本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種化合物半導(dǎo)體背金電容的結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)：

mim電容器作為存儲電荷、耦合、濾波器件得到廣泛的應(yīng)用，在半導(dǎo)體集成電路的制作過程中其制作是一個重要的工藝環(huán)節(jié)。習(xí)知的mim電容器包括上、下電極板以及夾設(shè)于兩者之間的介質(zhì)層，且電容器的電容值和電極板的面積成正比。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，為了改善半導(dǎo)體器件的整體性能以達(dá)到更快的運(yùn)算速度、更大的數(shù)據(jù)存儲量以及更多的功能，對電容器的容量要求日益提高。

習(xí)知的mim電容結(jié)構(gòu)制作于半導(dǎo)體基底之上，為了增大電容器的容量，現(xiàn)有技術(shù)往往采用增大電容器電極板面積的方法，這顯然增大了電容器占用集成電路的面積，制約了半導(dǎo)體器件的小型化，因而在確保性能的前提下減少電容所占面積的問題變得越來越重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種化合物半導(dǎo)體背金電容的結(jié)構(gòu)及其制作方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種化合物半導(dǎo)體背金電容的結(jié)構(gòu)，包括晶片以及設(shè)置于晶片背面的mim電容；所述晶片包括化合物半導(dǎo)體基底以及設(shè)于所述基底正面的金屬連線層，所述基底具有貫穿正面和背面的散熱連接口，所述散熱連接口暴露所述金屬連線層；所述mim電容包括第一電極板、介質(zhì)層和第二電極板，第一電極板、介質(zhì)層和第二電極板依次層疊且分別沿所述散熱連接口內(nèi)壁延伸以覆蓋所述散熱連接口的底面和側(cè)面并延伸至覆蓋所述散熱連接口周邊所述基底的背面，其中第一電極板于所述散熱連接口底面與所述金屬連線層物理接觸，第二電極板接地。

可選的，所述第一電極板和第二電極板分別包括依次層疊的阻擋金屬層和導(dǎo)電金屬層，其中阻擋金屬層的厚度為20-100nm，導(dǎo)電金屬層的厚度為400-1600nm。

可選的，所述阻擋金屬層為tiw，導(dǎo)電金屬層為au。

可選的，所述介質(zhì)層的厚度為50-200nm。

可選的，所述介質(zhì)層為sin。

可選的，所述第一電極板、第二電極板和介質(zhì)層向所述散熱連接口周邊所述基底的背面延伸的長度依次遞增。

可選的，所述第二電極板于封裝結(jié)構(gòu)中與封裝支架連接以實現(xiàn)接地。

一種上述化合物半導(dǎo)體背金電容的制作方法，包括以下步驟：

1)提供完成正面制程的晶片，所述晶片包括化合物半導(dǎo)體基底以及設(shè)于所述基底正面的金屬連線層；

2)將所述晶片用蠟以正面向下的方式貼合到襯底上；

3)研磨減薄后，通過光刻工藝于所述基底上形成貫穿正面和背面的散熱連接口，所述散熱連接口暴露所述金屬連線層表面；

4)依次沉積形成覆蓋所述散熱連接口的底面和側(cè)面并覆蓋散熱連接口周邊的基底背面的第一電極板、介質(zhì)層和第二電極板，以形成mim電容結(jié)構(gòu)；

5)將晶片翻面后，剝離襯底并進(jìn)行清洗；

6)第二電極板接地。

可選的，步驟4)包括以下子步驟：

a)沉積覆蓋所述散熱連接口的底面和側(cè)面并覆蓋基底背面的第一阻擋金屬層，厚度為20-100nm；

b)沉積覆蓋第一阻擋金屬層的第一導(dǎo)電金屬層，厚度為400-1600nm；

c)去除第一預(yù)設(shè)區(qū)域之外所述基底背面的第一阻擋金屬層和第一導(dǎo)電金屬層，剩余的第一阻擋金屬層和第一導(dǎo)電金屬層形成所述第一電極板，其中所述第一預(yù)設(shè)區(qū)域包括所述散熱連接口及其周邊所述基底的背面；

d)沉積形成覆蓋第一電極板和基底背面的介質(zhì)層，厚度為50-200nm；

e)沉積覆蓋介質(zhì)層的第二阻擋金屬層，厚度為20-100nm；

f)沉積覆蓋第二阻擋金屬層的第二導(dǎo)電金屬層，厚度為400-1600nm；

g)去除第二預(yù)設(shè)區(qū)域之外所述基底背面的第二阻擋金屬層和第二導(dǎo)電金屬層，剩余的第二阻擋金屬層和第二導(dǎo)電金屬層形成所述第二電極板，其中所述第二預(yù)設(shè)區(qū)域涵蓋并大于所述第一預(yù)設(shè)區(qū)域。

可選的，所述第一導(dǎo)電金屬層和/或第二導(dǎo)電金屬層是先通過物理氣相沉積100-600nm的金屬層作為電鍍種子，然后電鍍300-1000nm的金屬層制得。

本發(fā)明的有益效果是：

1.將mim電容設(shè)計在為了芯片散熱使用的散熱連接口中，借由連接口的側(cè)面來增大極板的表面積，從而有效增大了電容量，相對于傳統(tǒng)設(shè)于芯片表面的mim電容，本發(fā)明將其融合于晶片固有的結(jié)構(gòu)中，在增大電容量的同時顯著的減小了其在集成電路中所占的面積，實現(xiàn)了器件小型化。

2.將mim電容設(shè)置于散熱連接口中并延伸到晶片背面，且該mim電容結(jié)構(gòu)一個極板與晶片正面的金屬連線層物理接觸，另一極板接地，一方面無需另外設(shè)置引線結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)mim電容的連線和控制，另一方面借由特殊的mim結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了散熱，無需另外設(shè)置散熱柱，簡化了結(jié)構(gòu)。

3.制作方法簡單，適于實際生產(chǎn)應(yīng)用。

附圖說明

圖1為一種化合物半導(dǎo)體背金電容的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種化合物半導(dǎo)體背金電容制作方法的工藝流程圖，其中由a至u依次為各步驟所得到的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的各附圖僅為示意以更容易了解本發(fā)明，其具體比例可依照設(shè)計需求進(jìn)行調(diào)整。文中所描述的圖形中相對元件的上下關(guān)系，在本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解是指構(gòu)件的相對位置而言，因此皆可以翻轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)相同的構(gòu)件，此皆應(yīng)同屬本說明書所揭露的范圍。此外，圖中所示的元件及結(jié)構(gòu)的個數(shù)，均僅為示例，并不以此對數(shù)目進(jìn)行限制，實際可依照設(shè)計需求進(jìn)行調(diào)整。

參考圖1，一種化合物半導(dǎo)體背金電容的結(jié)構(gòu)，包括晶片1以及設(shè)置于晶片1背面的mim電容2。晶片1已完成正面制程，包括化合物半導(dǎo)體基底11，基底11的正面制作有實現(xiàn)預(yù)設(shè)集成電路功能的若干元器件并布設(shè)有用于進(jìn)行元器件連線、引線的金屬連線層12?；?1的材料為三五族化合物，例如gaas等?；?1具有貫穿正面和背面的散熱連接口13，所述散熱連接口13暴露所述金屬連線層12，使散熱連接口13形成一面開口，與開口相對的一面為金屬連線層12表面的槽狀結(jié)構(gòu)。

所述mim電容2包括第一電極板21、介質(zhì)層22和第二電極板23，第一電極板21、介質(zhì)層22和第二電極板23依次層疊且分別沿所述散熱連接口13內(nèi)壁延伸以覆蓋所述散熱連接口13的底面和側(cè)面并延伸至覆蓋所述散熱連接口13周邊所述基底11的背面，其中第一電極板21于所述散熱連接口底面與所述金屬連線層12物理接觸，第二電極板23接地。mim電容2嵌入基底11之中，沿散熱連接口13內(nèi)壁延伸形成整體中部向散熱連接口內(nèi)凹陷的結(jié)構(gòu)，其兩個電極板的表面積除了包括覆蓋散熱連接口13底面以及周邊基底11背面的面積，還包括覆蓋散熱連接口13側(cè)面的面積，從而在占用相同芯片外部面積的情況下，增大了電極板的表面積，從而增加了電容量。由于散熱連接口13的深度等于基底11的厚度，而基底11通常具有較大的厚度，因而其電容量的增加量較大。在后續(xù)封裝結(jié)構(gòu)中，所述第二電極板23于封裝結(jié)構(gòu)中與封裝支架連接以實現(xiàn)接地。而第一電極板21于所述散熱連接口13底面與所述金屬連線層12物理接觸，工作時，通過金屬連線層12向第一電極板21施加電壓即可，無需另外設(shè)置電極連接線路，簡化了整體結(jié)構(gòu)。

所述第一電極板21包括依次層疊的第一阻擋金屬層211和第一導(dǎo)電金屬層212，其中第一阻擋金屬層211的厚度為20-100nm，第一導(dǎo)電金屬層212的厚度為400-1600nm。第二電極板23結(jié)構(gòu)和第一電極板21相同，亦包括第二阻擋金屬層231和第二導(dǎo)電金屬層232。其中第一導(dǎo)電金屬層212和第二導(dǎo)電金屬層232分別選用導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好的金屬，例如貴金屬，第一阻擋金屬層211和第二阻擋金屬層231一方面用于阻擋貴金屬向化合物半導(dǎo)體基底和介質(zhì)層擴(kuò)散；另一方面起到粘附的作用，提高了貴金屬與化合物半導(dǎo)體基底和介質(zhì)層的結(jié)合性能，避免剝離。此外，阻擋金屬層亦需要有較好的導(dǎo)熱性能。優(yōu)選的，阻擋金屬層為tiw，導(dǎo)電金屬層為au。介質(zhì)層的厚度為50-200nm，選用介質(zhì)材料優(yōu)選為導(dǎo)熱性能好的sin。

所述第一電極板21、第二電極板23和介質(zhì)層22向所述散熱連接口13周邊所述基底的背面延伸的長度依次遞增。優(yōu)選的，介質(zhì)層22覆蓋第一電極板21以及基底的全部背面，第二電極板23設(shè)于介質(zhì)層22之上，且覆蓋范圍涵蓋并包括第一電極板21。第一電極板21覆蓋至散熱連接口13周邊基底的背面并與基底正面的金屬連線層12物理接觸，基底正面元器件產(chǎn)生的熱量可借由第一電極板21傳導(dǎo)至基底背面，起到了散熱的作用。介質(zhì)層22和第二電極板23均選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，進(jìn)一步提高了散熱效果，即mim電容2同時起到散熱的作用，無需另外設(shè)置散熱柱，簡化了結(jié)構(gòu)。此外，介質(zhì)層22覆蓋基底的全部背面，除作為mim電容的介質(zhì)層之外，還起到了保護(hù)基底11的作用，減少在實際制造工藝過程中對于第一電極板的損傷，提高電容的可靠度。第二電極板23向基底背面延伸的長度大于第一電極板21，增大與底部封裝支架的接觸面，有利于電流導(dǎo)通和散熱。通過上述結(jié)構(gòu)的設(shè)置，以第一電極板的面積來控制電容的有效面積，減少變數(shù)，便于結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析。

參考圖2，上述化合物半導(dǎo)體背金電容的制作方法，包括以下步驟：

1.參考圖2a，三五族晶片完成正面制程，所述晶片包括化合物半導(dǎo)體基底gaas以及設(shè)于所述基底gaas正面的金屬連線層m1。

2.參考圖2b，將晶片用蠟wax以正面向下的方式貼合到藍(lán)寶石晶片sapphire上。

3.參考圖2c，在研磨減薄后，涂布散熱連接口刻蝕需要掩膜的光阻pr。

4.參考圖2d，通過曝光顯影，制備連接口圖形。

5.參考圖2e，用干法刻蝕形成貫穿基底gaas正面和背面的散熱連接口。

6.參考圖2f，用n-甲基吡咯烷酮等化學(xué)藥劑將光阻pr去除。

7.參考圖2g，在晶片表面用物理氣相沉積兩層金屬，tiw和au。tiw用來作為粘附和阻擋層，厚度在200a到1000a。au用來作為電鍍種子，厚度在1000a到6000a。

8.參考圖2h，用電鍍方式在晶片表面制備一層au，厚度在3000a到10000a。

9.參考圖2i，在晶片表面通過涂布，曝光和顯影制備光阻圖案，以制備電容的第一電極板。

10.參考圖2j，用逆電鍍的方式，將裸露在光阻外的au蝕刻。

11.參考圖2k，用干法刻蝕的方式，將裸露在光阻外的tiw蝕刻。

12.參考圖2l，用n-甲基吡咯烷酮等化學(xué)藥劑將光阻去除。

13.參考圖2m，在晶片表面用pecvd的方式沉積一層sin等介質(zhì)材料作為電容電介質(zhì)。厚度在500a到2000a。

14.參考圖2n，在晶片表面用物理氣相沉積兩層金屬，tiw和au。tiw用來作為粘附和阻擋層，厚度在200a到1000a。au用來作為電鍍種子，厚度在1000a到6000a。

15.參考圖2o，用電鍍方式在晶片表面制備一層au，厚度在3000a到10000a。

16.參考圖2p，在晶片表面通過涂布，曝光和顯影制備光阻圖案。以制備電容的第二電極板。此步驟的光阻圖案覆蓋范圍小于步驟9的光阻圖案，以使得到的第二電極板大于第一電極板。

17.參考圖2q，用逆電鍍的方式，將裸露在光阻外的au蝕刻。

18.參考圖2r，用干法刻蝕的方式，將裸露在光阻外的tiw蝕刻。

19.參考圖2s，用n-甲基吡咯烷酮等化學(xué)藥劑將光阻去除。

20.參考圖2t，將晶片翻面后，將藍(lán)寶石剝離。

21.參考圖2u，清洗后就形成本發(fā)明的目標(biāo)結(jié)構(gòu)。在封裝結(jié)構(gòu)中底部的au與支架形成連接，成為電容接地的一端。

上述實施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種化合物半導(dǎo)體背金電容的結(jié)構(gòu)及其制作方法，但本發(fā)明并不局限于實施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。