[发明专利]一种沟道式电容器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子器件领域，特别涉及一种基于半导体PN结的沟道式电容器的制作方法。

背景技术

随着人们对电子产品的要求向小型化，多功能，环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多，越来越强。由此产生了许多新技术，新材料，新设计。例如系统级芯片(System-on-Chip，SOC)，以及与本发明密切相关的系统级封装(System-in-Package SiP，System-on-Package SoP)等技术就是这些技术的典型代表。而电容的集成，即埋入电容则是实现SOP的关键技术之一。这归因于埋入电容相较于贴片电容有着非常显著的优点，即埋入电容有更小的寄生电感和电阻，这意味着其可以应用于高频高速电子系统。

退耦电容器广泛地用于各种电子系统中，它一般连接于电子系统中的供电网络中的电源与地之间，利用电容频率越高阻抗越小的原理，将电源网络中的高频噪声减少，从而对电源网络中的噪声起到抑制作用。实际应用中，由于电容器固有的寄生电感和电阻，任何一种电容器都不可能做到从低频到高频的全频段退耦。一般来说，电容器容值越大，对低频退耦效果就越好，但是体积就越大，寄生电感和电阻也越大，对高频的退耦效果就越差；电容器容值越小，体积就越小，寄生电感和电阻就越小，因此可用于高频，但由于容值小，低频退耦效果差。所以一般是将多个不同容值的电容器并联起来，大容值电容器对低频分量退耦，小容值电容器对高频分量退耦。这种解决方案对电子系统空间没有限制时是可行的，但对电子系统空间有严格限制时就不可行。显然，最理想的情况是一个电容器具有大的容值和小的寄生电感与电阻。因为寄生电感和电阻与体积成正比，体积越大，寄生电感与电阻就越大。所以另一个说法是，最理想的退耦电容器是具有最小的体积和最大的容值。现在用于中频退耦(500MHz到几个GHz之间)的退耦电容器一般为多层陶瓷表面贴装电容器(MLCC)，尺寸为0201(0.6×0.3×0.3毫米)或0402(1.0×0.5×0.5毫米)。它是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层(外电极)，从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。该贴片电容器仍然需要通过引线与电路连接，增加了寄生参数对性能的影响。目前，在SOP领域中，有越来越多的发明与研究涉及到埋入电容，各国学者及相关机构也在此方面投入了大量的人力物力。至今为止，常见的埋入电容的应用有如下几种形式：层压式多芯片组件(MCM-L)、陶瓷式多芯片组件(MCM-C)、沉积式多芯片组件(MCM-D)。但迄今为止，基于金属-绝缘层-金属(MIM)结构，尤其硅基上的埋入电容的电容密度其典型值为0.7～0.9nF/mm²，此电容密度是低值应用的理想选择，例如射频中阻抗匹配。但由于其电容密度小这一局限性，很难用于诸如射频下的退耦等问题，难以满足1～100nF电容量的要求。沟道式电容的出现就是为了增加有效电容面积，如上海宏利半导体制造有限公司金平中等人在“沟道式金属-绝缘层-金属电容结构与其形成方法”(专利号：CN 1700408)中使用了沟道方法增加有效的面积利用率与比电容值，台湾茂德科技股份有限公司李岳川等人在“形成沟道电容于衬底的方法及沟道电容”(专利号：CN 1862764A)以及华邦电子股份有限公司施本成在“包含沟道式电容的半导体装置及其制造方法”(专利号：1447437)中也对MIM结构式沟道电容的制作工艺也有详细的描述。Arkansas大学的Leonard等人甚至将电容制备成了MIMIMI...M结构如图1所示，以此来增大电容的密度。一般的硅基沟道式电容仍然采用了MIM结构，即以n+型的多晶硅为下极板，通过低压化学气相衬底等方法沉积SiNx等材料作为介质层，再利用蒸发方法淀积Ti/Al等金属作为电容上极板。此种方法工序复杂，需多次光刻、LPCVD生长多晶硅及介质层，且在报道中没有对高频性能的描述。

本发明利用半导体PN结电容的概念，避免传统的MIM结构，同样采用沟道电容能够增大有效电容面积，在保证较大电容密度的同时减少所需工序以及增强其高频性能，设计并制造了在2.5GHz下电容密度大于2nF/mm²的沟道电容。并且由于PN结具有反向击穿时反向电压在一定范围内不随击穿电流变化的特点，本发明的电容器与其他电容器的另一重要区别是可以减小或防止静电、电涌等对电路系统的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题