一种集成MIM电容器的背金工艺制造技术

技术编号:22567032 阅读:85 留言:0更新日期:2019-11-16 12:53
本发明专利技术提供了一种集成MIM电容器的背金工艺,在衬底开槽填充的方式形成高k材料层,然后进行蚀刻填充形成叉指状金属柱,可以实现电容值的增大,且得到了Q值较高的垂直型MIM电容器结构;本发明专利技术还同时实现了集成电路和MIM电容器的背金工艺,实现了双面电极的引出,便于后续封装。

A back gold technology of integrated MIM capacitor

The invention provides a backing gold process of integrated MIM capacitor, which forms a high-k material layer by slotting and filling on the substrate, and then forms a interdigital metal column by etching and filling, which can increase the capacitance value and obtain a vertical MIM capacitor structure with high Q value; the invention also realizes the backing gold process of integrated circuit and MIM capacitor, and realizes the double-sided electrode Export, easy to follow-up packaging.

【技术实现步骤摘要】
一种集成MIM电容器的背金工艺
本专利技术涉及半导体集成电路设计,属于分类号H01L23/00下,具体为一种集成MIM电容器的背金工艺。
技术介绍
电容器的应用在集成电路设计中始终是一个杠杆,设计者希望使用电容值尽量大的电容器,但大电容值往往带来的就是增大芯片面积,提高制造成本。如何提高单位芯片面积上的电容值(即电容密度),始终是集成电路领域的一个挑战。现有的电容器,大致可以分为前道电容器和后道电容器,前道电容器例如MOS电容器、PN结电容器,后道电容器例如MIM(金属层-绝缘层-金属层)电容器、MOM(金属层-氧化层-金属层)电容器。其中,MIM电容器可以提供较好的频率以及温度相关特性,并且可形成于层间金属以及铜互连制程,降低与CMOS前端工艺整合的困难度及复杂度,因而被广泛用于各种集成电路例如模拟-逻辑、模拟-数字、混合信号以及射频电路中。现有的MIM电容器通常为平面结构,包括电容下极板、电容介质层以及电容上极板,形成两层金属电极之间夹着绝缘介质层的三明治结构。对于平面结构的MIM电容器,其电容密度最多可以达到4-6fF/μm2,而在实际应用中,仍然远远无法满足LCD驱动电路、RFCMOS电路等大电容集成电路的需求。因此,垂直型电容器是现在常用的增加电容方式的电容器,其多为增大极板正对面积的方式实现增加电容值。但是其多为单面引出电极,对于叠层封装体而言,该种单面电极引出是不利于互连的。
技术实现思路
基于解决上述问题,本专利技术提供了一种集成MIM电容器的背金方法,包括如下步骤:(1)提供一半导体衬底,具有相对的正面和背面,所述衬底的正面上的第一区域具有可背金属化晶体管器件,且在所述正面上具有表面电极;(2)在所述衬底的正面上的第二区域形成沟槽,所述沟槽未贯穿所述背面,且所述沟槽的深度与所述晶体管器件延伸的深度相同;(3)在所述衬底上形成层间介电层,所述层间介电层的一部分填充所述沟槽,并且,在所述层间介电层内设置有连接所述表面电极的布线层;(4)在所述沟槽的正上方形成开口直至完全暴露所述沟槽;(5)在所述开口内填充高k材料形成高k材料层;(6)在所述高k材料层中形成多个第一金属柱;(7)在所述高k材料层上形成上极板,在所述上极板上覆盖第一介质层;(8)研磨所述衬底的背面,露出所述高k材料层和晶体管器件;(9)在所述高k材料层的背面侧形成多个第二金属柱,其中,所述第二金属柱与所述第一金属柱间隔排列,所述多个第一金属柱与所述多个第二金属柱呈叉指状排布;(10)在所述背面电镀形成下极板与连接所述晶体管器件的背面电极。根据本专利技术的实施例,还包括步骤(11):沉积第二介电层覆盖所述下极板和背面电极,并在第二介电层内形成连接所述下极板和背面电极的通孔。根据本专利技术的实施例,所述步骤(4)中的形成开口的方法包括蚀刻工艺,所述蚀刻工艺采用湿法各项异性蚀刻。根据本专利技术的实施例,所述步骤(6)中的形成多个第一金属柱具体包括以下步骤:采用湿法各项异性蚀刻所述层间介电层,在所述层间介电层内形成多个阵列排布的多个通孔,所述多个通孔与所述沟槽的底部留有一定的距离,在所述多个通孔内填充金属材料,形成多个第一金属柱。根据本专利技术的实施例,所述步骤(9)中的形成多个第二金属柱具体包括以下步骤:采用湿法各项异性蚀刻所述层间介电层的背面,在所述层间介电层内形成多个阵列排布的多个通孔,所述多个通孔与所述上极板间留有一定的距离,在所述多个通孔内填充金属材料,形成多个第二金属柱。根据本专利技术的实施例,所述第一介质层、第二介质层以及层间介电层均为低k材料,优选为氧化硅。根据本专利技术的实施例,所述高k材料层包括氧化铝、氧化镧、氮化硅、氧化锶、五氧化二钽或二氧化锆。本专利技术的优点如下:在衬底开槽填充的方式形成高k材料层,然后进行蚀刻填充形成叉指状金属柱,可以实现电容值的增大,且得到了Q值较高的垂直型MIM电容器结构;本专利技术还同时实现了集成电路和MIM电容器的背金工艺,实现了双面电极的引出,便于后续封装。附图说明图1-11为本专利技术的集成MIM电容器的背金方法的示意图。具体实施方式本专利技术的目的在于提供一种具有MIM电容器的一体化背金方式。参加图1-11,本专利技术的集成MIM电容器的背金方法,包括如下步骤:(1)参见图1,提供一半导体衬底1,具有相对的正面和背面,所述衬底1的正面上的第一区域具有可背金属化晶体管器件2,且在所述正面上具有表面电极3;衬底1是通常是但是不限于硅衬底。在其它实施例中,衬底1可包括诸如锗的另外的元素半导体;包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟的化合物半导体;包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP的合金半导体或它们的组合。在实施例中,衬底103是绝缘体上半导体(SOI)。(2)参见图2,在所述衬底1的正面上的第二区域形成沟槽4,所述沟槽4未贯穿所述背面,且所述沟槽4的深度与所述晶体管器件2延伸的深度相同;(3)参见图3,在所述衬底1上形成层间介电层5,所述层间介电层5的一部分填充所述沟槽4,并且,在所述层间介电层5内设置有连接所述表面电极3的布线层6;(4)参见图4,在所述沟槽4的正上方形成开口7直至完全暴露所述沟槽4;形成开口7的方法包括蚀刻工艺,所述蚀刻工艺采用湿法各项异性蚀刻。使用各种活性气体或湿蚀刻剂蚀刻掉每个介电层。例如,氢氟酸(HF)可以用于蚀刻掉氧化硅介电层。所述开口7的口径可以略大于所述沟槽4,以便于暴露所述沟槽4。(5)参见图5,在所述开口7内填充高k材料形成高k材料层8;所述高k材料层包括氧化铝、氧化镧、氮化硅、氧化锶、五氧化二钽或二氧化锆。一般而言层间介电层为氧化硅,上述上材料的k值均大于氧化硅材料。(6)参见图6,在所述高k材料层8中形成多个第一金属柱9;具体包括以下步骤:采用湿法各项异性蚀刻所述层间介电层,在所述层间介电层内形成多个阵列排布的多个通孔,所述多个通孔与所述沟槽的底部留有一定的距离,在所述多个通孔内填充金属材料,形成多个第一金属柱。(7)参见图7,在所述高k材料层8上形成上极板10,在所述上极板10上覆盖第一介质层11;该第一介电层11可以与所述层间介电层5是相同的材料,例如氧化硅或碳氧化硅。(8)参见图8,研磨所述衬底1的背面,露出所述高k材料层8和晶体管器件2;该研磨方式可采取常规的化学机械抛光。(9)参见图9,在所述高k材料层8的背面侧形成多个第二金属柱12,其中,所述第二金属柱12与所述第一金属柱9间隔排列,所述多个第一金属柱9与所述多个第二金属柱12呈叉指状排布;具体包括以下步骤:采用湿法各项异性蚀刻所述层间介电层的背面,在所述层间介电层内形成多个阵列排布的多个通孔,所述多个通孔与所述上极板间留有一定的距离,在所述多个通孔内填充金属材料,形成多个第二金属柱。(10)参见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成MIM电容器的背金方法,包括如下步骤:/n(1)提供一半导体衬底,具有相对的正面和背面,所述衬底的正面上的第一区域具有可背金属化晶体管器件,且在所述正面上具有表面电极;/n(2)在所述衬底的正面上的第二区域形成沟槽,所述沟槽未贯穿所述背面,且所述沟槽的深度与所述晶体管器件延伸的深度相同;/n(3)在所述衬底上形成层间介电层,所述层间介电层的一部分填充所述沟槽,并且,在所述层间介电层内设置有连接所述表面电极的布线层;/n(4)在所述沟槽的正上方形成开口直至完全暴露所述沟槽;/n(5)在所述开口内填充高k材料形成高k材料层;/n(6)在所述高k材料层中形成多个第一金属柱;/n(7)在所述高k材料层上形成上极板,在所述上极板上覆盖第一介质层;/n(8)研磨所述衬底的背面,露出所述高k材料层和晶体管器件;/n(9)在所述高k材料层的背面侧形成多个第二金属柱,其中,所述第二金属柱与所述第一金属柱间隔排列,所述多个第一金属柱与所述多个第二金属柱呈叉指状排布;/n(10)在所述背面电镀形成下极板与连接所述晶体管器件的背面电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成MIM电容器的背金方法,包括如下步骤:
(1)提供一半导体衬底,具有相对的正面和背面,所述衬底的正面上的第一区域具有可背金属化晶体管器件,且在所述正面上具有表面电极;
(2)在所述衬底的正面上的第二区域形成沟槽,所述沟槽未贯穿所述背面,且所述沟槽的深度与所述晶体管器件延伸的深度相同;
(3)在所述衬底上形成层间介电层,所述层间介电层的一部分填充所述沟槽,并且,在所述层间介电层内设置有连接所述表面电极的布线层;
(4)在所述沟槽的正上方形成开口直至完全暴露所述沟槽;
(5)在所述开口内填充高k材料形成高k材料层;
(6)在所述高k材料层中形成多个第一金属柱;
(7)在所述高k材料层上形成上极板,在所述上极板上覆盖第一介质层;
(8)研磨所述衬底的背面,露出所述高k材料层和晶体管器件;
(9)在所述高k材料层的背面侧形成多个第二金属柱,其中,所述第二金属柱与所述第一金属柱间隔排列,所述多个第一金属柱与所述多个第二金属柱呈叉指状排布;
(10)在所述背面电镀形成下极板与连接所述晶体管器件的背面电极。


2.根据权利要求1所述的集成MIM电容器的背金方法,其特征在于:还包括步骤(11):沉积第二介电层覆盖所述下极板和背面电极,并在第二介电层内形成连接...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴世元
申请(专利权)人:南通沃特光电科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1