[发明专利]一种采用硅通孔构成的三维集成电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于面向集成电路应用的三维集成电容器领域，具体涉及一种采用硅通孔构成的三维集成电容器及其制造方法。

背景技术

集成电容器被广泛应用于模拟集成电路、模/数混合集成电路和射频/微波电路，其是现代通信系统中各类电路的重要组成部分。在模拟集成电路中，集成电容器可实现电路滤波、偏置、补偿等功能；在模数混合集成电路中，集成电容器可实现匹配、采样、电荷转换和分配等功能；在射频和微波电路中，集成电容器是构成滤波器等功能单元的常用元件。集成电容器的质量、可靠性、电容密度，直接影响着电路系统的性能、体积。但是，现有的集成电容器通常都是由二维结构的平板电容构成，存在电容密度小、尺寸大、寄生效应明显等缺点，人们对高性能、大电容密度的集成电容器的需求日益迫切。

硅通孔采用穿透硅衬底的三维结构，大幅提高了电路的集成度，提高了电路系统的质量和性能，近年来得到了较大发展，工艺技术也日渐成熟，为集成电容器的设计和制造提供了新的方法。因此，本发明专利的驱动力在于提供一种采用硅通孔构成三维集成电容的结构和制造方法，以满足日益发展的现代通信系统对集成电容器的要求。

发明内容

发明目的：本发明的第一个目的在于公开了一种采用硅通孔构成的三维集成电容器。其大幅提高了集成电容器的质量和电容密度，可广泛用于模拟集成电路、模/数混合集成电路和射频/微波电路。本发明的第二个目的在于公开了一种采用硅通孔构成的三维集成电容器的制造方法。

技术方案：一种采用硅通孔构成的三维集成电容器，包括顶层介质层、外层金属环极板、内层金属极板、顶层层间介质层、外层互连金属环、内层互连金属柱、中间层互连金属环、半导体衬底、第一介质层、第一金属环层、第二介质层、第二金属环层、第三介质层、第三金属环层、第四介质层、金属柱层、底层层间介质、外层金属环、内层金属环、底层介质、底层互连金属；

所述半导体衬底为硅衬底；

所述三维电容器的从上往下依次为顶层介质层、顶层层间介质层、半导体衬底、底层层间介质和底层介质，

所述顶层介质层设有外层金属环极板和内层金属极板，所述外层金属环极板与所述内层金属极板之间设有顶层介质层，

所述顶层层间介质层设有外层互连金属环、内层互连金属柱和中间层互连金属环，外层互连金属环、内层互连金属柱、中间层互连金属环为层间互连金属，

所述半导体衬底从外到内依次为第一介质层、第一金属环层、第二介质层、第二金属环层、第三介质层、第三金属环层、第四介质层和金属柱层，

所述底层层间介质设有外层金属环和内层金属环，所述外层金属环、所述内层金属环为层间互连金属，

所述底层介质设有底层互连金属，

所述半导体衬底将第一介质层完全包裹；

所述第一介质层将第一金属环层完全包裹；

所述第二介质层将第二金属环层完全包裹；

所述第三介质层将第三金属环层完全包裹；

所述第四介质层将金属柱层完全包裹；

所述第一金属环层和第三金属环层通过顶层介质层连接，作为三维集成电容器的上极板；

所述第二金属环层和金属柱层通过底层介质连接，作为三维集成电容器的下极板。

作为本发明中一种采用硅通孔构成的三维集成电容器的一种优选方案：所述顶层介质层为二氧化硅层或者氮化硅层或者氮氧化硅层。其用于电学隔离外层金属环极板和内层金属级板。

作为本发明中一种采用硅通孔构成的三维集成电容器的一种优选方案：所述外层金属环极板和内层金属级板为铜环或铝环。其作为电容器的两个极板的引出电极。

作为本发明中一种采用硅通孔构成的三维集成电容器的一种优选方案：所述顶层层间介质层为二氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层。其用于外层互连金属环、内层互连金属柱、中间层互连金属环之间的电学隔离。

作为本发明中一种采用硅通孔构成的三维集成电容器的一种优选方案：外层互连金属环为铜环或铝环，内层互连金属柱为铜环或铝环，中间层互连金属环为铜环或铝环。其用于实现上下金属之间的电学连接。

作为本发明中一种采用硅通孔构成的三维集成电容器的一种优选方案：所述第一介质层为二氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层；所述第二介质层为二氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层；所述第三介质层为二氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层；所述第四介质层为二氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层。