CN102364681A

CN102364681A - 焊盘、具有焊盘的绝缘体上硅器件

Info

Publication number: CN102364681A
Application number: CN2011103281906A
Authority: CN
Inventors: 李乐
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: CN102364681B

Abstract

本发明公开了一种焊盘，包括若干焊盘金属层，靠近半导体衬垫的焊盘金属层与半导体衬底构成寄生电容，靠近半导体衬底的焊盘金属层被分割为相互分离的部分，以减小寄生电容两极板的正对面积，从而减小寄生电容。本发明还公开了一种绝缘体上硅器件，其包括如上所述的焊盘，通过在内部设置一用作屏蔽层的导电层，使集成电路内部的非线性可变寄生电容变为恒定寄生电容。进一步地，所述绝缘体上硅器件还在内部设置一深度增大的S TI隔离区从而使该寄生电容值减小。当绝缘体上硅器件工作时，施加于器件上的射频信号会尽可能少的从该寄生电容泄露，且得到的射频信号为线性信号，符合射频设备的使用要求。

Description

焊盘、具有焊盘的绝缘体上硅器件

技术领域

本发明涉及半导体集成电路的焊盘，尤其涉及射频制造工艺中的焊盘；本发明还涉及一种具有所述焊盘的绝缘体上硅器件。

背景技术

在半导体制造领域，当集成电路制造完成以后，通常会在互连结构层上方形成焊盘(Pad)，焊盘与内部电路电性连接以作为内部电路与外部信号电路间的界面。

同时，随着芯片的特征尺寸不断减小，芯片的速度要求越来越快，对各种半导体器件内部形成的寄生电容要求越来越高。寄生电容越小，芯片的运行速度、频率特性更好，在射频设备中，从寄生电容泄露的信号也越少。焊盘与半导体衬底之间存在电介质层，因此焊盘和半导体衬底可视为两电极并形成一个寄生电容，由于焊盘与半导体衬底之间的相对面积较大，其构成的寄生电容对电路的影响不容忽视。

另外，当上述半导体衬底为绝缘体上硅衬底时，绝缘体上硅衬底中的硅基板不可避免的会存在少许杂质，比如氧，因此半导体电路中的含有杂质的硅基板、靠近半导体衬底的焊盘金属层、两者之间的介质层构成寄生电容。当射频设备中的绝缘体上硅器件工作时，常常会在电路中施加射频信号，将射频信号施加给焊盘，即焊盘金属层也会接收到射频信号。用于射频设备中的射频信号通常为周期性变化的线性信号，当信号的大小、正负发生变化时，硅基板、靠近半导体衬底的金属层、介质层构成的寄生电容两极板上的电荷量大小会发生非线性变化，并且其极性也会发生变化，因此该寄生电容是非线性可变电容。此时，射频信号中的一部分会由焊盘金属层从该寄生电容泄露，另一部分射频信号会用于驱动电路中的工作器件，由于寄生电容是非线性可变电容，线性射频信号从该寄生电容泄露后，另一部分用于驱动电路中工作器件的射频信号是非线性信号，而这恰恰是射频设备使用中不希望出现的现象。

由电容的计算公式可知，上下两电极之间的间距越大，寄生电容越小。因此现有技术中通常采用增大焊盘和半导体衬底之间的间距来减小电路中产生的寄生电容。如专利号为200910195954.1的专利公开了一种能降低寄生电容的焊盘结构。如图1所示，焊盘包括形成于半导体衬底20之上的浅沟槽隔离(STI)层21和形成于互连结构层30之中的焊盘金属层31，定义垂直于半导体衬底20的上表面为Z方向，焊盘金属层31形成于浅沟槽隔离层21的正上方，并且焊盘金属层31在A-A截面上的投影面积小于浅沟槽隔离层21在A-A截面的投影面积；焊盘金属层31在该实施例中为复合金属层结构，它包括第一层焊盘金属层311、第二层焊盘金属层312及用于连接第一层焊盘金属层311与第二层焊盘金属层312的若干个通孔313，具体实际应用中，焊盘金属层可能不仅包括两层。由于半导体衬底上分成了有源器件区200和焊盘区100，焊盘区100的半导体衬底中不形成器件，仅设置浅沟槽隔离层21。焊盘金属层31与半导体衬底之间形成寄生电容，通过设置浅沟槽隔离层21，所述寄生电容两极板之间的距离增大，从而减小寄生电容。

通过研究发现，上述能降低寄生电容的焊盘结构具有明显的缺点：浅沟槽隔离层的形成需要化学机械平坦化(CMP)工艺来完成，由于CMP有堞形(Dishing)效应，一般不容易实现在焊盘金属层正下方区域全部形成浅沟槽隔离层；此外，浅沟槽隔离层的制备工艺特点决定了浅沟槽隔离层的高度(Z方向的深度)有限，这将限制上下两极板之间间距的扩大，进一步限制降低寄生电容的效果。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能减小半导体器件电路中寄生电容的焊盘结构；另外，本发明还要解决的问题是使应用于射频领域的绝缘体上器件中的非线性可变寄生电容变为恒定的寄生电容，从而使射频设备中的电路使用线性的射频信号，以符合射频设备的使用要求。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种焊盘，包括若干焊盘金属层，靠近半导体衬底的焊盘金属层被分割为相互分离的若干部分，所述焊盘金属层的相互分离的若干部分均通过填充有导电金属的通孔电连接至相邻的焊盘金属层，所述靠近半导体衬底的焊盘金属层与半导体衬底之间设有层间介质层。

可选的，所述焊盘金属层的层数为两层。

为解决上述问题，本发明还提供了以下技术方案：

一种绝缘体上硅器件，包括：

绝缘体上硅衬底，包括硅基板、形成于所述硅基板上的埋入氧化层、形成于所述埋入氧化层上的硅层，所述硅层内设有源区、漏区及用于隔绝所述源区、漏区的STI隔离区；

如上所述的焊盘，所述靠近半导体衬底的焊盘金属层的位置对应所述STI隔离区；

所述STI隔离区上覆盖有一层接地的导电层；

所述靠近半导体衬底的焊盘金属层与所述导电层之间设有介质层。

可选的，所述导电层上设有填充有导电金属的第二通孔，所述第二通孔连接金属层，所述金属层接地。

可选的，所述导电层的材料为钛、氮化钛、铝、铝的合金、铜、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。

另外，本发明还提供了一种绝缘体上硅器件，包括：

绝缘体上硅衬底，包括硅基板、形成于所述硅基板上的埋入氧化层、形成于所述埋入氧化层上的硅层，所述硅层上设有源区、漏区及用于隔绝所述源区、漏区的STI隔离区，所述STI隔离区的底部延伸至所述硅基板与所述埋入氧化层之间的界面；

所述STI隔离区包括沟槽、沟槽填充氧化物，所述沟槽的表面与沟槽填充氧化物之间设有接地的导电层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、靠近半导体衬底的焊盘金属层与半导体衬底形成寄生电容，靠近半导体衬底的焊盘金属层被分割为相互分离的部分，相当于寄生电容两极板的正对面积减小，根据电容的计算公式C＝εS/d，其中，S为电容两极板的正对面积，d为电容两极板之间的距离，S越小，电容越小，因此寄生电容减小。

二、进一步地，在保证焊盘有足够的机械强度以应对焊盘受到的探测力、结合力、及焊盘不造成损伤的前提下，焊盘金属层仅包括两层，焊盘金属层层数越少，由焊盘与半导体衬底形成的寄生电容的两极板间距越大，根据电容的计算公式可知，这种结构的焊盘使寄生电容减小。

三、当焊盘中的半导体衬底为绝缘体上硅衬底时，通过在绝缘体上硅衬底中设置一用作屏蔽层的导电层，使焊盘金属层与硅基板之间构成的非线性可变寄生电容变为恒定寄生电容，从而使用于射频设备中的绝缘体上硅器件仍旧在线性射频信号下工作，符合射频设备的使用要求。

四、通过使绝缘体上硅衬底中STI隔离区的底部延伸至硅基板与埋入氧化层之间的界面，使构成寄生电容的两极板之间的距离增大，减小绝缘体上硅器件中产生的寄生电容，寄生电容越小，其阻抗越大，射频信号越难从寄生电容泄露，从而对射频设备电路的影响越小。

附图说明

图1是现有技术中一种焊盘示意图。

图2是本发明焊盘实施例中焊盘的结构示意图。

图3是本发明绝缘体上硅器件实施例一中绝缘体上硅器件的结构示意图。

图4是本发明绝缘体上硅器件实施例二中绝缘体上硅器件的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，焊盘的焊盘金属层与半导体衬底之间不可避免的会构成寄生电容，具体的应用到射频领域时，射频信号会从焊盘中的寄生电容泄露，影响射频设备的使用。因此本发明的目的在于提供一种可以减小该寄生电容的焊盘。另外，本发明的目的还在于提供一种绝缘体上硅器件，其内部结构中的焊盘金属层与硅基板之间构成的寄生电容是一恒定电容，线性的射频信号从该寄生电容泄露后，用于射频设备的绝缘体上硅器件在线性射频信号下工作，符合射频设备的使用要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图2为本发明为了减小半导体器件电路中的寄生电容而提供的一种焊盘结构示意图。如图2所示，该焊盘形成于互连结构层50中。互连结构层50包括多层焊盘金属层51，不同层间的焊盘金属层51之间通过填充有导电金属的通孔进行电连接，靠近半导体衬底40的焊盘金属层512被分割为相互分离的部分，靠近半导体衬底40的焊盘金属层512与半导体衬底40之间设有层间介质层。

位于互连结构层50上表面的焊盘金属层511用于与外部引线键合，因此焊盘会受到探测力、接合力的作用，为了使焊盘有足够的机械强度以应对其受到的探测力、接合力，通常焊盘会设有多层焊盘金属层51，其中不是位于互连结构层上表面的焊盘金属层作为缓冲层，以使整个焊盘结构在受到探测力、结合力的作用下不会产生龟裂。靠近半导体衬底40的焊盘金属层512与半导体衬底40之间由于层间介质层的存在构成寄生电容，在保证焊盘有足够机械强度的前提下，使焊盘金属层51的层数仅为两层：第一焊盘金属层511、第二焊盘金属层512，根据电容的计算公式可知，这种焊盘结构中寄生电容两极板之间的距离增大，从而使其寄生电容值减小。第二焊盘金属层512被分割前，其形状大小通常与第一焊盘金属层511的形状大小相同。在实际应用中，焊盘金属层51的层数根据实际应用条件确定，第一焊盘金属层511与第二焊盘金属层512之间仍可以设置一层或多层焊盘金属层51。

如图2所示，靠近半导体衬底的焊盘金属层512被分割为多个相互分离的部分，各个分离的部分通过通孔513与相邻的即上方(图示方向)的焊盘金属层之间进行电连接。根据电容的计算公式可知，当构成电容的两极板之间的正对面积越小，其电容越小，因此可知，与半导体衬底40构成寄生电容的焊盘金属层512被分割之后，寄生电容的两极板的正对面积减小，从而使寄生电容减小。

在实际应用中，靠近半导体衬底的焊盘金属层512的各个相互分离的部分通过接触孔等结构连接至同一器件或部件。

需说明的是焊盘金属层512的分割方式并不受图2的限制，不应当以此限定本发明的权利范围，在保证焊盘有足够机械强度的前提下，焊盘金属层512的被分割部分之间的距离越大，寄生电容两极板的正对面积越小，产生的寄生电容也就越小。射频设备中形成的寄生电容越小，其阻抗越大，施加在集成电路中的信号也就越难从寄生电容泄露。

这种结构的焊盘可以应用在多种半导体集成电路中，以减小电路中构成的寄生电容。

绝缘体上硅器件实施例一：

如图3所示，绝缘体上硅器件包括绝缘体上硅衬底20，绝缘体上硅衬底20包括硅基板21、形成于硅基板上的埋入氧化层22、形成于埋入氧化层上的硅层23，硅层23可用于形成各种半导体器件。其中，硅层23上形成有晶体管的源区231、漏区232及用于隔绝源区与漏区的STI隔离区233。源区231、漏区232是绝缘体上硅器件中两个不同晶体管的源区或漏区。

绝缘体上硅器件还包括如上所述的焊盘，其包括若干焊盘金属层，靠近半导体衬底的焊盘金属层512被分割为相互分割的若干部分，靠近半导体衬底的焊盘金属层512的若干相互分割的部分均通过填充有导电金属的通孔513与相邻的即上方(图示方向)焊盘金属层电连接，靠近半导体衬底的焊盘金属层512的位置对应STI隔离区233。

STI隔离区233上覆盖有导电层26，即STI隔离区233上表面(图中所示方向)形成有导电层26。

导电层26接地可以通过以下结构实现：导电层26上设有填充有导电金属的第二通孔27，第二通孔27与金属层28连接，金属层28接地。导电层26与靠近绝缘体上硅衬底20的焊盘金属层512之间设有层间介质层。

绝缘体上硅衬底可用注氧隔离法(SIMOX)或智能剥离法(Smart-cut)方法形成；STI隔离区可用现有的浅STI隔离区隔离(STI)技术形成；导电层的材料为钛(Ti)或氮化钛(TiN)、铝(AL)、铝的合金、铜(Cu)、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。

需说明的是，在实际制作中，如图3所示，导电层26两端与源区231、漏区232接触的区域会设置绝缘物质以将两者隔离。

上述绝缘体上硅器件结构中，靠近半导体衬底的焊盘金属层被分割为若干部分，减小了焊盘金属层与半导体衬底形成的寄生电容；导电层用作屏蔽层，从而使焊盘金属层与硅基板之间不能构成非线性可变寄生电容，代替的，焊盘金属层与导电层之间构成寄生电容，由于导电层接地，即使射频设备中的射频信号发生变化，寄生电容仍为一恒定电容，这样即使射频信号中的一部分从该寄生电容泄露，用于射频设备工作电路的射频信号仍是线性的射频信号，符合射频设备的使用要求。

绝缘体上硅器件实施例二：

如图4所示，绝缘体上硅器件包括绝缘体上硅衬底20，绝缘体上硅衬底20包括硅基板21、形成于硅基板上的埋入氧化层22、形成于埋入氧化层上的硅层23，硅层23可用于形成各种器件。具体的，硅层上形成有包括源区231、漏区232及用于隔绝源区与漏区的STI隔离区233。源区231、漏区232是绝缘体上硅器件中两个不同晶体管的源区或漏区，STI隔离区233是利用常规的浅沟槽隔离工艺形成，包括形成在绝缘体上硅衬底内的沟槽、沟槽填充氧化物，该沟槽填充氧化物可以是氧化硅。STI隔离区233的底部延伸至硅基板21与埋入氧化层22之间的界面，即硅基板21的上表面(图中所示方向)。STI隔离区233的沟槽表面(包括沟槽的侧壁和底部)与沟槽填充氧化物之间设有接地的导电层26。

其中，导电层26接地可以通过以下结构实现：导电层26上设有填充有导电金属的第二通孔27，第二通孔27与金属层28连接，金属层28接地。

绝缘体上硅衬底可用注氧隔离法(SIMOX)或智能剥离法(Smart-cut)方法形成；导电层的材料为钛(Ti)或氮化钛(TiN)、铝(Al)、铝的合金、铜(Cu)、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。

需说明的是，在实际制作中，如图4所示，导电层26两端与源区231、漏区232接触的区域会设置绝缘物质以将两者隔离。

实施例二中绝缘体上硅器件的结构类似于实施例一中绝缘体上硅器件的结构，除具备实施例一中器件的优点外，由于STI隔离区的深度增大，相当于寄生电容两极板之间的距离增大，因此该寄生电容减小，寄生电容越小，其阻抗越大，射频设备中的射频信号越不容易从该寄生电容泄露，从而减少对射频设备电路造成的影响。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种焊盘，其特征在于，包括若干焊盘金属层，靠近半导体衬底的焊盘金属层被分割为相互分离的若干部分，所述焊盘金属层的相互分离的若干部分均通过填充有导电金属的通孔电连接至相邻的焊盘金属层，所述靠近半导体衬底的焊盘金属层与半导体衬底之间设有层间介质层。

2.根据权利要求1所述的焊盘，其特征在于，所述若干焊盘金属层的层数为两层。

3.一种绝缘体上硅器件，其特征在于，包括：

如权利要求1至2任一项所述的焊盘，所述靠近半导体衬底的焊盘金属层的位置对应所述STI隔离区；

所述STI隔离区上覆盖有一层接地的导电层；

所述靠近半导体衬底的焊盘金属层与所述导电层之间设有层间介质层。

4.根据权利要求3所述的绝缘体上硅器件，其特征在于，所述导电层上设有填充有导电金属的第二通孔，所述第二通孔连接金属层，所述金属层接地。

5.根据权利要求3所述的绝缘体上硅器件，其特征在于，所述导电层的材料为钛、氮化钛、铝、铝的合金、铜、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。

6.一种绝缘体上硅器件，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的绝缘体上硅器件，其特征在于，所述导电层上设有填充有导电金属的第二通孔，所述第二通孔连接金属层，所述金属层接地。

8.根据权利要求6所述的绝缘体上硅器件，其特征在于，所述导电层的材料为钛、氮化钛、铝、铝的合金、铜、铜的合金、掺杂硅、硅的金属化物中的一种。