一种高可靠性通孔电容和制作方法

摘要

本发明公开了一种高可靠性通孔电容和制作方法，通孔电容包括：衬底；位于衬底上方的电容结构；背面通孔，开设于所述衬底背面，所述背面通孔的向上投影位于非电容结构区域。本发明将原本开在电容结构下方的背面通孔调整至开在电容结构旁边(非电容结构区域)，此种结构极大的提高了电容可靠性：(1)不会因为通孔刻蚀工艺和聚合物清洗工艺等而导致电容失效；(2)不会因为贴片时焊料扩散而导致电容失效；(3)原本被背面通孔占据的面积现在被有效利用起来，极大增加了电容面积，节约成本。形成的通孔电容具有电容密度高、散热性好、可靠性高、寄生电感小等特性。

权利要求

1.一种高可靠性通孔电容，其特征在于：包括：衬底；

位于衬底上方的电容结构；

背面通孔，开设于所述衬底背面，所述背面通孔的向上投影位于非电容结构区域；

所述电容结构包括：

下极板，位于所述衬底上；

上级板，部分的布局于下极板上方；

介质层，位于所述下极板和上级板之间；

所述背面通孔的向上投影存在下极板且不存在所述上级板。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性通孔电容，其特征在于：所述电容结构还包括：背面金属，位于衬底背面和所述背面通孔上，用于连通背面通孔和上级板、或连通背面通孔和下极板。

3.根据权利要求1所述的一种高可靠性通孔电容，其特征在于：所述上级板包括一层上级板，所述电容结构为MIM电容。

4.根据权利要求1所述的一种高可靠性通孔电容，其特征在于：所述上级板包括多层上级板，所述电容结构为stack电容。

5.根据权利要求1所述的一种高可靠性通孔电容，其特征在于：所述通孔电容还包括：第一焊盘，所述上级板形成空气桥结构与所述第一焊盘连接；

第二焊盘，所述下极板延伸与所述第二焊盘连接。

6.根据权利要求1所述的一种高可靠性通孔电容，其特征在于：所述下极板由下至上分别为Ti/X/Au/Ti，其中X包括Ni、Pt、Mo、Ti或没有。

7.根据权利要求1所述的一种高可靠性通孔电容，其特征在于：所述上级板由下至上分别为Ti/Au。

8.根据权利要求1所述的一种高可靠性通孔电容，其特征在于：所述介质层为SiNx。

9.如权利要求1～8中任意一项所述的一种高可靠性通孔电容的制作方法，其特征在于：包括正面工艺加工步骤和背面工艺加工步骤，所述正面工艺加工步骤包括以下子步骤：S11：在衬底上，通过光阻、曝光、显影形成第一层金属光刻图形；

S12：使用真空蒸镀法形成金属层；

S13：用金属剥离工艺进行金属剥离，得到下极板；

S14：使用等离子体化学气相沉积法进行介质层薄膜沉积；

S15：通过光阻、曝光、显影形成中间介质层光刻图形；

S16：使用干法刻蚀去除无光阻覆盖的图形区域；

S17：去除光刻胶；

S18：通过光阻、曝光、显影形成第二层金属光刻图形；

S19：使用真空蒸镀法沉积第二层金属层；

S20：用金属剥离工艺进行金属剥离，得到上级板；

所述背面工艺加工步骤包括以下子步骤：S21：通过光阻、曝光、显影形成背面通孔光刻图形；

S22：使用干法刻蚀去除无光阻覆盖的图形区域；

S23：去除光刻胶；

S24：溅射背面种子层；

S25：使用电镀工艺制作通孔背面金属；

S26：通过光阻、曝光、显影形成背金层光刻图形；

S27：使用湿法刻蚀去除无光刻胶覆盖的金属区域，留下的区域为背金图形；

S28：去除光刻胶。

说明书

一种高可靠性通孔电容和制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体生产领域，尤其涉及一种高可靠性通孔电容和制作方法。

背景技术

[0002] 电容是电容元件(电容器)的简称，以储存电荷为其特征，因此具有储存电场能量的功能。常见的电容类型有电解电容、陶瓷电容、钽电容等。电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用，能让交流电通过。其应用范围主要有以下几类：第一，在电路中用来作滤波电路：去耦、滤波、傍路；在前后级之间用来作耦合元件；第二，与电感组成LC谐振回路，与电阻组成RC移相电路、延时电路；第三，在单相交流电动机中用来移相，以产生旋转磁场。

[0003] 目前带背面通孔的电容结构2为背面通孔3开在电容区域的下方，如图1(电容截面图)和图2(电容俯视图)所示。但是该结构存在以下问题：(1)上述结构类型的电容较容易失效，尤其是在ICP过刻蚀较重时，去聚合物清洗时某些溶液较容易渗入到正面电容区域，导致电容失效；(2)在贴片时，焊料也较容易扩散到正面电容区域从而导致电容失效；(3)另外本身电容及背面通孔面积均很大，此种电容结构的背面通孔占据了一部分电容面积，未使电容面积利用最大化。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高可靠性通孔电容和制作方法。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0006] 本发明的第一方面，提供一种高可靠性通孔电容，包括：

[0007] 衬底；

[0008] 位于衬底上方的电容结构；

[0009] 背面通孔，开设于所述衬底背面，所述背面通孔的向上投影位于非电容结构区域。

[0010] 进一步地，所述电容结构包括：

[0011] 下极板，位于所述衬底上；

[0012] 上级板，部分的布局于下极板上方；

[0013] 介质层，位于所述下极板和上级板之间；

[0014] 所述背面通孔的向上投影存在下极板且不存在所述上级板。

[0015] 进一步地，所述电容结构还包括：

[0016] 背面金属，位于衬底背面和所述背面通孔上，用于连通背面通孔和上级板、或连通背面通孔和下极板。

[0017] 进一步地，所述上级板包括一层上级板，所述电容结构为MIM电容。

[0018] 进一步地，所述上级板包括多层上级板，所述电容结构为stack电容。

[0019] 进一步地，所述通孔电容还包括：

[0020] 第一焊盘，所述上级板形成空气桥结构与所述第一焊盘连接；

[0021] 第二焊盘，所述下极板延伸与所述第二焊盘连接。

[0022] 进一步地，所述下极板由下至上分别为Ti/X/Au/Ti，其中X包括Ni、Pt、Mo、Ti或没有。

[0023] 进一步地，所述上级板由下至上分别为Ti/Au。

[0024] 进一步地，所述介质层为SiNx。

[0025] 本发明的第二方面，提供如所述的一种高可靠性通孔电容的制作方法，包括正面工艺加工步骤和背面工艺加工步骤，所述正面工艺加工步骤包括以下子步骤：

[0026] S11：在衬底上，通过光阻、曝光、显影形成第一层金属光刻图形；

[0027] S12：使用真空蒸镀法形成金属层；

[0028] S13：用金属剥离工艺进行金属剥离，得到下极板；

[0029] S14：使用等离子体化学气相沉积法进行介质层薄膜沉积；

[0030] S15：通过光阻、曝光、显影形成中间介质层光刻图形；

[0031] S16：使用干法刻蚀去除无光阻覆盖的图形区域；

[0032] S17：去除光刻胶；

[0033] S18：通过光阻、曝光、显影形成第二层金属光刻图形；

[0034] S19：使用真空蒸镀法沉积第二层金属层；

[0035] S20：用金属剥离工艺进行金属剥离，得到上级板；

[0036] 所述背面工艺加工步骤包括以下子步骤：

[0037] S21：通过光阻、曝光、显影形成背面通孔光刻图形；

[0038] S22：使用干法刻蚀去除无光阻覆盖的图形区域；

[0039] S23：去除光刻胶；

[0040] S24：溅射背面种子层；

[0041] S25：使用电镀工艺制作通孔背面金属；

[0042] S26：通过光阻、曝光、显影形成背金层光刻图形；

[0043] S27：使用湿法刻蚀去除无光刻胶覆盖的金属区域，留下的区域为背金图形；

[0044] S28：去除光刻胶。

[0045] 本发明的有益效果是：

[0046] (1)在本发明的一示例性实施例中，原本开在电容结构下方的背面通孔调整至开在电容结构旁边(非电容结构区域)，此种结构极大的提高了电容可靠性：(1)不会因为通孔刻蚀工艺和聚合物清洗工艺等而导致电容失效；(2)不会因为贴片时焊料扩散而导致电容失效；(3)原本被背面通孔占据的面积现在被有效利用起来，极大增加了电容面积，节约成本。形成的通孔电容具有电容密度高、散热性好、可靠性高、寄生电感小等特性。

[0047] (2)在本发明的又一示例性实施例中，公开了电容结构的具体实现方式，其采用的结构即在电极板之间具有介质层；同时，对于背面通孔的位置，其位于非电容结构区域，具体为向上投影存在下极板且不存在所述上级板的位置。

[0048] (3)在本发明的又一示例性实施例中，背面金属用于连通背面通孔和上级板、或连通背面通孔和下极板。

[0049] (4)在本发明的又一示例性实施例中，所述电容包括仅有上下两层金属极板的MIM电容，也包括含有三层或更多金属极板的stack电容。即可适用于多种结构的电容。

[0050] (5)在本发明的又一示例性实施例中，公开了高可靠性通孔电容的制作方法。

附图说明

[0051] 图1为现有技术中电容结构的结构剖视图；

[0052] 图2为现有技术中电容结构的结构俯视图；

[0053] 图3为本发明一示例性实施例中提供的电容结构的结构剖视图；

[0054] 图4为本发明一示例性实施例中提供的电容结构的结构俯视图；

[0055] 图5为本发明一示例性实施例中提供的制作方法的流程图

[0056] 图中，1‑衬底，2‑电容结构，201‑下极板，202‑上极板，203‑介质层，201‑空气桥结构，2’‑非电容结构，3‑背面通孔，4‑背面金属，5‑第一焊盘，6‑第二焊盘。

具体实施方式

[0057] 下下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0058] 在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0059] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0060] 在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

[0061] 应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0062] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0063] 参见图3，图3示出了本发明的一示例性实施例中的提供一种高可靠性通孔电容，包括：

[0064] 衬底1；

[0065] 位于衬底1上方的电容结构2；

[0066] 背面通孔3，开设于所述衬底1背面，所述背面通孔3的向上投影位于非电容结构2’区域。

[0067] 具体地，在该示例性实施例中，将如图1中原本开在电容结构2下方的背面通孔3调整至开在电容结构旁边(非电容结构2’区域)，此种结构极大的提高了电容可靠性：(1)不会因为背面通孔刻蚀工艺较重时导致阻挡金属层被刻蚀严重，因此在进行背面通孔内聚合物清洗时因冲洗压力过大而导致背孔失效从而导致电容失效；(2)不会因为增项测试或封装贴片时焊料扩散导致背孔失效从而引起电容失效的情况；(3)原本被背面通孔3占据的面积现在被有效利用起来，原本200pF的电容现在只需要更小的面积就能达到，极大节约成本。形成的通孔电容具有电容密度高、散热性好、可靠性高、寄生电感小等特性。

[0068] 更优地，在一示例性实施例中，如图3和图4所示，所述电容结构2包括：

[0069] 下极板201，位于所述衬底1上；

[0070] 上级板202，部分的布局于下极板201上方；

[0071] 介质层203，位于所述下极板201和上级板202之间；

[0072] 所述背面通孔3的向上投影存在下极板201且不存在所述上级板202。

[0073] 具体地，在该示例性实施例中，公开了电容结构2的具体实现方式，其采用的结构即在电极板之间具有介质层203；同时，对于背面通孔3的位置，其位于非电容结构2’区域，具体为向上投影存在下极板201且不存在所述上级板202的位置。

[0074] 更优地，在一示例性实施例中，如图3和图4所示，所述电容结构2还包括：

[0075] 背面金属4，位于衬底1背面和所述背面通孔3上，用于连通背面通孔3和上级板202、或连通背面通孔3和下极板201。

[0076] 具体地，在该示例性实施例中，背面金属4用于连通背面通孔3和下级板201和上级板202。

[0077] 更优地，在一示例性实施例中，所述上级板202包括一层上级板202，所述电容结构2为MIM电容；而更优地，在一示例性实施例中，所述上级板202包括多层上级板202，所述电容结构2为stack电容。

[0078] 具体地，在该示例性实施例中，所述电容包括仅有上下两层金属极板的MIM电容，也包括含有三层或更多金属极板的stack电容。即可适用于多种结构的电容。

[0079] 更优地，在一示例性实施例中，如图4所示，所述通孔电容还包括：

[0080] 第一焊盘5，所述上级板202形成空气桥结构204与所述第一焊盘5连接，其中空气桥作用为防止测试时短路；

[0081] 第二焊盘6，所述下极板201延伸与所述第二焊盘6连接。

[0082] 在其中一示例性实施例中，第一焊盘5和第二焊盘6均为测试PAD。

[0083] 更优地，在一示例性实施例中，所述下极板201由下至上分别为Ti/X/Au/Ti，其中Ti作为增加与衬底粘附性的金属，其中X包括Ni、Pt、Mo、Ti或没有，Au作为导电层金属，最上层Ti作为增加与上层介质粘附性金属。更优地，在一示例性实施例中，所述上级板202由下至上分别为Ti/Au。更优地，在一示例性实施例中，所述介质层203为SiNx。

[0084] 本发明的又一示例性实施例中，提供如上述任一示例性实施例提供所述的一种高可靠性通孔电容的制作方法，如图5所示，包括正面工艺加工步骤和背面工艺加工步骤，所述正面工艺加工步骤包括以下子步骤：

[0085] S11：在衬底1上，通过光阻、曝光、显影形成第一层金属光刻图形；在一优选示例性实施例中，步骤S11中所述的光刻使用的光刻胶为负胶，显影后暴露出的区域为第一层金属图形(即下极板201的金属图形)。

[0086] S12：使用真空蒸镀法形成金属层；在一优选示例性实施例中，步骤S12中所述的第一层金属蒸镀，按蒸镀先后顺序分别为Ti/X/Au/Ti(钛/X/金/钛)，其中X包含但不限于Ni(镍)、Pt(铂)、Mo(钼)、Ti(钛)或无，各层金属厚度分别为Ti(30～100nm)/X(30～100nm)/Au(100～1000nm)/Ti(1～15nm)。

[0087] S13：用金属剥离工艺进行金属剥离，得到下极板201；在一优选示例性实施例中，步骤S13中所述的金属剥离，使用光刻胶脱除液去除整个晶圆上的光刻胶，非金属图形区域的金属随光刻胶的脱除而去除，仅保留无PR区域(光刻胶区域)的金属；所述光刻胶脱除液包含但不限于NMP(N‑甲基吡咯烷酮)。

[0088] S14：使用等离子体化学气相沉积法进行介质层203薄膜沉积；在一优选示例性实施例中，步骤S14中所述的介质层为SiNx约总厚度约为50～500nm。

[0089] S15：通过光阻、曝光、显影形成中间介质层203光刻图形；在一优选示例性实施例中，步骤S15中所述的光刻使用的光刻胶为正胶，显影后暴露出的区域为需开孔的图形区域。

[0090] S16：使用干法刻蚀去除无光阻覆盖的图形区域；在一优选示例性实施例中，步骤S16中所述的干法刻蚀为离子刻蚀，刻蚀气体为CxFy、SxFy不等。

[0091] S17：去除光刻胶；在一优选示例性实施例中，步骤S17中所述的PR Strip(光刻胶去除清洗机)湿法去胶，使用光刻胶脱除液去除整个晶圆上的光刻胶，所述光刻胶脱除液包含但不限于NMP(N‑甲基吡咯烷酮)。

[0092] S18：通过光阻、曝光、显影形成第二层金属光刻图形；在一优选示例性实施例中，步骤S18中所述的光刻使用的光刻胶为负胶，显影后暴露出的区域为第二层金属图形(即上极板202的金属图形)。

[0093] S19：使用真空蒸镀法沉积第二层金属层；在一优选示例性实施例中，步骤S19中所述的第二层金属蒸镀，按蒸镀先后顺序分别为Ti/Au/(钛/金)，各层金属厚度分别为Ti(30～100nm)//Au(1000～2000nm)。

[0094] S20：用金属剥离工艺进行金属剥离，得到上级板202；在一优选示例性实施例中，步骤S20中所述的金属剥离，使用光刻胶脱除液去除整个晶圆上的光刻胶，非金属图形区域的金属随光刻胶的脱除而去除，仅保留无PR区域(光刻胶区域)的金属；所述光刻胶脱除液包含但不限于NMP(N‑甲基吡咯烷酮)。

[0095] 所述背面工艺加工步骤包括以下子步骤：

[0096] S21：通过光阻、曝光、显影形成背面通孔3光刻图形；在一优选示例性实施例中，步骤S21中所述的光刻使用的光刻胶为正胶，胶厚10～20um，显影后暴露出的区域为通孔图形区域。

[0097] S22：使用干法刻蚀去除无光阻覆盖的图形区域；在一优选示例性实施例中，步骤S22中所述的干法刻蚀为离子刻蚀，刻蚀气体为Cl2，刻蚀时间为25min。

[0098] S23：去除光刻胶；在一优选示例性实施例中，步骤S23中所述的PR Strip湿法去胶，使用光刻胶脱除液去除整个晶圆上的光刻胶，所述光刻胶脱除液包含但不限于NMP(N‑甲基吡咯烷酮)。

[0099] S24：溅射背面种子层；在一优选示例性实施例中，步骤S24中所述的种子层溅射，所用Ti(50nm)/Au(100nm)。

[0100] S25：使用电镀工艺制作通孔背面金属4；在一优选示例性实施例中，步骤S25中使用电镀工艺制作通孔背金，是通过调节电流的大小来控制背金层的厚度，背金层所需厚度为4um。

[0101] S26：通过光阻、曝光、显影形成背金层光刻图形；在一优选示例性实施例中，步骤S26中所述的光刻胶为正胶，显影后暴露出的区域为需刻蚀的图形区域。

[0102] S27：使用湿法刻蚀去除无光刻胶覆盖的金属区域，留下的区域为背金图形；在一优选示例性实施例中，步骤S27种所述的湿法刻蚀背金图形，上层Au使用碘加碘化钾溶液进行刻蚀，下层Ti使用氢氟酸进行刻蚀，在稳定的etch rate条件下通过控制刻蚀时间来达到刻蚀完全的目的。

[0103] S28：去除光刻胶；在一优选示例性实施例中，步骤S28中所述的PR Strip湿法去胶，使用光刻胶脱除液去除整个晶圆上的光刻胶，所述光刻胶脱除液包含但不限于NMP(N‑甲基吡咯烷酮)。

[0104] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。