具有金屬絕緣體金屬電容器的密封圈結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有金屬絕緣體金屬電容器的密封圈結(jié)構(gòu)集成電路的密封圈結(jié)構(gòu)包括密封圈和金屬絕緣體金屬（MIM）電容器。MIM電容器包括頂電極、設(shè)置在頂電極下面的底電極，以及設(shè)置在頂電極和底電極之間的第一絕緣層。MIM電容器設(shè)置在密封圈范圍內(nèi)且與密封圈隔離。
【專利說明】具有金屬絕緣體金屬電容器的密封圈結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求于2012年11月29日提交的美國臨時專利申請第61/731，084號，標(biāo)題為“Seal Ring Structure with Metal-1nsulator-Metal Capacitor”的優(yōu)先權(quán),其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及一種集成電路，更具體地，涉及一種金屬絕緣體金屬(MM)電容器。
【背景技術(shù)】
[0004]有些集成電路具有電容器。電容器可能使用大量的電路區(qū)域。并且，周圍電路的高頻噪音干擾和封裝可靠性會成為具有挑戰(zhàn)性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種集成電路的密封圈結(jié)構(gòu)，包括:密封圈；以及金屬絕緣體金屬(MIM)電容器，MIM包括:頂電極；底電極,設(shè)置在頂電極的下方；和第一絕緣層，設(shè)置在頂電極和底電極之間，其中，MIM電容器設(shè)置在密封圈內(nèi)且由第二絕緣層將MIM電容器和密封圈分隔開。
[0006]該密封圈結(jié)構(gòu)進一步包括第一通孔和第二通孔，第一通孔連接到頂電極，第二通孔連接到底電極。
[0007]其中，密封圈結(jié)構(gòu)包括至少一個金屬層和至少一個通孔層，至少一個金屬層和至少一個通孔層以交替順序設(shè)置在彼此的頂部，且MIM電容器設(shè)置在至少一個通孔層中的一個內(nèi)。
[0008]其中，第二絕緣層包括通過至少一個金屬層和至少一個通孔層形成的介電層。
[0009]其中，密封圈以矩形方式環(huán)繞集成電路的四個側(cè)邊。
[0010]其中，MIM電容器沿四個側(cè)邊中的一個側(cè)邊設(shè)置。
[0011]其中，MIM電容器設(shè)置在矩形的四個角中的一個角處。
[0012]其中，頂電極和底電極包括氮化鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、或它們的任意組合。
[0013]其中，第一絕緣層包括高k介電材料。
[0014]其中，第二絕緣層包括PEOX或二氧化硅。
[0015]此外，還提供了一種制造設(shè)置在集成電路的密封圈內(nèi)的金屬絕緣體金屬(MM)電容器的方法，包括:在襯底的上方形成底電極，其中，底電極設(shè)置在密封圈內(nèi)且與密封圈分隔開；在底電極的上方形成絕緣層；以及在絕緣層的上方形成頂電極，其中，底電極設(shè)置在密封圈內(nèi)且與密封圈分隔開。
[0016]該方法進一步包括在形成底電極之前，在襯底的上方形成第一介電層。
[0017]該方法進一步包括在頂電極的上方形成第二介電層。[0018]其中，第一介電層和第二介電層形成在通孔層中。
[0019]該方法進一步包括形成連接到頂電極的第一通孔和連接到底電極的第二通孔。
[0020]其中，密封圈以矩形方式環(huán)繞集成電路的四個側(cè)邊。
[0021]其中，MIM電容器沿四個側(cè)邊中的一個側(cè)邊形成。
[0022]其中，MIM電容器形成在矩形的四個角中的一個角處。
[0023]其中，頂電極和底電極包括氮化鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、或它們的任何組合，并且絕緣層包括高k介電材料。
[0024]此外，還提供了一種包括密封圈結(jié)構(gòu)的集成電路，密封圈結(jié)構(gòu)包括:密封圈；以及金屬絕緣體金屬(MIM)電容器，MIM電容器包括:頂電極；底電極，設(shè)置在頂電極的下方；第一絕緣層，設(shè)置在頂電極和底電極之間；第一通孔，連接到頂電極；和第二通孔，連接到底電極，其中，MIM電容器設(shè)置在密封圈內(nèi)，使用通過至少一個金屬層和至少一個通孔層形成的介電層將MIM電容器隔開。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]現(xiàn)將結(jié)合附圖所進行的描述作為參考，其中:
[0026]圖1A和圖1B是根據(jù)一些實施例的具有在密封圈內(nèi)形成的電容器的示例性密封圈結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
[0027]圖2A-圖2H是根據(jù)一些實施例的制造具有在圖1A和圖1B所示的密封圈范圍內(nèi)形成的電容器的示 例性密封圈結(jié)構(gòu)的中間步驟。
【具體實施方式】
[0028]下面，詳細討論本發(fā)明各實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0029]另外，本發(fā)明可以在多個實例中重復(fù)參考數(shù)字符號和/或字符。這種重復(fù)用于簡化和清楚，并且其本身不表示所述多個實施例和/或配置之間的關(guān)系。此外，在以下描述中，在一個部件形成在、連接、和/或偶接到另一個部件上可以包括兩個部件直接接觸的實施例，也可以包括其他部件可以形成在兩個部件之間使得兩個部件不直接接觸的實施例。此外，在此可使用諸如“下面的”、“上面的”、“水平的”、“垂直的”、“在…上面”、“在…之上”、“在…下面”、“在…之下”、“上的”、“下的”、“頂部”、“底部”等空間關(guān)系術(shù)語以及其派生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)，以方便說明本發(fā)明的一個部件和另一個部件的關(guān)系。這些空間關(guān)系術(shù)語可以涵蓋包括部件的器件的不同方位。
[0030]圖1A和圖1B是根據(jù)一些實施例的具有在密封圈內(nèi)形成的電容器的示例性密封圈結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1A所示，集成電路100包括密封圈102。密封圈102在鋸切(管芯鋸切)工藝過程中通過防止破裂以保護集成電路100，并且防潮。金屬絕緣體金屬(MM)電容器104形成在密封圈102內(nèi)，并且通過環(huán)繞MM電容器104的絕緣層106 (例如，介電材料，諸如二氧化硅(SiO2)或PEOX) JfMM電容器104與密封圈102隔開。在一些實施例中，密封圈102包括導(dǎo)電材料且沿集成電路100的四個側(cè)邊以矩形方式環(huán)繞電路區(qū)域103。密封圈102包括銅、銅合金、鋁、鋁合金、任何其組合、或任何其他合適的材料。MIM電容器104沿圖1A所示的四個側(cè)邊設(shè)置。
[0031]在一些實施例中，根據(jù)密封圈102的可用寬度，絕緣層106和MM電容器104的總寬度Wd范圍介于大約I μπι到10 μ m之間，以及其到密封圈102的邊緣之間的距離為大約I μ m或更多。在一些實施例中，絕緣層106和MM電容器104的總長度Ld的范圍介于大約Iym到大約100 μπι之間，且兩者之間的間距為大約2.6 μπι。
[0032]MM電容器104可以形成在密封圈102范圍內(nèi)的任何層中，如通孔層，且MM電容器104與密封圈102被隔開。通過使用通孔到重分布層(例如，鋁)，可以實現(xiàn)MM電容器104的信號輸入/輸出的電連接。在一些實施例中，為了進一步隔離噪音干擾，可以去掉MIM電容器104下面的至少一個金屬層。
[0033]在圖1B中，除了 MM電容器104以矩形的方式設(shè)置在四個側(cè)邊之外，集成電路101的結(jié)構(gòu)和圖1A所示的集成電路100的結(jié)構(gòu)相似。在一些實施例中，根據(jù)密封圈102的可用寬度，絕緣層106和MM電容器104的寬度和長度之和Ds的范圍介于大約10 μ m到50 μ m之間，且其到密封圈102的邊緣的距離為大約Iym或更多。
[0034]圖2A-圖2H是根據(jù)一些實施例的制造具有在圖1A和圖1B所示的密封圈范圍內(nèi)形成的電容器的示例性密封圈結(jié)構(gòu)的中間步驟。圖2A示出了被虛線202隔開的電容器區(qū)域200和密封圈區(qū)域201。左側(cè)的另一個密封圈區(qū)域203與密封圈區(qū)域201相似，但是為了簡單，未示出密封圈區(qū)域203。在密封圈范圍內(nèi)，MIM電容器200形成在密封圈區(qū)域201和203中。襯底204包括硅、二氧化硅、氧化鋁、藍寶石、鍺、砷化鎵(GaAs)、硅和鍺合金、磷化銦(InP)、絕緣體上硅結(jié)構(gòu)、或任何其他合適的材料。介電層205 (如二氧化硅(SiO2))設(shè)置在襯底204的上方。為了簡單，在后續(xù)圖中未示出襯底204和介電層205。
[0035]金屬層206 (Mx)在金屬圖案之間可具有介電層208。金屬層206包括銅、銅合金、鋁、鋁合金、任何其組合、或任何其他合適的材料。蝕刻停止層210，如碳化硅(SiC)或氮化硅(SiN)，沉積在金屬層206的上方。在一些實施例中，蝕刻停止層210的厚度為大約500埃。介電層212，如二氧化硅(SiO2)或ΡΕ0Χ，設(shè)置在蝕刻停止層210的上方。在一些實施例中，介電層212的厚度為大約1000埃。在其他實施例中，可在介電層205和金屬層206之間形成其他層，如接觸層、附加金屬層和通孔層。
[0036]在圖2B中，底部電極層214設(shè)置在介電層212的上方。絕緣層216設(shè)置在底部電極層214的上方。在一些實施例中，絕緣層216包括電介質(zhì)，如二氧化硅或高k電介質(zhì)(如，硅酸鉿、硅酸鋯、二氧化鉿或二氧化鋯)，且厚度為大約100埃。頂部電極層218沉積在絕緣層216的上方。
[0037]在一些實施例中，頂部電極層218和底部電極層214包括氮化鈦(TiN)、銅、銅合金、鋁、鋁合金、任何其組合、或其他合適的材料，且厚度為大約400埃。在一些實施例中，蝕刻停止層220 (如氮化硅(SiON))形成在頂部電極層218的上方，且厚度為大約300埃。
[0038]在圖2C中，通過光刻工藝，圖案化蝕刻停止層220和頂部電極層218。
[0039]在圖2D中，通過光刻工藝，圖案化絕緣層216和底部電極層214。
[0040]在圖2E中，附加介電層224，如二氧化硅(SiO2)或ΡΕ0Χ，沉積在蝕刻停止層220、絕緣層216和介電層212的上方。在一些實施例中，介電層224的厚度為大約5000埃。在一些實施例中，介電層212和224形成在通孔層(Vx)中。絕緣層(如介電層212和224)環(huán)繞且隔開MM電容器223。[0041]在一些實施例中，蝕刻停止層226，如SiN，沉積在介電層224的上方，且厚度為大約500埃。介電層228，如二氧化硅(SiO2)或ΡΕ0Χ，沉積在蝕刻停止層226的上方。在一些實施例中，介電層228的厚度為大約9000埃，且介電層228形成在金屬層(Mx+1)中。在一些實施例中，蝕刻停止層230，如氮化硅(SiON)，沉積在介電層228的上方，且厚度為大約600埃。
[0042]在圖2F中，通過光刻工藝進行通孔圖案化，以使溝道232穿過介電層228和224。
[0043]在圖2G中，通過光刻工藝進行金屬層圖案化，以使圖2F中的溝槽234穿過介電層228 和 224。
[0044]在圖2H中，沉積導(dǎo)電材料，如銅、銅合金、鋁、鋁合金、任何其組合、或其他合適的材料，以填充圖2G中的溝槽234，然后通過化學(xué)機械拋光(CMP)去除多余的金屬。形成到頂部電極層218和底部電極層214的通孔連接236，以實現(xiàn)MM電容器223的電連接，且穿過金屬層240 (Mx)、通孔層242 (Vx)和金屬層244 (Mx+1)形成密封圈部分237。由穿過金屬層244和通孔層242形成的介電層228和224，將通孔連接236和密封圈部分237隔開。之后在密封圈結(jié)構(gòu)250的左側(cè)203上形成與密封圈部分237相似的另一個密封圈部分(未示出)。
[0045]雖然圖2A-圖2H中示出了一個通孔層242和兩個金屬層240和244，但是，在具有位于密封圈結(jié)構(gòu)250范圍內(nèi)的MIM電容器223的密封圈結(jié)構(gòu)250中可以使用任何數(shù)量的金屬層和通孔層。在MIM電容器223的下面或上面可具有任何數(shù)量的金屬層和通孔層。在密封圈結(jié)構(gòu)250的范圍內(nèi)，可在與224或228相似的任何絕緣(介電)層中制造MM電容器223。
[0046]在一些實施例中，為了進一步隔離MM電容器223，去除MM電容器223下面的至少一個金屬層，如206。在一些實施例中，密封圈結(jié)構(gòu)250包括至少一個金屬層(如240和244)和至少一個通孔層(如242)。在一些實施例中，至少一個金屬層和至少一個通孔層以交替順序沉積在彼此的頂部。在一些實施例中，MM電容器223設(shè)置在形成于通孔層(如242)中的絕緣層(如介電層224和212)內(nèi)。
[0047]根據(jù)一些實施例，集成電路的密封圈結(jié)構(gòu)包括密封圈和金屬絕緣體金屬(MM)電容器。MIM電容器包括頂電極、設(shè)置在頂電極下面的底電極、以及設(shè)置在頂電極和底電極之間的第一絕緣層。MIM電容器設(shè)置在密封圈范圍內(nèi)，且MIM電容層與密封圈被隔離開。
[0048]根據(jù)一些實施例，制造設(shè)置在集成電路的密封圈范圍內(nèi)的金屬絕緣體金屬(MM)電容器的方法包括:在襯底的上方形成底電極。底電極設(shè)置在密封圈范圍內(nèi)且與密封圈隔開。在底電極的上方形成絕緣層。在第一絕緣層的上方形成頂電極。底電極設(shè)置在密封圈的范圍內(nèi)且與密封圈隔離開。
[0049]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該會想到本發(fā)明具有很多實施例更改。盡管已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明及其部件，但應(yīng)該理解，可以在不背離本實施例限定的主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)構(gòu)的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟本發(fā)明可以被使用。[0050]上述方法實施例示出了示例性的步驟，但是沒有必要按照所示順序執(zhí)行這些步驟。根據(jù)本發(fā)明的實施例的主旨和范圍，可以適當(dāng)?shù)貙@些步驟進行添加、替換、改變順序和/或刪除。結(jié)合了不同權(quán)利要求和/或不同實施例的實施例都處在本發(fā)明的范圍內(nèi)并且在閱讀完本發(fā)明之后，其對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.一種集成電路的密封圈結(jié)構(gòu)，包括: 密封圈；以及 金屬絕緣體金屬(MM)電容器，所述MM包括: 頂電極； 底電極，設(shè)置在所述頂電極的下方；和 第一絕緣層，設(shè)置在所述頂電極和所述底電極之間，其中，所述MM電容器設(shè)置在所述密封圈內(nèi)且由第二絕緣層將所述MM電容器和所述密封圈分隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封圈結(jié)構(gòu)，進一步包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔連接到所述頂電極，所述第二通孔連接到所述底電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封圈結(jié)構(gòu)，其中，所述密封圈結(jié)構(gòu)包括至少一個金屬層和至少一個通孔層，所述至少一個金屬層和所述至少一個通孔層以交替順序設(shè)置在彼此的頂部，且所述MM電容器設(shè)置在所述至少一個通孔層中的一個內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封圈結(jié)構(gòu)，其中，所述第二絕緣層包括通過至少一個金屬層和至少一個通孔層形成的介電層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封圈結(jié)構(gòu)，其中，所述密封圈以矩形方式環(huán)繞所述集成電路的四個側(cè)邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封圈結(jié)構(gòu)，其中，所述MIM電容器沿所述四個側(cè)邊中的一個側(cè)邊設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封圈結(jié)構(gòu)，其中，所述MIM電容器設(shè)置在所述矩形的四個角中的一個角處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封圈結(jié)構(gòu)，其中，所述頂電極和所述底電極包括氮化鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、或它們的任意組合。
9.一種制造設(shè)置在集成電路的密封圈內(nèi)的金屬絕緣體金屬(MIM)電容器的方法，包括: 在襯底的上方形成底電極，其中，所述底電極設(shè)置在所述密封圈內(nèi)且與所述密封圈分隔開; 在所述底電極的上方形成絕緣層；以及 在所述絕緣層的上方形成頂電極，其中，所述底電極設(shè)置在所述密封圈內(nèi)且與所述密封圈分隔開。
10.一種包括密封圈結(jié)構(gòu)的集成電路，所述密封圈結(jié)構(gòu)包括: 密封圈；以及 金屬絕緣體金屬(MIM)電容器,所述MIM電容器包括: 頂電極； 底電極，設(shè)置在所述頂電極的下方； 第一絕緣層，設(shè)置在所述頂電極和所述底電極之間； 第一通孔，連接到所述頂電極；和 第二通孔，連接到所述底電極， 其中，所述MIM電容器設(shè)置在所述密封圈內(nèi)，使用通過至少一個金屬層和至少一個通孔層形成的介電層將所述MIM電容器隔開。
【文檔編號】H01L27/01GK103855100SQ201310165208
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】陳憲偉, 邵棟樑, 楊慶榮, 賴昱嘉, 蔡豪益, 于宗源 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司