[發(fā)明專利]半導體器件及形成其的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680054722.2
• 申請日: 2016-09-21
• 公開（公告）號: CN108028245A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 林葉;陳全勝
• 申請（專利權）人: 南洋理工大學
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L23/48;H01L21/768
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 潘軍

半導體器件100包括具有貫穿襯底通孔106的襯底102，貫穿襯底通孔106在其中形成有：第一電容器電極層108a和第二電容器電極層108b，和設置于第一電容器電極層108a和第二電容器電極層108b之間的介電材料層112；以及貫穿襯底通孔導體116。一種形成半導體器件100的方法，半導體器件100包括貫穿襯底通孔106，所述方法包括在貫穿襯底通孔106中形成：第一電容器電極層108a和第二電容器電極層108b，和設置于第一電容器電極層108a和第二電容器電極層108b之間的介電材料層112；以及貫穿襯底通孔導體116。

技術領域

本發(fā)明一般地涉及半導體器件及形成其的方法。更具體地，本發(fā)明涉及在形成在半導體襯底中的溝槽中形成電容器電極和介電層以及形成貫穿襯底通孔導體。

背景技術

貫穿襯底通孔(TSV)技術正成為3D芯片堆疊以及2.5D并排集成技術的關鍵推動力。它提供了在不同芯片(如硅芯片)層之間的垂直電連接。芯片上深溝槽電容器(DTCap)由于其提供高電容密度而廣泛用于先進電子系統(tǒng)，如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)和電壓調(diào)節(jié)器應用。制造貫穿襯底通孔和深溝槽電容器是有挑戰(zhàn)性且昂貴的，因為它們相比于現(xiàn)代金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)會占據(jù)多得多的管芯面積。

美國專利No.8492241 B2描述了一種用于同時形成貫穿襯底通孔和深溝槽結(jié)構的方法。貫穿襯底通孔和深溝槽電容器或深溝槽隔離(DTI)通過單掩模和單反應離子蝕刻(RIE)在同一個襯底上同時形成。貫穿襯底通孔溝槽比深溝槽電容器或深溝槽隔離溝槽更寬更深。在溝槽側(cè)壁上，利用不同介電材料形成貫穿襯底通孔和深溝槽電容器或深溝槽隔離。貫穿襯底通孔和深溝槽電容器或深溝槽隔離完全對齊。按推測，制造貫穿襯底通孔和深溝槽電容器的成本被降低。

美國專利No.8785289 B2闡述了一個采用導電貫穿襯底通孔的集成去耦合電容器。半導體襯底中的電容器采用導電貫穿襯底通孔作為內(nèi)部電極，并且采用柱狀摻雜半導體區(qū)域作為外部電極。電容器在小區(qū)域中提供了大的去耦合電容，而且不影響電路密度或硅3D結(jié)構設計。在半導體襯底中可以提供附加導電貫穿襯底通孔，以便提供用于電源的電連接和通過所述附加導電貫穿襯底通孔的信號傳輸。和具有可比較電容的常規(guī)電容器陣列相比，該電容器具有更低的電感，從而使得能夠減少在堆疊半導體芯片的電源系統(tǒng)中的高頻噪音。高質(zhì)量的深溝槽電容器具有與頂層及底層的電連接兩者。

美國專利No.8642456 B2利用深溝槽和貫穿襯底通孔技術實現(xiàn)了半導體信號能力的電容器。深溝槽N阱結(jié)構被形成，并在深溝槽N阱結(jié)構中利用半導體芯片中形成的貫穿襯底通孔提供注入。在半導體芯片中的貫穿襯底通孔周圍創(chuàng)建至少一個角度的注入。貫穿襯底通孔被介電層圍繞，且并填充有導電材料，所述導電材料形成電容器的一個電極。進行到一個注入的連接，從而形成到電容器的第二個電極。基于貫穿襯底通孔結(jié)構的信號能力電容器在電極連接方面具有更高的自由度。

美國專利公布No.20130181326 A1公開了改進的半導體電容器和制造方法。包含交替的第一類和第二類金屬層(每層由電介質(zhì)分離)的金屬絕緣體金屬(MIM)堆疊形成于深腔中。整個堆疊可以被平面化，進而被圖案化來暴露第一區(qū)域，并且被選擇性蝕刻以使第一區(qū)域內(nèi)的所有第一金屬層凹陷。執(zhí)行第二選擇性蝕刻以使第二區(qū)域內(nèi)的所有第二金屬層凹陷。蝕刻后的凹陷部可以用電介質(zhì)回填。可以形成分離的電極：第一電極和第二電極，所述第一電極形成在所述第一區(qū)域中并且接觸所有所述第二類金屬層而不接觸任何所述第一類金屬層，所述第二電極形成在所述第二區(qū)域中并且接觸所有所述第一類金屬層而不接觸任何所述第二類金屬層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在獨立權利要求中限定。本發(fā)明的部分可選特征在從屬權利要求中限定。

如本文所公開的，提出并描述的技術，其可允許以無縫方式同時制造電容器和TSV兩者。

優(yōu)于以上引用的已知技術的優(yōu)點可以包括以下的一個或多個：