用于形成互连结构的方法技术

提供了一种用于形成用于第一晶体管和第二晶体管的互连结构的方法，其中第一晶体管包括水平延伸的第一沟道部分(112)，且所述第二晶体管包括水平延伸的第二沟道部分(122)，并且其中所述沟道部分在基板上被堆叠在彼此上方。该方法包括：形成在第二沟道部分的旁边和下方延伸的导电线(130)；在导电线上形成用于电接触第一沟道部分的第一垂直互连结构(132)；以及从背面减薄基板以从下方露出导电线。该方法还包括形成从下方露出第二沟道部分的通孔(146)；用导电材料填充所述通孔以形成第二垂直互连结构(142)；以及在第二垂直互连结构上形成导电结构(140)。结构上形成导电结构(140)。结构上形成导电结构(140)。

【技术实现步骤摘要】
用于形成互连结构的方法


[0001]本专利技术概念一般涉及半导体加工，且尤其涉及互连结构的形成。

技术介绍

[0002]为了提供更具面积效率的电路设计，正在开发垂直堆叠的半导体器件。一个示例是所谓的互补场效应晶体管(FET)设计，其中两个水平沟道晶体管相互堆叠，使得第一晶体管的水平沟道部分被布置在另一晶体管的水平沟道部分之上。
[0003]然而，垂直堆叠设计的发展给形成用于互连不同垂直水平处的器件和结构的电气互连结构带来了挑战。可布置在绝缘材料层中的互连结构可包括不同互连层上的水平导电路径或线路，通过垂直延伸于各层之间的导电通孔互连。由于导电通孔的长度随由该通孔互连的各层的垂直间隔而变化，因此不同通孔之间的电阻也有变化。由于电阻往往随着通孔长度的增加而增加，因此平衡不同通孔之间的电阻并避免某些互连层之间的电阻过高是有挑战性的。

技术实现思路

[0004]本专利技术概念的一个目的是提供一种允许互连结构优选地具有经改进的电阻特性的替换方法和器件。可从下文中理解其他目的或另外一些目的。
[0005]根据本专利技术概念的一方面，提供了一种用于形成垂直地堆叠在基板上的第一晶体管和第二晶体管的互连结构的方法，其中第一晶体管包括水平延伸的第一沟道部分，且第二晶体管包括水平延伸的第二沟道部分，并且其中第一沟道部分被布置在第二沟道部分的上方。该方法包括：
[0006]在基板中形成在第二沟道部分的旁边和下方延伸的导电线；
[0007]在导电线上形成用于电接触第一沟道部分的第一垂直互连结构；
[0008]从背面减薄基板以从下方露出导电线；
[0009]形成从下方露出第二沟道部分的通孔；
[0010]用导电材料填充通孔以形成第二垂直互连结构；以及
[0011]在第二垂直互连结构上形成导电结构。
[0012]根据第二方面，提供了一种半导体器件，该半导体器件包括垂直地堆叠在基板上的第一晶体管和第二晶体管，其中第一晶体管包括水平延伸的第一沟道部分，且第二晶体管包括水平延伸的第二沟道部分，并且其中第一沟道部分被布置在第二沟道部分的上方。该半导体器件还包括布置在基板中并且在第二沟道部分的旁边和下方延伸的导电线，布置在导电线上且用于接触第一沟道部分的第一垂直互连结构，布置在第二沟道部分下方的导电结构，以及在第二沟道部分和导电结构之间延伸的第二垂直互连结构。
[0013]本专利技术技术允许用于形成互连结构的替换技术，其中第一沟道部分被互连到第一导电线(第一导电线也可以称为第一埋入式功率轨)，借助于形成在埋入式功率轨顶部上并一直延伸到第一沟道部分的垂直水平的第一垂直互连结构。第一垂直互连结构可以设置有
允许获得特定电阻的横向尺寸。优选地，第一垂直互连结构的横向尺寸可以大于传统通孔结构的横向尺寸，以降低电阻。
[0014]本专利技术技术还允许借助于第二垂直互连结构从下方接触第二沟道部分。此后，第二导电线(也可称为第二埋入式互连)可被形成在第二垂直互连结构上，并因此可与第二沟道部分对准。与第一垂直互连结构类似，第二垂直互连结构的尺寸可以允许获得特定的电阻。
[0015]将明白，第一和第二沟道部分水平地(即沿着基板的延伸部的主平面)延伸，并且可以在与基板的延伸部的主平面正交的垂直方向上布置在彼此上方。此外，将明白，第一和第二沟道部分布置在基板的同一侧上。第一和第二沟道部分中的每一者可以包括一层或若干层，诸如纳米片，这取决于要形成的所得晶体管器件的设计和配置。此外，如本文所使用的，术语“沟道部分”可理解成包括至少部地分封装沟道部分的互连结构。因此，上述第一/第二垂直互连结构可被布置成经由至少部分地封装相应沟道部分的栅极结构或源极/漏极互连结构来电接触第一/第二沟道部分。
[0016]术语“基板”可理解成例如硅或介电材料的底层，其上布置有第一和第二沟道部分。
[0017]第一导电线也称为埋入式功率轨，可以通过在由第一和第二沟道部分形成的堆叠旁边的位置处将凹槽或沟槽蚀刻在基板中并用导电材料填充该凹槽来形成。在一些示例中，第一导电线可以形成在延伸穿过绝缘层(诸如布置在基板上方的层间电介质ILD)的沟槽中。所得的导电线由此可以被部分地布置在基板中，部分地布置在绝缘层中。此外，将明白，虽然第一导电线的至少底部可以被埋在基板中，但导电线可以具有垂直延伸部，从而允许导电线的上部被布置在与第二沟道部分相同的垂直水平处或布置在其上方。
[0018]在一些示例中，第一导电线可以被布置在由第一和第二沟道部分形成的堆叠的两侧上。
[0019]第一导电线可以在形成第一和第二沟道部分之后，例如通过借助于一系列光刻和蚀刻步骤对基板(以及可能布置在基板上的任何绝缘层)进行图案化，来被形成。在替换示例中，第一导电线或其部分可以在形成第一和第二沟道部分的堆叠之前被形成。在后一情形中，第一导电线例如可以在沉积从中形成第一和第二沟道部分的层之前被形成。
[0020]第一垂直互连结构可以通过在覆盖第一和第二沟道部分以及第一导电线的堆叠的绝缘层中蚀出凹槽或沟槽来被形成。绝缘层可以被向下蚀刻直至第一导电线以露出其至少一部分，诸如沟道部分的栅极结构，从而允许第一导电线与沉积在凹槽中的导电材料电接触，以形成第一垂直互连结构。第一垂直互连结构的尺寸和配置可以取决于要实现的所需电阻来选择，这将在下文更详细地描述。
[0021]第二沟道部分连接到的导电结构可通过翻转基板(即将其倒置)从下方形成，并从背面将基板减薄以从下方露出导电线。导电结构和第二垂直互连可以在分开的工艺中被形成或者在共同的沉积工艺中被形成，如下面也将进一步详细讨论的。此外，取决于互连结构在后续的后段制程BEOL工艺中将要使用的方式，导电结构可形成类似于上述导电线的线路或插头。
[0022]因此，将明白，在本公开的上下文中，可以根据基板的正面和背面来描述基板，其中第一和第二沟道部分布置在正面，并且从背面进行的加工可以理解为与在其上布置第一
和第二沟道部分的一侧相对的一侧的加工。“从背面”加工也可以称为“从下方”，无论基板是否翻转。
[0023]可以沉积绝缘层以覆盖第一导电线以及第一和第二沟道部分。随后可以在绝缘层中蚀出沟槽以露出第一导电线以及第一和第二沟道部分。此后，在用导电材料填充沟槽以形成与第一沟道部分接触的第一垂直互连结构之前，可以在第一和第二沟道部分的侧壁处形成隔墙(spacer)。
[0024]沟槽可以借助于一系列光刻和蚀刻步骤来限定，并且沟槽的横向宽度和长度定义了所得的垂直互连结构的横截面。例如，增加横截面的面积可帮助降低垂直互连结构的电阻。沟槽可以在由第一和第二沟道部分形成的堆叠的一侧处被形成，或者优选地在堆叠的两个相对侧处被形成，以便容纳整个堆叠。可以提供隔墙以将第一互连结构与第二沟道部分分隔开。因此，隔墙可以由介电材料形成，该介电材料提供在第二沟道部分与第一垂直互连结构的导电材料之间的电绝缘。例如，隔墙可以由氧化物(诸如氧化硅)形成，并且可以作为共形层提供，该共形层随后受到各向异性蚀刻，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成垂直地堆叠在基板(100)上的第一晶体管和第二晶体管的互连结构的方法，其中所述第一晶体管包括水平延伸的第一沟道部分(112)，且所述第二晶体管包括水平延伸的第二沟道部分(122)，并且其中所述第一沟道部分被布置在所述第二沟道部分的上方，所述方法包括：在所述基板中形成在所述第二沟道部分的旁边和下方延伸的导电线(130)；在所述导电线上形成用于电接触所述第一沟道部分的第一垂直互连结构(132)；从背面减薄所述基板以从下方露出所述导电线；形成从下方露出所述第二沟道部分的通孔(146)；用导电材料填充所述通孔以形成第二垂直互连结构(142)；以及在所述第二垂直互连结构上形成导电结构(140)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：沉积覆盖所述导电线和所述第一和第二沟道部分的绝缘层(150)；在所述绝缘层中蚀刻出沟槽(152)以露出所述导电线以及第一和第二沟道部分；在第一和第二沟道部分的侧壁处形成隔墙(154)；以及用导电材料填充所述沟槽，从而形成至少部分地从上方接触所述第一沟道部分的所述第一垂直互连结构。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第一垂直互连结构上方形成结合层(160)；将载体晶片(162)结合到所述结合层；以及翻转所述基板，以允许从所述基板的背面进行加工。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：从所述背面形成与所述第二沟道部分对准的沟槽(144)；在所述沟槽的底部形成所述通孔(146)；以及沉积所述导电材料以填充所述通孔和所述沟槽，从而形成所述第二垂直互连和所述导电结构。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述导电线的露出部分和所述导电结构线的露出部分被布置在同一垂直水...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：