[发明专利]MIM电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括集成电容器的装置，设备和方法。

背景技术

集成电容器适用于汽车应用，包括汽车隔离设备，该汽车隔离设备允许不同电压域之间电信号的安全传输。用于汽车应用的设备必须强大和稳定，因为汽车服务可以是高要求的，乘客和电子设备必须得到保护，运营环境可能是恶劣的。

各种技术可以用来隔离电路，已知的有光学隔离，电感隔离和电容隔离。电容隔离，特别适合汽车服务。

更具体地，许多用于电动车和混合动力车(电驱动的车辆)的汽车应用需要高压信号隔离器，高压信号隔离器可以被集成在芯片上。该隔离器可以是单芯片或多芯片设计。本发明针对适用于这种汽车隔离应用的易于集成的高压电容器。本发明并不限于这样的应用，而是可以用在具有跨越不同电压域的电子信号的任何地方，如在海洋和航空应用中。

例如，信号电路可以在电路之间的信号路径上使用电容耦合从而彼此电位隔离。这样隔离的结果是，电路在独立的电压域中工作，该电压域通过共同的地电压电平不以彼此为参考。因此，不同的电压域之间可能会产生大的电压差。电位隔离被用于各种不同的应用中的这种不同的电压域之间发送信号。例如，可以在多个集成电路芯片中提供电位隔离，这些集成电路芯片可以位于同一封装中，或在不同的封装中。在使用电位隔离技术的集成电路之间可以传递信号。

一种电位隔离的方法是在两个电路之间的信号路径中使用电容器，从而在传输高频信号时阻止DC电压和减弱低频信号。这种电容器可以是集成电路的一部分，该电容器具有电容器极板和电容器电介质，该电容器极板形成在集成电路制造工艺的金属1至金属5(或金属6)层中，该电容器电介质形成为在金属1至金属5层之间的部分绝缘级(金属1层以下的电介质不足以承受可能会遇到的高电压)。然而，在CMOS的后端，所使用的电介质对低电容进行了优化，与击穿强度相协调。

双通道，双向双模光电隔离器是已知的采用MIM电容器以提供所需的信号隔离。

由于IC制造工艺的性质，大量的电介质接口常常出现在金属1和顶部金属(例如金属5)层之间(金属层的具体数目是示例性的，应当理解，同样的问题会出现而不管所涉及的层的数量)。这种电介质接口对于具有层间电容器的设备的长期运行会产生可靠性问题。

虽然在IC设备的层内形成电容器是已知的，但是在IC制造工艺中(例如，CMOS)可能的材料和配置，意味着这样的集成电容器具有相对低的击穿电压。此外，物理空间的限制可能使其难以在制造的IC中实现具有所需的击穿电压的电容器。

例如，平行板电容器可与集成电路(IC)中的其他的电路一起实现，该实现方法是使用多个金属层的IC制造的常规方法(例如，CMOS)。术语“金属层”，可以理解为，并不需要一个完整的金属区域，相反，它包含图案化的金属的平面区域(例如，在IC中电连接各种设备的配线可以由一个或多个金属层形成，可能通过层内通孔连接)。两个电容器极板在IC的不同金属层中实现，并通过介电层隔开。所得到的平行板电容器的击穿电压部分取决于介电层的厚度。对于较高电压的应用，可以通过增加介电层的厚度以提供更大的击穿电压。但是，可以制造多厚的介电层存在限制，在一些CMOS工艺中，可以实现的最大的电介质厚度约5-10微米。对于某些应用，该厚度是不足以提供一种具备所需的击穿电压的电容器用于符合要求的操作。

由于对于某些应用(例如汽车应用)在隔离电压域之间可能发生大的电压差，可能是数千伏瞬变的级别，因此希望增加MIM电容器的击穿电压，该MIM电容器由在隔离器设备中使用的IC制造技术制作。

发明内容

与已知的技术相比，本发明在集成电路中形成MIM电容器时，允许使用具有优化性能和较高电击穿强度的介电材料。

本发明涉及一种集成电路，具有支撑物，布置在支撑物上方的至少三个金属层，该金属层包括具有顶板的顶部金属层和具有底板的底部金属层，设置在顶板和底板之间的介电材料以形成电容器，布置在支撑物上的多个氧化物层，这些氧化物层包括顶部氧化物层，每个氧化物层分别覆盖相应的金属层。顶部氧化物层覆盖顶部金属层并具有开口，通过该开口暴露至少部分顶板。

该集成电路还可以包括覆盖顶部氧化物层的钝化层，该钝化层具有开口，通过该开口暴露部分顶板。

此外，在该集成电路中，顶部金属层是顶端的金属层以及底部金属层是CMOS N层金属结构的金属1层，N是金属层的数量。

该集成电路可以是这样的，顶部金属层是顶端的金属层以及底部金属层是BiCMOS器件结构和双极型器件结构之一的最低的金属层。