[實用新型]一種圓片級三維高密度電容結構

有效

• 申請號: 201320008803.2
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN203071060U
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 卞新海;郭洪巖;張黎;陳錦輝;賴志明
• 申請（專利權）人: 江陰長電先進封裝有限公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王斌

技術領域

本實用新型涉及一種圓片級三維高密度電容結構，屬于半導體集成電路制造領域。

背景技術

隨著現代通信系統快速發展，射頻電路和微波電路得到了廣泛的應用，便攜式無線產品里使用的大多數器件是無源電子器件。無源電子器件已經成為制約整機進一步向小型化、集成化發展的瓶頸。如果把這些無源電子器件集成到一個襯底或一個獨立的器件上將能明顯地提高產品性能、降低成本和減小尺寸，其中，電容是集成電路關鍵無源器件之一，能夠實現匹配、濾波和偏置等功能。目前，應用于電子產品的電容大多是分立器件，普遍存在尺寸大、寄生效應明顯等缺點。

通過平板電容（金屬布線層-絕緣層-金屬布線層）的電容定義，即C=ε?*ε0*?S/d，其中C為電容，ε為相對介電常數，ε0為真空介電常數，S為面積，d為極板間距，可知，通常增大電容密度的方法有：提高絕緣層的介電常數、減小金屬布線層板間距離（絕緣層厚度）或者增大電容面積。

1、常用的高介電材料如：氧化鉭（TaO）、鈦酸鍶（SrTiO）等，由于現有工藝能力和成本控制，通過應用高介電常數材料來提高電容密度能力有限，并且生產成本會大幅度增加。

2、減小絕緣層厚度即板極間距離雖然能大幅度提高電容密度，但是在電容實際應用中必須考慮電容的工作電壓，在相同的工作電壓下絕緣層厚度減小，介質承受的電場強度勢必增加，大大增加了電容擊穿的風險。

3、在提高電容密度方法中，采用最多的途徑是增大電容面積，例如：通過金屬層-絕緣層進行多次堆疊來增大板極面積提高電容密度，如第一極板與第二極板間設置第一絕緣層，第二極板上設置第二絕緣層，第三極板上設置第三絕緣層，依次堆疊，這種方法每增加一層，成本基本提高一倍，另外當堆疊越多，表面將會產生嚴重凹曲，工藝難以實現。

此外還有利用先進的硅通孔技術在圓片硅通過表面離子刻蝕或激光打孔形成高寬比較大的凹槽，首先在凹槽側壁設置第一金屬布線層，在第一金屬布線層上面設置絕緣層，最后再設置第二金屬布線層，但整個工藝流程比較復雜而且難以控制。另外硅通孔技術成本很高，難以廣泛應用。

發明內容

本實用新型的目的在于克服當前電容結構的不足，提供一種尺寸小、結構簡單、工藝流程易于控制、電容密度增大、使用靈活的圓片級三維高密度電容結構。

本實用新型的目的是這樣實現的：一種圓片級三維高密度電容結構，包括襯底，所述襯底的上表面設置鈍化層，在所述鈍化層上設置金屬凸塊，所述金屬凸塊的外圍設置絕緣層，所述絕緣層上設置金屬布線層，所述金屬布線層的外圍填充保護層，并在金屬凸塊的頂端分別形成金屬凸塊頂端之上的保護層開口和金屬凸塊頂端金屬布線層之上的保護層開口，所述金屬凸塊頂端之上的保護層開口為電容的連接極Ⅰ，所述金屬凸塊頂端金屬布線層之上的保護層開口為電容的連接極Ⅱ。

所述金屬凸塊為圓柱、四邊柱、六邊柱或八邊柱，所述金屬凸塊頂端之上的保護層開口和金屬凸塊頂端金屬布線層之上的保護層開口的形狀為圓形、四邊形、六邊形或八邊形。

所述金屬凸塊的高寬比大于1:1。

所述金屬凸塊的高寬比為5:1。

所述電容的連接極Ⅰ和連接極Ⅱ之間以及兩個連接極Ⅰ或兩個連接極Ⅱ之間跨過1個或1個以上金屬凸塊，所述金屬凸塊呈陣列排布，且底部相連。

所述金屬凸塊呈交錯的陣列排布

所述金屬凸塊頂端之上的保護層開口的底部為金屬凸塊的頂端面，所述金屬凸塊頂端金屬布線層之上的保護層開口的底部為金屬布線層的上表面。

所述金屬凸塊頂端之上的保護層開口內設置錫球，所述金屬凸塊頂端金屬布線層之上的保護層開口內設置錫球。

所述金屬凸塊頂端之上的保護層開口處的絕緣層和金屬布線層呈臺階狀分布，所述絕緣層在金屬布線層之下、且凸出于金屬布線層，所述保護層將絕緣層和金屬布線層裸露的端部包裹。

所述金屬凸塊頂端之上的保護層開口處的絕緣層和金屬布線層呈臺階狀分布，所述絕緣層在金屬布線層之下、且凸出于金屬布線層，所述保護層將絕緣層和金屬布線層裸露的端部與錫球隔離。

本實用新型的有益效果是：?

本實用新型提出一種基于銅柱凸塊工藝的圓片級三維平板電容結構，包括：

一襯底，襯底上設置有鈍化層和數個金屬銅柱凸塊；

一高介電常數的絕緣層，絕緣層設置在金屬銅柱凸塊上面；

一金屬布線層，金屬布線層設置在絕緣層上面；

一保護層，設置在最上面，防止金屬布線層氧化。