具有包括水平件的间隔结构的晶片的制作方法
【专利摘要】在一个实施例中，一种形成隔离间隔结构的方法包括：提供基底层；在所述基底层的上表面之上提供中间层；在所述中间层中蚀刻第一沟槽，将第一隔离材料部分沉积到第一沟槽内；将第二隔离材料部分沉积到所述中间层的上表面之上；在第二隔离材料部分的上表面之上形成上部层；在所述上部层中蚀刻第二沟槽；和将第三隔离材料部分沉积到第二沟槽内和第二隔离材料部分的上表面上。
【专利说明】具有包括水平件的间隔结构的晶片
[0001]本申请要求2011年4月14日提交的美国临时申请N0.61/475，438的优先权。
【技术领域】
[0002]本发明涉及例如在微机电系统(MEMS)装置或半导体装置中使用的晶片和基底。
【背景技术】
[0003]装置隔离通常通过利用硅的局部氧化(“L0C0S”)或浅沟槽隔离(“STI”)技术来实现。在STI装置隔离技术中，隔离通常通过以下方式实现:在预定成为两个邻近的有源区域的层中形成凹部或沟槽，并用隔离材料来填充所述沟槽。沟槽中的材料(通常是氮化物材料)被称为间隔结构。除电隔离之外，氮化物间隔结构也可被用作流体屏障。
[0004]通过避免在使用传统的厚膜氧化物隔离(LOCOS)时遇到的表面形状不规则，STI在提供较高的封装密度、更好的隔离和较大的平面度方面是有益的。尤其地，使用掩蔽物(例如氮化物)的热场氧化物的生长产生了氧化物到有源区域中的侵蚀；这种侵蚀被称为鸟嘴效应。
[0005]纵横比高的沟槽虽然理论上在减少氮化物间隔结构(nitride spacer)的基底面方面满足需要，但是却有各种技术问题。一个重要的问题是，当沉积氮化物来填充纵横比高的沟槽时，竖直缝固有地沿着沟槽的中心形成，已沉积的氮化物层的在相对的竖直沟槽壁上的外表面在所述竖直缝处接触。所述竖直缝通常包括其中没有氮化物材料的间隙。虽然所述间隙不使氮化物间隔结构的电隔离功能降级，但是却在其他方面成为问题。例如，在流体屏障应用中，间隙本质上是氮化物间隔结构的隔离能力中的短回路。此外，间隙是可降低氮化物间隔结构的材料强度的缺陷。
[0006]因此，需要克服了已知间隔结构中的一个或多个问题的间隔结构和形成间隔结构的方法。如果该间隔结构和形成间隔结构的方法可包括高纵横比沟槽的形成过程、同时提供增加的间隔结构强度将是有益的。如果该间隔结构和形成间隔结构的方法可包括高纵横比沟槽的形成过程、同时提供改进的间隔结构隔离特征也将是有益的。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中，一种形成隔离间隔结构的方法包括:提供基底层；在所述基底层的上表面之上提供中间层；在所述中间层中蚀刻第一沟槽；将第一隔离材料部分沉积到第一沟槽内；将第二隔离材料部分沉积到所述中间层的上表面之上；在第二隔离材料部分的上表面之上形成上部层；在所述上部层中蚀刻第二沟槽；和将第三隔离材料部分沉积到第二沟槽内和第二隔离材料部分的上表面上。
[0008]在另一实施例中，一种晶片包括:基底层；所述基底层的上表面之上的第一层部分；所述第一层部分中的第一沟槽；所述第一沟槽内的第一隔离材料部分；第二隔离材料部分，其在所述第一层部分的上表面之上水平地延伸并连接至所述第一隔离材料部分；所述第二隔离材料部分的上表面之上的第二层部分；所述第二层部分中的第二沟槽；以及所述第二沟槽内的和所述第二隔离材料部分的上表面上的第三隔离材料部分。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1示出了层的邻近区段之间的氮化物间隔结构的局部侧剖视图，所述氮化物间隔结构根据本发明的原理具有在两个沟槽部分之间的位置处的侧向延伸部分；
[0010]图2是层的邻近区段之间的氮化物间隔结构的表面电子显微镜(SEM)显微照片，所述氮化物间隔结构根据本发明的原理具有在两个沟槽部分之间的位置处的侧向延伸部分；
[0011]图3-10示出了可用于形成层的邻近区段之间的氮化物间隔结构的过程，所述氮化物间隔结构具有在两个沟槽部分之间的位置处的侧向延伸部分；
[0012]图11示出了层的邻近区段之间的氮化物间隔结构的侧剖视图，所述氮化物间隔结构具有在两个沟槽部分之间的位置处的侧向延伸部分，所述沟槽部分中的每个为不同类型的材料；
[0013]图12示出了层的邻近区段之间的氮化物间隔结构的侧剖视图，所述氮化物间隔结构具有被中间沟槽部分隔开的两个侧向延伸部分，且附加的沟槽部分在所述两个侧向延伸部分中的相应的一个之上和之下延伸；
[0014]图13示出了层的邻近区段之间的氮化物间隔结构的侧剖视图，所述氮化物间隔结构具有在两个沟槽部分之间的位置处的侧向延伸部分，并具有从所述侧向延伸部分的外端部部分向下延伸的两个钩状部分；
[0015]图14示出了层的邻近区段之间的被释放的氮化物间隔结构的侧剖视图，所述氮化物间隔结构具有在两个沟槽部分之间的位置处的侧向延伸部分，并具有从所述侧向延伸部分的外端部部分向下延伸的两个钩状部分；以及
[0016]图15示出了层的邻近区段之间的氮化物间隔结构的侧剖视图，所述氮化物间隔结构具有在两个沟槽部分之间的位置处的侧向延伸部分，所述两个沟槽部分彼此轴向地偏移。
【具体实施方式】
[0017]为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中示出的和以下书面说明中所述的实施例。应当理解，不意图藉此限制本发明的范围。还应当理解，本发明包括对所描述的实施例的任何改变和改进，且包括本发明所属领域的技术人员通常能想到的本发明的原理的另外的应用。
[0018]图1示出了晶片100，其包括基板层102、装置层104和盖帽层106。装置层104可包括硅或其他结构材料。在该实施例中是氮化物材料的间隔结构108将装置层104分成两个邻近的层区段110/112。间隔结构108可用于将所述邻近的层区段110/112彼此电隔离。间隔结构108可附加地或替代性地用于隔离邻近的层区段110/112，使得气体不能从层区段110/112中的一个扩散至层区段110/112中的另一个。
[0019]间隔结构108包括与轴线120轴向地对齐的两个沟槽部分116、118。两个侧向延伸部分122、124远离轴线120向外延伸。不同的间隙126大致沿着轴线120定位。
[0020]间隙126是氮化物间隔结构108中的从用于形成间隔结构108的过程所产生的空缺区域。该现象在图2中是可见的，图2是晶片140的SEM显微照片。类似于晶片100，晶片140包括基板层142和装置层144。装置层144是膜，所述膜具有装置层144之上的空气间隙146和基板层142与装置层144之间的空气间隙148。间隔结构150将装置层144分隔成邻近的膜区段152、154。间隔结构150在连续的膜内提供了电隔离。
[0021]间隔结构150包括上部沟槽部分156、下部沟槽部分158和两个侧向延伸部分160、162，所述上部沟槽部分156在该实施例中延伸到空气间隙146中。间隙164可见为处于下部沟槽部分158的中心线附近。然而，上部沟槽部分156没有显示出明显量的空隙形成。对此的一个原因是上部沟槽部分156显然宽于下部沟槽部分158。因此，对于某些沉积技术，对于给定的纵横比，随着沟槽的宽度降低，空隙形成的可能性增加。参照图3-10更充分地论述这种现象。
[0022]图3-10示出了一种用于在晶片中形成间隔结构的过程。首先，提供基板层200，且下部装置层部分202形成在基板层200上(图3)。然后，蚀刻下部装置层部分202，从而形成如图4所示的沟槽204。沟槽204可以是使用任何期望的技术形成的高纵横比的沟槽。在一个实施例中，沟槽204使用深反应离子蚀刻(DRIE)形成。
[0023]然后，如图5所示，氮化物层206形成在装置层200和基板层202的露出部分上。随着氮化物层的沉积，氮化物材料从每个露出的表面“生长(grow)”。在沟槽204内，生长速度沿着沟槽204的侧壁可能不是均匀的，尤其在沟槽204相对较窄的情况下。因此，来自沟槽的相对侧的在第一高度处的氮化物材料可能在来自沟槽的相对侧的在较低高度处的氮化物材料连接之前连接，从而在第一高度之下的高度处隔离出空缺区域。这在氮化物层206的下部沟槽部分210中产生了间隙208。
[0024]由于氮化物从侧壁向外生长(侧向生长)，因此，间隙208通常靠近沟槽204的中心线。然而，由于所述生长主要是向上生长，因此，氮化物层206的正好在装置层202的上表面之上的侧向延伸部分212通常没有任何明显的间隙。同样地，沟槽204之上的侧向延伸部分212在沟槽204闭合后主要被向上生长所填充。此外，下部沟槽部分210的上部部分主要被向上生长所填充。因此，虽然轻微的凹部可能正好在沟槽204之上产生，但是，正好在沟槽204以及沟槽部分210的上部部分之上的氮化物层206通常没有任何明显的间隙。所述凹部(如果有的话)可通过CMP去除。
[0025]现在参照图6，此时，将侧向延伸部分212蚀刻成期望的形状。所述形状可基于间隔结构的期望的最终构型来选择。一旦侧向延伸部分212形成期望的形状，上部装置层部分214就形成在下部装置层部分202的露出的上表面上和侧向延伸部分212的上表面上(见图7)。图7中，为了易于论述，上部装置层部分214被示为与下部装置层部分202不同。然而，在该实施例中，两者的材料是相同的，从而上部装置层部分214和下部装置层部分202形成材料(例如硅)的单个整体层。然后，将上部装置层部分214平面化，且参照图8，穿过上部装置层214至侧向延伸部分212蚀刻沟槽216。
[0026]然后，如图9所示，氮化物层218形成在上部装置层部分214和侧向延伸部分212的露出部分上。在替代性的实施例中，层218的材料类型与层206的材料类型不同。氮化物层218包括侧向延伸部分220和上部沟槽部分222。图9中，为了易于论述，侧向延伸部分220和上部沟槽部分222不同地示出。在该实施例中，两者的材料相同，从而上部沟槽部分222和侧向延伸部分220形成单个的整体氮化物结构。[0027]以上述关于下部沟槽部分210所述的相同的方式，间隙224形成在上部沟槽部分222中，但不在侧向延伸部分220内或沟槽部分222的上部部分内。因此，移除侧向延伸部分220后，实现了图10的构型。
[0028]图10中，装置层226包括两个邻近的层区段228、230。层区段228、230被氮化物间隔结构232隔开。虽然包括间隙224的间隙存在于氮化物间隔结构232内，但是间隔结构232的上表面和下表面没有间隙。附加地，定位于上部沟槽部分222与下部沟槽部分210之间的侧向延伸部分212没有间隙。侧向延伸部分212侧向地延伸超过上部沟槽部分222的和下部沟槽部分210的外边缘。因此，侧向延伸部分212提供了增加的强度和隔离能力。
[0029]本领域技术人员将注意到，参照图3-10所述的过程可被改进，以便提供多种间隔结构构型。一个这样的构型在图11中示出，其中，晶片240包括基板242和间隔结构244。虽然基板242和间隔结构244可与图10的基板200和间隔结构232基本上相同，但是，晶片240还包括由不同类型的材料形成的下部层部分246和上部层部分248。
[0030]在另一实施例中，如图12所示，间隔结构250可形成为具有两个侧向延伸部分252、254。侧向延伸部分252、254被中间沟槽部分256隔开。
[0031]图13中示出了另一实施例。图13的晶片260包括具有侧向延伸部分264的间隔结构262。间隔结构262的两个钩状部分266、268从侧向延伸部分264向下延伸。钩状部分266、268可通过如下方式形成:在用于形成侧向延伸部分264的氮化物层的沉积之前蚀刻浅沟槽。钩状部分266、268提供了增加的机械强度，以用于抵抗层区段270和272的彼此远离的侧向移动。可通过部分地在基板层274和/或盖帽层(未示出)内形成间隔结构262来实现附加的强度。
[0032]参照图14，晶片280包括间隔结构282，所述间隔结构282允许邻近的层区段284、286的移动。图14中的间隔结构例如通过使用随后蚀刻的牺牲涂层从层区段284、286释放，从而在间隔结构282与层区段284、286之间形成间隙288。因此，间隔结构282在层区段284和286之间提供了应力隔离。通过使用层区段284、286与基板290之间的牺牲层，层区段284、286可被释放，同时间隔结构282可移动地联接层区段284和286。如果需要，间隔结构282可部分地形成在基板290和/或盖帽层(未示出)内，从而固定间隔结构282，同时允许层区段284和286的受控的移动。
[0033]除了前述布置之外(所述布置中的每个基于期望的应用可与其他布置的一个或多个方面组合)，间隔结构构件的方位和尺寸也可被改变。因此，上部沟槽可比下部沟槽更短、更高、更窄或更宽。侧向延伸部分在特定的实施例中可比另一实施例中的侧向延伸部分更宽和/或更厚。此外，虽然前述实施例中的沟槽部分被示为彼此对齐，但是，沟槽部分也可侧向地偏移。例如，图15的晶片294包括具有上部沟槽部分298的间隔结构296，所述上部沟槽部分298所限定的纵向轴线相对于由下部沟槽部分300所限定的纵向轴线侧向地偏移。
[0034]虽然在附图中和前述描述中详细地示出和描述了本发明，所述附图和描述应当被认为是描述性的且不限于字面意思。应当理解，仅介绍了优选的实施例，且落入本发明的精神内的所有改变、改进和其他应用也期望被保护。
【权利要求】
1.一种形成隔离间隔结构的方法，包括: 提供基底层； 在所述基底层的上表面之上提供中间层； 在所述中间层中蚀刻第一沟槽； 将第一隔离材料部分沉积到第一沟槽内； 将第二隔离材料部分沉积到所述中间层的上表面之上； 在第二隔离材料部分的上表面之上形成上部层； 在所述上部层中蚀刻第二沟槽；和 将第三隔离材料部分沉积到第二沟槽内和第二隔离材料部分的上表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在形成所述上部层之前在第二隔离材料部分的上表面上形成蚀刻阻止部；和 在沉积第三隔离材料部分之前移除所形成的蚀刻阻止部。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述中间层的上表面之上图案化第二隔离材料部分；和 在所述中间层的上表面之上蚀刻被图案化的第二隔离材料部分，使得第二隔离材料部分的剩余部分保留在所述中间层的上表面正上方。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述上部层中蚀刻第二沟槽包括: 在所述上部层中蚀刻与第一隔离材料部分轴向地对齐的第二沟槽。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述第一隔离材料部分包括第一组材料特性； 所述第三隔离材料部分包括第二组材料特性；和 所述第一组材料特性与所述第二组材料特性不同。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述中间层包括第三组材料特性； 所述上部层包括第四组材料特性；和 所述第三组材料特性与所述第四组材料特性不同。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 将第四隔离材料部分沉积到所述上部层的上表面正上方和第三隔离材料部分上； 在第四隔离材料部分的上表面之上形成上部层； 在所述上部层中蚀刻第三沟槽；和 将第五隔离材料部分沉积到第三沟槽内和第四隔离材料部分的上表面上。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述中间层中蚀刻第四沟槽；和 将第六隔离材料部分沉积到第四沟槽内，其中，沉积第二隔离材料部分包括: 将第二隔离材料部分沉积到所述中间层的上表面之上，所述第二隔离材料部分从第一隔离材料部分延伸至第六隔离材料部分。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在沉积第一隔离材料部分之前用第一牺牲层部分衬填第一沟槽； 在沉积第一隔离材料部分之后移除第一牺牲层部分；在沉积第六隔离材料部分之前用第二牺牲层部分衬填第四沟槽； 在沉积第六隔离材料部分之后移除第二牺牲层部分； 在沉积第二隔离材料部分之前用第三牺牲层部分衬填所述中间层的上表面；和 在沉积第二隔离材料部分之后移除第三牺牲层部分。
10.一种晶片，包括: 基底层； 所述基底层的上表面之上的第一层部分； 所述第一层部分中的第一沟槽； 所述第一沟槽内的第一隔离材料部分； 第二隔离材料部分，其在所述第一层部分的上表面之上水平地延伸并连接至所述第一隔离材料部分； 所述第二隔离材料部分的上表面之上的第二层部分； 所述第二层部分中的第二沟槽；和 所述第二沟槽内的和所述第二隔离材料部分的上表面上的第三隔离材料部分。
11.如权利要求10所述的晶片，其特征在于，所述第二隔离材料部分在第一隔离材料部分的相反侧上相对于第一隔离材料部分向外延伸。
12.如权利要求10所述的晶片，其特征在于，所述第三隔离材料部分与第一隔离材料部分轴向地对齐。
13.如权利要求10所述的晶片，其特征在于: 所述第一隔离材料部分包括第一组材料特性； 所述第三隔离材料部分包括第二组材料特性；和 所述第一组材料特性与所述第二组材料特性不同。
14.如权利要求10所述的晶片，其特征在于: 所述第一层部分包括第三组材料特性； 所述第二层部分包括第四组材料特性；和 所述第三组材料特性与所述第四组材料特性不同。
15.如权利要求10所述的晶片，其特征在于，所述晶片还包括: 所述第二层部分的上表面之上的第四隔离材料部分； 所述第四隔离材料部分的上表面之上的上部层； 所述上部层中的第三沟槽；和 所述第三沟槽内的和所述第四隔离材料部分的上表面上的第五隔离材料部分。
16.如权利要求10所述的晶片，其特征在于，所述晶片还包括: 所述第一层部分中的第四沟槽；和 所述第四沟槽内的第六隔离材料部分，其中，所述第一层部分的上表面之上的所述第二隔离材料部分从第一隔离材料部分延伸至第六隔离材料部分。
17.如权利要求16所述的晶片，其特征在于: 所述第一隔离材料部分不附连至所述第一层部分； 所述第六隔离材料部分不附连至所述第一层部分；和 所述第二隔离材料部分不附连至所述第一层部分的上表面。
【文档编号】H01L21/762GK103619750SQ201280028705
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月14日
【发明者】A·B·格雷厄姆, G·亚马, G·奥布莱恩 申请人:罗伯特·博世有限公司