柔性集成電路器件及其組件和制造方法
【專利摘要】公開(kāi)了柔性集成電路器件及其組件和制造方法。所述柔性集成電路器件，包括：彼此分離的多個(gè)半導(dǎo)體島，所述多個(gè)半導(dǎo)體島包括各自的半導(dǎo)體器件；多個(gè)互連部件，所述多個(gè)互連部件用于將相鄰的半導(dǎo)體島彼此連接；支撐層，所述支撐層附著于所述多個(gè)半導(dǎo)體島上，其中，所述多個(gè)互連部件分別包括位于半導(dǎo)體島內(nèi)的端部和位于半導(dǎo)體島之間的中間部，使得所述柔性集成電路器件不僅可彎曲，而且沿著至少一個(gè)方向可伸縮。所述柔性集成電路器件可以提供彎曲和伸縮變形特性，滿足可穿戴電子產(chǎn)品的需求，并且可以降低制造成本和提高可靠性。
【專利說(shuō)明】柔性集成電路器件及其組件和制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路器件，更具體地，涉及柔性集成電路器件及其組件和制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]柔性集成電路可以彎曲或延伸，在受到外力時(shí)可以保持集成電路的完整性和功能。此外，柔性集成電路還可以低成本地獲得大面積的電子器件。因此，柔性集成電路在可穿戴電子產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]基于硅晶片等的半導(dǎo)體芯片自身是剛性的，不容易彎曲或延伸，在受到外力時(shí)容易受損。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)厚度小于50微米的半導(dǎo)體薄層是柔性的。形成柔性電路的一種已知方法是先在硅晶片等的半導(dǎo)體薄層中形成集成電路的半導(dǎo)體器件，然后將半導(dǎo)體薄層從硅芯片轉(zhuǎn)移到柔性片上。該方法的主要缺點(diǎn)是由于半導(dǎo)體薄層的厚度受到限制，因此在集成電路設(shè)計(jì)和制造中產(chǎn)生了很多困難。在轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體薄層時(shí)，由于蝕刻損耗大量的半導(dǎo)體材料，導(dǎo)致柔性集成電路成本過(guò)高。
[0004]制造柔性電路的另一種已知方法將半導(dǎo)體襯底中形成的半導(dǎo)體器件分離成多個(gè)剛性的襯底島。在襯底島之間形成可彈性變形的連接部件,使得剛性的襯底島組成柔性的襯底島網(wǎng)絡(luò)。襯底島網(wǎng)絡(luò)可以附著于樹(shù)脂片上，以進(jìn)一步提高機(jī)械強(qiáng)度。連接部件可以僅僅提供機(jī)械支撐功能，也可以同時(shí)提供機(jī)械支撐功能和不同襯底島之間的電連接功能。連接部件通常由金屬材料組成，并且形成在絕緣層上。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到該方法的主要缺點(diǎn)是在連接部件中存在著機(jī)械應(yīng)力。連接部件和絕緣層之間的熱膨脹系數(shù)失配，在制造工藝中以及在實(shí)際使用中容易斷裂，導(dǎo)致柔性集成電路的成品率低、可靠性差。
[0005]此外，在上述現(xiàn)有技術(shù)的方法中，為了轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體薄層或分離襯底島，都需要從半導(dǎo)體襯底的背面蝕刻，對(duì)半導(dǎo)體襯底減薄。該背面蝕刻的工藝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)并且損耗大量的半導(dǎo)體材料，導(dǎo)致柔性集成電路成本過(guò)高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的柔性集成電路器件及其組件和制造方法，以提高柔性集成電路的可靠性并降低制造成本。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種柔性集成電路器件，包括:彼此分離的多個(gè)半導(dǎo)體島，所述多個(gè)半導(dǎo)體島包括各自的半導(dǎo)體器件；多個(gè)互連部件，所述多個(gè)互連部件用于將相鄰的半導(dǎo)體島彼此連接；支撐層，所述支撐層附著于所述多個(gè)半導(dǎo)體島上，其中，所述多個(gè)互連部件分別包括位于半導(dǎo)體島內(nèi)的端部和位于半導(dǎo)體島之間的中間部，使得所述柔性集成電路器件不僅可彎曲，而且沿著至少一個(gè)方向可伸縮。
[0008]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件的中間部的頂部表面暴露。
[0009]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件的中間部在所述多個(gè)半導(dǎo)體島之間懸置。
[0010]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件的中間部具有彎曲或折疊的形狀。
[0011]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件的中間部的形狀是選自線形、折線形、S形、Z字形中的一種形狀。
[0012]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件分布成沿著至少一個(gè)方向可伸縮。
[0013]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件分布成沿著兩個(gè)方向可伸縮。
[0014]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件由金屬材料組成。
[0015]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件中的至少一個(gè)用于電連接相鄰的半導(dǎo)體島中的半導(dǎo)體器件。
[0016]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件分別由至少一個(gè)金屬層組成。
[0017]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)互連部件中的至少一個(gè)由多個(gè)金屬層組成。
[0018]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述至少一個(gè)互連部件為管狀結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)金屬層分別構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的外壁的底部、側(cè)壁和頂部。
[0019]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述多個(gè)金屬層還構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的芯部。
[0020]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述管狀結(jié)構(gòu)的外壁為網(wǎng)狀。
[0021]優(yōu)選地，在柔性集成電路器件中，所述支撐層由選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚-酰亞胺(PEI)、聚醚-酮(PEEK)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的一種組成。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種柔性集成電路組件，包括:支撐基板；以及上述的柔性集成電路器件，其中，柔性集成電路器件位于支撐基板之中或與支撐基板形成疊層。
[0023]優(yōu)選地，在所述柔性集成電路組件中，所述支撐基板由選自樹(shù)脂、布、紙張中的一種組成。
[0024]優(yōu)選地，在所述柔性集成電路組件中，所述樹(shù)脂是選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚-酰亞胺(PEI)、聚醚-酮(PEEK)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的一種。
[0025]優(yōu)選地，在所述柔性集成電路組件中，所述互連部件的中間部浸沒(méi)于粘合劑或樹(shù)脂中，從而保持一定的相對(duì)距離，使得彼此隔開(kāi)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種柔性集成電路器件的制造方法，包括:在半導(dǎo)體層中形成第一溝槽，將半導(dǎo)體層分隔成多個(gè)半導(dǎo)體島；形成層間介質(zhì)層的第一部分，以填充第一溝槽；在所述多個(gè)半導(dǎo)體島中，分別形成各自的半導(dǎo)體器件；形成層間介質(zhì)層的第二部分，以覆蓋所述多個(gè)半導(dǎo)體島的頂部表面；在層間介質(zhì)層上形成多個(gè)絕緣層；在所述多個(gè)絕緣層的至少一個(gè)中形成互連部件；以及在所述多個(gè)絕緣層和所述層間介質(zhì)層中形成第二溝槽，將所述多個(gè)半導(dǎo)體島連同圍繞其周圍的層間介質(zhì)層彼此分開(kāi)，其中，用于形成第一溝槽和第二溝槽的蝕刻均從半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體器件的一側(cè)開(kāi)始。
[0027]優(yōu)選地，在所述方法中，第二溝槽的位置與第一溝槽的位置一致，并且第二溝槽的寬度小于第一溝槽的寬度。
[0028]優(yōu)選地，在所述方法中，在形成第一溝槽的步驟之前，還包括:在半導(dǎo)體襯底上形成犧牲層；以及在犧牲層上形成所述半導(dǎo)體層。
[0029]優(yōu)選地，在所述方法中，所述犧牲層是與所述半導(dǎo)體層和所述半導(dǎo)體襯底的蝕刻特性不同的另一半導(dǎo)體層。
[0030]優(yōu)選地，在所述方法中，在形成第二溝槽的步驟之后還包括:經(jīng)由第二溝槽，相對(duì)于所述半導(dǎo)體層和所述半導(dǎo)體襯底，選擇性地蝕刻去除所述犧牲層；以及去除所述半導(dǎo)體襯底。
[0031]優(yōu)選地，在所述方法中，所述半導(dǎo)體層是半導(dǎo)體襯底的一部分，并且所述半導(dǎo)體襯底是單晶半導(dǎo)體襯底。
[0032]優(yōu)選地，在所述方法中，單晶半導(dǎo)體襯底在不同晶面上的蝕刻特性不同。
[0033]優(yōu)選地，在所述方法中，在形成第二溝槽的步驟之后還包括:經(jīng)由第二溝槽，相對(duì)于層間介質(zhì)層，選擇性地蝕刻去除半導(dǎo)體襯底的一部分，從而在半導(dǎo)體襯底中形成具有暴露側(cè)壁和底部的開(kāi)口 ；使用對(duì)于晶面有選擇性的蝕刻劑，沿著半導(dǎo)體襯底的開(kāi)口側(cè)壁橫向蝕刻，去除所述半導(dǎo)體襯底位于所述半導(dǎo)體層下方的一部分；以及去除所述半導(dǎo)體襯底。
[0034]在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柔性集成電路器件中，互連部件的中間部的頂部表面可以自由變形，在優(yōu)選的實(shí)施例中，互連部件的中間部懸置。柔性集成電路器件的特性主要決定于支撐層，而沒(méi)有受到柔性集成電路器件中的絕緣層的影響，從而提高了可靠性。本發(fā)明的柔性集成電路器件基于支撐層的彈性變形可以實(shí)現(xiàn)更大的彎曲度，并且還可以基于互連部件的可伸縮性可以實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)方向上的伸縮變形。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柔性集成電路器件及其組件可以更好地滿足可穿戴電子產(chǎn)品的需求。
[0035]在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柔性集成電路器件的制造方法中，在分離半導(dǎo)體島時(shí)從半導(dǎo)體襯底的正面(即形成半導(dǎo)體器件的一側(cè)表面)開(kāi)始蝕刻。結(jié)果，僅僅損耗半導(dǎo)體襯底上方的犧牲層材料，或者僅僅損耗半導(dǎo)體襯底的一部分半導(dǎo)體材料。在形成柔性集成電路器件之后，半導(dǎo)體襯底仍然可以用于制造半導(dǎo)體器件，從而可以大大地減少工藝時(shí)間和材料成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0037]圖1至13示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造柔性集成電路器件的方法的各階段的示意性截面圖，在一些階段中還示出了示意性俯視圖；
[0038]圖14示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柔性集成電路器件的示意性透視圖；
[0039]圖15示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的多層互連部件的示意性透視圖；以及
[0040]圖16示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的多層互連部件的示意性透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見(jiàn)，附圖中的各個(gè)部分沒(méi)有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，可以在一幅圖中描述經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)步驟后獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解，在描述器件的結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)將一層、一個(gè)區(qū)域稱為位于另一層、另一個(gè)區(qū)域“上面”或“上方”時(shí)，可以指直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個(gè)區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將器件翻轉(zhuǎn)，該一層、一個(gè)區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚?、另一個(gè)區(qū)域“下面”或“下方”。
[0043]如果為了描述直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面的情形，本文將采用“A直接在B上面”或“A在B上面并與之鄰接”的表述方式。在本申請(qǐng)中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A與B直接鄰接，而非A位于B中形成的摻雜區(qū)中。
[0044]在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”指在制造半導(dǎo)體器件的各個(gè)步驟中形成的整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，包括已經(jīng)形成的所有層或區(qū)域。術(shù)語(yǔ)“源/漏區(qū)”指MOSFET的源區(qū)和漏區(qū)中的至少一個(gè)。
[0045]在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細(xì)節(jié)，例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù)，以便更清楚地理解本發(fā)明。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0046]除非在下文中特別指出，半導(dǎo)體器件的各個(gè)部分可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的材料構(gòu)成。半導(dǎo)體材料例如包括II1-V族半導(dǎo)體，如GaAs、InP、GaN、SiC，以及IV族半導(dǎo)體，如S1、Ge。柵極導(dǎo)體可以由能夠?qū)щ姷母鞣N材料形成，例如金屬層、摻雜多晶硅層、或包括金屬層和摻雜多晶硅層的疊層?xùn)艠O導(dǎo)體或者是其他導(dǎo)電材料，例如為TaC、TiN, TaSiN,HfSiN, TiSiN, TiCN, TaAlC, TiAlN, TaN, PtSix, Ni3S1、Pt、Ru、W、和所述各種導(dǎo)電材料的組合。柵極電介質(zhì)可以由S12或介電常數(shù)大于S12的材料構(gòu)成，例如包括氧化物、氮化物、氧氮化物、硅酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽。并且，柵極電介質(zhì)不僅可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的材料形成，也可以采用將來(lái)開(kāi)發(fā)的用于柵極電介質(zhì)的材料。
[0047]本發(fā)明可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。
[0048]參照?qǐng)D1至13，描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造柔性集成電路器件的方法的各個(gè)階段。
[0049]如圖1所示，該方法開(kāi)始于半導(dǎo)體襯底101，例如硅晶片。通過(guò)已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體襯底101的表面上依次外延生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層102和第二半導(dǎo)體層103。沉積工藝?yán)缡沁x自電子束蒸發(fā)(EBM)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、濺射中的一種。第一半導(dǎo)體層102和第二半導(dǎo)體層103應(yīng)當(dāng)具有不同的蝕刻選擇性，使得第一半導(dǎo)體層102如下文所述可以作為蝕刻停止層和犧牲層。在一個(gè)示例中，第一半導(dǎo)體層102是厚度約10納米至10微米的外延硅鍺層，第二半導(dǎo)體層103是厚度約10納米至I微米的外延硅層。
[0050]進(jìn)一步地，在第二半導(dǎo)體層103的表面上依次形成緩沖層104和保護(hù)層105，如圖
2所示。在一個(gè)示例中，緩沖層104例如是厚度約5至20納米的氧化物層，保護(hù)層105例如是厚度約50至200納米的氮化物層。該緩沖層104位于保護(hù)層105和第二半導(dǎo)體層103之間，可以減小保護(hù)層105直接形成在第二半導(dǎo)體層105上產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0051]進(jìn)一步地，在保護(hù)層105的表面上形成光致抗蝕劑層，然后采用光刻，在光致抗蝕劑層中形成包含開(kāi)口的圖案，作為掩模。采用該掩模進(jìn)行蝕刻。該蝕刻可以采用干法蝕刻，如離子銑蝕刻、等離子蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻、激光燒蝕，或者通過(guò)使用蝕刻劑溶液的選擇性的濕法蝕刻，從光致抗蝕劑掩模中的開(kāi)口向下蝕刻，依次去除保護(hù)層105、緩沖層104和第二半導(dǎo)體層103的暴露部分。由于蝕刻的選擇性，該蝕刻在第一半導(dǎo)體層102的表面停止。在蝕刻后，通過(guò)在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑層。該蝕刻形成溝槽，用于將第二半導(dǎo)體層103分隔成多個(gè)半導(dǎo)體島，如圖3所示。
[0052]進(jìn)一步地，采用上述已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成層間介質(zhì)層106。在一個(gè)示例中，層間介質(zhì)層106例如是氧化物層，并且其厚度應(yīng)當(dāng)足以填充用于分隔半導(dǎo)體島的溝槽。采用化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)平整半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面。該CMP停止在保護(hù)層105上，從而去除層間介質(zhì)層106位于溝槽外部的部分。然后，相對(duì)于保護(hù)層105，選擇性地回蝕刻層間介質(zhì)層106留在溝槽內(nèi)的部分，以及隨后相對(duì)于第二半導(dǎo)體層103選擇性地蝕刻去除保護(hù)層105和緩沖層104，從而暴露第二半導(dǎo)體層103的表面。第二半導(dǎo)體層103分隔成多個(gè)半導(dǎo)體島，并且彼此之間由層間介質(zhì)層106隔開(kāi)，如圖4所示。
[0053]進(jìn)一步地，在第二半導(dǎo)體層103的半導(dǎo)體島中形成各自的M0SFET，如圖5所示。作為示例，圖5示出了三個(gè)半導(dǎo)體島，每個(gè)半導(dǎo)體島中形成一個(gè)M0SFET。應(yīng)當(dāng)理解，半導(dǎo)體島的數(shù)量以及其中形成的MOSFET的數(shù)量是任意的，并且其中還包括包括集成的電容器、二極管等其他類型的半導(dǎo)體器件。
[0054]作為用于在半導(dǎo)體層中形成MOSFET的常規(guī)工藝，例如包括以下多個(gè)步驟。通過(guò)上述已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上依次形成柵極電介質(zhì)107和柵極導(dǎo)體108。采用光刻和蝕刻，利用光致抗蝕劑掩模限定柵疊層的形狀。然后，通過(guò)上述已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成共形的氮化物層。通過(guò)各向異性的蝕刻工藝(例如，反應(yīng)離子蝕刻)，去除氮化物層的橫向延伸的部分，使得氮化物層位于柵疊層側(cè)面的垂直部分保留，從而形成柵極側(cè)墻109。然后，采用光致抗蝕劑掩模，以及柵極導(dǎo)體108和柵極側(cè)墻109 —起作為硬掩模，進(jìn)行離子注入，在第二半導(dǎo)體層103中形成源/漏區(qū)110。
[0055]為了形成N型半導(dǎo)體層或區(qū)域，可以在半導(dǎo)體層和區(qū)域中注入N型摻雜劑(例如P、As)。為了形成P型半導(dǎo)體層或區(qū)域，可以在半導(dǎo)體層和區(qū)域中摻入P型摻雜劑(例如B)。通過(guò)控制離子注入的參數(shù)，例如注入能量和劑量，可以達(dá)到所需的深度和獲得所需的摻雜濃度。
[0056]進(jìn)一步地，采用上述已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成層間介質(zhì)層111，以覆蓋MOSFET的各個(gè)部分。在一個(gè)示例中，層間介質(zhì)層111例如是氧化物層，并且與先前形成的層間介質(zhì)層106形成為一體。在形成層間介質(zhì)層111之后，如果需要可以采用CMP平整半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面。
[0057]然后，采用光刻形成光致抗蝕劑掩，并且利用光致抗蝕劑掩模中的圖案限定導(dǎo)電通道(Vias)的開(kāi)口。經(jīng)由光致抗蝕劑掩模蝕刻，形成穿過(guò)層間介質(zhì)層111到達(dá)MOSFET的源/漏區(qū)110的開(kāi)口。在去除光致抗蝕劑掩模之后，采用上述已知的沉積工藝在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上沉積導(dǎo)電材料。在一個(gè)示例中，該導(dǎo)電材料例如為Cu。該導(dǎo)電材料的厚度足以填充層間介質(zhì)層111中的開(kāi)口。采用CMP去除導(dǎo)電材料位于開(kāi)口外的部分。導(dǎo)電材料位于開(kāi)口內(nèi)的部分保留形成導(dǎo)電通道112，如圖6所示。
[0058]導(dǎo)電通道112的底端分別到達(dá)MOSFET的源/漏區(qū)，以及如果需要，可以到達(dá)其他半導(dǎo)體器件的電接觸。導(dǎo)電通道112的頂部在層間介質(zhì)層111的表面露出。
[0059]進(jìn)一步地，通過(guò)上述已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成第一絕緣層113。在一個(gè)示例中，第一絕緣層113由氧化物組成。采用光刻和蝕刻，利用光致抗蝕劑掩模在第一絕緣層113中限定互連部件的溝槽。該互連部件的溝槽貫穿第一絕緣層113，其底部為層間介質(zhì)層111的表面。米用上述已知的沉積工藝在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上沉積導(dǎo)電材料。在一個(gè)示例中，該導(dǎo)電材料例如為Cu。該導(dǎo)電材料的厚度足以填充第一絕緣層113中的溝槽。采用CMP去除導(dǎo)電材料位于溝槽外的部分。導(dǎo)電材料位于溝槽內(nèi)的部分保留形成互連部件114，如圖7a和7 b所示。
[0060]圖7a示出了該階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖，圖7b示出了該階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。在圖7a中，采用線AA示出了截面圖的截取位置，實(shí)際上，圖1至13中示出的截面圖均沿線AA截取。
[0061]每個(gè)互連部件114包括位于半導(dǎo)體島內(nèi)的端部和位于半導(dǎo)體島之間的中間部?；ミB部件114的端部在半導(dǎo)體島內(nèi)延伸?？蛇x地，互連部件114的端部接觸導(dǎo)電通道112，以提供電連接功能?；ミB部件114的中間部具有彎曲或折疊的形狀，例如曲線形、折線形、S形、Z字形等。此外，相鄰的兩個(gè)互連部件114的中間部可以由附加互連部件連接在一起，從而在隨后的步驟中保持相鄰的兩個(gè)互連部件114彼此分離。
[0062]進(jìn)一步地，通過(guò)上述已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成第二絕緣層115，如圖8所示。在一個(gè)示例中，第二絕緣層115由氧化物組成。第二絕緣層115覆蓋第一絕緣層113和其中形成的互連部件114。
[0063]進(jìn)一步地，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成光致抗蝕劑層，然后采用光刻，在光致抗蝕劑層中形成包含開(kāi)口的圖案，作為掩模PR1。從光致抗蝕劑掩模PRl中的開(kāi)口向下蝕刻，依次去第二絕緣層115、第一絕緣層113和層間介質(zhì)層111的暴露部分。由于蝕刻的選擇性，該蝕刻在第一半導(dǎo)體層102的表面停止。在蝕刻后，通過(guò)在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑層。該蝕刻形成溝槽，用于將第二半導(dǎo)體層103的半導(dǎo)體島連同圍繞其周圍的層間介質(zhì)層111彼此分開(kāi)，如圖9所示。
[0064]圖9所示的步驟中形成的溝槽圖案與圖3所示的步驟中形成的溝槽圖案大致相同，但寬度較小，從而可以保留半導(dǎo)體島周圍的層間介質(zhì)層111。
[0065]在圖9所示的步驟中，由于蝕刻去除了第二絕緣層115，因此暴露互連部件114中間部的頂部表面。優(yōu)選地，在蝕刻出溝槽之后，可以進(jìn)行各向同性蝕刻，完全去除位于互連部件114中間部下方的層間介質(zhì)層111，使得互連部件114中間部懸置?？刂莆g刻的時(shí)間，使得一方面可以完全去除位于互連部件114中間部下方的層間介質(zhì)層111的部分，另一方面層間介質(zhì)層111的保留部分仍然圍繞半導(dǎo)體島。在蝕刻后，通過(guò)在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑層掩模PRl。
[0066]由于該步驟的蝕刻去除了互連部件114上方和下方的絕緣層，因此可以減少互連部件114與其下方的絕緣層之間的熱膨脹系數(shù)失配導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力。
[0067]進(jìn)一步地，采用粘合劑，將支撐層121粘接在第二絕緣層115上，如圖10所示。支撐層121由樹(shù)脂組成，例如由選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PD、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚-酰亞胺(PEI)、聚醚-酮(PEEK)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的一種組成。優(yōu)選地，支撐層121由乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)組成。支撐層121可以為包含孔洞的片狀或網(wǎng)狀。
[0068]進(jìn)一步地，在未使用掩模的情形下，采用各向同性蝕刻，相對(duì)于第二絕緣層115、第一絕緣層113、層間介質(zhì)層111、第二半導(dǎo)體層103和半導(dǎo)體襯底101選擇性地去除第一半導(dǎo)體層102。在蝕刻中，蝕刻劑經(jīng)由支撐層121中的開(kāi)口和半導(dǎo)體島之間的溝槽到達(dá)第一半導(dǎo)體層102的暴露表面，首先蝕刻去除第一半導(dǎo)體層102的顯露部分并且在半導(dǎo)體島下方形成底切，如圖11所示。然后，蝕刻沿著橫向方向進(jìn)一步蝕刻去除第一半導(dǎo)體層102的剩余部分，如圖12所示。在蝕刻后，從半導(dǎo)體襯底101上分離支撐層121承載的部分，形成柔性集成電路器件，如圖13所示。
[0069]與現(xiàn)有技術(shù)的背面蝕刻工藝不同，本發(fā)明的方法利用第一半導(dǎo)體層102作為犧牲層，在分離半導(dǎo)體島時(shí)從半導(dǎo)體襯底101的正面(即形成半導(dǎo)體器件的一側(cè)表面)開(kāi)始蝕亥1J。結(jié)果，僅僅損耗第一半導(dǎo)體層102的半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體襯底101仍然可以用于制造半導(dǎo)體器件，從而可以大大地減少工藝時(shí)間和材料成本。
[0070]圖14示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柔性集成電路器件100的示意性透視圖。柔性集成電路器件100包括彼此分隔開(kāi)的多個(gè)半導(dǎo)體島，在圖中作為示例示出了 5個(gè)半導(dǎo)體島。每個(gè)半導(dǎo)體島包括半導(dǎo)體層103、位于半導(dǎo)體層103上方及圍繞半導(dǎo)體層103側(cè)面的層間介質(zhì)層111、位于層間介質(zhì)層111上的第一絕緣層113、位于第一絕緣層113上的第二絕緣層115、以及附著于第二絕緣層115表面的支撐層121。相鄰的半導(dǎo)體島經(jīng)由互連部件114彼此連接。
[0071]如上所述，在半導(dǎo)體層103中形成半導(dǎo)體器件的有源區(qū)，如果需要，在半導(dǎo)體層103上方還可以形成半導(dǎo)體器件的柵疊層。導(dǎo)電通道貫穿層間介質(zhì)層111到達(dá)半導(dǎo)體器件的電接觸。
[0072]每個(gè)互連部件114包括位于半導(dǎo)體島內(nèi)的端部和位于半導(dǎo)體島之間的中間部?；ミB部件114的端部在半導(dǎo)體島內(nèi)延伸?；ミB部件114的端部位于第一絕緣層113中，其上方覆蓋第二絕緣層115，從而可以固定在半導(dǎo)體島上?；ミB部件114的中間部具有彎曲或折疊的形狀，例如曲線形、折線形、S形、Z字形等。與現(xiàn)有技術(shù)的柔性集成電路器件相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柔性集成電路器件100中互連部件114的中間部懸置。柔性集成電路器件100的特性主要決定于支撐層121，而沒(méi)有受到柔性集成電路器件中的絕緣層的影響。
[0073]現(xiàn)有技術(shù)的柔性集成電路器件基于互連部件的彈性變形提供彎曲特性。與之不同，本發(fā)明的柔性集成電路器件100基于支撐層121的彈性變形可以實(shí)現(xiàn)更大的彎曲度。此夕卜，由于互連部件114的中間部懸置，并且互連部件114分布在半導(dǎo)體島的至少兩個(gè)方向的相對(duì)側(cè)面上，因此本發(fā)明的柔性集成電路器件100還可以實(shí)現(xiàn)至少兩個(gè)方向(例如，圖14所示的X方向和Y方向)的延伸，從而提供伸縮特性。
[0074]此外，可以將上述的柔性集成電路器件100轉(zhuǎn)移至由樹(shù)脂、布、紙張等組成的支撐基板上，形成封裝組件。樹(shù)脂基板例如由選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚-酰亞胺(PEI)、聚醚-酮(PEEK)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的一種組成。
[0075]柔性集成電路器件位于支撐基板之中或與支撐基板形成疊層。在封裝之前，如果需要，可以預(yù)先一定程度地預(yù)先拉伸柔性集成電路器件100。在封裝組件中，柔性集成電路器件100的互連部件114的中間部浸沒(méi)于粘合劑或樹(shù)脂中，從而保持一定的相對(duì)距離，使得彼此隔開(kāi)。由于兼具彎曲和可伸縮特性，該封裝組件可以更好地滿足可穿戴電子產(chǎn)品的需求。
[0076]在上述實(shí)施例中，描述了在半導(dǎo)體襯底101上形成第一半導(dǎo)體層102和第二半導(dǎo)體層103。第一半導(dǎo)體層102在分離半導(dǎo)體襯底101時(shí)作為犧牲層。在替代的實(shí)施例中，可以使用(111)晶面的半導(dǎo)體襯底101，不必形成第一半導(dǎo)體層102和第二半導(dǎo)體層103。在形成半導(dǎo)體器件和互連部件的步驟之后，代替圖11至13所示的正面蝕刻步驟，執(zhí)行以下的步驟。
[0077]在未使用掩模的情形下，相對(duì)于第二絕緣層115、第一絕緣層113和層間介質(zhì)層111，選擇性地去除半導(dǎo)體襯底101的一部分。在蝕刻中，蝕刻劑經(jīng)由支撐層121中的開(kāi)口和半導(dǎo)體島之間的溝槽到達(dá)半導(dǎo)體襯底101的暴露表面，在半導(dǎo)體襯底101中形成開(kāi)口。然后，使用對(duì)于晶面有選擇性的蝕刻劑，經(jīng)由半導(dǎo)體襯底101的開(kāi)口進(jìn)行各向異性蝕刻。例如，在該蝕刻中采用的蝕刻劑可以是四甲基氫氧化銨(Tetramethylammonium hydroxide,縮寫為TMAH)或氫氧化鉀(KOH)等溶液。由于蝕刻的選擇性，蝕刻主要沿著半導(dǎo)體襯底101的開(kāi)口側(cè)壁橫向進(jìn)行，從而蝕刻去除半導(dǎo)體襯底101的開(kāi)口側(cè)壁的顯露部分并且在半導(dǎo)體島下方形成底切。然后，蝕刻沿著橫向方向進(jìn)一步蝕刻去除半導(dǎo)體襯底101的開(kāi)口側(cè)壁的剩余部分。在蝕刻后，從半導(dǎo)體襯底101上分離支撐層121承載的部分，形成柔性集成電路器件。
[0078]此外，在上述的實(shí)施例中，描述了互連部件是單層金屬的情形，互連部件嵌入第一絕緣層中，并且上方覆蓋第二絕緣層。在替代的實(shí)施例中，互連部件可以具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。例如，互連部件可以是在多個(gè)堆疊的絕緣層中形成的多層金屬構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)，其中多層金屬分別構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的底部、側(cè)壁和頂部。如果需要，還可以采用金屬層在管道中形成芯部。
[0079]圖15a和15b示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的多層互連部件的示意性透視圖，其中在圖15a中將多層互連部件的各個(gè)層面的絕緣層和金屬層分離示出，在圖15b中僅僅示出了多層互連部件的金屬層。
[0080]在該實(shí)施例中，多層互連部件包括依次堆疊的5個(gè)層面的絕緣層213a_213e，以及在絕緣層中分別形成的5個(gè)層面的金屬層214a-214e。每個(gè)層面的金屬層均為連續(xù)延伸的。金屬層214a-214e構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)214，其中金屬層214a和214e分別構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)214的底部和頂部，金屬層214b、214c的第一部分214c-l、以及金屬層214d構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)214的側(cè)壁，從而一起構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的外壁。金屬層214c的第二部分214c-2構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的芯部，在互連部件中提供信號(hào)線。
[0081]管狀結(jié)構(gòu)214主要作為互連部件的中間部，即互連部件位于相鄰的半導(dǎo)體島之間的部分。管狀結(jié)構(gòu)214可以進(jìn)一步延伸到半導(dǎo)體島中。在連接半導(dǎo)體島中的半導(dǎo)體器件的位置，管狀結(jié)構(gòu)214的芯部從其外壁伸出，以提供電連接。
[0082]在實(shí)際使用時(shí)，管狀結(jié)構(gòu)214的外壁可以接地，芯部作為導(dǎo)電線?；ミB部件的管狀結(jié)構(gòu)214是優(yōu)選的，因?yàn)楣軤罱Y(jié)構(gòu)214為半導(dǎo)體島之間的信號(hào)線提供了屏蔽，這不僅有利于電學(xué)性能的改善，而且在柔性集成電路器件伸縮時(shí)，可以避免由于互連部件的接觸而發(fā)生信號(hào)線的短路。
[0083]半導(dǎo)體襯底島之間的互連部件還包括位于管狀結(jié)構(gòu)214內(nèi)部的絕緣材料。實(shí)際上，該絕緣材料是同一層面的絕緣層的一部分。管狀結(jié)構(gòu)214中的絕緣材料用于將其外壁和芯部電絕緣，同時(shí)管狀結(jié)構(gòu)214仍然可以保持良好的彈性和塑性變形能力。
[0084]盡管在圖15a和15b中示出了管狀結(jié)構(gòu)214包含一個(gè)芯部214c_2，然而，應(yīng)當(dāng)理解，管狀結(jié)構(gòu)214可以包含多個(gè)位于同一層面或不同層面的芯部，從而在一個(gè)互連部件中提供多條信號(hào)線。此外，管狀結(jié)構(gòu)214也不必是直線形的，至少在兩個(gè)相鄰的半導(dǎo)體島之間的中間部具有彎曲或折疊的形狀，例如曲線形、折線形、S形、Z字形等。因而，即使互連部件具有管狀結(jié)構(gòu)214以及位于其中的絕緣材料，也仍然能夠提供伸縮特性。
[0085]圖16示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的多層互連部件的示意性透視圖，其中僅僅示出了多層互連部件的金屬層。
[0086]在該實(shí)施例中，多層互連部件包括依次堆疊的5個(gè)層面的絕緣層313a_313e，以及在絕緣層中分別形成的5個(gè)層面的金屬層314a-314e。與第一實(shí)施例不同，至少一個(gè)層面的金屬層是非連續(xù)延伸的，或者存在著多個(gè)穿透孔。金屬層314a-314e構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)314，其中金屬層314a和314e分別構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)314的底部和頂部，金屬層314b、314c的第一部分314c-l、以及金屬層314d構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)314的側(cè)壁，從而一起構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的外壁。由于存在著非連續(xù)延伸的金屬層以及存在著包含穿透孔的金屬層，管狀結(jié)構(gòu)的外壁為網(wǎng)狀。金屬層314c的第二部分314C-2構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的芯部，在互連部件中提供信號(hào)線。
[0087]盡管在金屬層314b、314c的第一部分314c_l、314e在各自的層面中是非連續(xù)延伸的，然而在不同的層面之間，相鄰的金屬層彼此接觸。管狀結(jié)構(gòu)的外壁仍然提供了完整的電路徑。管狀結(jié)構(gòu)采用網(wǎng)狀的外壁可以減小金屬層與絕緣材料之間的熱膨脹系數(shù)失配導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力。
[0088]根據(jù)第二實(shí)施例的多層互連部件的其他方面與根據(jù)第一實(shí)施例的多層互連部件相同。
[0089]應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0090]依照本發(fā)明的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書(shū)及其全部范圍和等效物的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性集成電路器件，包括: 彼此分離的多個(gè)半導(dǎo)體島，所述多個(gè)半導(dǎo)體島包括各自的半導(dǎo)體器件； 多個(gè)互連部件，所述多個(gè)互連部件用于將相鄰的半導(dǎo)體島彼此連接； 支撐層，所述支撐層附著于所述多個(gè)半導(dǎo)體島上， 其中，所述多個(gè)互連部件分別包括位于半導(dǎo)體島內(nèi)的端部和位于半導(dǎo)體島之間的中間部，使得所述柔性集成電路器件不僅可彎曲，而且沿著至少一個(gè)方向可伸縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性集成電路器件，其中所述多個(gè)互連部件的中間部的頂部表面暴露。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性集成電路器件，其中所述多個(gè)互連部件的中間部在所述多個(gè)半導(dǎo)體島之間懸置。
4.一種柔性集成電路組件，包括: 支撐基板；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的柔性集成電路器件， 其中，柔性集成電路器件位于支撐基板之上或之中或與支撐基板形成疊層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性集成電路組件，其中所述支撐基板由選自樹(shù)脂、布、紙張中的一種組成。
6.一種柔性集成電路器件的制造方法，包括: 在半導(dǎo)體層中形成第一溝槽，將半導(dǎo)體層分隔成多個(gè)半導(dǎo)體島； 形成層間介質(zhì)層的第一部分，以填充第一溝槽； 在所述多個(gè)半導(dǎo)體島中，分別形成各自的半導(dǎo)體器件； 形成層間介質(zhì)層的第二部分，以覆蓋所述多個(gè)半導(dǎo)體島的頂部表面； 在層間介質(zhì)層上形成多個(gè)絕緣層； 在所述多個(gè)絕緣層的至少一個(gè)中形成互連部件；以及 在所述多個(gè)絕緣層和所述層間介質(zhì)層中形成第二溝槽，將所述多個(gè)半導(dǎo)體島連同圍繞其周圍的層間介質(zhì)層彼此分開(kāi)， 其中，用于形成第一溝槽和第二溝槽的蝕刻均從半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體器件的一側(cè)開(kāi)始。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中第二溝槽的位置與第一溝槽的位置一致，并且第二溝槽的寬度小于第一溝槽的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在形成第一溝槽的步驟之前，還包括: 在半導(dǎo)體襯底上形成犧牲層；以及 在犧牲層上形成所述半導(dǎo)體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述犧牲層是與所述半導(dǎo)體層和所述半導(dǎo)體襯底的蝕刻特性不同的另一半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在形成第二溝槽的步驟之后還包括: 經(jīng)由第二溝槽，相對(duì)于所述半導(dǎo)體層和所述半導(dǎo)體襯底，選擇性地蝕刻去除所述犧牲層；以及 去除所述半導(dǎo)體襯底。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK104347591SQ201410459042
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】朱慧瓏 申請(qǐng)人:朱慧瓏