高壓集成電容器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成電路電容器，包括：具有內(nèi)部集成電路結(jié)構(gòu)的支撐層，支撐層包括下板；設(shè)置在支撐層上的焊盤；設(shè)置在支撐層上的上板，上板配置在下板的上方；介電層，至少其中的一部分介電層被布置在下板和上板之間；鈍化層，其中的至少一部分鈍化層覆蓋上板的至少一部分和介電層的至少一部分，鈍化層具有表面；從表面延伸穿過鈍化層和介電層到焊盤的第一開口；從表面延伸穿過鈍化層到上板的第二開口。本發(fā)明還涉及一種用于形成集成電路電容器的方法。
【專利說明】高壓集成電容器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及集成電容器及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電容器適用于汽車應(yīng)用，包括汽車隔離設(shè)備，該汽車隔離設(shè)備允許不同電壓域之間電信號的安全傳輸。
[0003]更具體地，許多用于電動車和混合動力車(電驅(qū)動的車輛)的汽車應(yīng)用需要高壓信號隔離器，高壓信號隔離器可以被集成在芯片上。該隔離器可以是單芯片或多芯片設(shè)計。本發(fā)明針對適用于這種汽車隔離應(yīng)用的易于集成的高壓電容器。本發(fā)明并不限于這樣的應(yīng)用，而是可以用在具有跨越不同電壓域的電子信號的任何地方，如在海洋和航空應(yīng)用中。
[0004]例如，信號電路可以在電路之間的信號路徑上使用電容耦合從而彼此電位隔離。這樣隔離的結(jié)果是，電路在獨立的電壓域中工作，該電壓域通過共同的地電壓電平不以彼此為參考。因此，不同的電壓域之間可能會產(chǎn)生大的電壓差。電位隔離被用于各種不同的應(yīng)用中的這種不同的電壓域之間發(fā)送信號。例如，可以在多個集成電路芯片中提供電位隔離，這些集成電路芯片可以位于同一封裝中，或在不同的封裝中。在使用電位隔離技術(shù)的集成電路之間可以傳遞信號。
[0005]一種電位隔離的方法是在兩個電路之間的信號路徑中使用電容器，從而在傳輸高頻信號時阻止DC電壓和減弱的低頻信號。這種電容可以是集成電路的一部分，在集成電路制造過程中由金屬I到金屬5 (或金屬6)層形成。然而，對于一些應(yīng)用，由于隔離的電壓域之間可能出現(xiàn)大的電壓差，可能是數(shù)千伏的瞬變，因此，相比采用該制造技術(shù)來實現(xiàn)，電容器需要具有更高的擊穿電壓。
[0006]此外，物理空間的限制可能使其難以在制造的集成電路中實現(xiàn)具有所需的擊穿電壓的電容器。
[0007]例如，平行板電容器可與集成電路(IC)中的其他的電路一起實現(xiàn)，該實現(xiàn)方法是使用多個金屬層的IC制造的常規(guī)方法(例如，CMOS)。兩個電容器板在IC的不同金屬層中實現(xiàn)，并通過介電層隔開。所得到的平行板電容器的擊穿電壓部分取決于介電層的厚度。對于較高電壓的應(yīng)用，可以通過增加介電層的厚度以提供更大的擊穿電壓。然而，在一些CMOS工藝中是有限的，可以達到的介電層厚度的最大值限制在約5-10微米。對于某些應(yīng)用，該厚度是不足以提供一種具備所需的擊穿電壓的電容器，以確保令人滿意的操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明描述了一種能夠處理高壓(幾kV范圍內(nèi)的)的電容器及其制造方法。
[0009]此外，高壓電容器的實現(xiàn)可以很容易通過在晶圓工藝中以相對簡單的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚磔^高的電壓。
[0010]通過使用一個操作實現(xiàn)電容器的上極板和IC最上層的金屬，可以將相應(yīng)的額外的掩模步驟從兩步減少為一步。[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明，一種集成電路電容器包括支撐層，該支撐層具有內(nèi)部的集成電路結(jié)構(gòu)，該支撐層包括下板；設(shè)置在支撐層上的焊盤；設(shè)置在支撐層上的上板，上板被布置在下板上方；介電層，其中至少部分介電層被布置在上下板之間；和鈍化層，至少部分鈍化層覆蓋上板的至少一部分和介電層的至少一部分。第一開口延伸穿過鈍化層到焊盤，和第二開口延伸穿過鈍化層到上板。
[0012]在某些情況下，集成電路電容器可以是這樣的，即在側(cè)視圖方向，第一開口和第二開口是偏移的。
[0013]在某些情況下，集成電路電容器可以是這樣的，支撐層通過具有最大介電層形成厚度的半導(dǎo)體工藝來形成；介電層的厚度大于最大的介電層形成厚度。
[0014]在某些情況下，集成電路電容器可以是這樣的，鈍化層的表面是平坦的。
[0015]一種汽車隔離器裝置可以包括這樣的集成電路電容器。
[0016]一種用于形成集成電路電容器的方法，包括:提供具有表面的支撐層，支撐層具有內(nèi)部的集成電路結(jié)構(gòu)，支撐層包括下板；提供在支撐層的部分表面上的焊盤；提供在支撐層和焊盤上的介電層，提供在部分介電層上的上板，提供在介電層和上板的鈍化層，形成第一開口穿過鈍化層和介電層以暴露焊盤的至少一部分表面；形成第二開口穿過鈍化層，以暴露上板的至少一部分表面。
[0017]在某些情況下，在該方法中，形成第一和第二開口的步驟可以一起執(zhí)行。
[0018]在某些情況下，在該方法中，當(dāng)集成電路電容器在側(cè)視圖方向，第一和第二開口是偏移的。
[0019]在某些情況下，在該方法中，支撐層通過具有最大介電層形成厚度的半導(dǎo)體工藝來形成；介電層的厚度大于最大介電層形成厚度。
[0020]在某些情況下，在該方法中，提供上板的步驟包括金屬沉積和構(gòu)圖。
[0021]在某些情況下，在該方法中，形成第一和第二開口的步驟都包括蝕刻。
[0022]在某些情況下，所述方法在頂金屬蝕刻和去除工藝后執(zhí)行，頂金屬蝕刻和去除工藝完成支撐層的形成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下文中，參照在附圖中示出的示例性實施例將更詳細地描述本發(fā)明，這些描述是示例性的，并不是對本發(fā)明的限定。
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電容器的截面圖；
[0025]圖2是電容器的制造工藝的第一步的截面圖；
[0026]圖3是電容器的制造工藝的另一步驟的截面圖；
[0027]圖4是電容器的制造工藝的另一步驟的截面圖；
[0028]圖5是電容器的制造工藝的另一步驟的截面圖。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明涉及將高壓電容器的制造集成到現(xiàn)有的集成電路制造工藝流程中。這是通過提供另外的絕緣層(電介質(zhì))和另一個上覆蓋的金屬層來實現(xiàn)，該金屬層可以作為高壓電容器的頂板。增加的絕緣層可以增加厚度，該厚度超過現(xiàn)有的IC制造工藝中絕緣層的厚度，從而可以提供具有足夠高的擊穿電壓的電容器，以處理更高的電壓，該電壓高于使用常規(guī)的IC工藝制造的電容器的耐受電壓。
[0030]增加的絕緣層的厚度可以增加到在很大程度上超過傳統(tǒng)的IC制造工藝中的厚度。而且，所形成的電容器的頂層金屬板只用作電容器極板，并且與下面的金屬層沒有任何連接。本發(fā)明的另一個好處是，絕緣層和頂板形成在現(xiàn)有的IC工藝步驟之后，這意味著這些較早的工藝步驟不會受到影響。
[0031]作為非限制性的例子，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器17。電容器17包括支撐層I。支撐層I包含下板3，位于多個IC層(圖中未示出)中的一層，多個IC層通過傳統(tǒng)的工藝預(yù)先形成。支撐層I的電氣特性使支撐層I中的IC層和任何下面的電路(圖中未示出)充分絕緣而不受到來自在支撐層I上形成的電元件的電場的不利影響，電元件將在下面描述。
[0032]下板3形成在支承層I中。并且，支撐層I和其內(nèi)的下板3可以使用已知的5-金屬工藝制作，其中下板3是金屬5層的一部分。支撐層I使用內(nèi)部的集成電路結(jié)構(gòu)(圖中未示出)制造。下板3可以在IC的任何標(biāo)準的金屬層中制造。本發(fā)明并不限于使用5-金屬工藝制造的IC,它可以使用任何工藝制造的集成電路。
[0033]焊盤15形成在支撐層I上，焊盤15經(jīng)由內(nèi)部電路(圖中未示出)電連接到下板3。優(yōu)選地，焊盤15與下板3、上板7橫向隔開足夠的距離，以避免由于高壓引起的任何問題，當(dāng)電容器17充電時會出現(xiàn)高壓。
[0034]接著，具有任何期望厚度和任何合適組成的介電層5形成于下板3和支撐層I上。或者，可以使用一堆不同類型的電介質(zhì)，以優(yōu)化設(shè)備的特性。由于此結(jié)構(gòu)與支撐層I中的IC結(jié)構(gòu)(可以包括標(biāo)準CMOS元件)是去耦的，因此在可以使用的材料的選擇和厚度上具有很大的靈活性。上板7，可以具有任何合適的類型、厚度和金屬截面，形成在介電層5上，所以下板3和上板7和介電層5 —起限定了電容器。優(yōu)選地，上板7被布置成與下板3有大的重疊，從而最大限度地提高設(shè)備的電容(這被示于圖1中，圖1是截面圖)。
[0035]鈍化層9被形成在上板7上和介電層5的暴露部分上。鈍化層的材料可以使用制造CMOS鈍化層的材料。
[0036]開口 11被形成為貫穿鈍化層9、介電層5到下板3 (為清楚起見，只有單個的開口11被示出，但可以理解的是，可以提供多個開口)。開口 13被形成為貫穿鈍化層9到上板7(為清楚起見，只有單個的開口 13被示出，但可以理解的是，可以提供多個開口)。開口 11和13可以通過任何適當(dāng)?shù)闹圃旃に噥硇纬桑鐫穹ɑ蚋煞ㄎg刻。由于開口 11的深度超過開口 13，因此它可能需要開始開口 11早于開口 13。開口 11，13也可以由單獨的蝕刻操作形成。雖然示于圖1中的開口 11和開口 13是錐形的，但是可以提供其他形狀的開口，如直邊的或倒錐形的。此外，可以在開口 11上執(zhí)行非關(guān)鍵的回蝕，從而改變總的堆棧達到開口 13上刻蝕的量。優(yōu)選地，后者在純化沉積之如完成，但在理論上，也可以在之后完成。與下板3和上板7的尺寸相比，開口 11和13可以相對大，從而允許信號引線(未示出)可以很容易地結(jié)合到下板3和上板7 (也可以使用其他合適的引線連接技術(shù))。然后信號可以通過這些信號引線被發(fā)送到電容器17或從電容器17接收。
[0037]這種配置使電連接到下板3和上板7，以及所有其它焊盤，穿過鈍化層9，而不穿過支撐層I和支撐層I下或中的任何電路。上述其它焊盤可用于支撐層I的IC元件中的電路。這種配置保護支撐層I和支撐層下或中的電路遠離高壓場，高壓場可能出現(xiàn)在電容器17的下板3和上板7之間。
[0038]由于與下板3和上板7的電連接穿過覆蓋的鈍化層9，因此上板7阻止直接向下通向下板3。相反，焊盤15，與下板3電連接，被設(shè)置在與下板3(和相關(guān)聯(lián)的開口 11)橫向偏移的位置。這允許與這些板電連接的開口 13和11，分別被隔開而不互相干擾。上板7(和相關(guān)聯(lián)的開口 13)與焊盤15(和相關(guān)聯(lián)的開口 11)以足夠的距離分隔開，該距離足以使這些結(jié)構(gòu)中的介電層5的合適的部分允許電容器17在所期望的電壓水平運作而不擊穿。
[0039]在替代的配置中(未示出)，焊盤15可以作為電容器的下板，在這種情況下，焊盤的一部分將在上板7的下面，一部分從上板7下面的部分延伸遠離(作為非限制性示例的方式，該結(jié)構(gòu)可以是啞鈴形的)。焊盤15延伸到開口 11下方的部分，由開口 11露出，并允許在此與外部電接觸。
[0040]電容器的下板3和上板7的每一個的尺寸、厚度和形狀，以及介電層5和鈍化層9的厚度可以按需要選擇。通過非限制性示例的方式，優(yōu)選能經(jīng)受高壓的元件。而且，可以根據(jù)預(yù)期的電壓選擇元件的厚度。這是很容易做到的，因為所需要的制造步驟與支撐層I的IC元件的工藝(例如，通過CMOS工藝)是分開的。電容器極板3和7可以以任何合適的材料形成，如典型的CMOS制造中的材料，例如，鋁和銅，以及合適的阻擋層，等。同樣，任何合適的介質(zhì)材料可以用于介電層5，如氧化硅，氮化硅，和堆疊的多種材料。鈍化層9可以從堆疊的氧化物，氮化物和含P層中通過常規(guī)的CMOS方式形成。
[0041]接著將描述如圖1所示電容器的形成工藝。
[0042]如圖2所示，提供具有內(nèi)部集成的電路結(jié)構(gòu)(圖中未示出)的支撐層I。支撐層I可以使用傳統(tǒng)的工藝，如5-金屬層工藝形成。支撐層1，包括下板3，下板3優(yōu)選地形成在普通的CMOS工藝產(chǎn)生的金屬層中，例如，頂層金屬。但可以使用其他較低的金屬(即，金屬層)。因此，圖2示出了頂層金屬蝕刻和去除后，在支撐層I中的下板3和支撐層I上的焊盤15的形成之后的5-金屬工藝的最后的標(biāo)準工藝步驟。為簡單起見，未示出支撐層I的其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果需要，焊盤15可以使用導(dǎo)致支撐層I的傳統(tǒng)工藝之后的工藝形成在支撐層I上。
[0043]接著，如圖3所示，介電層5沉積在支撐層I的暴露部分和焊盤15上(以非限制性示例的方式，這可以通過沉積和/或隨后的氧化步驟完成)。介電層5，然后被平坦化到所需要的厚度t。介電層5是不同于一般的氧化物堆棧的厚層(例如，氧化物)。當(dāng)金屬電容器以已知的方式形成在支撐層I中時(例如金屬5 (或金屬6),到金屬I電容器)，一般的氧化物堆棧才會形成。這種步驟的結(jié)果是，在下板和上板之間將會出現(xiàn)附加的介電材料的厚度。
[0044]如圖4所示，金屬沉積步驟和隨后的構(gòu)圖步驟提供上板7在介電層5之上。下板
3、上板7和介電層5—起限定電容器?？蛇x地，在這種狀態(tài)下，部分或完整的氧化物蝕刻可以在焊盤15上執(zhí)行，以便在后面的步驟中形成開口 11。
[0045]然后，如圖5所不,鈍化層9形成在上板7上和介電層5的暴露部分上。鈍化層9的上表面可能會影響下面的上板7的形狀，也有可能不影響。
[0046]最后，分別形成從鈍化層9的表面延伸到焊盤15和上板7的開口 11和13。開口11和13的形成可以使用已知的蝕刻技術(shù)，或任何其它現(xiàn)有的合適的技術(shù)，或以后被稱為選擇性地除去材料的其它合適的技術(shù)?？梢砸来位蛲瑫r形成開口 11和13。開口 11和13的形成導(dǎo)致焊盤15和上板7部分暴露。然后，用于設(shè)備操作的電信號的引線可以用現(xiàn)在已知的或以后發(fā)現(xiàn)的任何合適的方式連接到這些露出的部分。
[0047]如果需要，可以執(zhí)行曝光步驟和附加的蝕刻工序(圖中未示出)以減少覆蓋在上板7上的鈍化層9的部分的厚度。同樣地，鈍化層9可以被平坦化以具有平坦的表面。
[0048]電容器17的電特性，可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇介電層5的厚度t、介電層5形成材料以及下板3和上板7的幾何形狀來控制。例如,通過增加介電層5的厚度t (例如，通過增加在氧化步驟中的氧化層的厚度)，可以增加電容器17的擊穿電壓。
[0049]通過這個工藝，所形成的高壓電容器可以具有比使用支撐層I的金屬I到金屬5層所形成的電容器更高的擊穿電壓。
[0050]各種實施例參考特定的示例來描述。這些示例有助于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員形成對各種實施例清楚的理解并且實施各種實施例。然而，系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和設(shè)備可以被構(gòu)造成具有一個或多個實施例，以及可以根據(jù)一個或多個實施例來執(zhí)行的方法的范圍，不以任何方式局限于具體已提出的例子。與此相反，基于上述描述，相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員很容易意識到可以根據(jù)各種實施例實現(xiàn)許多其它的配置、布置和方法。
[0051]關(guān)于描述本發(fā)明中所使用的位置的指定，如頂部、底部，上部，下部，可以被理解的是，這些指定是參考相應(yīng)的附圖給出的，并且，如果在制造或操作過程中設(shè)備的方向改變，則其他的位置也可以相應(yīng)改變。如上所述，這些位置關(guān)系的描述是為了清楚起見，而不是限制。
[0052]本發(fā)明的現(xiàn)有的描述是關(guān)于特定的實施例并參照某些附圖，但本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明僅由權(quán)利要求限定。所描述的附圖僅是示意性的而非限制性的。在附圖中，為說明目的，各種元素的尺寸可能被夸大了，而不是被描述到一個特定的范圍內(nèi)。其目的是為了本發(fā)明包括相關(guān)誤差內(nèi)的不重要的變化以及組件的特性和操作的模式。本發(fā)明涵蓋不完美的實施。
[0053]除非從上下文清楚表明，否則在本發(fā)明中使用單數(shù)不一定排除復(fù)數(shù)，使用復(fù)數(shù)不一定排除單數(shù)。
[0054]凡在本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括”，它不排除其他元件或步驟。因此，術(shù)語“包括”不應(yīng)該被解釋為限于其后列出的項，它不排除其他元件或步驟，所以“一種設(shè)備包括項目A和B”的范圍不應(yīng)該限定為這種設(shè)備只包括組件A和B。上述描述表明，對于本發(fā)明，唯一有關(guān)的設(shè)備的組件是A和B。
【權(quán)利要求】
1.一種集成電路電容器，其特征在于，包括: 具有內(nèi)部集成電路結(jié)構(gòu)的支撐層，該支撐層包括下板； 設(shè)置在支撐層上的焊盤； 設(shè)置在支撐層上的上板，上板被布置在下板的上方； 介電層，至少一部分介電層被布置在下板和上板之間； 鈍化層，至少一部分鈍化層覆蓋上板的至少一部分和介電層的至少一部分，鈍化層具有表面； 從表面延伸穿過鈍化層和介電層到焊盤的第一開口 ；以及 從表面延伸穿過鈍化層到上板的第二開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路電容器，其特征在于，在側(cè)視方向上，第一開口和第二開口是偏移的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路電容器，其特征在于， 支撐層通過具有最大介電層形成厚度的半導(dǎo)體工藝來形成； 介電層的厚度大于最大介電層形成厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路電容器，其特征在于，鈍化層的表面是平坦的。
5.一種汽車隔離器裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的集成電路電容器。
6.一種用于形成集成電路電容器的方法，其特征在于，包括: 提供具有表面的支撐層，該支撐層具有內(nèi)部的集成電路結(jié)構(gòu)，該支撐層包括下板； 提供在支撐層的部分表面上的焊盤； 提供在支撐層和焊盤上的介電層； 提供在部分介電層上的上板； 提供在介電層和上板的鈍化層； 形成第一開口，該第一開口穿過鈍化層和介電層，以暴露焊盤的至少一部分表面； 形成第二開口，該第二開口穿過鈍化層，以暴露上板的至少一部分表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，形成第一開口的步驟和形成第二開口的步驟一起執(zhí)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在側(cè)視方向上，第一開口和第二開口是偏移的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 支撐層通過具有最大介電層形成厚度的半導(dǎo)體工藝來形成； 介電層的厚度大于最大介電層形成厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，提供上板的步驟包括金屬沉積和沉積金屬的圖案化。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，形成第一開口和第二開口的步驟都包括蝕刻步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法在頂金屬蝕刻和去除工藝后執(zhí)行，頂金屬蝕刻和去除工藝完成支撐層的形成。
【文檔編號】H01L27/02GK103730459SQ201310463826
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】紀堯姆·迪布瓦, 皮特·威塞爾斯 申請人:Nxp股份有限公司