一種MIM電容器結構的製造方法與流程

2023-06-01 10:06:31

本發明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種MIM電容器結構的製造方法。

背景技術：

電容、電阻等被動元件（Passive Circuit Element）被廣泛應用於集成電路制 作技術中，這些器件通常採用標準的集成電路工藝，利用摻雜單晶矽、摻雜多晶矽以及氧化膜或氮氧化膜等製成，比如多晶矽-介質膜-多晶矽（PIP， Poly-Insulator-Poly）電容。由於這些器件比較接近矽襯底，器件與襯底間的寄生 電容使得器件的性能受到影響，尤其在射頻（RF）CMOS電路中，隨著頻率的上升，器件的性能下降很快。

金屬-絕緣體-金屬（MIM，Metal-Insulator-Metal）電容技術的開發為解決這 一問題提供了有效的途徑，該技術將電容製作在互連層，即後道工藝（BEOL，Back End Of Line）中，既與集成電路工藝相兼容，又通過拉遠被動元件與導電襯底間的距離，克服了寄生電容大、器件性能隨頻率增大而明顯下降的弊端，使得該技術逐漸成為了集成電路中製作被動元件電容的主流。

但是，在帶有MIM電容器的半導體器件中，也存在一些問題，主要是如果 MIM電容器下面直接放功能器件（例如電晶體），則MIM電容器會與下面的功能器件產生相互幹擾。如圖1所示，多個功能器件11形成於襯底10上，設置在絕緣層15中的電容器的上極板13和下極板12分別通過導電通路14電連接至多個功能器件的部分。然而，由於半導體集成電路的體積尺寸都較小，電容器的信號與功能器件11的信號會相互幹擾，並且，當電容器有多個時，其分布在介質層中會相鄰較近，導致電容器間的相互幹擾；此外，電容器的極板12和13會產生相對於應力層的應力，對其下的的功能器件和通路產生影響。

現有技術中針對帶有MIM電容器的半導體器件主要有兩種實現方式：

1、MIM電容器下面不放功能器件，從而可徹底避免MIM電容器與功能器件產生相互幹擾，但是此種實現方式將極大的浪費晶圓面積；

2、MIM電容器下面放一些不太敏感的功能器件，從而能夠節省一部分晶圓 面積，但是此種實現方式還是會使得MIM電容器與其下的功能器件產生相互幹擾（只是這種幹擾對於其下的功能器件尚且能夠被容忍），並且也限制了可放置 於MIM電容器下的功能器件的種類（即只能是一些不太敏感的功能器件）。

因此，如何提供一種帶有MIM電容器的半導體器件，其能夠避免上述缺陷，成了本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現要素：

基於解決上述封裝中的問題，本發明提供了一種MIM電容器結構的製造方法，其特徵在於，包括：

（1）提供半導體襯底，所述半導體襯底具有相對的上表面和下表面以及位於上表面的多個焊盤和形成於所述上表面的功能器件；

（2）形成覆蓋所述上表面的阻焊層，並通過刻蝕漏出所述多個焊盤和所述上表面的邊緣位置；

（3）形成與所述多個焊盤相對應的多個焊球；

（4）在所述邊緣位置形成圍繞所述阻焊層的金屬導熱層，所述金屬導熱層斷開為多個分立的導電部分；

（5）形成電連接所述多個焊球中的至少一個與所述多個導電部分中的至少一個的第一導電圖案；

（6）在所述下表面形成凹槽；

（7）在凹槽中形成MIM電容器結構；

（8）形成電連接所述金屬導熱層的並貫穿所述上表面和下表面的多個導電導熱通孔；

（9）形成電連接所述多個導熱導電通孔中的至少一個與所述MIM電容器的第二導電圖案。

根據本發明的實施例，形成所述金屬導熱層包括：選擇性在所述邊緣位置形成一金屬層，然後刻蝕出多個隔離溝道，再在所述多個隔離溝道中填充絕緣材料。

根據本發明的實施例，所述金屬導熱層的材質為銅。

根據本發明的實施例，所述凹槽的深度小於所述半導體襯底的厚度一半。

根據本發明的實施例，形成所述MIM電容器包括形成所述凹槽中的導電柱與所述MIM電容器的兩個電極板電連接。

根據本發明的實施例，在步驟（9）之後還包括形成一絕緣保護層，覆蓋所述下表面以及第二導電圖案。

根據本發明的實施例，所述絕緣保護層的材料為一散熱材料。

根據本發明的實施例，所述絕緣保護層的材料為氧化鋁或氮化矽。

根據本發明的實施例，所述導電導熱通孔的材質為Cu。

本發明的技術方案，在襯底的背面形成凹槽，然後在凹槽中形成電容器可以減小整體結構的厚度，並且利用邊緣斷開的導電導熱層進行電連接和散熱，保證封裝結構的散熱效率。

附圖說明

圖1為現有技術的MIM電容器結構的剖面圖；

圖2為本發明實施例的MIM電容器結構的剖面圖；

圖3為本發明實施例的MIM電容器結構的俯視圖；

圖4為本發明的MIM電容器的製造方法流程圖。

具體實施方式

參見圖2，本發明提供了一種MIM電容器結構，在半導體襯底10上表面具有多個功能器件，功能器件可以是電晶體；所述半導體襯底10的下表面具有一凹槽17，形成於所述凹槽17中的MIM電容器；其中，所述MIM電容器與所述功能器件電連接。

所述上表面上具有焊盤11、位於焊盤11之上的焊球13以及覆蓋所述上表面的阻焊層12，所述阻焊層12漏出所述焊球13和所述上表面的邊緣位置。

所述邊緣位置設置有圍繞所述阻焊層的且位於所述邊緣位置的金屬導熱層14，所述金屬導熱層14斷開為多個分立的導電部分（參見圖3），其斷開位置可以是絕緣溝道22，所述金屬導熱層14通過導電圖案21與所述焊球13中的部分電連接。

所述半導體襯底10還具有貫穿所述上表面和下表面的導電導熱通孔15，所述導電導熱通孔15物理接觸所述金屬導熱層14，所述導電導熱通孔15的材質為Cu。

在所述下表面還具有與所述導電導熱通孔15電連接的導電圖案16，所述導電圖案16通過在所述凹槽17中的導電柱18與所述MIM電容器的兩個電極板電連接。

在所述凹槽中的兩個電極板間絕緣介電材料19，所述介電材料19填充滿所述凹槽17，與所述下表面齊平，所述下表面還具有覆蓋所述導電圖案16及凹槽17的絕緣保護層20。所述絕緣保護層20的材料為一散熱材料，優選的，所述絕緣保護層20的材料為氧化鋁或氮化矽。

其具體的製造方法如圖4所述，具體包括：

（1）S1，提供半導體襯底，所述半導體襯底具有相對的上表面和下表面以及位於上表面的多個焊盤和形成於所述上表面的功能器件。

（2）S2，形成覆蓋所述上表面的阻焊層，並通過刻蝕漏出所述多個焊盤和所述上表面的邊緣位置。

（3）S3，形成與所述多個焊盤相對應的多個焊球。

（4）S4，在所述邊緣位置形成圍繞所述阻焊層的金屬導熱層，所述金屬導熱層斷開為多個分立的導電部分。

（5）S5，形成電連接所述多個焊球中的至少一個與所述多個導電部分中的至少一個的第一導電圖案；具體包括：選擇性在所述邊緣位置形成一金屬層，然後刻蝕出多個隔離溝道，再在所述多個隔離溝道中填充絕緣材料。所述金屬導熱層的材質為銅。

（6）S6，在所述下表面形成凹槽；所述凹槽的深度小於所述半導體襯底的厚度一半。可通過幹法或溼法刻蝕而得，其深度不會影響到上表面的功能器件。

（7）S7，在凹槽中形成MIM電容器結構；該MIM電容器包括兩個電極板，以及位於電極板間的介電材料，還包括形成所述MIM電容器包括形成所述凹槽中的導電柱與所述MIM電容器的兩個電極板電連接。

（8）S8，形成電連接所述金屬導熱層的並貫穿所述上表面和下表面的多個導電導熱通孔；所述導電導熱通孔的材質為Cu。

（9）S9，形成電連接所述多個導熱導電通孔中的至少一個與所述MIM電容器的第二導電圖案。

其中，在步驟（9）之後還包括形成一絕緣保護層，覆蓋所述下表面以及第二導電圖案。所述絕緣保護層的材料為一散熱材料，優選為氧化鋁或氮化矽。

最後應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。