制造具有凸起接觸的半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】在半導(dǎo)體襯底(1)上或上方的介電層(2)中形成包括電導(dǎo)體(4、5、6、7)的布線(3)，在所述介電層中形成開口使由所述導(dǎo)體之一形成的接觸焊墊(8)露出，并且在所述介電層中形成另一開口使與所述接觸焊墊分離的另一導(dǎo)體(5)的區(qū)域露出。用導(dǎo)電材料(9)填充所述另一開口，并且從與所述襯底相對(duì)的側(cè)使所述介電層變薄，從而使得所述導(dǎo)電材料從所述介電層凸起。
【專利說明】制造具有凸起接觸的半導(dǎo)體器件的方法
[0001]US 5 767 001公開了一種用于三維集成的半導(dǎo)體器件，其包括穿透襯底并且從后表面凸起的觸針。
[0002]US 5 910 020公開了一種用于半導(dǎo)體器件的制造方法，所述制造方法通過在布線上形成鎢柱并且施加鋁合金以使鎢柱的上表面和側(cè)表面接觸，所述鋁合金在氧化硅層的上方延伸。
[0003]EP 2554980 A1公開了一種具有傳感器的集成電路，其包括具有通過介電層彼此絕緣的堆疊的圖案化金屬層的襯底。上部金屬層包括第一電極、第二電極、接合焊墊和加熱元件。
[0004]US 2009/0200664 A1公開了一種包括晶片、SiN鈍化膜及聚酰亞胺膜的半導(dǎo)體器件的制造方法。金屬層包括在半導(dǎo)體晶片表面上的鋁電極墊片(特別地，接合焊墊)，在聚酰亞胺膜的上方延伸的布線層，以及焊錫凸塊。布線層的一些被拉長(zhǎng)為基本上矩形的形狀。
[0005]M.-S.Wang 等在 Advanced Materials 22(2010)的第93 頁至第 98 頁發(fā)表的: “Interface Dynamic Behav1r Between a Carbon Nanotube and Metal Electrode”中描述了單個(gè)碳納米管(CNTs)和磨尖鎢電極之間的接觸。電極的末端吸收源CNT原子，然后源 CNT原子穿透至電極本體深處，形成碳化物，并且最終沉淀為新形成的石墨管殼以封裝電極。
[0006]本發(fā)明的目的是公開一種制造便利電連接至納米管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。 [〇〇〇7]該目的是根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法實(shí)現(xiàn)的。實(shí)施例和變型來自從屬權(quán)利要求。
[0008]該半導(dǎo)體器件包括:半導(dǎo)體襯底;在襯底上或上方的介電層;布置在介電層中的包括電導(dǎo)體的布線；以及由所述導(dǎo)體中的一個(gè)導(dǎo)體形成的接觸焊墊。導(dǎo)電材料的另一導(dǎo)體被布置在介電層中與所述導(dǎo)體中的另一個(gè)導(dǎo)體接觸，所述導(dǎo)體中的另一個(gè)導(dǎo)體與接觸焊墊分離。所述另一導(dǎo)體在介電層相對(duì)于襯底的遠(yuǎn)側(cè)上從介電層凸起。
[0009]該半導(dǎo)體器件還可以包括在介電層的遠(yuǎn)側(cè)上的鈍化層，使得所述另一電導(dǎo)體也從鈍化層凸起。介電層和鈍化層可以包括不同的材料。特別地，例如介電層可以是氧化硅如 Si〇2，并且鈍化層可以是氮化硅如Si3N4。
[0010]特別地，所述另一導(dǎo)體可以具有以縱向延伸的細(xì)長(zhǎng)脊的形狀。脊通?？梢跃哂醒厮目v向延伸的長(zhǎng)度和垂直其縱向延伸的寬度，長(zhǎng)度至少是寬度的三倍。所述另一導(dǎo)體可以凸起在20nm至100nm范圍中的高度。所述另一導(dǎo)體可以包括多個(gè)單導(dǎo)體。單導(dǎo)體的每一個(gè)可以具有以縱向延伸的細(xì)長(zhǎng)脊的形狀，并且特別地，縱向延伸可以彼此平行。所述另一導(dǎo)體可以包括媽或銅。
[0011]通孔可以穿透半導(dǎo)體襯底，并且金屬化層可以被布置在通孔中與所述導(dǎo)體中的一個(gè)導(dǎo)體接觸，由此形成貫通襯底通路。
[0012]本方法包括:在半導(dǎo)體襯底上或上方的介電層中形成電導(dǎo)體的布線;在介電層中形成開口使由所述導(dǎo)體中的一個(gè)導(dǎo)體形成的接觸焊墊露出；以及在介電層中形成另一開口使與接觸焊墊分離的所述導(dǎo)體中的另一個(gè)導(dǎo)體的區(qū)域露出。用導(dǎo)電材料填充另一開口，并且從與襯底相對(duì)的側(cè)使介電層變薄，從而使得導(dǎo)電材料從介電層凸起。
[0013]在本方法的一個(gè)變型中，導(dǎo)電材料還被填充在露出接觸焊墊的開口中，并且導(dǎo)電材料的一部分被去除，使得在開口中由導(dǎo)電材料的剩余部分形成間隔物，同時(shí)另一開口保持至少一半被填充。
[0014]在本方法的另一變型中，另一開口由溝槽形成。
[0015]在本方法的另一變型中，另一開口由多個(gè)平行溝槽形成。
[0016]在本方法的另一變型中，填充另一開口的導(dǎo)電材料包括與電導(dǎo)體不同的金屬。
[0017]下面是結(jié)合附圖對(duì)制造方法的示例的詳細(xì)描述。
[0018]圖1是半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0019]圖2是根據(jù)圖1的包括納米管布置的截面圖。
[0020]圖3是根據(jù)圖1的器件的頂視圖。
[0021]圖4是根據(jù)圖2的布置的頂視圖。
[0022]圖5是該制造方法的中間產(chǎn)品的截面圖。
[0023]圖6是在施加導(dǎo)電材料之后根據(jù)圖5的截面圖。
[0024]圖7是在部分去除導(dǎo)電材料之后根據(jù)圖6的截面圖。
[0025]圖8是包括貫通襯底通路的另一半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0026]圖1是半導(dǎo)體器件的截面圖，包括可以是例如硅的半導(dǎo)體襯底1，在半導(dǎo)體襯底1上的介電層2,以及嵌在可以是氧化硅，特別地，例如二氧化硅的介電層2中的布線3。布線3包括電導(dǎo)體，特別地，所述電導(dǎo)體可以由例如結(jié)構(gòu)化的金屬層6和豎直互連部7如金屬塞形成。 布線3可以被設(shè)置用于集成電路，如在半導(dǎo)體襯底1中集成的CMOS電路。接觸焊墊8由通?？梢詫儆谧钌喜康慕饘倩瘜拥乃鲭妼?dǎo)體中的一個(gè)電導(dǎo)體4形成。
[0027]與接觸焊墊8分離的所述電導(dǎo)體中的另一個(gè)電導(dǎo)體5被設(shè)置有另一電導(dǎo)體9,所述另一電導(dǎo)體9從介電層2相對(duì)于半導(dǎo)體襯底1的遠(yuǎn)側(cè)上凸起。鈍化層10可以被施加在如圖1所示的介電層2上，特別地，所述鈍化層10可以由例如與介電層2的材料不同的材料形成，并且可以包括氮化硅如Si3N4。如果鈍化層10存在，則另一導(dǎo)體9也從鈍化層10凸起。另一導(dǎo)體9凸起的高度h通?？梢詮?0nm至100nm的范圍變化。例如，在標(biāo)準(zhǔn)方式中，接觸焊墊8可以被設(shè)置有另一導(dǎo)電材料如凸點(diǎn)下金屬化層18。
[0028]圖2是根據(jù)圖1的截面圖，并且示意性地示出了具有另一器件的半導(dǎo)體器件的布置，特別地，另一器件可以是被設(shè)置有氣敏材料如Sn02或碳納米管的氣體傳感器、化學(xué)傳感器或濕度傳感器。通過示例的方式，圖2示出了與另一導(dǎo)體9的凸起端接觸的納米管11的平行布置。
[0029]圖3是根據(jù)圖1的半導(dǎo)體器件的頂視圖。在圖3中用水平點(diǎn)劃線示出了圖1所示橫截面的位置。圖3所示與圖1所示元件對(duì)應(yīng)的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。接觸焊墊8由被介電層2和/或鈍化層10部分地覆蓋的電導(dǎo)體4形成。電導(dǎo)體4和另一電導(dǎo)體5的輪廓線在圖3中用虛線示為隱藏的輪廓。在圖3中還示出了連接至電導(dǎo)體4和另一電導(dǎo)體5的豎直互連部17的位置。在根據(jù)圖1和圖3的半導(dǎo)體器件中，另一導(dǎo)體9包括多個(gè)單導(dǎo)體19,單導(dǎo)體19的每一個(gè)具有具有縱向延伸e的細(xì)長(zhǎng)脊12的形狀。特別地，縱向延伸e可以彼此平行。通過示例的方式，如圖3所示，脊12可以全部具有相同的尺寸或可以具有不同的尺寸。脊12沿它的縱向延伸e測(cè)量的長(zhǎng)度d，通常超過它的寬度w至少3倍。
[0030]圖4是根據(jù)圖2的布置的頂視圖，并且示出了跨形成另一導(dǎo)體9的單導(dǎo)體19延伸的納米管11的布置。圖4所示的與圖3所示的元件對(duì)應(yīng)的其他元件用相同的附圖標(biāo)記表示。形成單導(dǎo)體19的脊12的平行布置并且納米管11的橫向平行布置是優(yōu)選的，以便于納米管11與另一導(dǎo)體9的連接。[〇〇31]圖5是該制造方法的中間產(chǎn)品的截面圖。半導(dǎo)體襯底1設(shè)置有包括布線3的介電層 2。圖5未示出鈍化層10,該鈍化層10可以選擇性地被施加在介電層2上，并且本質(zhì)上不改變?cè)摲椒ǖ牟襟E。在介電層2中形成開口 13,使由導(dǎo)體中的一個(gè)導(dǎo)體4形成的接觸焊墊8露出， 并且在介電層2中形成另一開口 14,使導(dǎo)體中與接觸焊墊8分離的另一個(gè)導(dǎo)體5的區(qū)域露出。 開口 13和另一開口 14可以用相同的方法步驟形成，特別地，通過在開口 13和另一開口 14要被形成的區(qū)域中使用具有窗口的掩模。特別地，例如另一開口 14可以是多個(gè)平行溝槽。溝槽的長(zhǎng)度大于溝槽的寬度，通常是至少3倍。
[0032]圖6是在施加導(dǎo)電材料15之后的根據(jù)圖5的截面圖，特別地，導(dǎo)電材料15是包括金屬如鎢或銅的材料，所述金屬可以形成整層。在施加導(dǎo)電材料15之前，可以是例如TiN并且未在圖6中示出的薄襯套可以被施加在要被導(dǎo)電材料15覆蓋的整個(gè)表面上。用導(dǎo)電材料15 填充另一開口 14,由此形成另一導(dǎo)體9。然后，去除覆蓋介電層2(或鈍化層10,如果鈍化層10 被設(shè)置)上表面的導(dǎo)電材料15的上部。這可以通過相對(duì)于介電層2(或鈍化層10,如果鈍化層 10被設(shè)置)和/或襯套選擇性地蝕刻導(dǎo)電材料15,特別地，通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)來實(shí)現(xiàn)。 蝕刻步驟可能在另一開口 14的區(qū)域中產(chǎn)生輕微凹陷，然而另一開口 14保持至少一半被填充?；蛘呖梢酝ㄟ^化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除導(dǎo)電材料15的上部，其產(chǎn)生基本上平整的表面， 同時(shí)另一開口 14保持完全被填充。
[0033]圖7是通過選擇性蝕刻去除導(dǎo)電材料15的上部之后根據(jù)圖6的截面圖。蝕刻步驟優(yōu)選地被各向異性地執(zhí)行，使得在接觸焊墊8上方的開口 13的側(cè)壁處產(chǎn)生由導(dǎo)電材料15的剩余部分組成的間隔物16。然后，從與半導(dǎo)體襯底1相對(duì)的表面使介電層2(或鈍化層10,如果鈍化層10被設(shè)置)變薄，直到另一導(dǎo)體9足夠遠(yuǎn)地從介電層2凸起，并且由此獲得與圖1所示實(shí)施例相似的實(shí)施例。
[0034]通過所述的方法，可以在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中僅附加很少的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的方法步驟來制造半導(dǎo)體器件。凸起的另一導(dǎo)體9便利電連接至另一器件的元件，特別地， 例如連接至包括氣敏材料的元件，如碳納米管。
[0035]圖8是包括貫通襯底通路的另一半導(dǎo)體器件的截面圖。從背側(cè)進(jìn)入半導(dǎo)體襯底1蝕刻通孔20,并且露出布線3的導(dǎo)體中的一個(gè)導(dǎo)體6的背側(cè)接觸區(qū)域。形成另一介電層21使半導(dǎo)體材料絕緣。金屬化層22被布置在通孔20中與布線3的電導(dǎo)體6的背側(cè)接觸區(qū)域接觸。金屬化層22可以與在金屬化層背部上的另一背側(cè)接觸區(qū)域23電連接，所述另一背側(cè)接觸區(qū)域 23被設(shè)置用于外部電連接。由此形成穿透半導(dǎo)體襯底1的電互連部。在接觸區(qū)域23上方開口的另一鈍化層24可以被施加在背側(cè)上以及通孔20內(nèi)的金屬化層22上。
[0036]附圖標(biāo)記列表[〇〇37]1半導(dǎo)體襯底
[0038]2介電層
[0039]3 布線
[0040]4電導(dǎo)體[0041 ]5另一電導(dǎo)體
[0042]6金屬層
[0043]7豎直互連部
[0044]8接觸焊墊
[0045]9另一導(dǎo)體
[0046]10鈍化層
[0047]11納米管
[0048]12 脊
[0049]13 開口
[0050]14 另一開口[0051 ]15導(dǎo)電材料
[0052]16間隔物
[0053]17豎直互連部
[0054]18凸點(diǎn)下金屬化層
[0055]19單導(dǎo)體
[0056]20 通孔
[0057]21另一介電層
[0058]22金屬化層
[0059]23接觸區(qū)域
[0060]24另一鈍化層
[0061]d 長(zhǎng)度
[0062]e縱向方向
[0063]f 高度
[0064]w 寬度
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括:-在半導(dǎo)體襯底(1)上或上方的介電層(2)中形成包括電導(dǎo)體(4、5、6、7)的布線(3);以 及_在所述介電層(2)中形成開口(13)使由所述導(dǎo)體中的一個(gè)導(dǎo)體(4)形成的接觸焊墊 (8)露出，所述方法的特征在于_在所述介電層(2)中形成另一開口(14)，并且與所述接觸焊墊(8)分離的所述導(dǎo)體中 的另一個(gè)導(dǎo)體(5)的區(qū)域由此露出，-用導(dǎo)電材料(15)填充所述另一開口(14)，以及_從與所述襯底(1)相對(duì)的側(cè)使所述介電層(2)變薄，使得所述導(dǎo)電材料(15)從所述介 電層(2)凸起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中_所述導(dǎo)電材料(15)還填充在露出所述接觸焊墊(8)的所述開口(13)中，以及_所述導(dǎo)電材料(15)的一部分被去除，使得由所述導(dǎo)電材料(15)的剩余部分在所述開 口(13)中形成間隔物(16)，并且所述另一開口(14)保持至少一半被填充。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述另一開口(14)由溝槽形成。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述另一開口(14)由多個(gè)平行溝槽形成。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的方法，其中填充所述另一開口(14)的所述導(dǎo)電材 料(15)包括與所述電導(dǎo)體(4,5,6,7)不同的金屬。
【文檔編號(hào)】G01N27/12GK105980840SQ201580007271
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年1月14日
【發(fā)明人】約亨·克拉夫特, 卡爾·羅拉赫爾, 馬丁·施雷姆斯
【申請(qǐng)人】ams有限公司