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TWI524395B - 背側金屬氧化物金屬／金屬絕緣體金屬設備 - Google Patents

背側金屬氧化物金屬／金屬絕緣體金屬設備 Download PDF

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TWI524395B
TWI524395B TW102105960A TW102105960A TWI524395B TW I524395 B TWI524395 B TW I524395B TW 102105960 A TW102105960 A TW 102105960A TW 102105960 A TW102105960 A TW 102105960A TW I524395 B TWI524395 B TW I524395B
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林業漢
袁少寧
施厚有
葛欣安
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格羅方德半導體私人有限公司
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Description

背側金屬氧化物金屬/金屬絕緣體金屬設備
本發明涉及利用金屬-氧化物-金屬(metal-oxide-metal，MOM)及/或金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal，MIM)的電容器(或電路系統)的設備。本發明尤其可應用至半導體製造技術中的MOM/MIM設備。
通常來說，設計者將增加用於MOM/MIM設備佈線的晶片面積，以使MIM/MOM設備在其電路或應用中實現較高電容。然而，使用較大MOM/MIM佈線可導致整體晶片尺寸增加，因而具有較高的製造成本。雖然亦可在製造MOM/MIM設備中利用較薄的介電層以實現較高電容，但是與使用較薄介電層相關聯的較低崩潰電壓與較高漏電的潛在問題可能導致整體電路漏電增加及電路效能與可靠度降低。
所以存在背側MOM/MIM設備與實現方法論的需求。
本發明的態樣是一種用以製造具有背側 MOM/MIM電容器的設備的方法。
本發明的另一態樣是一種具有背側MOM/MIM電容器的設備。
本發明的額外態樣與其他特徵將在後面的描述中提出，且某種程度上將在所屬技術領域的技術人員審視下列敍述後是顯而易知的或可從本發明的實行中學得。可理解與得到如同所附申請專利範圍所特別指出的本發明的優點。
根據本發明，藉由一種方法可某種程度地達到一些技術效果，該方法包含：形成基板，其具有前側與相對該前側的背側，該基板在該基板的前側上包含電路系統；以及於該基板的背側上形成MOM電容器、MIM電容器、或其結合。
本發明的態樣包含於該基板中形成矽通孔(through-silicon via，TSV)，其將該MOM電容器、該MIM電容器、或其結合連接至該基板的前側上的電路系統。在某些實施例中，該基板的前側上的電路系統可包含前側MOM電容器、前側MIM電容器、或其結合。另一態樣包含藉由形成複數個平行觸指(parallel finger)來形成該MOM電容器。在一些實施例中，可藉由例如形成複數個超厚金屬(ultra thick metal，UTM)觸指(finger)來形成該平行觸指。然而，如所提到的，同樣額外可或亦可利用任何其他合適材料(例如銅、鋁、鈦、鉭等)來形成該MOM電容器的觸指。
額外態樣包含藉由下列步驟來形成該MOM電容器：於該基板的背側上形成第一層，其包含第一組平行觸指；以及於該基板的背側上的該第一層下方形成一個或多個其他層，其包含一個或多個其他組平行觸指。其他態樣包含藉由形成包含第一組互連觸指及與該第一組互連觸指交錯的第二組互連觸指的層來形成該MOM電容器。本發明的進一步態樣包含藉由形成第一板、第二板、及在該第一板與該第二板間的介電層來形成該MIM電容器。
本發明的額外態樣是一種設備，其包含：基板，其具有前側與相對該前側的背側；電路系統，其位於該基板的前側上；以及MOM電容器、MIM電容器、或其結合，其位於該基板的背側上。
態樣包含一種設備，其具有位於該基板中的TSV，其將該MOM電容器、該MIM電容器、或其結合連接至該基板的前側上的電路系統。在某些實施例中，該基板的前側上的電路系統可包含前側MOM電容器、前側MIM電容器、或其結合。另一態樣包含具有該MOM電容器的設備，該MOM電容器包含複數個平行觸指。在一些實施例中，該平行觸指可例如包含複數個UTM觸指。然而，如所提及的，該平行觸指可包含藉由任何其他合適材料所形成的觸指。
額外態樣包含具有第一層的該MOM電容器，該第一層位於該基板的背側上，且包含第一組平行觸指；以及位於該基板的背側上的該第一層下方的一個或多 個其他層，其包含一個或多個其他組平行觸指。其他態樣包含具有層的該MOM電容器，該層包含第一組互連觸指及與該第一組互連觸指交錯的第二組互連觸指。進一步態樣包含具有第一板、第二板、及在該第一板與該第二板間的介電層的該MIM電容器。
本發明的另一態樣包含：形成基板，其具有前側與相對該前側的背側；於該基板的前側上形成電路系統；于該基板中形成TSV，其電性連接至該基板的前側上的電路系統；以及於該基板的背側上形成MOM電容器、MIM電容器、或其結合，其電性連接至該TSV。在某些實施例中，該基板的前側上的電路系統可包含前側MOM電容器、前側MIM電容器、或其結合。
進一步態樣包含藉由於該基板的背側上形成至少一層來形成該MOM電容器，各層包含複數個平行觸指。額外態樣包含藉由形成第一板、第二板、及在該第一板與該第二板間的介電層來形成該MIM電容器。其他態樣包含使用標準晶片堆疊/封裝技術將該MOM電容器、該MIM電容器、或其結合及其它電路系統、設備、或其結合封裝。
本發明的額外態樣與技術效果對於瞭解下面實施方式的所屬技術領域的技術人員將變得立即顯而易知，其中，本發明的實施例僅是以可設想實現本發明的最佳模式的說明方式來描述。將理解的是，本發明能有其他與不同的實施例，且其許多細節能在不背離本發明的情況 下在各種明顯態樣中修改。因此，附圖與說明書本質上被視為說明用，而非做為限制。
101、301、401‧‧‧基板
103、303、403‧‧‧閘極堆疊區域
105、305、405‧‧‧源極/汲極區域
107、307、407‧‧‧絕緣介電層
109、309、409‧‧‧互連層
111、311、411‧‧‧內金屬介電層
113、313、413‧‧‧接合墊
115、315、415‧‧‧鈍化層
117、417‧‧‧前側MOM電容器
119‧‧‧背側MOM電容器
119a、119b‧‧‧部分
121、321、421‧‧‧TSVs
121a、121b‧‧‧TSV
123a、123b‧‧‧層
201、201a、201b‧‧‧觸指
317‧‧‧前側MIM電容器
319、419‧‧‧背側MIM電容器
323、423‧‧‧第一板
325、425‧‧‧第二板
327、427‧‧‧介電層
本發明是在附圖的圖中以例子的方式且並非限制的方式說明，且鄉同的元件符號表示相似的元件，其中：第1圖概略說明根據本發明的實施例的具有背側MOM電容器的結構；第2圖概略說明根據本發明的實施例的背側MOM電容器的俯視圖；第3圖概略說明根據本發明的實施例的具有背側MIM電容器的結構；以及第4圖概略說明根據本發明的實施例的具有背側MIM電容器的另一結構。
在下列的描述中，為了解釋的目的，提出許多具體細節以提供例示實施例的徹底瞭解。然而，應該顯而易見的是，可在沒有這些具體細節或其等效安排的情況下實行該例示實施例。在其他的例子中，以方塊圖形式顯示衆所皆知的結構與設備，以避免不必要地模糊例示實施例。此外，除非已指出用別的方法，否則應理解使用在說明書與權利要求書中表示要素、反應條件等的量、比例與數值特性的所有數位在所有例子中是以用語“大約”來修改。
本發明是對付與解決與需要較高電容相關聯的增加晶片尺寸與較高製造成本的問題。本發明是對付與解決下列此種問題，例如，尤其是藉由形成基板且該基板的前側上具有電路系統、於該基板的相對側上形成MOM電容器、MIM電容器或其結合、以及經由藉由該基板的一個或多個TSV將該MIM及/或MOM連接至該電路系統。
第1圖概略說明根據本發明的實施例的具有背側MOM電容器的結構。第1圖所顯示的結構包含基板101且其前表面上有閘極堆疊區域103與源極/汲極區域105，該閘極堆疊區域103與源極/汲極區域105可例如組成該前側電路系統的至少部分。絕緣介電層107(例如四乙基正矽酸鹽(tetraethylorthosilicate，TEOS)氧化物)將閘極堆疊區域103和源極/汲極區域105與互連層109(例如銅、鋁等)分隔，該互連層109依序藉由內金屬介電層(inter-metal dielectric)111彼此絕緣。接合墊113(例如鋁)與鈍化層115(例如氧化物、氮化物等)位於該結構的前側的頂部。如所說明的，該結構也可包含前側MOM電容器(或MOM電路系統，例如堆疊有MOM電容器的結合)117與背側MOM電容器119(例如包含部分119a與119b)。電路系統117與背側MOM電容器119藉由TSV 121(例如TSV 121a與121b)來電性連接。可包含未連接至該背側MOM電容器119的其他TSV(為了說明方便而未圖示)，例如為了晶片封裝或堆疊(例如連接其他電路系統)的其他目的。在一些實施例中，可藉由3D封裝將該 背側MOM電容器119電性連接至其他晶片/電路以被其他晶片/電路使用。
此外，因為有較多可用背側晶片面積可指派給背側MOM電容器，所以可在不增加晶片尺寸的情況下形成較大電容器。如圖所示，該背側MOM電容器119的各層(例如層123a與123b)可數十、數百或更多倍大於該前側MOM電容器117的各層(例如在長度、寬度、厚度等方面)。因此背側MOM電容器119可實現改善的崩潰電壓與漏電效能，導致整體電路效能改善。此外，因為該MOM電容器119是在該基板101的背側上，所以該背側MOM電容器119的形成可例如區別於其他前端線(front-end-of-line，FEOL)與背端線(back-end-of-line，BEOL)製程。
第2圖概略說明根據本發明的實施例的背側MOM電容器的俯視圖。如圖所示，該MOM電容器119可例如連接至TSV 121a與121b。部分119a可包含一組觸指201a且部分119b可包含另一組觸指201b。如所指出的，在某些實施例中，該觸指201可包含UTM觸指。然而，如所提到的，該觸指201額外可或另可包含以任何其他合適材料(例如銅、鋁、鈦、鉭等)所形成的觸指。此外，所示的觸指的數量僅是例示且將根據例如包含該MOM電容器119的結構的空間、電性需求、優化等來變化，該觸指201的長度、寬度與厚度(及包含該觸指201的MOM電容器119的層)將可同上述地變化。
第3圖概略說明根據本發明的實施例的具有背側MIM電容器的結構。第3圖中的結構包含基板301、閘極堆疊區域303、源極/汲極區域305、絕緣介電層307、互連層309、內金屬介電層311、接合墊313與鈍化層315。 如所說明的，該結構也可包含藉由TSV 321電性連接的前側MIM電容器317與背側MIM電容器319。如所描述的，該背側MIM電容器可包含第一板323、第二板325與在該第一與第二板323與325間的介電層327。
相似於第1圖中的結構，可包含未連接至該背側MIM電容器319的TSV，其例如為被利用于晶片封裝或堆疊的其他目的。在一些實施例中，可藉由3D封裝將該背側MIM電容器319電性連接至其他晶片/電路以被其他晶片/電路使用。此外，因為有較多可用背側晶片面積可指派給背側MIM電容器，所以可在不增加晶片尺寸的情況下形成較大電容器。如圖所示，該背側MIM電容器319包含該第一板323、第二板325與介電層327，其為數十、數百或更多倍大於該前側MIM電容器317的對應板與介電層(例如在長度、寬度、厚度等方面)。因此背側MIM電容器319可實現改善的崩潰電壓與漏電效能，導致整體電路效能改善。此外，因為該MIM電容器319是在該基板301的背側上，所以該背側MIM電容器319的形成可例如區別於其他FEOL與BEOL製程。
第4圖概略說明根據本發明的實施例的具有背側MIM電容器的另一結構。第4圖所示的結構包含基 板401、閘極堆疊區域403、源極/汲極區域405、絕緣介電層407、互連層409、內金屬介電層411、接合墊413與鈍化層415。如所說明的，該結構也可包含藉由TSV421電性連接的前側MOM電容器417與背側MIM電容器419。如所描述的，該背側MIM電容器可包含第一板423、第二板425與在該第一與第二板423與425間的介電層427，其中，該第一板423具有大於該第二板425的面積。第4圖中的結構可例如包含如前述關於第3圖中的結構的優點。
本發明的實施例可達到許多技術效果，包含縮減晶片尺寸、降低製造成本、減少漏電及增加具有MOM及/或MIM的設備的可靠度。本發明的實施例在各種工業應用中享有效用，該應用為例如微處理器、智慧型電話、行動電話、蜂巢式手機、機上盒、DVD記錄器與播放器、車用導航、印表機與週邊設備、網路與電信裝備、遊戲系統、與數位相機。本發明因此享有在高度綜合半導體設備的任何各種型式中的工業可應用性。
在前面的描述中，本發明參照其特定例示實施例來描述。然而，將明顯的是，在不背離本發明的較廣精神與範疇的情況下，可對其做各種修改與改變，如同所提出的申請專利範圍。因此說明書與附圖視為說明用而非做為限制。應瞭解本發明能使用各種其他結合與實施例，且能在本處所表現的發明概念的範疇內做任何改變或修改。
101‧‧‧基板
103‧‧‧閘極堆疊區域
105‧‧‧源極/汲極區域
107‧‧‧絕緣介電層
109‧‧‧互連層
111‧‧‧內金屬介電層
113‧‧‧接合墊
115‧‧‧鈍化層
117‧‧‧前側MOM電容器
119a、119b‧‧‧部分
121a、121b‧‧‧TSV
123a、123b‧‧‧層

Claims (18)

  1. 一種用以形成半導體設備之方法，係包括：形成基板，係具有前側與相對該前側的背側，該基板在該基板的該前側上包含電路系統；以及於該基板的該背側上形成金屬-氧化物-金屬MOM電容器、金屬-絕緣體-金屬MIM電容器或其結合其中，該基板的該前側上的該電路系統包含前側MOM電容器、前側MIM電容器或其結合，且各該前側與該背側的電容器包括複數層；以及其中，該背側的電容器之各層尺寸係實質上地大於該前側的電容器之各層尺寸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括於該基板中形成矽通孔TSV，係將該MOM電容器、該MIM電容器或其結合連接至該基板的該前側上的該電路系統。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括藉由形成複數個平行觸指而形成該MOM電容器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，包括藉由形成複數個超厚金屬UTM觸指而形成該平行觸指。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括藉由下列步驟形成該MOM電容器：於該基板的該背側上形成第一層，該第一層係包含第一組平行觸指；以及於該基板的該背側上的該第一層下方形成一個或多個其他層，該一個或多個其他層包含一個或多個其 他組平行觸指。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括藉由形成包含第一組互連觸指及與該第一組互連觸指交錯的第二組互連觸指的層而形成該MOM電容器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括藉由形成第一板、第二板及在該第一板與該第二板間的介電層而形成該MIM電容器。
  8. 一種半導體設備，係包括：基板，係具有前側與相對該前側的背側；電路系統，係於該基板的該前側上；以及金屬-氧化物-金屬MOM電容器、金屬-絕緣體-金屬MIM電容器或其結合，係於該基板的該背側上，其中，該基板的該前側上的該電路系統包含前側MOM電容器、前側MIM電容器或其結合，且各該前側與該背側的電容器包括複數層；以及其中，該背側的電容器之各層尺寸係實質上地大於該前側的電容器之各層尺寸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體設備，包括於該基板中的矽通孔TSV，係將該MOM電容器、該MIM電容器或其結合連接至該基板的該前側上的該電路系統。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之半導體設備，其中，該MOM電容器包含複數個平行觸指。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之半導體設備，其中，該 平行觸指包含複數個超厚金屬UTM觸指。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之半導體設備，其中，該MOM電容器包括：第一層，係於該基板的該背側上，且包含第一組平行觸指；以及一個或多個其他層，係於該基板的該背側上的該第一層下方，且包含一個或多個其他組平行觸指。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之半導體設備，其中，該MOM電容器包括包含第一組互連觸指及與該第一組互連觸指交錯的第二組互連觸指的層。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之半導體設備，其中，該MIM電容器包含第一板、第二板及在該第一板與該第二板間的介電層。
  15. 一種用以形成半導體設備之方法，係包括：形成基板，該基板係具有前側與相對該前側的背側；於該基板的該前側上形成電路系統；於該基板中形成矽通孔TSV，該矽通孔TSV係電性連接至該基板的該前側上的該電路系統；以及於該基板的該背側上形成金屬-氧化物-金屬MOM電容器、金屬-絕緣體-金屬MIM電容器或其結合，並電性連接至該TSV；其中，該基板的該前側上的該電路系統包含前側MOM電容器、前側MIM電容器或其結合，且各該前側 與該背側的電容器包括複數層；以及其中，該背側的電容器之各層尺寸係實質上地大於該前側的電容器之各層尺寸。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，復包括：藉由於該基板的該背側上形成至少一層而形成該MOM電容器，各層包含複數個平行觸指。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，復包括：藉由形成第一板、第二板及在該第一板與該第二板間的介電層而形成該MIM電容器。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之方法，包括使用標準晶片堆疊/封裝技術將該MOM電容器、該MIM電容器或其結合與其它電路系統、設備或其結合封裝。
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