基板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在其上具有介電膜的基板，在該基板上沉積介電膜的方法以及相 關(guān)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多裝置是通過在諸如硅晶片的基板上建立多個薄的介電層、半導(dǎo)電層以及金屬 層來制成。然而，這些層的沉積導(dǎo)致積聚應(yīng)力。在每個階段產(chǎn)生的凈應(yīng)力導(dǎo)致了在后續(xù)處 理步驟中的限制。例如，產(chǎn)生的凈應(yīng)力可導(dǎo)致晶片的翹曲，而該翹曲由于處理問題最終可導(dǎo) 致晶片損耗。再一問題是層的開裂，而層的開裂又導(dǎo)致產(chǎn)率降低和晶片損耗。晶片經(jīng)受的 凈應(yīng)力可為拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力。
[0003] 在半導(dǎo)體晶圓制造中的標(biāo)準(zhǔn)慣例是盡量最大限度地降低晶片的翹曲。另一標(biāo)準(zhǔn)慣 例是盡量在不產(chǎn)生裂紋的情況下來沉積層。為了最大限度地降低晶片的扭曲，已知的是通 過處理，諸如離子轟擊或過程化學(xué)將沉積膜內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力減少到可接受的水平。可替代地，可 對層進(jìn)行選擇以補(bǔ)償在底層膜中的應(yīng)力。例如，已知的是，將經(jīng)受壓縮應(yīng)力的膜沉積在經(jīng) 受拉伸應(yīng)力的膜的頂部。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)有它們的局限性。用于控制膜內(nèi)應(yīng)力的典型 方法是等離子體條件，其影響諸如沉積速率和RF偏壓的凈生長速率，選定的材料的內(nèi)在特 性，沉積溫度和膜的厚度。然而，裝置設(shè)計對這些參數(shù)中的許多都產(chǎn)生限制，并且這些限制 的結(jié)果是需要新的方法來提供一些新的先進(jìn)的裝置。
[0004] 在制造高功率、高電壓電容器裝置中遇到了其它問題。這類型的裝置通常需要將 聚酰亞胺集成到裝置中。雖然聚酰亞胺帶來了很多好處，但是也帶來了與使用該材料相關(guān) 的一些不良的限制。通常情況下，所沉積的聚酰亞胺膜的厚度被限制為小于10微米。這轉(zhuǎn) 而就限制了電壓，并且因此限制了能夠施加至該裝置的電場。此外，聚酰亞胺具有相對低的 熱預(yù)算。聚酰亞胺的固化溫度為280°C。因此，任何介電隔離層必須與該溫度限制相兼容。 實際上，這就意味著，與沉積隔離層相關(guān)的溫度應(yīng)當(dāng)不超過280°C。通常，二氧化硅被用作隔 尚層。
[0005] 這就需要能夠在比目前能夠?qū)崿F(xiàn)的更高電壓來操作未來的裝置。特別希望的是， 提供一種二氧化硅隔離層，該二氧化硅隔離層具20微米或以上的厚度，以能夠滿足利用聚 酰亞胺的新裝置的要求。然而，目前無法在溫度280°C或更低的溫度下沉積這種厚的均勻的 二氧化硅層。這是因為膜中應(yīng)力的產(chǎn)生會導(dǎo)致這些層開裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在本發(fā)明的至少一些實施方式中，解決了上述問題和需求。具體地，在本發(fā)明的 至少一些實施方式中，提供了厚的二氧化硅膜，該厚的二氧化硅膜可具有大于20微米的厚 度。該膜在沉積后能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的電泄漏和很少或沒有裂紋。該膜在零應(yīng)力，或在可用 于補(bǔ)償在裝置中別處顯示應(yīng)力的所需應(yīng)力下進(jìn)行沉積。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種在其上具有介電膜的基板，其中，該介電膜包 括介電材料的至少四個堆疊的層；所述堆疊的層包括經(jīng)受壓縮應(yīng)力的壓縮性層，以及經(jīng)受 拉伸應(yīng)力的拉伸性層；并且存在至少兩個間隔開的拉伸性層，該至少兩個間隔開的拉伸性 層中的每一個均與一個或多個壓縮性層相鄰。
[0008] 該介電膜可具有10微米或以上的厚度。優(yōu)選地，該介電膜具有15微米或以上的 厚度。更優(yōu)選地，該介電膜具有20微米或以上的厚度。通過本發(fā)明提供的相對較厚的介電 膜可被用作經(jīng)受高壓的裝置中的隔離膜。
[0009] 介電材料可為二氧化硅。然而，也可使用其它介電材料（例如其它硅氧化物）來 代替。
[0010] 所述介電膜可包括至少10層的介電材料。優(yōu)選地，介電膜包括至少12層的介電 材料。更優(yōu)選地，介電膜包括至少15層的介電材料。進(jìn)一步更優(yōu)選地，該介電膜包括至少 20層的介電材料。令人驚喜地是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用相對大數(shù)量的層可導(dǎo)致改進(jìn)的抗開裂性。
[0011] 該介電膜的每個介電層可具有在0.3微米至5微米范圍內(nèi)的厚度。優(yōu)選地，該介 電膜的每個介電層可具有在〇. 3微米至2. 5微米范圍內(nèi)的厚度。
[0012] 每個拉伸性層可具有在0. 3微米至1. 5微米范圍內(nèi)的厚度。
[0013] 每個拉伸性層可具有在1. 0微米或以下的厚度。
[0014] 該基板可包括聚酰亞胺層。介電膜可被沉積在該聚酰亞胺層上。該聚酰亞胺層可 被設(shè)置在半導(dǎo)體晶片（諸如硅晶片）上。
[0015] 該基板可形成為包括至少一個半導(dǎo)體部件的裝置的一部分或裝置的前體。該基板 可包括半導(dǎo)體晶片，諸如硅晶片。介電膜可直接沉積在半導(dǎo)體晶片上。可替代地，介電層可 沉積在基板的附加元件，如介電層、半導(dǎo)電層或金屬層上。在一些實施方式中，附加元件可 為聚酰亞胺層或其它聚合物層。
[0016] 介電膜可以包括至少三個拉伸性層。優(yōu)選地，介電裝置包括至少四個拉伸性層。更 優(yōu)選地，介電裝置包括至少八個拉伸性層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，包括相對較多拉伸性層的介電膜，且 所述介電膜包括相對較大數(shù)量的層，能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的抗開裂性，尤其在當(dāng)這些層相對較 薄時。具有2. 5微米或以下厚度的層可被認(rèn)為是相對較薄的。
[0017] 至少一些相鄰的壓縮性層和拉伸性層可通過介電材料的過渡區(qū)而間隔開。在一些 實施方式中，所有相鄰的壓縮性層和拉伸性層通過介電材料的過渡區(qū)而間隔開。過渡區(qū)經(jīng) 受可變應(yīng)力，該可變壓力從經(jīng)受拉伸應(yīng)力的與拉伸性層相接觸的過渡區(qū)的區(qū)域變化至經(jīng)受 壓縮應(yīng)力的與壓縮性層相接觸的過渡區(qū)的區(qū)域。在相鄰的壓縮性層和拉伸性層之間使用過 渡區(qū)可導(dǎo)致抗開裂性的進(jìn)一步改善。過渡區(qū)經(jīng)受的平均應(yīng)力可為零或接近零。
[0018] 這些過渡區(qū)可具有在20nm至100nm范圍內(nèi)的厚度。優(yōu)選地，這些過渡區(qū)具有在 30nm至75nm范圍內(nèi)的厚度。最優(yōu)選地，這些過渡區(qū)具有約50nm的厚度。
[0019] 與基板直接接觸的層以及所述膜的最上層可為壓縮性層。至少一半的層可經(jīng)受具 有大于25MPa模量的應(yīng)力。應(yīng)該理解的是，這意味著該層可為經(jīng)受大于+25MPa模量的應(yīng)力 的拉伸性層，或為經(jīng)受大于25MPa壓縮應(yīng)力（即，比-25MPa更負(fù)的應(yīng)力）的壓縮性層。至 少一半的層可經(jīng)受具有大于90MPa模量的應(yīng)力。至少一半的層可經(jīng)受具有大于120MPa模 量的應(yīng)力。至少一半的層可經(jīng)受具有約150MPa模量的應(yīng)力。
[0020] 在一些實施方式中，至少90%的層經(jīng)受具有大于251^，優(yōu)選大于901^，更優(yōu)選 大于120MPa，最優(yōu)選約150MPa模量的應(yīng)力。令人驚喜地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由經(jīng)受相對較高應(yīng)力的 層組成的介電膜具有改進(jìn)的性質(zhì)，諸如改進(jìn)的抗開裂性。由于在這些實施方式中，在相鄰的 壓縮性層和拉伸性層之間存在相對較高的應(yīng)力差，所以效果是出人意料的。
[0021] 該介電膜可具有零凈應(yīng)力?？商娲?，該介電膜可經(jīng)受用于至少部分補(bǔ)償基板中 彎曲的凈應(yīng)力。有利地是，本發(fā)明可提供一種介電膜，該介電膜根據(jù)所需應(yīng)用而經(jīng)受所需凈 應(yīng)力。
[0022] 該介電膜可經(jīng)受具有小于lOOMPa模量的凈應(yīng)力。該介電膜可經(jīng)受具有小于60MPa 模量的凈應(yīng)力。
[0023] 該介電膜可經(jīng)受凈壓縮應(yīng)力?？商娲?，該介電膜可經(jīng)受凈拉伸應(yīng)力。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種在基板上沉積介電膜的方法，該方法包括以下步 驟：
[0025] 在基板上沉積一層介電材料；以及
[0026] 至少沉積另外的三層所述介電材料以提供介電膜，該介電膜包括所述介電材料的 至少四個堆疊的層；
[0027] 其中，所述堆疊的層包括經(jīng)受壓縮應(yīng)力的壓縮性層，以及經(jīng)受拉伸應(yīng)力的拉伸性 層，并且這些層被沉積為使得存在有至少兩個間隔開的拉伸性層，該至少兩個間隔開的拉 伸性層中的每一個均與一個或多個壓縮性層相鄰。
[0028] 這些層可被沉積為使得介電膜具有10微米或以上的厚度。這些層可被沉積為使 得介電膜具有15微米或以上的厚度。這些層可被沉積為使得介電膜具有20微米或以上的 厚度。
[0029] 所述介電材料可為二氧化硅。
[0030] 可在腔室中沉積一個多層子單元。在沉積該多層子單元之后，可進(jìn)行腔室回蝕步 驟（chambere