高压电容器及其制造方法，集成器件与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种高压电容器，高压电容器的制造方法，以及集成器件。

背景技术：

1、高压电容器可以集成在功能性半导体芯片上，也可以和功能性半导体芯片一起封装，作为电容隔离器，应用于不同电压域的隔离，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。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高压电容器及其制造方法，以提高高压电容器的耐压。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种高压电容器的形成方法，包括：形成高压电容器的第一极部；在所述第一极部上形成至少一层层间介质层；在处于顶层的层间介质层与所述第一极部沿垂直方向相对的位置处形成一凹槽，所述凹槽从所述顶层的层间介质层的上表面延伸至其内部；以及在处于顶层的层间介质层上形成所述高压电容器的第二极部，所述第二极部覆盖所述凹槽以及与所述凹槽两侧连接的部分所述顶层层间介质层的上表面。

3、进一步地，在与所述垂直方向垂直的横向方向上，所述凹槽的宽度小于所述第二极部的宽度。

4、进一步地，所述凹槽的深度范围为1～3um。

5、进一步地，在形成所述高压电容的第二极部之前，还包括：在包括所述凹槽的顶层层间介质层的上表面上形成第一耐压介质层，所述第二极部位于所述第一耐压介质层上表面。

6、进一步地，还包括在所述第二极部和所述顶层的层间介质层上形成至少覆盖所述第二极部侧表面和上表面的第二耐压介质层。

7、进一步地，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的介电系数大于所述层间介质层的介电系数。

8、进一步地，形成所述第一耐压介质层的方法包括：形成覆盖在所述层间介质层的上表面的一层耐压介质结构，其中，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的材料相同。

9、进一步地，形成所述第一耐压介质层的方法包括：形成覆盖在所述顶层层间介质层的上表面的下层耐压介质层层，在所述下层耐压介质层上形成上层耐压介质层；以及在形成所述第二极部之后，刻蚀所述上层耐压介质层以使其仅仅位于所述第二极部下表面。

10、进一步地，所述第二耐压介质层位于所述下层耐压介质层和所述第二极部上以覆盖所述第二极部侧表面和上表面和所述上层耐压介质层的侧表面。

11、进一步地，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层被配置为sion材料或sin材料。

12、进一步地，所述上层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料的一种，所述下层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料另一种。

13、进一步地，所述第二耐压介质层和所述下层耐压介质层的材料相同。

14、进一步地，还包括：在每相邻的两层层间介质层之间设置有第三耐压介质层。

15、进一步地，还包括：对所述第二极部上的第二耐压介质层进行开口处理，以裸露部分所述第二极部的上表面。

16、根据本发明的第二方面，提供了一种高压电容器，包括：第一极部；位于所述第一极部上的呈堆叠设置的至少一层层间介质层；位于处于顶层所述层间介质层与所述第一极部沿垂直方向相对的位置处的一凹槽，所述凹槽从所述顶层层间介质层的上表面延伸至其内部；以及位于所述顶层层间介质层上的所述高压电容器的第二极部，所述第二极部覆盖所述凹槽以及与所述凹槽两侧连接的部分所述顶层层间介质层的上表面。

17、进一步地，在与所述垂直方向垂直的横向方向上，所述凹槽的宽度小于所述第二极部的宽度。

18、进一步地，所述凹槽的深度范围为0.5～3um。

19、进一步地，还包括：位于处于顶层的层间介质层和所述第二极部之间的第一耐压介质层。

20、进一步地，还包括：位于所述第一耐压介质层和所述第二极部上，覆盖所述第二极部侧表面和部分上表面的第二耐压介质层。

21、进一步地，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的介电系数大于所述层间介质层的介电系数。

22、进一步地，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的材料相同。

23、进一步地，所述第一耐压介质层包括下层耐压介质层和上层耐压介质层，所述第二耐压介质层和所述第一耐压介质层远离第二极部的下表面的下层耐压介质层的材料相同。

24、进一步地，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层被配置为sion材料或sin材料。

25、进一步地，所述第一耐压介质层的下层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料中的一种，所述上层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料中的另一种。

26、进一步地，所述第一耐压介质层的下层耐压介质层覆盖所述顶层层间介质层的整个上表面，所述第一耐压介质层的上层耐压介质层仅位于所述第二极部的下表面。

27、进一步地，所述第一极部的上表面与所述第二极部的下表面之间的层间介质层和第一耐压介质层的总厚度被设置为大于等于10um，小于等于20um。

28、进一步地，在每相邻的两层层间介质层之间设置有第三耐压介质层。

29、根据本发明的第三方面，提供了一种集成器件，其特征在于，包括衬底，包括第一区域和第二区域，所述第二区域中包括有半导体器件；根据上述所述的高压电容器，位于所述第一区域上方；以及位于每层层间介质层中金属层和导电通孔，且位于所述第二区域上方；其中，所述金属层和所述导电通孔将所述半导体器件的相应的电极引出，所述第一极部与与其位于同层层间介质层的金属层同步形成，所述第二极部与与其位于同层层间介质层的金属层同步形成。

30、本发明通过在顶层的层间介质层中设置凹槽，使得所述第一极部与所述第二极部下表面的边缘处的介质层厚度大于所述第一极部与所述第二极部下表面中间区域的厚度，以减小第二极部拐角处的电场分布，以提高所述高压电容器的耐压性能。

31、本发明通过在所述电容器的第二极部下方设置第一耐压介质层，所述第一耐压介质层的介电系数大于层间介质层的介电系数，以提高所述电容器的耐压，且将所述第一耐压介质层的设置为两层，更进一步提高介质层的厚度，进一步提高所述电容器的耐压。另外，在所述电容器的第二极部的上方和侧表面设置第二耐压介质层，以覆盖所述第二极部的拐角，减小电场聚集，进一步，将第二耐压介质层与所述第一耐压介质层或下层耐压介质层设置为相同的材料，以避免介质层分层，提高器件的性能。

技术特征：

1.一种高压电容器的形成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述垂直方向垂直的横向方向上，所述凹槽的宽度小于所述第二极部的宽度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽的深度范围为0.5～3um。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述高压电容的第二极部之前，还包括：在包括所述凹槽的顶层层间介质层的上表面上形成第一耐压介质层，所述第二极部位于所述第一耐压介质层上表面。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括在所述第二极部和所述顶层的层间介质层上形成至少覆盖所述第二极部侧表面和上表面的第二耐压介质层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的介电系数大于所述层间介质层的介电系数。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成所述第一耐压介质层的方法包括：形成覆盖在所述层间介质层的上表面的一层耐压介质结构，其中，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的材料相同。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成所述第一耐压介质层的方法包括：形成覆盖在所述顶层层间介质层的上表面的下层耐压介质层层，

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二耐压介质层位于所述下层耐压介质层和所述第二极部上以覆盖所述第二极部侧表面和上表面和所述上层耐压介质层的侧表面。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层被配置为sion材料或sin材料。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述上层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料的一种，所述下层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料另一种。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二耐压介质层和所述下层耐压介质层的材料相同。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在每相邻的两层层间介质层之间设置有第三耐压介质层。

14.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：对所述第二极部上的第二耐压介质层进行开口处理，以裸露部分所述第二极部的上表面。

15.一种高压电容器，其特征在于，包括：

16.根据权利要求15所述的高压电容器，其特征在于，在与所述垂直方向垂直的横向方向上，所述凹槽的宽度小于所述第二极部的宽度。

17.根据权利要求1所述的高压电容器，其特征在于，所述凹槽的深度范围为1～3um。

18.根据权利要求15所述的高压电容器，其特征在于，还包括：位于处于顶层的层间介质层和所述第二极部之间的第一耐压介质层。

19.根据权利要求18所述的高压电容器，其特征在于，还包括：位于所述第一耐压介质层和所述第二极部上，覆盖所述第二极部侧表面和部分上表面的第二耐压介质层。

20.根据权利要求19所述的高压电容器，其特征在于，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的介电系数大于所述层间介质层的介电系数。

21.根据权利要求19所述的高压电容器，其特征在于，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层的材料相同。

22.根据权利要求19所述的高压电容器，其特征在于，所述第一耐压介质层包括下层耐压介质层和上层耐压介质层，所述第二耐压介质层和所述第一耐压介质层远离第二极部的下表面的下层耐压介质层的材料相同。

23.根据权利要求21所述的高压电容器，其特征在于，所述第一耐压介质层和所述第二耐压介质层被配置为sion材料或sin材料。

24.根据权利要求22所述的高压电容器，其特征在于，所述第一耐压介质层的下层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料中的一种，所述上层耐压介质层被配置为sion材料和sin材料中的另一种。

25.根据权利要求22所述的高压电容器，其特征在于，所述第一耐压介质层的下层耐压介质层覆盖所述顶层层间介质层的整个上表面，所述第一耐压介质层的上层耐压介质层仅位于所述第二极部的下表面。

26.根据权利要求15所述的高压电容器，其特征在于，所述第一极部的上表面与所述第二极部的下表面之间的层间介质层和第一耐压介质层的总厚度被设置为大于等于10um，小于等于20um。

27.根据权利要求11所述的高压电容器，其特征在于，在每相邻的两层层间介质层之间设置有第三耐压介质层。

28.一种集成器件，其特征在于，包括

技术总结
本发明实施例公开了一种高压电容器及其形成方法，其中，所述电容器包括：第一极部；位于所述第一极部上的呈堆叠设置的至少一层层间介质层；位于处于顶层所述层间介质层与所述第一极部沿垂直方向相对的位置处的一凹槽，所述凹槽从所述顶层层间介质层的上表面延伸至其内部；以及位于所述顶层层间介质层上的所述高压电容器的第二极部，所述第二极部覆盖所述凹槽以及与所述凹槽两侧连接的部分所述顶层层间介质层的上表面。通过设置凹槽，使得所述第二极部下表面边缘处的介质层厚度大于中间部分的厚度，以提高所述高压电容器的耐压。

技术研发人员：吕政,彭川,宋洵奕
受保护的技术使用者：矽力杰半导体技术（杭州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16