CN106449372A - 一种mim电容器结构的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MIM电容器结构的制造方法，该方法制造的MIM电容器结构通过在衬底的背面形成凹槽，然后在凹槽中形成电容器可以减小整体结构的厚度，并且利用边缘断开的导电导热层进行电连接和散热，保证封装结构的散热效率。

Description

一种MIM电容器结构的制造方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种MIM电容器结构的制造方法。
背景技术
电容、电阻等被动元件（Passive Circuit Element）被广泛应用于集成电路制 作技术中，这些器件通常采用标准的集成电路工艺，利用掺杂单晶硅、掺杂多晶硅以及氧化膜或氮氧化膜等制成，比如多晶硅-介质膜-多晶硅（PIP， Poly-Insulator-Poly）电容。由于这些器件比较接近硅衬底，器件与衬底间的寄生 电容使得器件的性能受到影响，尤其在射频（RF）CMOS电路中，随着频率的上升，器件的性能下降很快。
金属-绝缘体-金属（MIM，Metal-Insulator-Metal）电容技术的开发为解决这 一问题提供了有效的途径，该技术将电容制作在互连层，即后道工艺（BEOL，Back End OfLine）中，既与集成电路工艺相兼容，又通过拉远被动元件与导电衬底间的距离，克服了寄生电容大、器件性能随频率增大而明显下降的弊端，使得该技术逐渐成为了集成电路中制作被动元件电容的主流。
但是，在带有MIM电容器的半导体器件中，也存在一些问题，主要是如果 MIM电容器下面直接放功能器件（例如晶体管），则MIM电容器会与下面的功能器件产生相互干扰。如图1所示，多个功能器件11形成于衬底10上，设置在绝缘层15中的电容器的上极板13和下极板12分别通过导电通路14电连接至多个功能器件的部分。然而，由于半导体集成电路的体积尺寸都较小，电容器的信号与功能器件11的信号会相互干扰，并且，当电容器有多个时，其分布在介质层中会相邻较近，导致电容器间的相互干扰；此外，电容器的极板12和13会产生相对于应力层的应力，对其下的的功能器件和通路产生影响。
现有技术中针对带有MIM电容器的半导体器件主要有两种实现方式：
1、MIM电容器下面不放功能器件，从而可彻底避免MIM电容器与功能器件产生相互干扰，但是此种实现方式将极大的浪费晶圆面积；
2、MIM电容器下面放一些不太敏感的功能器件，从而能够节省一部分晶圆 面积，但是此种实现方式还是会使得MIM电容器与其下的功能器件产生相互干扰（只是这种干扰对于其下的功能器件尚且能够被容忍），并且也限制了可放置 于MIM电容器下的功能器件的种类（即只能是一些不太敏感的功能器件）。
因此，如何提供一种带有MIM电容器的半导体器件，其能够避免上述缺陷，成了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
基于解决上述封装中的问题，本发明提供了一种MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，包括：
（1）提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面以及位于上表面的多个焊盘和形成于所述上表面的功能器件；
（2）形成覆盖所述上表面的阻焊层，并通过刻蚀漏出所述多个焊盘和所述上表面的边缘位置；
（3）形成与所述多个焊盘相对应的多个焊球；
（4）在所述边缘位置形成围绕所述阻焊层的金属导热层，所述金属导热层断开为多个分立的导电部分；
（5）形成电连接所述多个焊球中的至少一个与所述多个导电部分中的至少一个的第一导电图案；
（6）在所述下表面形成凹槽；
（7）在凹槽中形成MIM电容器结构；
（8）形成电连接所述金属导热层的并贯穿所述上表面和下表面的多个导电导热通孔；
（9）形成电连接所述多个导热导电通孔中的至少一个与所述MIM电容器的第二导电图案。
根据本发明的实施例，形成所述金属导热层包括：选择性在所述边缘位置形成一金属层，然后刻蚀出多个隔离沟道，再在所述多个隔离沟道中填充绝缘材料。
根据本发明的实施例，所述金属导热层的材质为铜。
根据本发明的实施例，所述凹槽的深度小于所述半导体衬底的厚度一半。
根据本发明的实施例，形成所述MIM电容器包括形成所述凹槽中的导电柱与所述MIM电容器的两个电极板电连接。
根据本发明的实施例，在步骤（9）之后还包括形成一绝缘保护层，覆盖所述下表面以及第二导电图案。
根据本发明的实施例，所述绝缘保护层的材料为一散热材料。
根据本发明的实施例，所述绝缘保护层的材料为氧化铝或氮化硅。
根据本发明的实施例，所述导电导热通孔的材质为Cu。
本发明的技术方案，在衬底的背面形成凹槽，然后在凹槽中形成电容器可以减小整体结构的厚度，并且利用边缘断开的导电导热层进行电连接和散热，保证封装结构的散热效率。
附图说明
图1为现有技术的MIM电容器结构的剖面图；
图2为本发明实施例的MIM电容器结构的剖面图；
图3为本发明实施例的MIM电容器结构的俯视图；
图4为本发明的MIM电容器的制造方法流程图。
具体实施方式
参见图2，本发明提供了一种MIM电容器结构，在半导体衬底10上表面具有多个功能器件，功能器件可以是晶体管；所述半导体衬底10的下表面具有一凹槽17，形成于所述凹槽17中的MIM电容器；其中，所述MIM电容器与所述功能器件电连接。
所述上表面上具有焊盘11、位于焊盘11之上的焊球13以及覆盖所述上表面的阻焊层12，所述阻焊层12漏出所述焊球13和所述上表面的边缘位置。
所述边缘位置设置有围绕所述阻焊层的且位于所述边缘位置的金属导热层14，所述金属导热层14断开为多个分立的导电部分（参见图3），其断开位置可以是绝缘沟道22，所述金属导热层14通过导电图案21与所述焊球13中的部分电连接。
所述半导体衬底10还具有贯穿所述上表面和下表面的导电导热通孔15，所述导电导热通孔15物理接触所述金属导热层14，所述导电导热通孔15的材质为Cu。
在所述下表面还具有与所述导电导热通孔15电连接的导电图案16，所述导电图案16通过在所述凹槽17中的导电柱18与所述MIM电容器的两个电极板电连接。
在所述凹槽中的两个电极板间绝缘介电材料19，所述介电材料19填充满所述凹槽17，与所述下表面齐平，所述下表面还具有覆盖所述导电图案16及凹槽17的绝缘保护层20。所述绝缘保护层20的材料为一散热材料，优选的，所述绝缘保护层20的材料为氧化铝或氮化硅。
其具体的制造方法如图4所述，具体包括：
（1）S1，提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面以及位于上表面的多个焊盘和形成于所述上表面的功能器件。
（2）S2，形成覆盖所述上表面的阻焊层，并通过刻蚀漏出所述多个焊盘和所述上表面的边缘位置。
（3）S3，形成与所述多个焊盘相对应的多个焊球。
（4）S4，在所述边缘位置形成围绕所述阻焊层的金属导热层，所述金属导热层断开为多个分立的导电部分。
（5）S5，形成电连接所述多个焊球中的至少一个与所述多个导电部分中的至少一个的第一导电图案；具体包括：选择性在所述边缘位置形成一金属层，然后刻蚀出多个隔离沟道，再在所述多个隔离沟道中填充绝缘材料。所述金属导热层的材质为铜。
（6）S6，在所述下表面形成凹槽；所述凹槽的深度小于所述半导体衬底的厚度一半。可通过干法或湿法刻蚀而得，其深度不会影响到上表面的功能器件。
（7）S7，在凹槽中形成MIM电容器结构；该MIM电容器包括两个电极板，以及位于电极板间的介电材料，还包括形成所述MIM电容器包括形成所述凹槽中的导电柱与所述MIM电容器的两个电极板电连接。
（8）S8，形成电连接所述金属导热层的并贯穿所述上表面和下表面的多个导电导热通孔；所述导电导热通孔的材质为Cu。
（9）S9，形成电连接所述多个导热导电通孔中的至少一个与所述MIM电容器的第二导电图案。
其中，在步骤（9）之后还包括形成一绝缘保护层，覆盖所述下表面以及第二导电图案。所述绝缘保护层的材料为一散热材料，优选为氧化铝或氮化硅。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，包括：
（1）提供半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的上表面和下表面以及位于上表面的多个焊盘和形成于所述上表面的功能器件；
（2）形成覆盖所述上表面的阻焊层，并通过刻蚀漏出所述多个焊盘和所述上表面的边缘位置；
（3）形成与所述多个焊盘相对应的多个焊球；
（4）在所述边缘位置形成围绕所述阻焊层的金属导热层，所述金属导热层断开为多个分立的导电部分；
（5）形成电连接所述多个焊球中的至少一个与所述多个导电部分中的至少一个的第一导电图案；
（6）在所述下表面形成凹槽；
（7）在凹槽中形成MIM电容器结构；
（8）形成电连接所述金属导热层的并贯穿所述上表面和下表面的多个导电导热通孔；
（9）形成电连接所述多个导热导电通孔中的至少一个与所述MIM电容器的第二导电图案。
2.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，形成所述金属导热层包括：选择性在所述边缘位置形成一金属层，然后刻蚀出多个隔离沟道，再在所述多个隔离沟道中填充绝缘材料。
3.根据权利要求2所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，所述金属导热层的材质为铜。
4.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，所述凹槽的深度小于所述半导体衬底的厚度一半。
5.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，形成所述MIM电容器包括形成所述凹槽中的导电柱与所述MIM电容器的两个电极板电连接。
6.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，在步骤（9）之后还包括形成一绝缘保护层，覆盖所述下表面以及第二导电图案。
7.根据权利要求6所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，所述绝缘保护层的材料为一散热材料。
8.根据权利要求6或7所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，所述绝缘保护层的材料为氧化铝或氮化硅。
9.根据权利要求8所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，所述导电导热通孔的材质为Cu。
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Denomination of invention: A manufacturing method for MIM capacitor structure

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