电容器晶片、半导体结构及其形成方法与流程

1.本揭露大体是关于一种电容器晶片、半导体结构及其形成方法。


背景技术：

2.导体晶深沟槽电容器用于半片中的许多应用，诸如电源稳定。深沟槽电容器可提供高电容，同时具有小的装置占地面积。


技术实现要素：

3.本揭露的一些实施方式提供一种半导体结构，其包含电容器晶片，电容器晶片包含：多个深沟槽、沟槽电容结构、导电金属基板外壳结构以及背侧金属层。多个深沟槽自基板的正面朝向基板的背面向下延伸。沟槽电容结构包含层堆叠，层堆叠包括至少两个金属电极层与至少一节点介电层交错，其中层堆叠内各个层包含上覆基板的正面的水平延伸部分及位于些深沟槽中的个别一者内的多个垂直延伸部分。导电金属基板外壳结构侧向围绕些深沟槽，且自基板的正面垂直延伸至基板的背面。背侧金属层与导电金属基板外壳结构的背面接触。
4.本揭露的另一态样，揭示一种电容器晶片，其包含：多个深沟槽、沟槽电容结构、至少一介电材料层、以及金属屏蔽结构。多个深沟槽自基板的正面朝向基板的背面向下延伸。沟槽电容结构包含层堆叠，层堆叠包括至少两个金属电极层与至少一节点介电层交错，其中层堆叠内各个层包含上覆基板的正面的水平延伸部分及位于这些深沟槽中的个别一者内的多个垂直延伸部分。至少一介电材料层，其位于基板的正面上方。金属屏蔽结构用以阻止电磁辐射冲击至沟槽电容结构中，其中金属屏蔽结构包含：侧向围绕这些深沟槽的导电金属基板外壳结构；接触基板的背面的背侧金属层；上覆至少一介电材料层的金属盖板；及金属互连外壳结构，其垂直延伸穿过金属盖板与导电金属基板外壳结构之间的至少一介电材料层。
5.本揭露的另一态样，揭示一种形成包括电容器晶片的半导体结构的方法，方法包含以下步骤：在基板中形成侧向围绕装置区域的壕沟沟槽；在壕沟沟槽中形成导电金属基板外壳结构；在基板中形成多个深沟槽；形成沟槽电容结构，沟槽电容结构包含层堆叠，层堆叠包括这些深沟槽中至少两个金属电极层与至少一节点介电层交错；通过移除基板的背侧部分来减薄基板，其中导电金属基板外壳结构的背面经物理暴露；及在基板的背面及导电金属基板外壳结构的背面上形成背侧金属层。
附图说明
6.本揭露的一实施例的态样在与随附附图一起研读时自以下详细描述内容来最佳地理解。应注意，根据行业中的标准规范，各种特征未按比例绘制。实际上，各种特征的尺寸可为了论述清楚经任意地增大或减小。
7.图1a是根据本揭露的一实施例的在电容器晶片中形成壕沟沟槽之后的例示性结
构的俯视图；
8.图1b是沿图1a的垂直平面b-b’的例示性结构的垂直横截面图；
9.图2a是根据本揭露的一实施例的导电金属基板外壳结构形成之后的例示性结构的俯视图；
10.图2b是沿图2a的垂直平面b-b’的例示性结构的垂直横截面图；
11.图3a是根据本揭露的一实施例的在基板中形成深沟槽之后的例示性结构的垂直横截面图。插图示出了例示性结构的一区域的放大视图；
12.图3b是例示性结构的一区域的沿图3a的垂直平面b-b’的垂直横截面图；
13.图4是根据本揭露的一实施例的在形成包括至少三个金属电极层与至少两个节点电介质层交错的层堆叠之后，例示性结构的一区域的垂直横截面图；
14.图5是根据本揭露的一实施例的图案化层堆叠之后的例示性结构的一周边区域的垂直横截面图；
15.图6是根据本揭露的一实施例的在形成接触层级介电层及接触通孔结构之后的例示性结构的一区域的垂直横截面图；
16.图7a是图6的处理步骤处的例示性结构的俯视图；
17.图7b是沿图7a的垂直平面b-b’的例示性结构的垂直横截面图；
18.图8a是根据本揭露的一实施例的在形成额外介电材料层、金属互连外壳结构、及金属盖板之后的例示性结构的俯视图；
19.图8b是沿图8a的垂直平面b-b’的例示性结构的垂直横截面图；
20.图9是根据本揭露的一实施例的将基板的背侧减薄之后的例示性结构的垂直横截面图。；
21.图10是根据本揭露的一实施例的在形成背侧金属层之后的例示性结构的垂直横截面图；
22.图11是根据本揭露的一实施例的在将电容器晶片附接至半导体晶片且在形成介电矩阵层之后的例示性结构的垂直横截面图；
23.图12是根据本揭露的一实施例的再分布互连组件及焊球的阵列形成之后的例示性结构的垂直横截面图；
24.图13是示出本揭露的一实施例的方法的一般处理步骤的流程图。
25.【符号说明】
26.3:壕沟沟槽
27.4:导电金属基板外壳结构
28.6:介电衬里
29.8:基板
30.9:深沟槽
31.9a:第一类深沟槽
32.9b:第二类深沟槽
33.10a:金属电极层
34.10b:金属电极层
35.15:节点介电层
36.20a:金属电极层
37.20b:金属电极层
38.30:交替层堆叠
39.32:覆盖介电材料层
40.34:介电填充材料层
41.70:第一介电层
42.80:接触通孔结构
43.80a:第一接触通孔结构
44.80b:第二接触通孔结构
45.84:接触层级金属外壳结构
46.90:额外介电材料层
47.90a:群集
48.90b:群集
49.91:第一纵向侧壁
50.92:第二纵向侧壁
51.94:互连层级外壳结构
52.96:金属盖板
53.98:金属互连结构
54.99:钝化介电层
55.110:背侧金属层
56.160:介电矩阵层
57.168:贯穿介电通孔结构
58.190a:第一金属连接结构
59.190b:第二金属连接结构
60.208:半导体基板
61.220:半导体装置
62.260:介电材料层
63.280:金属互连结构
64.300:再分布互连组件
65.360:再分布介电材料层
66.380:再分布金属互连结构
67.388:焊球
68.1000:电容器晶片
69.1310～1360:步骤
70.2000:半导体晶片
71.b-b':垂直平面
72.hd1:第一水平方向
73.hd2:第二水平方向
74.gc:
75.p1:第一周期节距
76.p2:第二周期节距
77.vp1～2:
具体实施方式
78.以下揭示内容提供了许多用于实施本揭露的不同特征的不同实施例或实例。下文描述组件及配置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且非意欲为限制性的。举例而言，在以下描述中第一特征于第二特征上方或上的形成可包括第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，且亦可包括额外特征可形成于第一特征与第二特征之间使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。此外，本揭露在各种实例中可重复参考数字及/或字母。此重复是出于简单及清楚的目的，且本身且不指明所论述的各种实施例及/或组态之间的关系。
79.此外，为了便于描述，在本文中可使用空间相对术语，诸如“在
……
下面”、“在
……
之下”、“下部”、“在
……
之上”、“上部”及类似者，来描述诸图中图示的一个元件或特征与另一(多个)元件或特征的关系。空间相对术语意欲涵盖除了诸图中所描绘的定向以外的装置在使用或操作时的不同定向。设备可另外定向(旋转90度或处于其他定向)，且本文中所使用的空间相对描述符可类似地加以相应解释。
80.本揭露的一实施例涉及半导体装置，且特别涉及电磁场屏蔽深沟槽电容结构及其形成方法。外部电磁波可在深沟槽电容器的外电极中感应电荷。这种感应电荷可导致由深沟槽电容器提供的输出电压波动。本揭露的一实施例的结构及方法可用于减少或消除此类外部电磁辐射对来自深沟槽电容器的输出电压的稳定性的不利影响，其各个态样如下所述。
81.参考图1a及图1b，示出了根据本揭露的一实施例的例示性结构。该例示性结构包括具有平面顶表面的基板8。基板8可是包括半导体材料的半导体基板，且可具有至少10微米的厚度。在一个实施例中，基板8可包括市售半导体晶圆，半导体晶圆可在形成深沟槽之后切割成半导体晶片。举例而言，基板8可包括包括单晶硅且具有500微米至1500微米范围内的厚度的半导体基板，尽管可使用更厚或更薄的基板。基板8的直径可在100毫米(mm)至450mm范围内，尽管亦可使用更小及更大的直径。可在基板8中形成半导体晶片的二维阵列。
82.壕沟沟槽3可绕各个半导体晶片的周边形成。各个壕沟沟槽3可侧向围绕装置区域，后续可在装置区域中形成电容结构。各个壕沟沟槽3可自个别半导体晶片的边界通过侧向偏移距离向内侧向偏移，半导体晶片是后续在其中形成个别沟槽电容结构的电容器晶片。壕沟沟槽3可具有一深度，该深度大于后续待形成于壕沟沟槽3的区域内的深沟槽的深度。举例而言，可在基板8的正面之上形成光阻剂层(未显示)或经图案化蚀刻遮罩层(诸如经图案化硬遮罩层)，使得沿半导体晶片的周边形成环状开口。可执行各向异性蚀刻制程以将光阻剂层或经图案化蚀刻遮罩层中的环状开口(即，环形开口)的图案转移至基板8的上部部分中。在一个实施例中，壕沟沟槽3可具有矩形框架的水平横截面形状。壕沟沟槽3的宽度(在内侧壁与外侧壁之间量测)可在0.3微米至10微米范围内，诸如1微米至5微米，尽管亦可使用更小及更大的宽度。壕沟沟槽3的深度可在5微米至30微米范围内，尽管亦可使用更小及更大的深度。
83.参考图2a及图2b，可在各个壕沟沟槽3中沉积至少一导电材料。该至少一导电材料可包括至少一金属材料及/或至少一重掺杂导电半导体材料，即，具有大于1.0x 105s/cm的导电率的半导体材料。在一个实施例中，该至少一导电材料可包括导电金属氮化物材料(诸如tin、tan、及/或wn)及金属填充材料(诸如cu、co、ru、w、mo等)。其他适合的金属氮化物材料及金属填充材料可在揭示内容的预期范畴内。举例而言，具有10纳米(nm)至100nm范围内的厚度的金属氮化物衬里可沉积于各个壕沟沟槽3中，且各个壕沟沟槽3的剩余体积可填充有金属填充材料。至少一导电材料的多余部分可通过平坦化制程(诸如化学机械平坦化(chemical mechanical planarization，cmp)制程)自包括基板8的正面的水平面之上移除。填充壕沟沟槽3的至少一导电材料的剩余部分构成导电金属基板外壳结构4。在一个实施例中，导电金属基板外壳结构4可包括、及/或基本上由至少一金属材料组成。在这个实施例中，导电金属基板外壳结构4可是金属基板外壳结构。导电金属基板外壳结构4侧向围绕、且侧向封闭基板8的上部部分的一区域。导电金属基板外壳结构4的内侧壁与外侧壁可是垂直的或呈锥形的。在导电金属基板外壳结构4的内侧壁与外侧壁呈锥形的实施例中，导电金属基板外壳结构4在包括基板8的顶表面的水平面内的宽度可大于在包括导电金属基板外壳结构4的环状底表面的水平面内的宽度。
84.参考图3a及图3b，可形成自基板8的正面朝向基板8的背面向下延伸的深沟槽9。举例而言，可在基板8的正面上形成经图案化蚀刻遮罩层。经图案化蚀刻遮罩层中的图案可转移至基板8的上部部分中。在形成经图案化蚀刻遮罩层之前，诸如氧化硅衬垫层的可选衬垫介电层(未显示)可形成于基板8的正面上，即，顶表面。在例示性实施例中，衬垫介电层可包括具有20nm至100nm范围内的厚度的氧化硅层，尽管可使用更厚或更薄的衬垫介电层。经图案化蚀刻遮罩层可包括具有200nm至600nm范围内的厚度的氮化硅层或硼硅玻璃(bsg)层，尽管不同材料及/或更小或更大厚度亦可用于可选衬垫介电层及经图案化蚀刻遮罩层。经图案化蚀刻遮罩层可通过沉积一毯覆蚀刻遮罩层来形成。接着，可在毯覆蚀刻遮罩层上方形成微影术图案化光阻剂层。微影术图案化光阻剂层中的图案可使用各向异性蚀刻制程(诸如反应离子蚀刻制程)经由毯覆蚀刻遮罩层转移。
85.可执行各向异性蚀刻制程，以经由基板8的上部部分转移经图案化蚀刻遮罩层中的图案，从而形成深沟槽9。举例而言，使用包括hbr、nf3、o2、及sf6的气体的组合物的反应离子蚀刻制程可用于形成深沟槽9。深沟槽9的深度可在2微米至20微米范围内，诸如3微米至10微米，尽管可使用更深或更浅的沟槽。各个深沟槽9的水平横截面的形状可具有圆形、椭圆形、矩形、圆角矩形、具有各种形状的内周及外周的环形、或具有界定封闭体积的任何二维形状。通常，可在基板8中形成自基板顶表面向下延伸的至少一深沟槽9。该至少一深沟槽9可包含具有大于2微米的深度的复数个深沟槽9。各个深沟槽9可形成于由个别导电金属基板外壳结构4侧向围绕的个别装置区域内。
86.在一个实施例中，深沟槽9中的各者可以一均匀宽度侧向拉长。各个深沟槽9的主要部分(诸如整个区域的50％以上)可具有一宽度，该宽度足以容纳后续待形成的所有金属电极层及至少两个节点介电层的垂直延伸部分。举例而言，各个深沟槽9的主要部分可具有一宽度，该宽度足以容纳至少三个金属电极层及至少两个节点介电层的垂直延伸部分。在说明性实例中，各个深沟槽9的主要部分可具有50nm至1000nm范围内的宽度，尽管亦可使用更小及更大的宽度。
87.在一个实施例中，第一类深沟槽9a及第二类深沟槽9b可形成至基板8的一上部部分中。第一类深沟槽9a可具有沿第一水平方向hd1侧向延伸的第一纵向侧壁91，且第二类深沟槽9b可具有沿不同于第一水平方向hd1的第二水平方向hd2侧向延伸的第二纵向侧壁92。在一个实施例中，第二水平方向hd2可垂直于第一水平方向hd1。
88.在一个实施例中，第一类深沟槽9a及第二类深沟槽9b中的各者可具有3至30范围内的长宽比。在一个实施例中，第一类深沟槽9a及第二类深沟槽9b中的各者具有10至200范围内的长宽比。在一个实施例中，第一类深沟槽9a及第二类深沟槽9b中的各者具有2微米至20微米范围内的深度。通常，深沟槽9的深度小于导电金属基板外壳结构4的高度。
89.在一个实施例中，作为第一类深沟槽9a的子集的群集90a及作为第二类深沟槽9b的子集的群集90b可沿选自第一水平方向hd1及第二水平方向hd2的至少一方向侧向交替。第二水平方向hd2可垂直于第一水平方向hd1。在一个实施例中，作为第一类深沟槽9a的子集的群集90a及作为第二类深沟槽9b的子集的群集90b可沿第一水平方向hd1且沿第二水平方向hd2侧向交替。在所示实例中，第一类深沟槽9a的一子集的各个群集可包括六个第一类深沟槽9a，且第二类深沟槽9b的一子集的各个群集可包括六个第二类深沟槽9b。
90.在一个实施例中，第一类深沟槽9a及第二类深沟槽9b可包含深沟槽9的一二维阵列，其中第一类深沟槽9a配置成一第一二维周期阵列，且第二类深沟槽9b配置成与该第一二维周期阵列交错的一第二二维周期阵列。在一个实施例中，第一二维周期阵列及第二二维周期阵列中的各者具有沿第一水平方向hd1的第一周期节距p1及沿第二水平方向hd2的第二周期节距p2。在一个实施例中，第二二维周期阵列可沿第一水平方向hd1通过第一周期节距p1的一半侧向偏移，且可沿第二水平方向hd2通过第二周期节距p2的一半侧向偏移。
91.可在形成深沟槽9的各向异性蚀刻制程之前移除光阻剂层，或可在形成深沟槽9的各向异性蚀刻制程期间消耗光阻剂层。随后可移除经图案化蚀刻遮罩层及可选介电衬垫层，举例而言，通过个别各向同性蚀刻制程，诸如湿式蚀刻制程。
92.参考图4，介电衬里6可形成于半导体基板8经物理暴露的表面上，包括半导体基板8的顶表面及深沟槽9的侧壁。介电衬里6可包括在后续待形成的深沟槽电容器与基板8之间提供电隔离的介电材料。举例而言，介电衬里6可包括氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、及/或介电金属氧化物。亦可使用揭示内容的预期范畴内的其他适合的介电衬里材料。在说明性实例中，介电衬里6可包括由包括硅的基板8的表面部分的热氧化形成的氧化硅层。介电衬里6的厚度可在4nm至100nm范围内，尽管亦可使用更小及更大的厚度。
93.金属电极层(10a、20a、10b、20b)与节点介电层15的交替层堆叠30可通过个别共形沉积制程形成。交替层堆叠30包括至少三个金属电极层(例如，10a、20a、10b、20b)与至少两个节点介电层15交错，且在半导体基板8的顶表面上方连续延伸，并进入该至少一深沟槽9中的各者中。交替层堆叠30可连续延伸至各个深沟槽9中。空腔可存在于各个深沟槽9的未填充体积中。通常，至少三个金属电极层(10a，20a、10b、20b)及至少两个节点介电层15通过个别共形沉积制程沉积。
94.金属电极层(10a、20a、10b、20b)中的各者可包括金属材料，其可包含、及/或基本上由导电金属氮化物、元素金属、或金属间合金组成。在一个实施例中，各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)包含、及/或基本上由导电金属氮化物材料组成，该材料可是金属扩散阻障材料。举例而言，各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)可包括、及/或基本上由导电金属
氮化物材料组成，诸如tin、tan、或wn。亦可使用揭示内容的预期范畴内的其他适合材料。
95.金属电极层(10a、20a、10b、20b)使用金属扩散阻障材料可是有利的，因为金属元素经由节点介电层15及/或经由介电衬里6的扩散可对深沟槽电容器造成有害影响。各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)可通过共形沉积制程(诸如化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)或原子层沉积(atomic layer deposition，ald))形成。各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)的厚度可在5nm至50nm范围内，诸如10nm至30nm，尽管亦可使用更小及更大的厚度。在一个实施例中，各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)可具有相同的材料组成及相同的厚度。在另一实施例中，各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)可具有相同的材料组成但具有不同的厚度。在又另一实施例中，各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)可具有不同的材料组成及相同的厚度。在又另一实施例中，各个金属电极层(10a、20a、10b、20b)可具有不同的材料组成及不同的厚度。
96.节点介电层15中的各者可包括一节点介电材料，其可为具有大于7.9(其为氮化硅的介电常数)的介电常数的介电金属氧化物材料，即，一「高k」介电金属氧化物材料，或可包括氮化硅。举例而言，节点介电层15可包括介电金属氧化物材料，诸如氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽、氧化镧、其合金或硅酸盐、及/或其层堆叠。在一个实施例中，节点介电层15可包括非晶氧化铝层，非晶氧化铝层可在形成接触通孔结构之后后续退火成多晶氧化铝材料。亦可使用揭示内容的预期范畴内的其他适合材料。
97.各个节点介电层15可通过共形沉积制程形成，诸如化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)或原子层沉积(atomic layer deposition，ald)。各个节点介电层15的厚度可在1nm至20nm范围内，诸如3nm至12nm，尽管亦可使用更小及更大的厚度。在一个实施例中，各个节点介电层15可具有相同的材料组成及相同的厚度。在另一实施例中，各个节点介电层15可具有相同的材料组成但具有不同的厚度。在又另一实施例中，各个节点介电层15可具有不同的材料组成及相同的厚度。在又另一实施例中，各个节点介电层15可具有不同的材料组成及不同的厚度。举例而言，在一实施例中，第一节点介电层15可薄于第二节点介电层15。
98.金属电极层(10a、20a、10b、20b)的总数可在3至16范围内，诸如自4至8。节点介电层15的总数可比金属电极层(10a、20a、10b、20b)的总数少一个。
99.虽然本揭露的一实施例使用金属电极层(10a、20a、10b、20b)与节点介电层15的交替层堆叠30包括四个金属电极层(10a、20a、10b、20b)及三个节点介电层15的实施例进行描述，但本文明确设想了多个实施例，其中可在交替层堆叠30内使用不同数目的金属电极层(10a、20a、10b、20b)及不同数目的节点介电层15。通常，交替层堆叠30可包括至少三个金属电极层(10a、20a、10b、20b)与至少两个节点介电层15交错，这些层可在形成于基板8中的至少一深沟槽9中、及上方形成。
100.金属电极层(10a、20a、10b、20b)可以沉积的次序顺序编号。举例而言，金属电极层(10a、20a、10b、20b)可包括第一金属电极层10a、第二金属电极层20a、第三金属电极层10b、第四金属电极层20b等。各个奇数编号的金属电极层(10a、10b)的经图案化部分可随后用于形成用作深沟槽电容器的主节点(即，第一节点)的主电极组件，且各个偶数编号的金属电极层(20a，20b)的经图案化部分可随后用于形成用作深沟槽电容器的互补节点(即，第二节点)的互补电极组件。金属电极层(10a、20a、10b、20b)的总数、金属电极层(10a、20a、10b、
20b)的厚度、及深沟槽9的宽度可经选择，使得各个深沟槽9的整个体积的主要部分(即，50％以上)可填充有交替层堆叠30，而不完全填充深沟槽9。
101.覆盖介电材料层32及介电填充材料层34可选择性地沉积于交替层堆叠30上方。覆盖介电材料层32可包括与节点介电层15相同的介电材料，且可具有1nm至20nm范围内的厚度，诸如3nm至12nm，尽管亦可使用更小及更大的厚度。
102.介电填充材料层34可沉积于覆盖介电材料层32上或交替层堆叠30上，以填充保留于深沟槽9中的空腔的体积。在一个实施例中，介电填充材料层34包含、及/或基本上由无掺杂硅玻璃或掺杂硅玻璃组成。
103.参考图5，可修整遮罩层可施加于介电填充材料层34上方。可修整遮罩层可经微影术图案化以覆盖深沟槽9的区域。可修整遮罩层的整个周边可位于深沟槽9的区域之外。可执行第一组蚀刻制程以蚀刻介电填充材料层34的未遮蔽部分、可选覆盖介电材料层32、及选自金属电极层(10a、10b、20a、20b)的最顶部层。第一组蚀刻制程可包括一组湿式蚀刻制程。
104.随后，可修整遮罩层可经修整以使可修整遮罩层的周边侧向凹陷，且增大未由可修整遮罩层遮蔽的区域。可执行第二组蚀刻制程以蚀刻介电填充材料层34的未遮蔽部分、可选覆盖介电材料层32、节点介电层15中的最顶部层的未遮蔽部分、及金属电极层(10a、10b、20a、20b)的未遮蔽下伏部分。
105.可修整遮罩层的修整及额外组的蚀刻制程可经重复，以为金属电极层(10a、10b、20a、20b)提供阶梯式表面。可修整遮罩层可随后例如通过灰化或通过溶解于溶剂中来移除。因此，可形成沟槽电容结构。沟槽电容结构可包括一层堆叠，该层堆叠包括至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)与至少一节点介电层15交错。层堆叠内各个层包含上覆(overly)基板8的正面的水平延伸部分及位于深沟槽9中的个别一者内的垂直延伸部分。
106.参考图6、图7a、及图7b，可在交替层堆叠(10a、10b、20a、20b)及介电填充材料层34上方沉积可平坦化介电材料或自平坦化介电材料，以形成第一介电层70，第一介电层70可是围绕连接至交替堆叠的接触层级金属结构的层(有时称为接触层级介电层70)。第一介电层70可形成于基板8的正面上方，且可具有100nm至2000nm范围内的厚度，尽管亦可使用更小及更大的厚度。
107.可穿过第一介电层70形成接触层级金属结构。接触层级金属结构可包括接触通孔结构80及接触层级金属外壳结构84。接触通孔结构80可穿过第一介电层70形成于金属电极层(10a、10b、20a、20b)中的个别一者上。该至少三个金属电极层(10a、10b、20a、20b)中的各者可通过嵌入第一介电层70内的个别接触通孔结构80来接触，接触通孔结构80上覆介电填充材料层34的水平延伸部分。接触通孔结构80可包括第一接触通孔结构80a，其接触构成深沟电容结构的第一节点的至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集；及第二接触通孔结构80b，其接触构成深沟电容结构的第二节点的至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集。
108.接触层级金属结构可包括接触层级金属外壳结构84，其可为具有一般环形且垂直延伸穿过第一介电层70的单一连续通孔结构。在一个实施例中，接触层级金属外壳结构84可接触导电金属基板外壳结构4的环状顶表面。接触层级金属外壳结构84可侧向围绕接触通孔结构80。
109.参考图8a及图8b，额外介电材料层90及额外金属互连结构98可形成于第一介电层70及接触层级金属结构(接触通孔结构80、接触层级金属外壳结构84)上方。额外介电材料层90可包括至少一接线层级介电材料层及/或至少一通孔层级介电材料层。额外金属互连结构98可包括电连接至该至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)中的个别一者的金属接线结构及金属通孔结构。
110.在一个实施例中，金属互连结构98可包括电连接至该至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集且嵌入于额外介电材料层90中的第一电极互连结构，以及电连接至该至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集且嵌入于介电材料层中的第二电极互连结构。在一个实施例中，第一电极互连结构包含在金属互连结构98的最顶层级处形成的第一金属接合垫、及在金属互连结构98的最顶层级处形成的第二金属接合垫。
111.根据本揭露的一实施例的一态样，互连层级外壳结构94可在与金属互连结构98相同的层级处形成。互连层级外壳结构94可包括至少一接线层级外壳结构及/或至少一通孔层级外壳结构。至少一接线层级外壳结构及/或至少一通孔层级外壳结构中的各者具有管状组态，且接触接触层级金属外壳结构84的环状顶表面或选自至少一接线层级外壳结构及/或至少一通孔层级外壳结构中的个别下伏一者的环状顶表面。
112.接触层级金属外壳结构84与互连层级外壳结构94的组合构成侧向围绕金属互连结构(接触通孔结构80、金属互连结构98)的金属互连外壳结构。金属互连外壳结构自包括基板8的正面的水平面垂直延伸至包括额外介电材料层90的顶表面的水平面。金属互连外壳结构接触导电金属基板外壳结构4的环状顶表面。
113.金属盖板96可在额外介电材料层90的最顶层级形成。金属盖板96可通过沉积且图案化金属材料层来形成。金属盖板96可接触金属互连外壳结构的环状顶表面。金属盖板96可包括作为金属互连结构98的子集的金属接合垫的区域上方的开口。举例而言，金属盖板96可包括第一金属接合垫及第二金属接合垫的区域上方的开口，其可连接至金属电极层(10a、20a、10b、20b)的第一子集及金属电极层(10a、20a、10b、20b)的第二子集。
114.参考图9，随后可通过移除基板8的背侧部分来减薄基板8。举例而言，可通过研磨、抛光、各向异性蚀刻制程、及/或各向同性蚀刻制程来减薄基板8。基板8可自基板8的背侧减薄，直到导电金属基板外壳结构4的环状背面可经物理性地暴露(physically exposed)。
115.参考图10，背侧金属层110可沉积于基板8的背面上及各个导电金属基板外壳结构4经物理暴露的环状背面上。举例而言，例示性结构可倒置于金属沉积室中，且背侧金属层110可通过物理气相沉积或化学气相沉积来沉积。背侧金属层110可包括至少一金属氮化物材料(诸如tin、tan、或wn)、元素金属、及/或金属间合金材料。在说明性实例中，背侧金属层110可包括一金属氮化物层与包括cu、co、ru、mo、及/或w的一金属层的层堆叠。背侧金属层110的厚度可在100nm至5微米的范围内，尽管亦可使用更小及更大的厚度。
116.通常，背侧金属层110可形成于基板8的背面及各个导电金属基板外壳结构4的背面上。在一个实施例中，背侧金属层110可接触基板8背面的整体及各个导电金属基板外壳结构4的背面。
117.随后可在额外介电材料层90及额外金属互连结构98上方形成钝化介电层99。钝化介电层99可包括介电扩散阻障材料，诸如氮化硅。钝化介电层99的厚度可在30nm至300nm范围内，尽管亦可使用更小及更大的厚度。可穿过钝化介电层99在金属接合垫的区域上方形
成开口。
118.随后，可将例示性结构切割成复数个半导体晶片，半导体晶片中的各者可包含电容器晶片1000。可沿切割通道执行切割，切割通道可平行于第一水平方向hd1或第二水平方向hd2。
119.在各个电容器晶片1000内，导电金属基板外壳结构4、背侧金属层110、金属互连外壳结构(接触层级金属外壳结构84、互连层级外壳结构94)、及金属盖板96的各个连续组合构成金属屏蔽结构(导电金属基板外壳结4、背侧金属层110、接触层级金属外壳结构84、互连层级外壳结构94、金属盖板96)，用以阻止电磁辐射冲击至其中的沟槽电容结构中。在一个实施例中，金属屏蔽结构不包括除了金属盖板96中的开口以外的任何开口。因此，金属屏蔽结构可包含侧向围绕深沟槽9的导电金属基板外壳结构4，与基板8的背面接触的背侧金属层110；上覆至少一额外介电材料层90的金属盖板96；及在金属盖板96与导电金属基板外壳结构4之间垂直延伸的金属互连外壳结构。
120.参考图11，电容器晶片1000可附接至半导体晶片2000，半导体晶片2000包括半导体装置220。在一个实施例中，可在半导体晶圆上形成半导体晶片2000的二维阵列，且电容器晶片1000的二维阵列可附接至半导体晶片2000中的个别一者。各个半导体晶片2000可包括半导体基板208的一部分，其可是单晶硅基板，诸如一单晶硅基板。
121.半导体装置220可包含本领域已知的任何半导体装置。举例而言，半导体装置220可包括使用半导体基板208的一部分或与半导体基板208的单晶半导体材料对准的磊晶半导体材料部分作为通道区的场效晶体管。场效晶体管可是平面场效晶体管、鳍式场效晶体管、或全环绕栅极(gate-all-around，gaa)场效晶体管。各个半导体晶片2000可包括嵌入至介电材料层260中的金属互连结构280。
122.至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集可电连接至半导体晶片2000内半导体装置220的第一节点。至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集可电连接至半导体晶片2000内半导体装置220的第二节点。在一个实施例中，至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集可经由第一金属连接结构190a电连接至半导体装置220的第一节点，该第一金属连接结构190a垂直延伸穿过位于金属盖板96与半导体晶片2000之间的钝化介电层99中的第一开口。至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集可经由第二金属连接结构190b电连接至半导体装置220的第二节点，该第二金属连接结构190b垂直延伸穿过位于金属盖板96与半导体晶片2000之间的钝化介电层99中的第二开口。
123.介电矩阵层160可在半导体晶片2000上方绕电容器晶片1000形成。介电矩阵层160可包括聚合物模制化合物。介电矩阵层160的多余部分可通过平坦化制程(诸如化学机械平坦化制程或凹槽蚀刻制程)自水平面之上移除，该水平面包括背侧金属层110经物理暴露的表面。介电矩阵层160可侧向围绕各个电容器晶片1000。
124.可在半导体晶片2000内金属互连结构280中的个别一者上穿过介电矩阵层160形成至少一贯穿介电通孔结构168。
125.参考图12，可在电容器晶片1000的阵列及介电矩阵层160上方形成再分布互连组件300。再分布互连组件300可包括嵌入于再分布介电材料层360中的再分布金属互连结构380。在一个实施例中，各个背侧金属层110可由再分布金属互连结构380中的个别一者接触。
126.焊球388的阵列可附接至再分布金属互连结构380的子集。各个背侧金属层110可经由再分布金属互连结构380的个别子集电连接至焊球388中的个别一者。在一个实施例中，贯穿介电通孔结构168可垂直延伸穿过介电矩阵层160，且可将再分布金属互连结构中的个别一者电连接至半导体晶片2000内半导体装置220的节点。
127.共同参考图1a至图12，根据本揭露的各种实施例，提供了一种包括电容器晶片1000的半导体结构。电容器晶片1000包含：自基板8的正面朝向基板8的背面向下延伸的深沟槽9；一沟槽电容结构，包含一层堆叠，该层堆叠包括至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)与至少一节点介电层15交错，其中层堆叠(10a、10b、20a、20b)内各个层包含上覆基板8的正面的水平延伸部分及位于深沟槽9的个别一者内的垂直延伸部分；导电金属基板外壳结构4，其侧向围绕深沟槽9且自基板8的正面垂直延伸至基板8的背面；及背侧金属层110，其接触导电金属基板外壳结构4的背面。
128.在一个实施例中，半导体结构包含：至少一介电材料层(第一介电层70、额外介电材料层90)，位于基板8的正面上方；及金属互连外壳结构(接触层级金属外壳结构84、互连层级外壳结构94)，其嵌入于该至少一介电材料层中且与导电金属基板外壳结构4接触。
129.在一个实施例中，金属盖板96可上覆且接触金属互连外壳结构，且可包括贯穿其中的开口。在一个实施例中，背侧金属层110与基板8之间的界面在导电金属基板外壳结构4与背侧金属层110之间的界面内连续延伸，而没有穿过背侧金属层110与基板8之间的界面的任何开口。在一个实施例中，导电金属基板外壳结构4可在包括基板8的正面的水平面(接触第一介电层70)与包括基板8的背面的水平面(接触背侧金属层110)之间没有任何侧向开口。在一个实施例中，金属互连外壳结构在包括与导电金属基板外壳结构4的界面的水平面与包括金属互连外壳结构的最顶表面的水平面之间没有任何侧向开口。在一个实施例中，半导体结构可包含：第一电极互连结构(其为金属互连结构98的第一子集)，其电连接至该至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集且嵌入于该至少一介电材料层中；及第二电极互连结构(其为金属互连结构98的第二子集)，其电连接至该至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集且嵌入于该至少一介电材料层中。在一个实施例中，第一电极互连结构包含第一金属接合垫；第二电极互连结构包含第二金属接合垫；及金属盖板96，其包含第一金属接合垫及第二金属接合垫的区域内的一对开口。
130.在一个实施例中，导电金属基板外壳结构4、金属互连外壳结构、背侧金属层110、及金属盖板96的组合构成金属屏蔽结构(导电金属基板外壳结构4、背侧金属层110、接触层级金属外壳结构84、互连层级外壳结构94、金属盖板96)，其阻止沟槽电容结构的电磁辐射。
131.在一个实施例中，半导体结构包含附接至电容器晶片1000的半导体晶片2000。至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集电连接至半导体晶片2000内半导体装置220的第一节点；及至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集电连接至半导体晶片2000内半导体装置220的第二节点。在一个实施例中，至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集经由第一金属连接结构190a电连接至半导体装置220的第一节点，该第一金属连接结构190a垂直延伸穿过位于金属盖板96与半导体晶片2000之间的钝化介电层99中的第一开口；及至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集经由第二金属连接结构190b电连接至半导体装置220的第二节点，该第二金属连接结构190b垂直延伸穿过钝化介电层99中的第二开口。
132.在一个实施例中，半导体结构包含：介电矩阵层160，其位于半导体晶片2000上且侧向围绕电容器晶片1000；及再分布互连组件300，其包括嵌入于再分布介电材料层360中的再分布金属互连结构380，且位于电容器晶片1000及介电矩阵层160上。在一个实施例中，再分布金属互连结构380中的一者接触背侧金属层110。在一个实施例中，半导体结构包含附接至再分布金属互连结构380的子集的焊球388的阵列。背侧金属层110经由再分布金属互连结构380中的一者电连接至焊球388中的一者。在一个实施例中，半导体结构包含垂直延伸穿过介电矩阵层160的至少一贯穿介电通孔结构168，且将再分布金属互连结构380中的个别一者电连接至半导体晶片2000内半导体装置220的节点。
133.根据本揭露的一实施例的一态样，提供了一种电容器晶片1000，其包含：自基板8的正面朝向基板8的背面向下延伸的深沟槽9；一沟槽电容结构，其包含一层堆叠，该层堆叠包括至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)与至少一节点介电层15交错，其中层堆叠内的各个层包含上覆基板8的正面的水平延伸部分及位于深沟槽9的个别一者内的垂直延伸部分；至少一介电材料层，其位于基板8的正面上方；及金属屏蔽结构，其用以阻止电磁辐射冲击至沟槽电容结构中，其中金属屏蔽结构包含：侧向围绕深沟槽9的导电金属基板外壳结构4；接触基板8的背面的背侧金属层110；上覆至少一介电材料层的金属盖板96；及金属互连外壳结构，其垂直延伸穿过金属盖板96与导电金属基板外壳结构4之间的至少一介电材料层。
134.在一个实施例中，金属盖板96包含贯穿其中的开口。在一个实施例中，电容器晶片1000包含：第一电极互连结构(其为金属互连结构98的第一子集)，其电连接至该至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第一子集且嵌入于至少一介电材料层中，并包含第一金属接合垫；及第二电极互连结构(其为金属互连结构98的第二子集)，其电连接至该至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)的第二子集且嵌入于至少一介电材料层中，并包含第二金属接合垫。金属盖板96中的开口位于第一金属接合垫及第二金属接合垫的区域的上方或下面。
135.参考图13，一流程图示出了形成包括电容器晶片1000的半导体结构的一般处理步骤。参考步骤1310以及图1a及图1b，可形成侧向围绕基板8中装置区域的壕沟沟槽3。参考步骤1320以及图2a及图2b，可在壕沟沟槽3中形成导电金属基板外壳结构4。参考步骤1330以及图3a及图3b，可在基板8中形成深沟槽9。参考步骤1340以及图4至图8b，可在深沟槽9中形成沟槽电容结构。沟槽电容结构包含一层堆叠，该层堆叠包括至少两个金属电极层(10a、10b、20a、20b)与至少一节点介电层15交错。参考步骤1350及图9，可通过移除基板8的背侧部分来减薄基板8。导电金属基板外壳结构4的背面经物理暴露。参考步骤1360及图10，可在基板8的背面上及导电金属基板外壳结构4的背面上形成背侧金属层110。
136.本揭露的各种实施例可用于提供电容器晶片1000，该电容器晶片1000为其中的沟槽电容结构提供电磁屏蔽。金属屏蔽结构可封装深沟槽电容结构，使得开口仅穿过金属盖板96形成。导电金属基板外壳结构4、背侧金属层110、及金属互连外壳结构可没有任何开口。金属屏蔽结构减少或消除外部电磁辐射对深沟槽电容器的电磁干扰，且增强电容器晶片1000及电连接至电容器晶片1000的半导体晶片2000的效能。
137.在本揭露一态样中，揭示一种半导体结构，其包含电容器晶片，电容器晶片包含：多个深沟槽、沟槽电容结构、导电金属基板外壳结构以及背侧金属层。多个深沟槽自基板的
正面朝向基板的背面向下延伸。沟槽电容结构包含层堆叠，层堆叠包括至少两个金属电极层与至少一节点介电层交错，其中层堆叠内各个层包含上覆基板的正面的水平延伸部分及位于这些深沟槽中的个别一者内的多个垂直延伸部分。导电金属基板外壳结构侧向围绕这些深沟槽，且自基板的正面垂直延伸至基板的背面。背侧金属层与导电金属基板外壳结构的背面接触。
138.在一些实施例中，半导体结构进一步包含：至少一介电材料层，其位于基板的正面上方；及金属互连外壳结构，其嵌入于至少一介电材料层中且与导电金属基板外壳结构接触。
139.在一些实施例中，半导体结构进一步包含上覆且接触金属互连外壳结构并包括贯穿其中的多个开口的金属盖板。
140.在一些实施例中，半导体结构进一步包含第一电极互连结构，其电连接至至少两个金属电极层的第一子集且嵌入于至少一介电材料层中；及第二电极互连结构，其电连接至至少两个金属电极层的第二子集且嵌入于至少一介电材料层中。
141.在一些实施例中，第一电极互连结构包含第一金属接合垫；第二电极互连结构包含第二金属接合垫；且金属盖板包含第一金属接合垫及第二金属接合垫的多个区域内的一对开口。
142.在一些实施例中，阻止沟槽电容结构的电磁辐射的金属屏蔽结构包含导电金属基板外壳结构、金属互连外壳结构、背侧金属层、及金属盖板的组合。
143.在一些实施例中，半导体结构进一步包含附接至电容器晶片的半导体晶片，其中：至少两个金属电极层的第一子集电连接至半导体晶片内多个半导体装置的第一节点；且至少两个金属电极层的第二子集电连接至半导体晶片内这些半导体装置的第二节点。
144.在一些实施例中，至少两个金属电极层的第一子集经由第一金属连接结构电连接至多个半导体装置的第一节点，第一金属连接结构垂直延伸穿过位于金属盖板与半导体晶片之间的钝化介电层中第一开口；且至少两个金属电极层的第二子集经由第二金属连接结构电连接至多个半导体装置的第二节点，第二金属连接结构垂直延伸穿过钝化介电层中第二开口。
145.在一些实施例中，半导体结构进一步包含：介电矩阵层，其位于半导体晶片上且侧向围绕电容器晶片；及再分布互连组件，其包括嵌入于多个再分布介电材料层中且位于电容器晶片及介电矩阵层上的多个再分布金属互连结构。
146.在一些实施例中，这些再分布金属互连结构中的一者接触背侧金属层。
147.在一些实施例中，半导体结构进一步包含附接至这些再分布金属互连结构的子集的多个焊球的阵列，其中背侧金属层经由这些再分布金属互连结构的一者电连接至这些焊球中的一者。
148.在一些实施例中，半导体结构进一步包含垂直延伸穿过介电矩阵层且将这些再分布金属互连结构中的个别一者电连接至半导体晶片内半导体装置的节点的至少一贯穿介电通孔结构。
149.根据本揭露的另一态样，揭示一种电容器晶片，其包含：多个深沟槽、沟槽电容结构、至少一介电材料层、以及金属屏蔽结构。多个深沟槽自基板的正面朝向基板的背面向下延伸。沟槽电容结构包含层堆叠，层堆叠包括至少两个金属电极层与至少一节点介电层交
错，其中层堆叠内各个层包含上覆基板的正面的水平延伸部分及位于这些深沟槽中的个别一者内的多个垂直延伸部分。至少一介电材料层，其位于基板的正面上方。金属屏蔽结构用以阻止电磁辐射冲击至沟槽电容结构中，其中金属屏蔽结构包含：侧向围绕这些深沟槽的导电金属基板外壳结构；接触基板的背面的背侧金属层；上覆至少一介电材料层的金属盖板；及金属互连外壳结构，其垂直延伸穿过金属盖板与导电金属基板外壳结构之间的至少一介电材料层。
150.在一些实施例中，金属盖板包含贯穿其中的多个开口；且背侧金属层与基板之间的界面在导电金属基板外壳结构与背侧金属层之间的界面内连续延伸。
151.在一些实施例中，电容器晶片进一步包含：第一电极互连结构，其电连接至至少两个金属电极层的第一子集，且嵌入于至少一介电材料层中，并包含第一金属接合垫；及第二电极互连结构，其电连接至至少两个金属电极层的第二子集，且嵌入于至少一介电材料层中，并包含第二金属接合垫。其中金属盖板中多个开口位于第一金属接合垫及第二金属接合垫的多个区域上方或下面。
152.根据本揭露的另一态样，揭示一种形成包括电容器晶片的半导体结构的方法，方法包含以下步骤：在基板中形成侧向围绕装置区域的壕沟沟槽；在壕沟沟槽中形成导电金属基板外壳结构；在基板中形成多个深沟槽；形成沟槽电容结构，沟槽电容结构包含层堆叠，层堆叠包括这些深沟槽中至少两个金属电极层与至少一节点介电层交错；通过移除基板的背侧部分来减薄基板，其中导电金属基板外壳结构的背面经物理暴露；及在基板的背面及导电金属基板外壳结构的背面上形成背侧金属层。
153.在一些实施例中，方法进一步包含以下步骤：在基板的正面上方形成至少一介电材料层；及在至少一介电材料层中形成多个金属互连结构及金属互连外壳结构，其中金属互连外壳结构侧向围绕金属互连结构。
154.在一些实施例中，方法进一步包含以下步骤：在至少一介电材料层上方形成金属盖板，其中金属盖板接触金属互连外壳结构的环状顶表面，且包括作为这些金属互连结构的子集的多个金属接合垫的多个区域上方的多个开口。
155.在一些实施例中，用以阻止电磁辐射冲击至沟槽电容结构中的金属屏蔽结构包含导电金属基板外壳结构、背侧金属层、金属互连外壳结构、及金属盖板的组合。
156.在一些实施例中，方法进一步包含以下步骤：将电容器晶片附接至包括其中的多个半导体装置的半导体晶片；绕电容器晶片形成介电矩阵层；形成再分布互连组件，其包括嵌入于电容器晶片及介电矩阵层上的多个再分布介电材料层中的多个再分布金属互连结构；及将多个焊球的阵列附接至这些再分布金属互连结构的子集，其中背侧金属层经由这些再分布金属互连结构的子集电连接至这些焊球中的一者。
157.前述内容概述若干实施例的特征，使得熟悉此项技术者可更佳地理解本揭露的态样。熟悉此项技术者应了解，其可易于使用本揭露作为用于设计或修改用于实施本文中引入的实施例的相同目的及/或达成相同优势的其他制程及结构的基础。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效构造并不偏离本揭露的精神及范畴，且此类等效构造可在本文中进行各种改变、取代、及替代而不偏离本揭露的精神及范畴。