[发明专利]用于高电压集成电路电容器的方法和设备

说明书

在所描述的高电压集成电路电容器的示例中，电容器结构(1000)包括半导体衬底(1010)；底板(1020)，其具有覆盖半导体衬底的导电层；沉积的电容器电介质层(1030)，其覆盖底板(1020)的至少一部分并且在第一区中具有大于约6μm的第一厚度；倾斜过渡区(1045)，其位于所述第一区的边缘处的电容器电介质中，倾斜过渡区具有从水平面倾斜大于5度的上表面，并且从第一区延伸到具有低于所述第一厚度的第二厚度的电容器电介质层的第二区；以及形成的顶板导体(1040)，其在第一区中覆盖电容器电介质层的至少一部分。

技术领域

本发明大体涉及电子电路系统，并且更具体地，涉及用于在半导体制造工艺内构建集成高电压和超高电压电容器的方法和设备。

背景技术

在现代工业设备中，在越来越多的应用中使用计算机控制器。对于控制器的低电压与电动机或设备的高电压之间的电隔离的需求正在增长。取决于所控制的设备，使用各种常规方法对系统进行电隔离，但是所述方法仍允许电耦合。隔离为两个电路之间的信号或电力提供了AC路径，但消除了直接连接。这在节点之间存在接地电势差的情况下是重要的。因为噪声可以通过接地环路传输，隔离用于破坏信号域之间的直接连接路径并且破坏公共接地环路，否则噪声会干扰电路的适当操作。常规隔离方法能够包括使用变压器以对电路进行磁耦合，使用RF信号以便通过辐射能耦合，使用光能的光隔离器，或者在两个电路之间使用电容器，所述电容器使用电场耦合所述电路。其他隔离需求包括将模拟和数字电路系统集成到具有单独功率域的单个封装集成电路上。

虽然光隔离器是用于低速通信应用的合适解决方案，但是在需要隔离并且光隔离器不合适的其他应用中需要电容器。设置在电路板上或被设置作为用于集成电路的封装的一部分的电容器已经被用于隔离。例如，1988年10月25日签发的Meinel的题目为“用于混合集成电路高电压隔离放大器的封装及制造方法(Packages for Hybrid IntegratedCircuit High Voltage Isolation Amplifiers and Method of Manufacture)”的美国专利号4,780,795公开了一种用于集成电路的混合封装，其包括定位在封装内的两个硅集成电路装置，并且还在封装内使用在陶瓷衬底上形成的平面分立电容器以用于在两个硅电路之间进行隔离。然而，随着到硅上的电路集成继续发展，使用和期望可在半导体衬底上与其他电路系统(例如，集成电容器隔离器)一起形成的隔离器。为了获得用于与较高电压一起使用的增加的电容值，常规方法中使用的电容器可以串联耦合，但是这种方法需要附加的硅面积。因此，期望能够用于高电压隔离的值的集成电容器。这些电容器可以串联使用以便获得更高的电容器值，或隔离电容器可用于形成分立部件，以及在具有附加电路系统的集成电路中使用。

在示例实施例内并且如当前在电源电路工业中所描述的，低电压被认为低于50V，并且高电压被定义为大于50伏特且小于5,000伏特的电压。超高电压是大于5,000伏特且小于～20,000伏特的电压。本文中的布置针对高电压应用和超高电压应用。

在小型化的趋势下，需要使用集成电容器以用于隔离的控制接口。集成电容器为隔离和电源电路应用提供最小的解决方案。然而，在常规解决方案中，为了在超高电压范围(诸如大于5,000伏特的峰值)内产生集成电容器，通过串联耦合两个或更多个较低电压电容器来形成所需的大电容。因此，期望增加的电容器值以便进一步减小实现特定隔离电路解决方案所需的硅面积。

理想平行板电容器的击穿电压与板之间的介电强度和距离有关，如方程式(1)所示：

V_bd＝E_dsd (1)

其中：V_bd＝击穿电压；E_ds＝介电强度并且d＝板间距离