CN107924954B - 沟槽电容器和用于制造沟槽电容器的方法 - Google Patents

Abstract

用于制造沟槽电容器（2）的方法，所述方法具有如下步骤：提供衬底（200），所述衬底具有正面（201）和背面（202）；在所述衬底（200）的正面（201）上产生具有沟槽（210）的沟槽结构；在所述衬底（200）的背面（202）上施加结构（240）；在所述衬底（200）的正面（201）上并且在所述衬底（200）的沟槽（210）中沉积绝缘介电层（220）；将第一电极（230）施加到沉积在所述衬底（200）的正面（201）上并且沉积在沟槽结构（210）中的绝缘介电层（220）上；将第二电极（250）施加到所述衬底（200）的配备有所述结构（240）的背面（202）上，其中所述结构（240）具有缺口（245），使得所述第二电极（250）在所述缺口（245）的区域内接触所述衬底（200）的背面（202），以及半导体‑沟槽‑电容器（2）。

Description

沟槽电容器和用于制造沟槽电容器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造沟槽电容器的方法和一种沟槽电容器。

背景技术

硅-（Si）-沟槽电容器相对于可替代的电容器技术提供如下优点：一方面，所述硅-（Si）-沟槽电容器可以成本有利地在硅衬底上制造。另一方面，这些硅-（Si）-沟槽电容器在适当地热连接到电路载体上的情况下具有良好的散热。借此，这些硅-（Si）-沟槽电容器适合于应用在功率电子装置中。

在制造这些电容器时的挑战是晶片的弯曲，所述弯曲在工艺中通过用于绝缘的介电层在衬底或晶片的正面上的沉积形成。介电层沉积得越厚，晶片弯曲越大，所述晶片弯曲从一定的值起使得对晶片的处理不可能。

发明内容

本发明的核心和优点

本发明提供的技术方案能够制造具有较厚的介电绝缘层的半导体-沟槽电容器、尤其硅-沟槽-电容器，并且借此制造具有被提高的耐压强度的电容器。

按照本发明，这通过如下方式来实现：在衬底或晶片的背面上也施加有如下结构，所述结构反作用于衬底或晶片的弯曲并且至少部分地补偿所述弯曲。

为此，提出了一种用于制造沟槽电容器的方法，所述方法具有如下步骤：提供衬底，所述衬底具有正面和背面；在衬底的正面上产生具有沟槽的沟槽结构；在衬底的背面上施加结构；在衬底的正面上并且在衬底的沟槽中沉积绝缘介电层；将第一电极施加到沉积在衬底的正面上并且沉积在沟槽结构中的绝缘介电层上；将第二电极施加到衬底的配备有介电结构的背面，其中介电结构具有缺口，使得第二电极在缺口的区域内接触衬底的背面，其中所述结构具有网络形或网格形结构。

施加在衬底的背面上的结构可以优选地由与沉积在衬底的正面上并且沉积在衬底的沟槽中的介电层相同的材料组成。借此，该结构优选地可以首先以第二介电层的形式沉积在衬底的背面上，并且在另一工艺步骤中被构造。在此，第二介电层的沉积尤其可以在与介电层的沉积相同的工艺步骤中在衬底的正面上进行。

为了构造第二层而规定，将所述第二层部分地除去。为此，有利地，网格光栅可以在第二层上以光刻方式来掩蔽，而且第二层紧接着可以被蚀刻，其中在蚀刻步骤中，第二层的未被掩蔽的区域被剥蚀，而第二层的被掩蔽的区域被保留。有利地，以这种方式可以利用本身公知的、常用的工艺来在衬底的背面上产生网格形或网络形的结构。

所述网格形或网络形的结构能够实现对由于将绝缘介电层施加到衬底的正面上而形成的机械应力的至少部分的补偿，其中所述网格形或网络形的结构优选地由与在衬底的正面上的绝缘介电层相同的材料组成。但是同时，衬底的背面还能为了电接触而通过背面的第二电极接触到。

如果该结构网络或网格形地、优选地以朝至少两个彼此不同的方向贯穿的网格线来构造，那么应力补偿是特别有效的。有利的是：以90度的角度彼此延伸的贯穿的网格线或者还有以60度的角度彼此延伸的朝三个表面方向的网格线。

利用按照本发明的方法制造的沟槽电容器也是有利的，所述沟槽电容器带有：具有正面和背面的衬底；在衬底的正面上的包括沟槽的沟槽结构；布置在正面以及沟槽的表面上的绝缘介电层；布置在绝缘介电层上的第一电极；布置在衬底的背面上的结构，所述结构具有缺口；以及布置在该结构上以及该结构的缺口中的第二电极，所述第二电极在缺口的区域内接触衬底的背面，其中所述结构具有网络形或网格形结构。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出而且随后进一步予以阐述。在此，相同的附图标记表示相同的或者起相同作用的元件或步骤。

其中：

图1示出了按照本发明的方法的流程图，

图2示出了经过半导体-沟槽-电容器、例如硅-沟槽-电容器的截面，所述半导体-沟槽-电容器利用按照本发明的方法来制造，和

图3a和3b示出了对如下结构的俯视图，所述结构用于补偿通过施加到半导体衬底的正面上的绝缘介电层感应到衬底中的机械应力，而且同时能够实现通过背面的第二电极对衬底的电接触。

具体实施方式

在图1中画出了按照本发明方法依据流程图的流程。

该流程以步骤110开始。

在步骤120中提供半导体晶片、这里是硅晶片。所述半导体晶片是衬底200（图2），按照本发明的沟槽电容器2由所述衬底根据按照本发明的方法来处理。衬底200具有正面201和背面202。

在步骤130中将包括多个沟槽210的沟槽结构引入到正面201上（在图2中上方）。这可以在半导体制造领域常见的干化学蚀刻法的过程中进行。

在接下来的步骤140，在衬底200的或晶片的正面201上以及在构造在其中的沟槽210的敞开的表面、即所述沟槽的侧壁211和213以及所述沟槽的底部212上施加绝缘介电层220。这例如可以借助于CVD（Chemical Vapor Deposition（化学气相沉积））工艺或ALD（Atomic Layer Deposition（原子层沉积））工艺来进行。

优选地在相同的步骤140中、可替代地在先前的或跟随步骤140的工艺步骤150中，在衬底200的背面202上同样施加第二绝缘介电层。

尤其在衬底200的正面201上可以实施如下绝缘层，所述绝缘层具有相对于传统的半导体-沟槽-电容器和硅-沟槽-电容器明显提高的、例如为0.02μm-5μm的层厚度。这通过作为应对措施起作用的背面的第二层240来实现，所述第二层以如下程度来对通过第一层220耦合输入到衬底中的机械应力补偿，使得避免或减小衬底200的弯曲。

在接下来的工艺步骤160中，施加到衬底200的背面202上的第二绝缘层240被部分除去，使得网格或者由网孔构成的网络240（图3a和3b）留下，所述网格或网络240包围衬底背面202的裸露的岛状物245。这样，通过光刻例如可以将渔网图案施加到衬底200的背面202上（图3a和3b）。替换于渔网图案，也可以使用任意其它的循环图案，所述循环图案的晶格常数比芯片尺寸小得多。有利的是，贯穿地设计介电层，而导电表面可以岛状地（inselhaft）存在。该装置几何形状应该使应力消除最大化。

为此，第二介电层240选择性地在光刻限定的位置245上被除去。示例性地在图3a和3b中分别示出了由此在衬底200的背面202上形成的结构240的俯视图。

因此，这些结构240由网格网络240构成，所述网格网络的网孔包围缺口245（也称作岛状物245）。在此，网孔通过桥形接片241和242（图3a）或246、247、248（图3b）构成。结构240用于补偿机械应力，所述机械应力通过将绝缘介电层220施加在衬底200的正面201上而形成。只要未被补偿，该机械应力就会导致衬底200的弯曲，所述弯曲会妨碍或阻止对衬底或如此制造的半导体的继续处理或加工。在此，通过引入到衬底200中的沟槽210附加地促进了弯曲。结构240反作用于所述弯曲。如果网络240拥有贯穿的桥形接片241、242或246、247、248，使得这些桥形接片可以通过衬底200的整体膨胀来吸收机械应力，那么该结构240在其应力补偿方面是特别有效的。此外，如果关于衬底底面202的表面方向通过桥形接片241、242或246、247、248的方向来覆盖，那么压力补偿是特别有效的。为此，在图3a的情况下，桥形接片241、242彼此以90度的角度来布置。在此，90度的参数说明应被理解为标准值，在工艺不精确的范围内也可以与所述标准值有偏差。原则上，也可以选择不同的角度。在图3a和图3b中示出了不同的结构240。这里，桥形接片彼此以60度的角度来取向。

在工艺步骤170，将第一电极230施加到正面的第一绝缘介电层220上。优选地在相同的、可替代地在先前的或者随后的工艺步骤中将第二电极250施加到衬底的背面上、即施加到背面的结构240的网孔上以及衬底背面202的由其包围的岛状物245上。

紧接着，这样在晶片上处理的电容器被分割成单个电容器，例如利用激光切割或在锯切工艺中被分割成单个电容器。

在图2中示出了利用按照本发明的方法制造的半导体-沟槽-电容器、这里硅-沟槽-电容器2的横截面。沟槽-电容器2通常拥有由硅构成的衬底200。该衬底典型地具有[衬底厚度0.05mm-2mm]的尺寸。从衬底200的第一表面（这里是下文中的正面201）出发，将沟槽210引入到衬底200中。这例如借助于常用的半导体蚀刻法来进行。

在衬底200的背离第一表面201的第二表面（这里以及在下文中是背面202）上施加有已经依据图3a和3b描述的结构240，所述结构240由如下网络组成，所述网络由绝缘介电材料构成。绝缘介电材料例如可以是二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、氧化铝（Al2O3）。有利地，桥形接片241、242或246、247、248可具有尺寸[周期1μm至100μm]。

在衬底200的正面201上（包括沟槽210的表面、即壁面211和213以及底面212在内）施加有由绝缘介电材料构成的层220[介电层的厚度：0.02μm-5μm]。

最后，将以在正面上平地构造的第一电极230以及在背面上平的第二电极250的形式的电接触不仅施加到用绝缘层220覆盖的衬底200的正面上而且施加到利用结构240覆盖的衬底200的背面202上。在此，第二电极250一方面平放在结构240上，并且另一方面在网络形结构240的岛状物245或空隙245中直接地平放在衬底200的背面202上。

因此，结构240虽然在机械压力补偿方面是有效的，然而基本上不是电有效的。因此，电容器在其电特性方面基本上通过正面的第一电极230、第一绝缘介电层220和作为第二电极的衬底200的序列来形成。在这种情况下出发点是：衬底200是良好导电的。衬底也可以低掺杂地（有意地较差地导通）来选择，以便将定做的串联电阻集成到该结构中。

Claims (8)

1.一种用于制造沟槽电容器（2）的方法，所述方法具有如下步骤：

提供衬底（200），所述衬底具有正面（201）和背面（202）；

在所述衬底（200）的所述正面（201）上产生具有沟槽（210）的沟槽结构；

在所述衬底（200）的所述正面（201）上并且在所述衬底（200）的所述沟槽（210）中沉积绝缘介电层（220）；

在所述衬底（200）的所述背面（202）上施加结构（240）；

将第一电极（230）施加到沉积在所述衬底（200）的所述正面（201）上并且沉积在沟槽结构（210）中的绝缘介电层（220）上；

将第二电极（250）施加到所述衬底（200）的配备有所述结构（240）的所述背面（202）上，

其中所述结构（240）具有缺口（245），使得所述第二电极（250）在所述缺口（245）的区域内接触所述衬底（200）的所述背面（202），

其中所述结构（240）具有网络形或网格形结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其中施加到所述衬底（200）的所述背面（202）上的结构（240）由与沉积在所述衬底（200）的所述正面（201）上的所述绝缘介电层（220）相同的材料组成。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述结构（240）或者第二层在与将所述绝缘介电层（220）沉积在所述衬底（200）的所述正面（201）上相同的工艺步骤或者紧邻的工艺步骤中实现，其中由所述第二层产生在所述衬底（200）的背面（202）上的所述结构（240）。

4.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中所述结构（240）通过构造沉积在所述衬底（200）的所述背面（202）上的第二层来产生。

5.根据权利要求4所述的方法，在构造的步骤中将所述第二层部分地除去。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述构造的步骤中，所述第二层部分地通过蚀刻来除去，并且留下的结构在蚀刻之前以光刻方式来掩蔽。

7.根据上述权利要求1-3之一所述的方法，其中所述结构（240）所具有的网络或网格结构具有朝至少两个彼此不同的方向贯穿的网格线。

8.一种沟槽电容器（2），所述沟槽电容器根据上述权利要求之一所述的方法来制造，所述沟槽电容器具有：

具有正面（201）和背面（202）的衬底（200）；

在所述衬底（200）的正面（201）上的包括沟槽（210）的沟槽结构；

布置在所述正面（201）和所述沟槽（210）的表面（211、212、213）上的绝缘介电层（220）；

布置在所述绝缘介电层（220）上的第一电极（230）；

布置在所述衬底（200）的背面（202）上的结构（240），所述结构具有缺口（245）；以及布置在所述结构（240）上和布置在所述结构的缺口（245）中的第二电极（250），所述第二电极在所述缺口（245）的区域内接触所述衬底（200）的所述背面（202），

其中所述结构（240）具有网络形或网格形结构。

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