高電壓混合聚合陶瓷電介質(zhì)電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 此大體上涉及集成電路，且更特定來(lái)說(shuō)涉及集成電路中的高電壓電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路可接收具有直流(DC)偏置電平的輸入信號(hào)。此類電平可為高于用于集成電路的操作電壓的數(shù)百伏。因此，隔離組件可存在于輸入信號(hào)與集成電路中的組件(例如晶體管)之間?？善谕綦x組件提供數(shù)千伏的瞬變保護(hù)及浪涌保護(hù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠性?？蛇M(jìn)一步期望將隔離組件集成到集成電路中，但滿足保護(hù)及可靠性目標(biāo)同時(shí)達(dá)到所期望的集成電路的制造成本為具有挑戰(zhàn)性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在所描述的實(shí)例中，集成電路包含隔離電容器，其包含二氧化硅電介質(zhì)層及聚合物電介質(zhì)層。所述聚合物電介質(zhì)層在所述二氧化硅電介質(zhì)層上方且延伸穿過(guò)所述集成電路。接合墊在所述隔離電容器的頂板上。另一接合墊在所述隔離電容器的外部且穿過(guò)通過(guò)所述聚合物電介質(zhì)層的通孔電耦合到金屬互連件的實(shí)例。
【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1為含有隔離電容器的實(shí)例集成電路的橫截面視圖。
[0005]圖2為具有二氧化硅電介質(zhì)層的替代配置的圖1的集成電路的橫截面視圖。
[0006]圖3A到3J為以連續(xù)的制造階段描繪的含有隔離電容器的另一實(shí)例集成電路的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]以下共同待決的專利申請(qǐng)案:第US 13/960,406號(hào)申請(qǐng)案借此以引用方式并入。
[0008]參看圖1，集成電路100形成于半導(dǎo)體襯底102中及半導(dǎo)體襯底102上且包含有源組件104(在圖1中展示為晶體管104)。有源組件104可由場(chǎng)氧化物106橫向隔離。集成電路100進(jìn)一步包含至少一層金屬互連件。在此實(shí)例中，集成電路100包含第一金屬層108中的互連件及第二金屬層110中的互連件，所述互連件由通孔112垂直連接且穿過(guò)接觸件114連接到有源組件104。第一金屬層108及第二金屬層110中的金屬互連件可包含(舉例來(lái)說(shuō))經(jīng)蝕刻的鋁或鑲嵌銅。
[0009]集成電路100包含至少一個(gè)隔離電容器116。隔離電容器116的底板118可(舉例來(lái)說(shuō))為如圖1中展示的第二金屬層110的部分。隔離電容器116包含二氧化硅電介質(zhì)層120，其延伸穿過(guò)集成電路100。二氧化硅電介質(zhì)層120的厚度經(jīng)選擇以為隔離電容器116提供長(zhǎng)期可靠性。舉例來(lái)說(shuō)，提供高達(dá)7000伏DC的隔離的隔離電容器116的實(shí)例可具有二氧化硅電介質(zhì)層120，其具有9微米的厚度。
[0010]隔離電容器116包含二氧化硅電介質(zhì)層120上方的聚合物電介質(zhì)層112。聚合物電介質(zhì)層122也延伸穿過(guò)集成電路100。聚合物電介質(zhì)層122可為(舉例來(lái)說(shuō))已經(jīng)處理以移除殘留濕氣的聚酰亞胺、聚對(duì)苯撐苯并二惡唑(PBO)、苯并環(huán)丁烯(BCB)或聚對(duì)二甲苯聚合物(例如聚氯代對(duì)二甲苯或聚二氯對(duì)二甲苯)。聚合物電介質(zhì)層122的厚度可經(jīng)選擇以為隔離電容器116提供浪涌及瞬變保護(hù)。舉例來(lái)說(shuō)，提供免受高達(dá)10，000伏及高達(dá)5000交流(AC)均方根(rms)伏的電壓浪涌的隔離電容器116的實(shí)例可具有10微米的厚度。
[0011]隔離電容器116包含聚合物電介質(zhì)層122上方的頂板124。頂板124至少為5微米厚。頂板124可包含(舉例來(lái)說(shuō))經(jīng)蝕刻的鋁或經(jīng)電鍍的銅。接合墊126安置在頂板124 上。
[0012]集成電路100可包含聚合物電介質(zhì)層122上方的頂層互連元件128，其支撐用于低電壓信號(hào)或供應(yīng)電壓的接合墊130。頂層互連元件128可穿過(guò)通過(guò)聚合物電介質(zhì)層122及二氧化硅電介質(zhì)層120的通孔132耦合到有源組件104。
[0013]保護(hù)外涂層134安置在頂板124及聚合物電介質(zhì)層122上方，其具有用于頂板124上的接合墊126及用于低電壓信號(hào)及供應(yīng)電壓的接合墊130的開口。接合墊126及接合墊130可為支撐如圖1中展示的線接合件136的線接合墊或替代地可為支撐凸塊接合件的凸塊接合接合件。
[0014]在集成電路100的操作期間，施加到接合墊126的輸入信號(hào)穿過(guò)隔離電容器116傳輸?shù)接性唇M件104中的至少一個(gè)實(shí)例。隔離電容器116的電容可為(舉例來(lái)說(shuō))50到250毫微微法拉。形成包含二氧化硅電介質(zhì)層120上方的聚合物電介質(zhì)層122的隔離電容器116可有利地提供長(zhǎng)期可靠性且免受電壓浪涌及瞬變。
[0015]參看圖2，二氧化硅電介質(zhì)層120經(jīng)圖案化以定位到隔離電容器116，使得頂層互連元件128可穿過(guò)僅穿過(guò)聚合物電介質(zhì)層122的通孔132耦合到有源組件104。形成待定位到隔離電容器116的二氧化硅電介質(zhì)層120消除穿過(guò)二氧化硅電介質(zhì)層120的通孔且從而可有利地減少集成電路100的制造成本及復(fù)雜性。
[0016]參看圖3A，集成電路300形成于襯底302中及襯底302上，襯底302包含半導(dǎo)體材料。襯底302可為(舉例來(lái)說(shuō))單晶硅晶片、絕緣體上硅(SOI)晶片、具有不同的晶片定向區(qū)域的混合定向技術(shù)(HOT)晶片或適于制造集成電路300的其它材料。
[0017]場(chǎng)氧化物306的元件可形成在襯底302的頂表面處以橫向隔離集成電路300的組件?？?舉例來(lái)說(shuō))使用硅的局部氧化(L0C0S)過(guò)程或淺溝槽隔離(STI)過(guò)程形成場(chǎng)氧化物306。有源組件304 (例如如圖3A中展示的金屬氧化物半導(dǎo)體(M0S)晶體管304)形成于襯底302中及襯底302上。
[0018]前金屬電介質(zhì)(PMD)層338形成在有源組件304及襯底302上方。PMD層338可為(舉例來(lái)說(shuō))包含通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積的10到100納米厚的氮化硅或二氧化硅PMD襯層的電介質(zhì)層堆疊、二氧化硅層、通常由PECVD沉積的100到1000納米厚的由化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過(guò)程進(jìn)行平整的磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)及通常10到100納米的硬材料(例如氮化硅、碳化硅氮化物或碳化硅)的任選的PMD蓋層。
[0019]穿過(guò)PMD層338形成接觸件314以電連接到有源組件304?？?舉例來(lái)說(shuō))通過(guò)以下方式形成接觸件314:使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)過(guò)程穿過(guò)PMD層338蝕刻接觸孔以暴露襯底302 ;分別使用濺射過(guò)程及原子層沉積(ALD)過(guò)程形成鈦及氮化鈦的襯層；使用CVD過(guò)程在所述襯層上形成鎢層以填充所述接觸孔；及使用回蝕及/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過(guò)程從PMD層338的頂表面移除所述鎢及襯層。
[0020]第一金屬層級(jí)308中的金屬互連件形成在PMD層338上方，從而電連接到接觸件314?？赏ㄟ^(guò)以下方式使用鋁金屬化過(guò)程形成第一金屬層級(jí)308中的金屬互連件:在所述接觸件及所述PMD層上形成粘合金屬層(例如鈦鎢或氮化鈦)；在粘合金屬層上形成經(jīng)濺射的鋁(例如具有很少量的鈦、銅及/或硅的鋁)層；及(可能)在經(jīng)濺射的鋁層上形成任選的抗反射金屬(例如氮化鈦)層。蝕刻掩模形成在抗反射金屬層上方以覆蓋用于金屬互連件的區(qū)域。蝕刻掩?？砂晒饪踢^(guò)程形成的光刻膠或可包含無(wú)機(jī)硬掩模材料。RIE過(guò)程移除抗反射金屬層、經(jīng)濺射的鋁層及由蝕刻掩模暴露的粘合金屬層，從而留下如圖3A中所展示的金屬互連件。
[0021]替代地，可使用通過(guò)在PMD層338之上形成第一金屬層間電介質(zhì)(Π?)層且蝕刻MD層中的溝槽(通常深度在50到150納米之間)的銅鑲嵌過(guò)程形成第一金屬層308中的金屬互連件。通常通過(guò)物理氣相沉積、原子層沉積或化學(xué)氣相沉積在溝槽的底部及側(cè)上形成襯層金屬層(例如氮化鉭)。通常通過(guò)濺射在所述襯層金屬上形成銅籽晶層。通常通過(guò)電鍍隨后使溝槽填充有銅。通過(guò)CMP及蝕刻過(guò)程從頂D層的頂表面移除銅及襯層金屬?gòu)亩粝聹喜壑械你~及襯層金屬。
[0022]層間電介質(zhì)(ILD)層340形成在第一金屬層308中的金屬互連件上方。ILD層340可包含(舉例來(lái)說(shuō))由使用正硅酸乙酯(也被稱為四乙氧基硅烷或TE0S)的離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)過(guò)程形成的二氧化硅。
[0023]穿過(guò)ILD層340形成通孔312以使電連接到第一金屬層308中的金屬互連件?？?舉例來(lái)說(shuō))通過(guò)以下方式形成通孔312:使用RIE過(guò)程蝕刻穿過(guò)ILD層340的通路孔以暴露第一金屬層308中的金屬互連件；形成鈦及/或氮化鈦的襯層；使用CVD過(guò)程在襯層上形成鎢層以填充通路孔；及使用回蝕及/或CMP過(guò)程從ILD層340的頂表面移除鎢及襯層。
[0024]互連金屬層342形成在ILD層340上方?；ミB金屬層342可包含(舉例來(lái)說(shuō))10到50納米的鈦鎢或鈦的粘合金屬層、在所述粘合金屬層上的200到1000納米厚的經(jīng)濺射的鋁層及(可能)在所述經(jīng)濺射的鋁層上的20到50納米厚任選的氮化鈦防反射金屬層。
[0025]互連蝕刻掩模344形成在互聯(lián)金屬層342上方以覆蓋用于第二金屬層中的金屬互連件的區(qū)域?；ミB蝕刻掩模344可包含由光刻過(guò)程形成的光刻膠。
[0026]參看圖3B，互連金屬蝕刻過(guò)程從由互連蝕刻掩模344暴露的區(qū)域中的圖3A的互連金屬層342移除金屬以留下第二金屬層310的金屬互連件及隔離電容器316的底板318?；ミB金屬蝕刻過(guò)程可包含使用氯氣的RIE過(guò)程或可包含使用磷酸、乙酸及硝酸的水混合物的濕式蝕刻(通常被稱為鋁浸出蝕刻)。在互連金屬蝕刻過(guò)程完成之后移除互連蝕刻掩模344。
[0027]參看圖3C，頂D層346形成在第二金屬層310的金屬互連件與底板318之間的ILD層340上方。頂D層346可包含(舉例來(lái)說(shuō))通過(guò)甲基倍半硅氧烷(MSQ)的熱分解形成的二氧化硅。
[0028]二氧化