用于改进微型电子装置的高电压击穿可靠性的结构和方法制造方法及图纸

一种用于改进微电子装置，例如电流数字隔离器的高压击穿可靠性的方法(200A)和结构涉及在高压隔离电容器的金属板拐角周围设置消除结构(214)以在装置的操作期间改善归因于介电不连续性在所述拐角处形成的电场的效应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改进微型电子装置的高电压击穿可靠性的结构和方法本公开大体上涉及半导体装置和制造方法，且更具体地说，涉及用于改进微电子装置，例如电流数字隔离器的高压击穿可靠性的方法和结构。
技术介绍
电流隔离为电气系统中用以防止电流流动，同时仍然可在例如电容、电感或电磁波的其它装置或光学、声学或机械装置的部分之间交换能量或信息的隔离功能性部分的原理。当两个或多于两个电路进行通信但其接地或参考节点可在不同电位下时，电流隔离尤其适用。这是通过防止不合需要的电流在共享参考导体的两个单元之间流动而使接地环路断开的有效方法。出于安全性，电流隔离还用于防止电流意外地通过人的身体到达接地。隔离器为被设计成使两个系统或电路之间的直流电(DC)和不合需要的瞬态电流最小化，同时允许所述两个系统或电路之间的数据和功率传输的装置。在大多数应用中，隔离器除了允许系统恰当地运行之外还充当抵抗高压的势垒。当将电容元件用作隔离器时，尤其在高压应用中，介电击穿为关键问题。随着集成电路和半导体制造设计的继续发展，还伴随着对包含电流隔离器的微电子装置的改进。
技术实现思路
用于改进微电子装置(例如电流隔离器)的高压击穿可靠性的方法和结构的实施例涉及通过在高压隔离电容器的一或多个金属板拐角周围设置消除结构而消除或最小化介电不连续性，以便在装置的操作期间改善拐角处的电场的扰乱效应。在一个方面中，微电子装置的实施例尤其包括具有顶部表面和底部表面的半导体衬底和沿着所述顶部表面对准的场氧化物层。形成上覆于所述场氧化物层的第一介电层。下部金属板形成于所述第一介电层上方。第二介电层安置于所述下部金属板与上部金属板之间，其中下部金属板和上部金属板共同用作高压隔离组件。所述第二介电层可包括多层板间介电组合物，包含形成于板间介电组合物的上表面处的上部介电子层。在一个实施例中，所述上部介电子层由具有第一介电常数的材料形成。所述上部金属板安置为邻近于且与板间介电组合物的上部介电子层接触，所述上部金属板具有竖直侧壁具有上部拐角和下部拐角的边缘或外围。消除结构覆盖上部金属板的下部拐角。在一个方面中，消除结构可形成于上部金属板的竖直侧壁的一部分上，其中所述消除结构包括侧壁介电组合物。在一个实例实施例中，侧壁介电组合物可在上部介电子层的延伸部分上方延伸。消除结构优选地由具有大体上等同于第一介电常数的第二介电常数的材料形成以改善或以其它方式缓解上部金属板的下部拐角处的介电不连续性。在制造具有隔离组件的微电子装置(例如上述微电子装置的实施例)的方法中，对电容器的上部金属板的侧壁的完整包封可提供为介电不连续性消除结构(即，覆盖上部金属板的外围的下部和上部拐角两者)。在另一实施例中，侧壁的部分“包封”可提供为介电不连续性消除结构，其中制造竖直介电结构以仅用于覆盖侧壁的下部拐角且优选地向上延伸以覆盖上部金属板的侧壁的至少一部分或其高度，取决于制造中使用的沉积和回蚀流量。附图说明图1A描绘根据实例实施例的具有电流隔离结构的实例微电子装置的一部分的横截面图。图1B描绘与图1A中所展示的电流隔离结构的上部金属板相关联的构形细节。图2A到2D描绘与根据实例实施例的用于制造具有消除结构的实例微电子装置的方法相关联的流程图。图3A和3B描绘根据实例实施例的说明用作介电不连续性消除结构的侧壁包封的形成的电流隔离结构的一部分的横截面图。图4A到4D描绘根据实例实施例的说明用作介电不连续性消除结构的部分侧壁密封物的形成的电流隔离结构的一部分的横截面图。具体实施方式在图式中，相同附图标记始终指代相同元件。图式未按比例绘制。实例实施例不受动作或事件的说明排序限制，因为一些动作或事件可以按不同次序和/或与其它动作或事件同时发生。此外，实施根据实例实施例的方法不需要所有所说明的动作或事件。在此描述中，可参考附图，其中可参考图式或其所描述的说明性元件的定向使用某些方向术语(例如“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“前侧”、“后侧”、“竖直”、“水平”等等)。由于实施例的组件可定位在多个不同定向上，因此方向术语出于说明目的使用且不具限制性。同样地，对特征(例如“第一”、“第二”等)的参考不指示任何特定次序、重要性等，且此类参考加以必要修正后可互换，取决于情境、实施方案等。在不脱离实例实施例的范围的情况下，可利用其它实施例，且可进行结构或逻辑改变。除非本文中特定地以其它方式描述。否则本文中所描述的实例实施例的特征可彼此组合。如在本说明书中所采用，术语“耦合”、“电耦合”、“连接”或“电连接”并不需要元件必须直接耦合或连接在一起。介入元件可提供于“耦合”、“电耦合”、“连接”或“电连接”的元件之间。下文中所描述的实例半导体装置可包含或由半导体材料，例如硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗化硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)或有机半导体材料形成。半导体材料可体现为半导体晶片或半导体芯片(例如，微电子装置)，尤其含有一或多个电流隔离装置、MOSFET集成电路、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor；IGBT)栅极驱动器、输入/输出和控制电路系统，和微处理器、微控制器和/或微型机电组件或系统(MEMS)。半导体芯片可以进一步包含并非半导体的无机和/或有机材料(例如，绝缘体，例如介电层、塑料或金属等)。图1A描绘根据实例实施例的一方面的具有电流隔离结构的实例微电子装置100A的一部分的横截面图。实例微电子装置100A可提供为集成电路或芯片上系统等等的部分。微电子装置100A，例如独立组件或混合电路的其它配置在此实例的范围内。微电子装置100A形成于衬底102，例如硅晶片上。微电子装置100A包含高压组件104，在图1A中描绘为被配置成用于提供IC或系统的具有不同电压电平的两个电压域之间的电流隔离的高压电容器。例如，低压组件106可在大致24伏或更小电压下操作，且描绘为栅极介电层110小于70纳米厚的金属氧化物半导体(MOS)晶体管。在一个实例实施方案中，微电子装置100A可任选地在高压组件104的任一侧或两侧上包含法拉第笼108。场氧化物(FOX)层或区域112可形成于衬底102中(例如，接近于或邻近于衬底的顶部表面)以横向隔离微电子装置100A的元件。金属前介电(PMD)层114在沉积后续金属层(例如，金属层118-1到118-N)之前形成于包含任何FOX层或区域的衬底102上方。触点116可穿过PMD层114安置以为低压组件106和法拉第笼108，以及微电子装置100A的其它组件或电路部分(图1A中未特定地展示)提供电连接。安置在PMD层114上方的金属层118-1到118-N可包含连接到低压组件106和法拉第笼108，以及任何额外组件、装置或电路部分的金属互连件120。金属内介电(IMD)层122(例如，包括基于二氧化硅的材料等等的介电材料或组合物)在每个金属层中安置于金属互连件120之间。相应通孔层124安置于金属层118-1到118-N之间，其中实例通孔层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电子装置，其包括：/n半导体衬底，其具有顶部表面和底部表面；/n场氧化物层，其沿着所述顶部表面对准；/n第一介电层，其上覆于所述场氧化物层；/n下部金属板，其在所述第一介电层上方；/n第二介电层，其在所述下部金属板上方，所述第二介电层包含上部介电子层；/n上部金属板，其在所述上部介电子层上方，所述上部金属板具有带有远离所述上部介电子层的上部拐角和邻近于所述上部介电子层的下部拐角的竖直侧壁；和/n消除结构，其覆盖所述上部金属板的所述下部拐角。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170404 US 15/478,6151.一种微电子装置，其包括：
半导体衬底，其具有顶部表面和底部表面；
场氧化物层，其沿着所述顶部表面对准；
第一介电层，其上覆于所述场氧化物层；
下部金属板，其在所述第一介电层上方；
第二介电层，其在所述下部金属板上方，所述第二介电层包含上部介电子层；
上部金属板，其在所述上部介电子层上方，所述上部金属板具有带有远离所述上部介电子层的上部拐角和邻近于所述上部介电子层的下部拐角的竖直侧壁；和
消除结构，其覆盖所述上部金属板的所述下部拐角。


2.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述第二介电层包含具有第一介电常数的所述上部介电子层，且所述消除结构包含具有大体上等同于所述第一介电常数的第二介电常数的材料。


3.根据权利要求2所述的微电子装置，其中所述消除结构包封所述竖直侧壁的整个高度且覆盖所述上部金属板的所述上部拐角。


4.根据权利要求2所述的微电子装置，其中所述消除结构包含具有0.5μm到2.5μm的厚度的侧壁。


5.根据权利要求2所述的微电子装置，其中所述消除结构和所述第二介电层的所述上部介电子层各自包括氮化硅SiN。


6.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述下部金属板和所述上部金属板共同用作被配置成用于提供电流隔离的高压电容器。


7.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述下部金属板和所述上部金属板具有不同尺寸。


8.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述下部金属板比所述上部金属板薄。


9.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述第二介电层包括多层原硅酸四乙酯TEOS子层和形成于所述TEOS子层与包括SiN的所述上部介电子层之间的氮氧化硅SiON子层。


10.一种制造微电子装置的方法，所述方法包括：
提供具有顶部表面和底部表面的半导体衬底；
形成沿着所述顶部表面对准的场氧化物层；
形成上覆于所述场氧化物层的第一介电层；
在所述第一介电层上...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·韦斯特，B·L·威廉斯，D·L·拉尔金，田伟东，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US