垂直布局MSM电容结构及其制作方法与流程

垂直布局msm电容结构及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及微波技术及无线通信技术领域，一种内埋集成立体平板电容结构，尤其是可应用于各类中小容值和小型化需求的半导体集成/封装结构中的一种代表金属-半导体-金属(msm)，即msm＝金属-半导体-金属的垂直电容结构，同时还要涉及一种所述msm电容的制造方法。


背景技术：

2.在当前2d/2.5d/3d集成电路/封装设计中，不同容值和封装的电容器广泛应用于去耦、旁路、隔直、谐振、储能等功能环节中。现有电容形态主要包括：1)传统安装于板材或封装体表面的电解电容、钽电容、独石电容、瓷片电容等；2)安装于腔体内部便于互连或金丝键合的中小容值芯片电容；3)依托于立体堆叠/封装结构的z方向堆叠mim电容或晶圆级集成电容，如低温共烧陶瓷ltcc、高温共烧陶瓷htcc、印制电路板pcb、硅基转接板/mems堆叠、玻璃基转接板/mems堆叠等；4)垂直布局的金属-绝缘体-金属mim电容。第1)类电容形态针对于传统板级电路需求；第2)、3)和4)类电容形态主要针对于立体封装/三维集成小型化设计需求，如系统级封装sip、片上系统soc、封装天线aip等。然而相较于z方向延伸，芯片或者模块小型化的主要矛盾仍然集中在xy平面布局。相较于第1)类电容形态，第2)和3)类电容形态虽然能在中小容值应用领域一定程度上减小了平面布局所占面积，提升了小型化性能，但平板电容计算公式限制了平行金属极板/层的尺寸，造成容值扩充与小型化的必然矛盾。而第4)类金属-绝缘体-金属(mim)电容形态虽然解决了容值扩充与小型化的矛盾，但mim结构中绝缘体(i)层的制备成型势必为基于半导体的一体化三维集成技术引入额外的工艺和风险。因此，如何在保证不引入额外材料、制备工艺和风险的前提下，有效缩减电容xy平面布局尺寸，进而满足电路小型化和一体化高性能集成设计需求，成为当前亟待突破的关键技术。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单的垂直布局金属-半导体-金属msm电容结构，该电容结构可以有效缩减xy平面尺寸布局，中间半导体介质在兼容现有一体化三维集成工艺的基础上，可保持电容的高精度设计需求。为此，本发明同时还涉及一种如下所述金属-半导体-金属msm电容结构的制备方法。
4.本发明的上述目的可以通过以下措施来得到，一种垂直布局msm电容结构，包括：多层半导体介质基板堆叠结构，紧贴在半导体介质基板表面，与电容极板非连通的金属层g1，g2，g1和g2可为任意形状金属面，彼此可连通也可非连通。其特征在于：半导体介质基板特定位置制有垂直其表面，且被介质隔墙s1分隔的两个扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽，所述介质隔墙s1构成电容的介质层；两个相互平行的矩形通槽、盲槽或者埋槽镶嵌有构成电容体同质外延的金属电极板p1、p2，两个金属电极板p1、p2通过半导体介质基板表面刻蚀的金属层微带连线，向介质隔墙s1两端延伸，形成一个从msm电容引出端l1和l2引出的电极结
构，其中l1和l2可位于半导体介质层相同表面或者不同表面，从而形成垂直布局的msm电容等效电路结构。
5.一种制作所述垂直布局msm电容结构的备方法，其特征在于包括如下步骤：在所述半导体介质基板上制出相互平行的垂直布局两个扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽，并构成msm电容绝缘层的介质隔墙s1；根据垂直布局msm电容结构互连关系，在介质隔墙s1上/下金属层刻蚀电容引出端的引出微带传输线，形成所述msm电容引出端l1和l2，在所述扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽侧壁和底部沉积粘附层，并在所述扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽侧壁和底部沉积扩散阻挡层；在所述扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽侧壁和底部的扩散阻挡层上沉积种子层；在所述完成种子层沉积的凹槽内电镀填充金属，若为侧壁金属化中空凹槽，则不进行所述电镀填充操作。
6.本发明相比于现有技术具有如下有益效果：本发明针对实际电路/封装基板的固有形态和特征，在半导体介质基板特定位置制出垂直其表面，且被介质隔墙s1分隔的两个扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽，利用介质隔墙s1构成电容的介质层；两个相互平行的矩形通槽、盲槽或者埋槽镶嵌有构成电容体同质外延的金属电极板p1、p2，两个金属电极板p1、p2通过半导体介质基板表面刻蚀的金属层微带连线，向介质隔墙s1两端延伸引出，形成一个垂直布局msm电容结构。其在中小容值需求领域，可真正做到内埋置电容的一体化集成。尤其是，除互连金属和半导体介质基板材料外，可无需引入其他材料和工艺过程，实现降低成本和控制风险的有益目的。本同时克服了现有半导体集成/封装结构中电容无法一体化三维集成且有效缩减xy方向布局尺寸的问题。
附图说明
7.图1是本发明的一种垂直布局msm电容结构的主视图；图2是图1的俯视图；图3是本发明针对盲槽平板的垂直布局电容结构示意图；图4是单一电容串联互连结构示意图；图5是单一电容并联互连结构示意图；图6是双电容串联互连结构示意图；图7是双电容并联互连结构示意图；图8是本发明msm电容结构实施例5的多层堆叠结构示意图。
8.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白以下，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
具体实施方式
9.参阅图1、图2。在以下描述的示意性优选实施例中，一种垂直布局msm电容结构，包括：多层半导体介质基板堆叠结构，紧贴在半导体介质基板表面，与电容极板非连通的金属层g1，g2，g1和g2可为任意形状金属面，彼此可连通也可非连通。半导体介质基板特定位置制有垂直其表面，且被介质隔墙s1分隔的两个扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽，所述介质隔墙s1构成电容的介质层；两个相互平行的矩形通槽、盲槽或者埋槽镶嵌有构成电容体同质
外延的金属电极板p1、p2，两个金属电极板p1、p2通过半导体介质基板表面刻蚀的金属层微带连线，向介质隔墙s1两端延伸，形成一个从msm电容引出端l1和l2引出的电极结构，其中l1和l2可位于半导体介质层相同表面或者不同表面，从而形成垂直布局的msm电容等效电路结构。
10.在可选的实施例中，实施例1：垂直msm电容体结构两个扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽为相互平行关系，扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽侧壁可以是金属化的中空结构，也可以是金属全填充的实心结构。介质隔墙s1可以是夹于两个扁平金属化通槽、盲槽或者埋槽且紧邻侧壁之间的半导体介质层，该半导体介质层与所处半导体介质基板为同质材料，且一体化连通电容引出端。l1和l2可以为微带线，带状线、共面波导等传输线形式。与电容极板非连通的金属层g1和g2可以用作地或者它用。
11.实施例2：参阅图3。本实施例与实施例1的区别在于，两个相互平行的凹槽为埋槽，既其中一端未延伸与金属层连通。该实施例与实施例1的工艺步骤区别在于，可省去采用背面化学机械抛光cmp工艺进行埋槽到通槽转换这项工艺步骤。
12.实施例3：图4、图5是所述垂直金属-半导体-金属msm电容结构在实际电路中串联接入和并联接入的前视示意图，即作为该电容结构实际布局用法的一种展示。串联接入方式特征在于，同实施例1所示，两电容引出端分别接于两平行金属极板凹槽，两引出端可以位于同一金属层，也可位于上下不同金属层，地端与两平行金属极板凹槽非连通。并联接入方式特征在于，两电容引出端均接于其中一个平行金属极板凹槽，两引出端可以位于同一金属层，也可位于上下不同金属层，另一平行金属极板凹槽接于地端。该实施例为单个垂直金属-半导体-金属msm电容在实际电路中起隔直、滤波、谐振等功能的布局作出示例。
13.实施例4：图6、图7是所述两个垂直金属-半导体-金属msm电容结构在实际电路中串联互接的前视示意图和并联互接的俯视示意图，即作为该电容结构实际布局用法的一种展示。串联互接方式的特征在于，两个电容各提供一个平行金属极板凹槽，并通过传输结构实现相互连通，起相互连通作用的传输结构可位于凹槽极板顶部金属层，也可位于凹槽极板底部金属层；两引出端接于各自剩余平行金属极板凹槽，可以位于同一金属层，也可位于上下不同金属层。并联互接方式的特征在于，两个电容各提供一个平行金属极板凹槽，并通过传输结构实现相互连通，起相互连通作用的传输结构可位于凹槽极板顶部金属层，也可位于凹槽极板底部金属层；两引出端分别接于各自已相互连通的平行金属极板凹槽，两引出端可以位于同一金属层，也可位于上下不同金属层。该实施例为两个或多个垂直金属-半导体-金属msm电容在实际电路中起多级滤波、并联谐振等功能的布局作出示例。
14.实施例5：图8是所述垂直金属-半导体-金属msm电容结构在实际多层半导体介质堆叠结构中的布局前视示意图，即作为该电容结构实际布局用法的一种展示。该实施例中的电容结构可以是实施例1-4中的任意结构布局和引出形式，也可以是实施例1-4中任意电容结构的相互组合形式。各单层结构可通过直接键合或者间接键合的形式完成堆叠，上下堆叠层数
(n1≥0或者n2≥0，且取整数)，堆叠方法包含但不限于热压键合、共晶键合、固液扩散键合等键合工艺。该实施例为垂直金属-半导体-金属msm电容结构在实际集成封装设计结构中的形态布局作出示例。
15.以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的阐述说明，但并不用以构成限制对本发明的限制。在不脱离本发明的原理、精神和原则情况下，本领域相关人员所做的任何修改、等同替换、变形和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。