專利名稱：具有溝槽式電容器的半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的半導(dǎo)體裝置，還涉及一種用 于制造這樣的半導(dǎo)體裝置的方法。
背景技術(shù)：
關(guān)于電子設(shè)備，通常應(yīng)用所謂的后備電容器(back-up capacitor)或緩沖電 容器，后備電容器或緩沖電容器多半需要置于特定部件附近，并且其任務(wù)是過(guò) 濾電源線中的短電流脈沖。這些后備電容器尤其對(duì)于集成電路是通用的，且可 能是不可或缺的。
因此，例如，隨著處理器和其它邏輯電路的同步周期可能周期性出現(xiàn)很高 的電流峰，在所述電流峰中，內(nèi)部晶體管是同時(shí)連通的。若不緩沖該部件附近 的電源，則根據(jù)歐姆定律，該電流脈沖將電源線上導(dǎo)致高電壓降。這會(huì)導(dǎo)致操 作電壓的短暫擊穿，這就意味著可能無(wú)法保證該部件的可靠操作。
在另一應(yīng)用中，使用了后備電容器，以在檢測(cè)部件上的電壓值時(shí)補(bǔ)償由該 部件從信號(hào)自身移除的電荷量。通過(guò)這種方式，部件的短電流脈沖不會(huì)導(dǎo)致大 的電壓改變。
目前，后備電容器和緩沖電容器被設(shè)計(jì)為分立式無(wú)源部件，所述分立式無(wú) 源部件中實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)電容器。這些電容器聚集在集成電路周圍。由于往往 需要20個(gè)或更多這樣的分立部件，所以對(duì)于表面的需求是相當(dāng)大的。
隨著電子部件的集成度的提高，集成半導(dǎo)體電路的外殼不斷變小。這里， 采用芯片級(jí)封裝，通過(guò)所述芯片級(jí)封裝，外殼僅比半導(dǎo)體芯片自身大一點(diǎn)。對(duì) 于部件的構(gòu)建，這意味著無(wú)源部件對(duì)表面的需求限制了進(jìn)一步的小型化，并且 給設(shè)計(jì)者帶來(lái)關(guān)于集成電路附近信號(hào)的區(qū)分辨別的問(wèn)題。此外，無(wú)源部件占據(jù) 的那部分生產(chǎn)成本可能無(wú)法顯著減少。
4文獻(xiàn)US2006/0131691 Al試圖通過(guò)在半導(dǎo)體襯底(其離實(shí)際半導(dǎo)體電路有 些距離) 一側(cè)的溝槽中引入緩沖電容器的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)這種方式 可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體電路越來(lái)越小型化，而不會(huì)再被緩沖電容器填充省出的空間。 該文獻(xiàn)指出的解決方案的缺點(diǎn)在于在不導(dǎo)致襯底弱化的情況下，只能以有限 的方式集成溝槽。除了其它原因，這種情況還歸因于在引入溝槽以及置于溝 槽中的緩沖電容器之后，半導(dǎo)體襯底需要經(jīng)過(guò)新的蝕刻工藝以移除犧牲層 (sacrificial layer )。襯底背面的大部分區(qū)域必須設(shè)有電容器溝槽，從而為能量存 儲(chǔ)提供必要的電容量。其中，電容器溝槽可通過(guò)深蝕刻來(lái)制造。這些問(wèn)題在這 里不作詳細(xì)討i侖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的目的一方面在于減少半導(dǎo)體裝置的空間需求，并且在最小 的空間中提供足夠大的電容量，但同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)襯底弱化。
該目的由權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置以及用于制造這樣的半導(dǎo)體裝置的方法 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所述半導(dǎo)體裝置包括襯底，在所述襯底的前側(cè)形成有集成電路。此外， 所述集成電路連接到用于能量存儲(chǔ)的至少一個(gè)電容器，其中，所述電容器形成 在所述襯底的背面，并^^皮形成為具有至少兩個(gè)溝槽的單縱深結(jié)構(gòu)。
所述至少兩個(gè)溝槽(優(yōu)選是至少四個(gè)溝槽)被設(shè)計(jì)在第一組溝槽中，以及 設(shè)計(jì)在第二組溝槽中，第一組的溝槽彼此平行放置，且第二組的溝槽彼此平行 放置，其中，所述第一組和所述第二組彼此呈橫向布置。優(yōu)選地，每組存在至 少兩個(gè)溝槽。襯底的擊穿強(qiáng)度受蝕刻的幾何結(jié)構(gòu)以及襯底厚度與蝕刻深度的比 率的控制。在以下部分中更詳細(xì)地討論這些方面。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的優(yōu)點(diǎn)一方面在于由于在襯底的背面布置所述 電容器，所以該電容器被設(shè)置在集成半導(dǎo)體部件自身中，并且是該集成半導(dǎo)體
部件的組成部分。通過(guò)這種方式， 一方面，與現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案相比，半 導(dǎo)體芯片部件的尺寸可以更小，而另一方面，由于距所述襯底的對(duì)側(cè)的電路布置的距離較小，所以可以具有良好的緩沖性能。另一優(yōu)點(diǎn)在于鑒于所述電容 器被設(shè)計(jì)為縱深結(jié)構(gòu)，因此與平面結(jié)構(gòu)相比，可用的電容器表面可以增加數(shù)倍。 這里，采用可用于形成一個(gè)或多個(gè)電容器的通用技術(shù)，所述表面擴(kuò)大與平坦表 面相比可以變大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。借助于擴(kuò)大的表面，可以實(shí)現(xiàn)后備電容器或緩沖 電容器所需的電容，以適應(yīng)背景技術(shù)中描述的電壓峰。這樣，可以使得不需要 無(wú)源后備電容器，在襯底上未布置無(wú)源后備電容器。
由于所述縱深結(jié)構(gòu)是以單片方式設(shè)計(jì)的，所以可以在所述襯底的背面廉價(jià) 地制造所述至少一個(gè)電容器。此外，所述至少一個(gè)電容器被設(shè)計(jì)為所述襯底的 表面的一部分，并且通過(guò)這種方式，與現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法相比，導(dǎo)致進(jìn)一 步節(jié)省空間。
通過(guò)一起布置所述第一組和所述第二組，避免在襯底上沿一個(gè)方向放置過(guò) 多，從而避免在襯底中可能出現(xiàn)擊穿。
關(guān)于所述電容器，對(duì)于用于能量存儲(chǔ)的電容器，由于其電容高，所以與用 于存儲(chǔ)信息的電容器顯著不同。
對(duì)于電源電壓的能量存儲(chǔ)或微芯片的數(shù)字輸入/輸出，或者對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的模擬輸入電壓的緩沖，或者在過(guò)濾電壓時(shí)，需要ljaF至25pF之間的電容值， 并且這些值可以由根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置來(lái)提供。
在從屬權(quán)利要求中描述了根據(jù)本發(fā)明的主題的其它有利形式。
該主題的另一個(gè)有利形式是在沉積(施加)所述至少一個(gè)電容器之前， 所述縱深結(jié)構(gòu)的所述至少一個(gè)溝槽的深度寬度比(ratio of depth to width)最大 是100:1,優(yōu)選地是30:1至5:1。
通過(guò)這樣的深度寬度比，所述表面可以增加多達(dá)60倍至200倍。這里，選 擇所述比率使得所述村底不會(huì)受到太大的弱化，并且用于在所述縱深結(jié)構(gòu)中沉 積(施加)電容器的工藝可以在高效區(qū)域中操作。
所述溝槽的深度取決于襯底厚度。所述襯底厚度通常在500 |u m至700 ji m 之間，并且在特^^情況下，還可以^f義在30jum至300jam。在制造所述電容器溝 槽時(shí)，為襯底厚度的30%至80%之間的凹槽是合適的?？梢酝ㄟ^(guò)刻蝕或現(xiàn)有技術(shù)已知的其它方法來(lái)產(chǎn)生所述凹槽。
特別地，對(duì)于具有外周接觸布置(例如為其采用接觸凸塊)的襯底上的電 容器布置，有必要將電容器布置設(shè)置在所述觸點(diǎn)的附近(即，與其挨著，或者 在所述觸點(diǎn)之下)。
通過(guò)所述觸點(diǎn)的正常表面布置方式，得到100-1000 in m的觸點(diǎn)之間的光柵， 從而第一組溝槽可以具有例如80 ja m至950 ju m的長(zhǎng)度。對(duì)于可以位于兩個(gè)相 鄰觸點(diǎn)之間的第二組溝槽，具有的溝槽寬度在5 ju m至500 jn m (優(yōu)選是10 y m 至100jim)之間，因此，6至100個(gè)溝槽可以彼此相鄰放置。這樣，可以在不 太危及襯底穩(wěn)定性的情況下實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相比更大的電容值。
優(yōu)選是利用已知的溝槽長(zhǎng)度，選擇一個(gè)組中的溝槽的數(shù)量，使得該組基本 上具有矩形形狀(優(yōu)選地是正方形)。通過(guò)這種方式，特別是結(jié)合交替排列所述 第一組和第二組，能夠以盡可能最佳的方式利用可用的空間。單個(gè)溝槽的長(zhǎng)度 寬度比至少是3:1，優(yōu)選是至少10:1，尤其優(yōu)選是至少是50:1。
在所述半導(dǎo)體裝置的可替代實(shí)施例中，所述第一組和所述第二組還可以具 有僅為一種排列的溝槽，即大體上彼此平行。
所述半導(dǎo)體裝置的更加有利的又一設(shè)計(jì)是溝槽的傾斜側(cè)壁與襯底的平坦 背面形成45。至90°之間的不同角度。這里，角度的選擇取決于所采用的所述 溝槽的制造方法，尤其取決于所述電容器的制造方法。例如，有些方法不允許 在十分陡峭的側(cè)壁上沉積(施加)電容器材料，使得所述角度由于工藝技術(shù)的 原因必須變小。較少的既定工藝允許在陡峭或縱深的結(jié)構(gòu)(例如溝槽或孔)中 沉積材料。這里，關(guān)于在400。C以下或200"C以下的^f氐溫處理過(guò)程的4支術(shù)實(shí)施方 式在工業(yè)上是可用的。
根據(jù)本發(fā)明的主題的更加有利的又一形 在于所沉積的電容器延伸經(jīng)過(guò)數(shù) 個(gè)溝槽。
通過(guò)在襯底的前側(cè)與背面之間設(shè)置有通孔，給出一個(gè)更加有利的裝置。有 鑒于此，可以特別高效而快速地將附著在背面上的后備電容器連接到前側(cè)上的 集成電路。這避免了電源線上的高電壓降。有利的是，在與所述溝槽或電容器相同的工作步驟中集成所述通孔。鑒于開口的表面部分及開口的幾何結(jié)構(gòu)，得 到不同的刻蝕速率。在相同的刻蝕時(shí)間下，通過(guò)較大的掩膜開口進(jìn)行刻蝕與通 過(guò)較小的掩膜開口進(jìn)行蝕刻相比更快。與溝槽相比，為通孔選擇更大的掩膜開
口。若通孔的圓形掩膜開口的橫截面積為A，則溝槽的掩膜開口小于A,其中， 溝槽的長(zhǎng)度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述圓形掩膜開口的直徑，并且較大的長(zhǎng)度由較窄的 寬度來(lái)補(bǔ)償。通孔通過(guò)這種方式被刻蝕到所述前側(cè)，并且所述溝槽取決于所述 橫截面積而具有的深度僅為襯底厚度的30%至80% (例如70% )。
本發(fā)明的 一種更加有利的形式按照至少三層的層狀方式來(lái)構(gòu)建所述電容 器，其中，至少一個(gè)層由至少兩個(gè)導(dǎo)電層之間的電介質(zhì)形成。所述層狀構(gòu)造適 于廉價(jià)地制造所述至少一個(gè)電容器。
有利的是，所述電介質(zhì)由氮化硅或氧化物(例如二氧化硅或氧化鉭)制成， 其中，典型的層厚度在40nm至400nm之間。第一導(dǎo)電層和/或第二導(dǎo)電層優(yōu)選 是鋁合金、銅或鵠。
更有利的是電容器的所述層不僅布置在溝槽中，而且還施加在這些溝槽之 外，并且特別是在所述溝槽外部是可接觸的。
該主題的更加有利的形式是在所述至少一個(gè)溝槽的至少一個(gè)壁上沉積所述 電容器的所述第一導(dǎo)電層，并且在所述第一導(dǎo)電層上沉積所述電介質(zhì)，并且在 所述電介質(zhì)上沉積第二導(dǎo)電層。當(dāng)所述第一導(dǎo)電層覆蓋溝槽的整個(gè)表面時(shí)，該 又一形式是尤其有利的，其中，例如在所述溝槽的表面與所述第一導(dǎo)電層之間 沉積用于絕緣的鈍化層。有鑒于此， 一方面，可以減少所述電容器板彼此之間 的距離，另一方面，所述電容器表面可以布滿溝槽的整個(gè)表面。
所述半導(dǎo)體裝置的另 一有利的設(shè)計(jì)是如果沿著所述縱深結(jié)構(gòu)的溝槽的至 少一個(gè)壁沉積所述電容器的導(dǎo)電層，并且在所述至少一個(gè)溝槽的又一壁上沉積 第二層側(cè)，則所述又一壁與所述第一壁分隔。這種半導(dǎo)體裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于 通過(guò)電介質(zhì)(例如氮化物、氧化物、有機(jī)化合物或聚合化合物，還有空氣)彼 此電絕緣的兩個(gè)相對(duì)放置的導(dǎo)電層在縱深結(jié)構(gòu)的每一溝槽中構(gòu)成電容器。這里， 不同極性的層被沉積在不同的溝槽壁上，處于彼此相對(duì)的情況。這里，如果所
8壁表示具有最大表面的兩個(gè)壁，則尤其有利。 下文中將更詳細(xì)地討論#4居本發(fā)明的方法。
依照根據(jù)本發(fā)明的方法，至少一個(gè)溝槽集成到襯底的背面，其中，集成電 路出現(xiàn)在前側(cè)。通過(guò)這種方式，增加了用于形成緩沖電容器的可用表面。在另 一步驟中，所述至少一個(gè)電容器的第一導(dǎo)電層沉積在所述至少一個(gè)溝槽中，在 所述第一導(dǎo)電層上，所述至少一個(gè)電容器的電介質(zhì)層和第二導(dǎo)電層依次沉積在 至少一個(gè)溝槽中。
通過(guò)所述制造方法，從所述襯底的背面執(zhí)行用于集成和接觸所述溝槽的所
有工作。除了其它優(yōu)點(diǎn)之外，該方法還具有的優(yōu)點(diǎn)是所述襯底的前側(cè)無(wú)需設(shè) 有稍后必須被移除的犧牲層。這對(duì)于在同一工作步驟中制造所述溝槽和所述通 孔的情況是尤其有利的。這里，使用在制造集成電路時(shí)所沉積的層，以緊接著 在該電路的當(dāng)前接觸表面以下阻止刻蝕侵蝕。所述通孔因此永久保持閉合，而 非僅僅臨時(shí)閉合。為此，由于從背面執(zhí)行所述溝槽和所述通孔的所有結(jié)構(gòu)化工 藝，因此可以使得無(wú)需用于保護(hù)電路的前側(cè)犧牲層。
可以通過(guò)這樣的制造方法來(lái)創(chuàng)建節(jié)省空間且廉價(jià)的結(jié)構(gòu)。此外，保證在所 述半導(dǎo)體裝置中保留前面段落中所描述的優(yōu)點(diǎn)。
可以借助于各向異性的離子輔助干法刻蝕或激光輔助刻蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)特別有利 地制造所述溝槽布置。
在方法的從屬權(quán)利要求中描述了根據(jù)本發(fā)明方法的另外的有利形式。


以下通過(guò)一個(gè)實(shí)施例示例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。在附圖中示出
圖l是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的截面圖2是^f艮據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的背面的平面圖3是帶狀導(dǎo)體的可替選的布置方式；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的可替選的半導(dǎo)體裝置的截面圖5是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施例的背面的細(xì)節(jié)；
9圖6是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1以橫截面方式示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。該
半導(dǎo)體裝置包括襯底l，在襯底1的前側(cè)布置有集成電路2。由若干層(層4至 8)構(gòu)成的電容器位于襯底1的背面。從而層狀電容器20沿著襯底1背面的表 面布置，襯底1具有帶有溝槽3的縱深結(jié)構(gòu)。這里，帶有襯底的電容器20被設(shè) 計(jì)為單縱深結(jié)構(gòu)。
為了制造電容器20,首先在襯底1中從背面引入至少一個(gè)溝槽3。在帶有 溝槽3的襯底1背面的表面上直接布置鈍化層4。該鈍化層沿著襯底1背面的平 坦表面33以及溝槽3的直立壁31和直立壁32布置，并且還在溝槽外沿著襯底 1的平坦表面34布置。
在鈍化層4上沉積導(dǎo)電層5。導(dǎo)電層5通過(guò)沉積在該導(dǎo)電層上的電介質(zhì)層6 與導(dǎo)電層7隔離。通過(guò)這種方式，可以在導(dǎo)電層5和導(dǎo)電層7之間形成電容， 并且可以經(jīng)由襯底1前側(cè)上的電路布置2的電源線來(lái)4是供該電容?？梢允褂貌?同的化學(xué)或物理沉積法來(lái)沉積不同的層，例如使用無(wú)機(jī)氣相沉積或金屬有機(jī)氣 相沉積、賊射、汽相沉積或電解沉積。
通過(guò)圖1可以容易看出沉積帶有一個(gè)溝槽3或若干溝槽3(為了觀察方便而 未示出)的縱深結(jié)構(gòu)如何將電容器的表面增加數(shù)倍。與平面布置方式相比，借 助于溝槽可以實(shí)現(xiàn)大得多的表面。
從而表面的擴(kuò)大基本上取決于溝槽3的外部尺度。這里，使用現(xiàn)有技術(shù)可 以實(shí)現(xiàn)大約lOjum的溝槽寬度和甚至超過(guò)200jum的深度，通過(guò)這種手段，可 以實(shí)現(xiàn)將表面擴(kuò)大40倍。通過(guò)更深的溝槽可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步增加表面，使得可以 達(dá)到至少100倍。
導(dǎo)電層沉積在襯底背面中在溝槽邊緣之外的表面上。其中，用作保護(hù)和絕 緣的另一鈍化層沉積在第二導(dǎo)電層上。第一導(dǎo)電層5通過(guò)區(qū)域IO接觸，而第二 導(dǎo)電層7通過(guò)區(qū)域9接觸。在圖2中的平面圖中示出了另一實(shí)施例示例的背面，其中，實(shí)現(xiàn)了帶有平
行布置的若干溝槽3的單縱深結(jié)構(gòu)。圖2的溝槽形成第一組21。
在單片解決方案的區(qū)域中可以通過(guò)多種方式來(lái)區(qū)分縱深結(jié)構(gòu)?？梢灾圃鞙?槽和孔，可以根據(jù)側(cè)壁的形狀和傾斜度進(jìn)一步區(qū)分溝槽。因此，具體實(shí)現(xiàn)可以 由工藝過(guò)程確定，例如，通過(guò)應(yīng)用濕法化學(xué)法，或者在另一方面，通過(guò)對(duì)刻蝕 參數(shù)的刻意控制(例如采用各向異性離子輔助干法刻蝕)，以及通過(guò)刻蝕掩膜設(shè) 計(jì)?？桃庠O(shè)置側(cè)壁傾斜度的原因在于更好地控制后續(xù)層沉積，后續(xù)層沉積源于 此。然而，還已知允許在縱深結(jié)構(gòu)(例如在溝槽和孔)中進(jìn)行保角沉積(特別 是如圖1所示在垂直壁上沉積)的其他方法。除了前面提到的方法外，還可以 有其他的方法等離子體輔助化學(xué)汽相沉積，熱線輔助化學(xué)汽相沉積和氣流賊 射。
在圖2中，層4至層7沿著溝槽3的所有溝槽壁以表面方式布置。單個(gè)溝 槽3內(nèi)的路線如圖1所示。從而，彼此挨著的不同溝槽經(jīng)由平面部分33、 34彼 此連接。特別地，在沉積了溝槽3形式的縱深結(jié)構(gòu)之后，如果層4至層7每個(gè) 依次以單層的方式沉積，則可以通過(guò)尤其簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo) 體裝置的這種設(shè)計(jì)。基本上，在襯底的背面也可以布置若干個(gè)電容器。這里， 電容器僅分布在一部分的當(dāng)前溝槽上。不同的電容器于是可以在彼此分離或連 接成一個(gè)電容器的情況下^皮有效地激活。
在圖2中還示出示意性通孔11和12。通孔11將導(dǎo)電層5連接到襯底前側(cè)。 與此類似，通孔12將導(dǎo)電層7連接到襯底1的前側(cè)。此外，通孔11和12是在 集成溝槽的期間實(shí)現(xiàn)的。為了清楚起見，以放大很多的方式來(lái)示出通孔的尺度。
普通方法可以用于制造所述溝槽和通孔。特別地，干法刻蝕(有利地是各 向異性的離子輔助干法刻蝕)適于沉積通孔或溝槽自身。在這里激光輔助刻蝕 方法也是可以的。
在圖3中示出帶有溝槽的縱深結(jié)構(gòu)，其中，溝槽并未園溝槽幾何設(shè)計(jì)的改
變而嚴(yán)重削弱襯底1的穩(wěn)定性。這里，所述溝槽分別在第一組21中成組且平行
布置或者在第二組22中成組且橫向布置。通過(guò)這種方式，縱深結(jié)構(gòu)可以被引入襯底1中，這不會(huì)危及襯底自身的穩(wěn) 定性。各個(gè)槽的可能最佳的尺度已經(jīng)概述中說(shuō)明。
此外，示出了連接帶狀導(dǎo)體13和14,其分別將示意性示出的四個(gè)電容器 20中的兩個(gè)彼此連接，且還可以用于電容器20到位于襯底前側(cè)的電路布置2的 電連接。
這里，可以清楚地看出，第一組21的溝槽3和第二組22的溝槽3被設(shè)計(jì) 成大體上彼此垂直。此外，還示出了通孔11和12的距離之間的比率以及各個(gè) 組21和22的大小。
各個(gè)電容器20與圖2類似地在布滿第一組或第二組的整個(gè)表面。 在這里示出的實(shí)施例示例中，通過(guò)溝槽3實(shí)現(xiàn)縱深結(jié)構(gòu)。然而，取決于所 應(yīng)用的襯底的可靠性，還可以考慮其它的幾何結(jié)構(gòu)。例如，所述其它的幾何結(jié) 構(gòu)包括孔或同心圓。如上所述，側(cè)壁31、 32的形狀和傾4牛度可以與在這里示出 的陡悄設(shè)計(jì)不同。
圖4中示出帶有電容器的溝槽的另一實(shí)施例示例。這里，電容器20的兩個(gè) 導(dǎo)電層5、 7并未如圖1中那樣上下布置，而是分別布置在彼此相對(duì)的不同溝槽 壁31和32上。在該示例中，電介質(zhì)層6由空氣層構(gòu)成。當(dāng)然，也可以應(yīng)用其 它材料作為電介質(zhì)。
通過(guò)在完成的溝槽3中沉積導(dǎo)電材料可以得到圖4中的實(shí)施例示例。在沉 積導(dǎo)電材料之后，例如通過(guò)刻蝕 一部分導(dǎo)電材料而將導(dǎo)電材料分隔為兩個(gè)分開 的區(qū)域5、 7。然而，導(dǎo)電層5、 7也可以單獨(dú)沉積在間隔開的壁31、 32上。
在具有多個(gè)溝槽3時(shí)，若干溝槽或所有溝槽的導(dǎo)電層5和導(dǎo)電層7可以彼 此連接，并且通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)電容器的所期望的大電容。
晶片(例如由硅或硅鍺或其它已知的半導(dǎo)體制成)適合作為半導(dǎo)體裝置的 襯底材料。
與部件平面上的分立式實(shí)現(xiàn)方式相比，所述解決方案具有增加集成速度的 優(yōu)點(diǎn)。
可以通過(guò)與通孔相同的工藝步驟來(lái)制造溝槽，這樣將允許通過(guò)通用方法廉價(jià)地制造根據(jù)本發(fā)明的裝置。這里，通過(guò)良好的工藝控制，如果所述電容器例 如被用作濾波器，則可以實(shí)現(xiàn)電容器對(duì)集成電路的容性適應(yīng)。
對(duì)于對(duì)緩沖電容和濾波電容的要求提高并且應(yīng)用于極度小型化的應(yīng)用(例 如移動(dòng)通信)中的部件，在此示出的實(shí)施例形式特別有利。特別地，這樣的部 件特別是微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器。該應(yīng)用對(duì)于圖像傳感器也是有利的，尤 其是在同 一工藝過(guò)程為圖像傳感器設(shè)置電容器和通孔的情況，原因是這允許在 部件制造中實(shí)現(xiàn)特別高效的構(gòu)造技術(shù)。
又一應(yīng)用領(lǐng)域是充電泵(charging pump )，利用該充電泵，通過(guò)交替地將電 容并聯(lián)和串聯(lián)，低輸入電壓被轉(zhuǎn)換成較高的輸出電壓。
利用上述尺度的溝槽，其中，長(zhǎng)度為250jum至950jLim,寬度為10jum至 lOOjum,且深度為200lam至500jam,采用鋁合金作為第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電 層，同時(shí)使用二氧化硅作為電介質(zhì)，其中，電介質(zhì)的層厚在10nm至400nm之 間，并且根據(jù)圖1上下布置有至少三個(gè)層，則可以獲得600pF/mm2至 22000pF/mn^的電容，也就是說(shuō)，利用每溝槽0.1065mm2到1.145mm2的表面積 (與此相比，傳統(tǒng)裝置為0.0025mn^到0.095mm2),可以獲得每溝槽64pF到 25.2nF的電容。這樣，利用每組10到50個(gè)溝槽，產(chǎn)生每組從稍大于640pF到 大于1.25pF的電容。因此，后備電容取決于溝槽的尺度和數(shù)量可以提供很大范 圍的電容。
在圖5中，示出了襯底r的背面的細(xì)節(jié)。在該襯底的前側(cè)布置有復(fù)雜的集
成CMOS電路。位于前側(cè)的集成電路通過(guò)通孔40、 41、 42、 43、 44、 45、 46
與背面電接觸。
圖5所示的細(xì)節(jié)示出了周邊布置有觸點(diǎn)的襯底的一角。此外，示出了第一 組51和第二組52形式的許多溝槽，其中，在溝槽以及在一組溝槽之間的一部 分中間部設(shè)置有第一導(dǎo)電層5。在該第一導(dǎo)電層5上汽相沉積有電介質(zhì)層6，并 且為了觀察方便，其僅在襯底的部分區(qū)域53中繪出。第二導(dǎo)電層7也是類似， 同樣僅作為細(xì)節(jié)而示出。然而，電介質(zhì)層6以及第二導(dǎo)電層對(duì)應(yīng)地布置在第一 導(dǎo)電層5上。這里，第二導(dǎo)電層是連續(xù)的，并且設(shè)有接地連接。第一組溝槽和第二組溝槽中的多數(shù)覆蓋有電容器，其中，電容器布置在一
個(gè)或多個(gè)組中。電容器60包括17個(gè)第一和第二組(三個(gè)被示出的電介質(zhì)層6 所覆蓋)，其中，該數(shù)目可以無(wú)限增加。電容器60連接到通孔40、 41,所述通 孔40、 41形成接地連接以及前側(cè)CMOS電路的電源電壓的連接。為了充分緩沖 電源電壓，電容器60在前述部分的區(qū)域中具有大電容量。
電容器61、 62分別包括僅僅一個(gè)第一組和第二組。它們同樣地連接到電容 器60的塊連接(mass co皿ection )。第二導(dǎo)電層7在電容器60以及其它電容器 62至66的第一導(dǎo)電層5上接合，但是僅在左上角部分中示出，其余地方被刪除。 電容器61、 62具有的電容比電容器60的電容小，并且分別連《^妄到通孔42、 43， 通孔42、 43代表振蕩器輸入。如最初提到的那樣，利用例如CMOS電路的電源 電壓，振蕩器輸入所需的電容較小。
電容器64、 65連接到通孔44、 45,通孔44、 45是數(shù)字I/0觸點(diǎn)。電容要 求相比電容器60更小，但是相比電容器62和63更大。電容器66連接到通孔 46，通孔46形成^^莫擬輸入。電容在電容器64與62的電容之間變化。
如已在前述部分之一中所描述的那樣，在與第一組溝槽和第二組溝槽相同 的工作步驟中制造用于通孔的孔。
圖6示出穿過(guò)電容器布置的橫截面，所述電容器在第一組21和第二組22 中成組。在第一組和第二組上沉積有焊接球形式的接觸凸塊70。在沉積第二導(dǎo) 電層7時(shí)，第一組和第二組的溝槽已經(jīng)被完全封閉。這樣，產(chǎn)生用于接觸焊接 球的閉合表面。在溝槽的左邊和右邊，通孔47、 48是可見的，并且延伸到襯底 的前側(cè)并接觸電路2。通孔47是接地連接，而通孔48是連接電源電壓。通孔 48連接到第一導(dǎo)電層5，通孔47連接到第二導(dǎo)電層7。此外，其中繪出了電介 質(zhì)層6和鈍化層4。通孔并非以打開的方式而是以閉合的方式設(shè)計(jì)，即，包括一 個(gè)或多個(gè)CMOS電路的電路2這一層在集成通孔時(shí)并未咬合或者穿透，而僅僅 是接觸。這樣導(dǎo)致在保護(hù)電^各2時(shí)無(wú)需在襯底的前側(cè)沉積犧牲層。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體裝置，具有布置在襯底(1)上的集成電路(2)，其中，所述集成電路(2)被構(gòu)造在所述襯底的前側(cè)，并且所述集成電路(2)連接有至少一個(gè)電容器(20)，并且所述至少一個(gè)電容器形成在所述襯底(1)的背面，為溝槽(3)中的單縱深結(jié)構(gòu)，其特征在于存在至少兩個(gè)溝槽(3)，并且設(shè)置有第一組平行溝槽(21)和第二組平行溝槽(22)，其中，所述第二組的溝槽(22)相對(duì)于所述第一組的溝槽(21)呈橫向布置，優(yōu)選是與所述第一組的溝槽(21)垂直布置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述溝槽(3)具有 特定的深度和寬度，其中，所述深度與所述寬度的比率最大是100比1，優(yōu)選是 在30比1至5比1之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述溝槽(3) 具有側(cè)壁(31, 32),其中，所述側(cè)壁與所述襯底的平坦表面(33, 34)形成45° 至90。之間的角度，優(yōu)選為大體90。。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述至少一個(gè) 電容器(20)布置在至少兩個(gè)溝槽(3)上。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述襯底的 前側(cè)與背面之間形成有至少一個(gè)通孔(11, 12),用于所述至少一個(gè)電容器的電 連接。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述至少一個(gè) 電容器(20)由至少三層(4, 5, 6， 7, 8)構(gòu)成，其中，至少一層由布置在兩 個(gè)導(dǎo)電層(5, 7)之間的電介質(zhì)(6)形成。
7、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述電容器的 第一導(dǎo)電層和/或第二導(dǎo)電層(7)在至少一個(gè)溝槽(3)的邊緣上接合，用于形 成連接表面(9, 10)。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述電容器的第一導(dǎo)電層(5)沉積在至少一個(gè)溝槽(3)的整個(gè)表面上，例如，在所述溝槽 與所述第一導(dǎo)電層之間沉積有鈍化層(4),所述電介質(zhì)(6)被布置在所述第一 導(dǎo)電層上，并在所述電介質(zhì)(6)上布置有第二導(dǎo)電層(7)。
9、 一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中，所述半導(dǎo)體裝置包括襯底(l), 并且在所述襯底(1)的前側(cè)具有集成電路(2)，其中，所述前側(cè)沒(méi)有犧牲層， 并且所述襯底(1)的背面具有縱深結(jié)構(gòu)和至少一個(gè)電容器(20)，所述縱深結(jié) 構(gòu)具有溝槽(3),所述方法包括以下步驟a) 將至少兩個(gè)溝槽(3)集成到所述襯底(1)的背面，其中，引入第一組 平行溝槽(21)和第二組平行溝槽(22)，并且將所述第二組的溝槽(22)相對(duì) 于所述第一組的溝槽(21)呈橫向布置，優(yōu)選是與所述第一組的溝槽(21)垂 直布置；b) 將至少一個(gè)電容器(20)沉積在所述第一組(21)和所述第二組(22)中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)電容器(20) 以層狀方式構(gòu)造，并且所述層被沉積到設(shè)有所述溝槽(3)的所述襯底(1)上。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9或IO之一所述的方法，其特征在于，在所述襯底(1) 的前側(cè)上的集成電路(2)與所述襯底(1)的背面上的至少一個(gè)電容器(20) 之間，以使得所述至少一個(gè)電容器(20)連接到所述集成電路(2)的方式，將 至少一個(gè)通孔(11, 12)引入到所述襯底(1)中。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9至11之一所述的方法，其特征在于，所述溝槽(3) 是通過(guò)干法刻蝕法、尤其是各向異性離子輔助干法刻蝕法或激光輔助刻蝕法來(lái) 制造的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其中所述半導(dǎo)體裝置具有布置在襯底(1)上的集成電路(2)。所述集成電路(2)構(gòu)造在所述襯底的前面且至少一個(gè)電容器(20)連接到所述集成電路，其特征在于，所述至少一個(gè)電容器被設(shè)計(jì)為溝槽(3)中的單縱深結(jié)構(gòu)。所述溝槽被布置在至少一個(gè)第一組和至少一個(gè)第二組中，一個(gè)組的溝槽彼此大體平行，且所述第一組和所述第二組彼此成一角度，彼此大體成直角。
文檔編號(hào)H01L21/334GK101636826SQ200880005689
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月20日
發(fā)明者N·馬倫科 申請(qǐng)人:弗勞恩霍弗應(yīng)用技術(shù)研究院