅组成或由单晶硅组成。所述衬底可支撑集成电路(未展示)，且此集成电路可包括布置成所要集成电路架构的各种导电材料、电绝缘材料及半导体材料中的任一者。互连件14包括导电材料15。所述导电材料可包括任何适合的组合物或若干组合物的组合；且在一些实施例中可包括以下材料、基本上由以下材料组成或由以下材料组成 一种或一种以上金属(例如，铜)、含金属组合物(例如，金属氮化物、金属硅化物、两种或两种以上金属的合金等)及/或经导电掺杂的半导体材料(例如，经导电掺杂的硅、经导电掺杂的锗等)组成。虽然展示互连件14由同质材料15构成，但在一些应用中，材料15可包括两种或两种以上离散物质。例如，材料15可包括由作为铜势垒的氮化钛或钽横向环绕的内部铜芯。电介质衬里16可包括任何适合的组合物或若干组合物的组合，且在一些实施例中可包括二氧化硅或掺杂有磷的玻璃、基本上由二氧化硅或掺杂有磷的玻璃组成或者由二氧化硅或掺杂有磷的玻璃组成。可认为穿半导体互连件区域包括导电互连件14连同电介质衬里16。所图解说明的互连件14沿图1的横截面的平面具有圆形形状，且衬里16保形地环绕互连件14的横向外围且因此被配置为圆形环。圆形环电介质是现有技术的常见配置。然而，随着集成电路封装被形成为日益增加的集成水平，穿半导体互连件正被更靠近地堆积在一起(即，堆积成更高密度)。对于处于当前所追求的高堆积密度的邻近穿半导体互连件的所要电隔离来说，圆形环电介质正变得无效。本文中所描述的实施例中的一些实施例与环绕穿半导体互连件的电介质的新配置有关。在一些实施例中，所述互连件可仅部分地延伸穿过半导体衬底而非完全延伸穿过半导体衬底。图3到图5图解说明用于围绕互连件形成电介质材料的新配置的实例性实施例工艺。参考图3，其展示半导体裸片构造IOa包括半导体材料衬底12，且包括延伸穿过或部分地延伸穿过所述衬底的开口 20。开口 20可通过任何适合的处理形成，包含(例如)在衬底12上方形成经光学光刻图案化的光致抗蚀剂掩模(未展示)及/或硬掩模(未展示) 以界定开口的位置及形状，之后进行一次或一次以上适合的蚀刻以穿过衬底12转移开口， 且随后移除一个或一个以上掩模以留下图3中所示的结构。在一些实施例中，开口 20可通过利用蚀刻及沉积序列且利用C4F8及/或SF6作为蚀刻气体的波希型(Bosch-type)工艺而形成。开口 20包括大致圆形主要区域21及围绕所述主要区域的多个室(S卩，腔)23。提供虚线19以示意性地定界大致圆形主要区域21的外围。在所示实施例中，室23为大致三角形，在于所述室中的每一者包括三个主要侧。 可认为所述三角形形状的室中的每一者在顶点区域25处与开口 20的主要区域21接合。
参考图4，沿开口 20的侧壁边缘提供电介质材料22。将所述电介质材料提供为使得所述材料在顶点区域25处掐断的厚度。因此，沿主要区域21的外围形成材料22的电介质衬里对。所述衬里在主要区域21内界定开口 26，其中此开口具有主要区域21的大致圆形形状。电介质材料22还横向环绕个别室23内的外围以形成其中具有空洞观的三角形形状的突出部30。在一些实施例中，顶点区域25的宽度可为从约1000 A到约10,000 A,且因此电介质材料22的厚度可为从约500 A到约5000 A以便在顶点区域处掐断。电介质材料22可包括任何适合的组合物或若干组合物的组合，且在一些实施例中可包括二氧化硅或掺杂有磷的玻璃、基本上由二氧化硅或掺杂有磷的玻璃组成或者由二氧化硅或掺杂有磷的玻璃组成。所述电介质材料可通过任何适合的工艺形成，包含(例如) 原子层沉积(ALD)及/或化学气相沉积(CVD)。例如，电介质材料22可通过ALD或CVD由原硅酸四乙酯(TEOS)形成。参考图5，在开口沈内且不在空洞28内沉积导电材料15以形成互连件14。在一些实施例中，开口沈可完全延伸穿过衬底12且所述互连件可为穿半导体互连件。导电材料15可包括任何适合的组合物或若干组合物的组合，包含(例如)上文参考图1及图2所论述的各种组合物。在一些实施例中，导电材料15可包括铜、基本上由铜组成或由铜组成。 在一些实施例中，可沿开口沈的内部表面沉积导电材料15的第一部分以形成初始层，且接着可沿此初始层形成导电材料15的剩余部分以填充开口 26。在此些实施例中，初始层可包括(例如)钽且填充开口的剩余部分的导电材料可包括铜、基本上由铜组成或由铜组成。可通过在材料15的沉积期间在所述空洞上方提供掩模(未展示)或通过将所述空洞形成为太小而不能在其中直接沉积导电材料15来将导电材料15沉积成填充开口沈且不填充空洞观的所示配置。在一些实施例中，可将电介质材料22、空洞28及导电互连件14共同地认为是被配置为穿半导体互连件区域。在图5的横截面图中，此互连件区域具有对应于互连件14的大致圆形内部区域，具有环绕此内部区域的横向外围的电介质材料22的衬里M，且具有接合到所述电介质材料衬里的突出部30。个别突出部具有对应于电介质材料22的外电介质环31，且具有对应于空洞观的内电介质区域33。在所示实施例中，此些内电介质区域是空的(即，包括气体材料)。在其它实施例中，可在图5的处理阶段之后的处理阶段处在空洞内形成其它电介质材料。在空洞内形成的电介质材料可为不同于电介质材料22的组合物。 可在空洞内形成的实例性电介质材料为氧化硅、经掺杂的氧化硅(例如，硼磷硅酸盐玻璃、 磷硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃等)、氮化硅、高k电介质材料、低k电介质材料等。与一些实施例中在图5的处理阶段处在空洞内存在的气体材料相对比，在空洞内形成的电介质材料可为固体的或大致固体的。对应于互连件14的内部区域的大致圆形形状是此内部区域的闭合形状的一个实例。在其它实施例中，所述内部区域可具有另一适合的闭合形状，例如大致椭圆形形状、大致卵形形状、多边形形状等。所示的实施例具有围绕衬里M的横向外围延伸的八个突出部30。在其它实施例中，可存在围绕此横向外围延伸的其它数目的突出部。所述突出部邻近导电互连件14提供电绝缘隔离，且因此沿衬里M优选地存在至少两个突出部。可修整突出部的数目及所述突出部的位置以实现互连件14的所要电隔离；且减轻半导体材料12内的应力及/或在半导体材料12内赋予定向应力。在一些实施例中，可存在沿衬里M的外围提供的2个、3个、4 个、5个、6个、7个、8个、9个等突出部。图5的实施例包括为三角形形状的突出部30。在其它实施例中可利用其它形状的突出部。图6到图8图解说明可用于形成另一形状的突出部的工艺。参考图6，其展示半导体裸片构造IOb包括半导体材料衬底12，且包括延伸穿过或部分地延伸穿过所述衬底的开口 50。开口 50可通过任何适合的处理形成，包含(例如)波希型工艺。开口 50包括大致圆形主要区域51及围绕所述主要区域的多个室53。提供虚线 49以示意性地定界大致圆形主要区域51的外围。室53经成形为接合到杆区域57的球形区域55。可认为所述室中的每一者在杆区域57的基底处与开口 50的主要区域51接合。在所示实施例中，存在两个室53，其中此些室位于主要区域51的沿图6视图的横截面的相对侧上。在其它实施例中，可存在两个以上的室。参考图7，沿开口 50的侧壁边缘提供电介质材料60。电介质材料60可与上文参考图3到图5所论述的材料22相同。将电介质材料60提供为使得所述材料在杆区域57 处掐断的厚度。因此，沿主要区域51的外围形成材料60的电介质衬里62。所述衬里在主要区域51内界定开口 56，其中此开口具有主要区域51的大致圆形形状。电介质材料60还横向环绕个别室53内的外围以形成其中具有空洞68的突出部70。在一些实施例中，杆区域57的宽度可为从约1000 A到约10，000 A，且因此电介质材料60的厚度可为从约500 A 到约5000 A以在杆区域处掐断。突出部70具有接合到杆区域74的球形区域72的形状，所述形状与室53的内部互补。参考图8，在开口 56内且不在空洞68内沉积导电材料15以形成互连件14 ；且在一些实施例中，此互连件可为穿半导体互连件。导电材料15可包括(例如)上文参考图1、 图2及图5所论述的各种组合物中的任一者。可通过在材料15的沉积期间在所述空洞上方提供掩模(未展示)或通过将所述空洞形成为太小而不能在其中直接沉积导电材料15来将导电材料15沉积成填充开口 56 且不填充空洞68的所示配置。在一些实施例中，可将电介质材料62、空洞68及互连件14共同地认为是被配置为穿半导体互连件区域78。在图8的横截面图中，此互连件区域具有对应于互连件14的大致圆形内部区域，具有环绕此内部区域的横向外围的电介质材料60的衬里62，且具有接合到所述电介质材料衬里的突出部70。个别突出部具有对应于电介质材料60的外电介质环80，且具有对应于空洞68的内电介质区域82。在所示实施例中，此内电介质区域是空的 (即，包括气体材料)。在其它实施例中，可在图8的处理阶段之后的处理阶段处在空洞内形成其它电介质材料。在空洞内形成的电介质材料可为不同于电介质材料60的组合物。可在空洞内形成的实例性电介质材料为氧化硅、经掺杂的氧化硅(例如，硼磷硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃等)、氮化硅、高k电介质材料、低k电介质材料等。与一些实施例中在图8的处理阶段处在空洞内存在的气体材料相对比，在空洞内形成的电介质材料可为固体的或大致固体的。在所示实施例中，存在两个电介质突出部70，其中此些突出部位于互连件14的沿图8视图的横截面的相对侧上。突出部70是彼此的沿平面81的镜像，平面81沿正交于图 8的横截面的方向延伸穿过互连件14。所图解说明的配置可特别有利于提供沿一行互连件区域的电隔离，如图9中所示。具体来说，图9展示其中在半导体材料12内形成一行互连件区域78的构造10c。邻近互连件区域的电介质突出部70指向彼此且因此提供相邻互连件区域之间的实质电介质间隔。图9的实施例是用于在有益于提供邻近互连件区域之间的间隔的位置中提供突出部70的实例性实施例。在其它实施例中，可存在突出部的其它布置。例如，在一些实施例中，可存在布置成若干行及若干列的互连件阵列。在此些实施例中，每一互连件区域可包括四个或四个以上突出部以提供沿各个方向的电介质间隔，在所述各个方向上将存在相邻互连件。图5及图8的互连件区域的突出部可为所述互连件区域提供介电性质，及/或可用于更改半导体材料12中的应力(应力的更改在一些实施例中可包括减轻应力，且在其它实施例中可包括通过沿预定义方向诱发应力而修整应力)。一些应用可具有所述突出部的配置的优选对称性，且其它应用可具有所述突出部的配置的优选非对称性。图10及图11 展示具有对称性(图10)及非对称性(图11)的互连件区域的配置。参考图10，互连件区域100包括在形状上为大致圆形的互连件14。围绕所述互连件布置有多个突出部102，使得互连件区域具有沿平面101的镜面对称性，平面101沿正交于图10的横截面的方向延伸穿过所述互连件的中心；且具有关于轴103的旋转对称性， 轴103沿正交于图10的横截面的方向延伸穿过所述互连件的中心。参考图11，互连件区域150包括形状为大致圆形的互连件14。突出部152及巧4 围绕所述互连件布置，使得所述互连件区域为非对称的。在所示实施例中，所述突出部在结构上彼此不同(具体来说，突出部152为三角形形状，且突出部巧4为球形形状)，这引起了非对称性。应注意，互连件14具有对称性(具体来说，由于所述互连件为大致圆形，因此其大致具有相对于类似于图10的平面101及轴103的平面及轴的旋转对称性及镜面对称性)。然而，突出部152及巧4相对于此互连件非对称地安置且因此致使所述互连件区域为非对称的。上文所论述的实施例可用于最终并入到电子系统中的半导体裸片封装中。所述电子系统可为任何适合的系统，其中实例性系统为计算机、汽车、飞机、时钟、蜂窝式电话等。图式中各种实施例的特定定向仅出于说明性目的，且在一些应用中，可相对于所示定向旋转实施例。本文中所提供的描述及以上权利要求书与在各种特征之间具有所描述的关系的任何结构有关，而不论所述结构是处于图式的特定定向还是相对于此定向被旋转。所附图解说明的横截面图仅展示横截面的平面内的特征且未展示横截面的平面之后的材料以简化图式。当上文称一结构“在”另一结构“上”或“抵靠”另一结构时，其可直接在另一结构上，或者还可存在介入结构。相反，当称一结构“直接在”另一结构“上”或“直接抵靠”另一结构时，不存在介入结构。当称一结构“连接”或“耦合”到另一结构时，其可直接连接或耦合到另一结构，或者可存在介入结构。相反，当称一结构“直接连接”或“直接耦合”到另一结构时，不存在介入结构。
权利要求
1.一种互连件区域，其沿横截面包括闭合形状的内部区域，其中具有导电材料；第一电介质材料，其被配置为完全围绕所述内部区域的横向外围延伸的衬里；及至少两个电介质突出部，其接合到所述电介质材料衬里且从所述内部区域横向向外； 所述电介质突出部具有环绕内电介质区域的外电介质环；所述外电介质环由所述第一电介质材料组成且所述内电介质区域包括不同于所述第一电介质材料的组合物的组合物。
2.根据权利要求1所述的互连件区域，其中所述内电介质区域组合物为气体的。
3.根据权利要求1所述的互连件区域，其中所述闭合形状大致具有跨越平面的镜面对称性，所述平面沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述闭合形状的中心；且其中所述突出部呈不具有所述镜面对称性的布置。
4.根据权利要求1所述的互连件区域，其中所述闭合形状与突出部共同形成大致具有沿轴的旋转对称性的结构，所述轴沿正交于所述横截面的方向延伸且延伸穿过所述结构的中心。
5.根据权利要求1所述的互连件区域，其中所述闭合形状大致具有沿轴的旋转对称性，所述轴沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述闭合形状的中心；且其中所述突出部呈不具有所述旋转对称性的布置。
6.根据权利要求1所述的互连件区域，其中所述突出部为大致三角形形状。
7.根据权利要求1所述的互连件区域，其中个别突出部包括球形区域及杆区域，其中所述杆区域直接接合到所述衬里。
8.—种互连件区域，其沿横截面包括大致圆形内部区域，其中具有含铜互连件；第一电介质材料，其被配置为完全围绕所述互连件的横向外围延伸的衬里；及至少两个大致三角形形状的电介质突出部，其接合到所述电介质材料衬里且从所述内部区域横向向外；所述电介质突出部具有环绕内电介质区域的外电介质环；所述外电介质环由所述第一电介质材料组成且所述内电介质区域包括不同于所述第一电介质材料的组合物的组合物。
9.根据权利要求8所述的互连件区域，其中所述大致圆形内部区域与突出部共同形成大致具有跨越平面的镜面对称性的结构，所述平面沿正交于所述横截面的方向延伸且延伸穿过所述结构的中心。
10.根据权利要求8所述的互连件区域，其中所述大致圆形内部区域大致具有跨越平面的镜面对称性，所述平面沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述大致圆形内部区域的中心；且其中所述三角形形状的突出部呈不具有所述镜面对称性的布置。
11.根据权利要求8所述的互连件区域，其中所述大致圆形内部区域大致具有沿轴的旋转对称性，所述轴沿正交于所述横截面的方向延伸穿过所述大致圆形内部区域的中心； 且其中所述三角形形状的突出部呈不具有所述旋转对称性的布置。
12.根据权利要求8所述的互连件区域，其中所述内电介质区域组合物为气体的。
全文摘要
本发明涉及在集成电路中使用的互连件区域。所述区域沿横截面可含有闭合形状的内部区域，其中具有导电材料；第一电介质材料，其被配置为完全围绕所述内部区域的横向外围延伸的衬里；及至少两个电介质突出部，其接合到所述电介质材料衬里且从所述内部区域横向向外。所述电介质突出部可具有环绕内电介质区域的外电介质环。所述外环可由所述第一电介质材料组成且所述内电介质区域可为不同于所述第一电介质材料的组合物的组合物，且在一些实施例中，所述内电介质区域内的所述组合物可为气体的。
文档编号H01L23/532GK102412231SQ201110289839
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者凯尔·K·柯比, 菲利普·J·爱尔兰 申请人:美光科技公司