具有改進(jìn)型電容器的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及金屬-絕緣體-金屬型電容。更具體而言，本發(fā)明涉及一種具有金屬-絕緣體-金屬型電容的結(jié)構(gòu)，根據(jù)該結(jié)構(gòu)可制成疊狀的金屬-絕緣體-金屬型電容器。
[0002]本發(fā)明尤其是在微電子領(lǐng)域得到應(yīng)用，更具體而言，在無源和/或有源元件領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如，所述元件用于醫(yī)療器械、能源管理設(shè)備或者航空電子的其它設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]由于微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以將多項復(fù)雜功能集成到同一個元件上，以提高其性能。無源元件的集成，更具體而言，有源或無源電路中集成電容器對于開發(fā)者而言是非常重要的課題。實際上，在集成這種元件的過程中，在制造例如電容器和無源或有源元件的各工序之間出現(xiàn)技術(shù)兼容性問題。此外，出現(xiàn)了與高值電容器的使用相關(guān)的存儲需求問題。
[0004]已經(jīng)探索了解決方案，例如，通過陽極化處理層創(chuàng)造的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器能夠在所述陽極化處理層中得到的孔隙內(nèi)沉積MM。
[0005]因此，例如，由P.Banerjee等人在發(fā)表于2009年5月的《NATURE TECHNOLOGY》的〈〈Nanotubular metal-1nsulator-metal capacitor arrays for energy storage〉〉中提到能夠利用陽極化處理層生產(chǎn)MM電容器的方法。該文獻(xiàn)展現(xiàn)了通過對可陽極化層進(jìn)行陽極化處理而進(jìn)行刻蝕的一種方法，從而能夠創(chuàng)造MM電容器結(jié)構(gòu)。因此，所創(chuàng)造的M頂電容器能夠較精確地控制電容值。然而，這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)電阻較高，由此降低了這種元件的性能，并限制其在有源電路中的集成。
[0006]此外，盡管面積比較高，但是由于采用了陽極化處理層，所以得到的MM電容器的密度仍舊較低。因此，在設(shè)計高值電容器的過程中，出現(xiàn)了與這類技術(shù)相關(guān)的空間需求的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，更具體而言，旨在能夠生產(chǎn)具有較低接入電阻的金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)。
[0008]有利的是，根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)使得具有有限封裝(footprint)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高集成度。
[0009]更優(yōu)選的是，可以輕松地實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，而且/或者其成本較低。可有利地將其集成到包括有源電路的結(jié)構(gòu)中。
[0010]為此目的，本發(fā)明提出一種金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)，包括:
[0011]-基底，
[0012]-設(shè)置在基底上的第一電絕緣層，
[0013]-設(shè)置在第一電絕緣層上的下電極，
[0014]-—金屬層，設(shè)置在下電極上，通過多孔結(jié)構(gòu)化以形成孔絕緣基體，
[0015]-金屬-絕緣體-金屬型電容器，包括設(shè)置在結(jié)構(gòu)化金屬層上和所述結(jié)構(gòu)化金屬層各孔中的第一導(dǎo)電層、覆蓋第一導(dǎo)電層的介電層、覆蓋介電層的第二導(dǎo)電層，每個相關(guān)孔都包括由介電層分隔開的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，
[0016]-設(shè)置在金屬-絕緣體-金屬型電容器上的上電極，
[0017]-設(shè)置在上電極上的第二電絕緣層。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，位于結(jié)構(gòu)化金屬層各孔內(nèi)的第一導(dǎo)電層與下電極相接觸，位于結(jié)構(gòu)化金屬層各孔內(nèi)的第二導(dǎo)電層與上電極相接觸。
[0019]因此，本發(fā)明提出了一種獨創(chuàng)的金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)，由于存在下電極，該電容器結(jié)構(gòu)能使位于各孔內(nèi)的導(dǎo)電層短路，從而實現(xiàn)低電阻的金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)。
[0020]需注意的是，在該結(jié)構(gòu)中，通過外圍的氧化層，結(jié)構(gòu)化金屬層中的孔隙與產(chǎn)生該孔隙的結(jié)構(gòu)化金屬層的其余部分電絕緣。在金屬層中產(chǎn)生各孔時，創(chuàng)造了構(gòu)成孔絕緣基體的氧化層，從而形成結(jié)構(gòu)化金屬層。因此，如果構(gòu)成金屬層的金屬是鋁，氧化層則是一層氧化招O
[0021]本發(fā)明的一個有利的實施例提出一種金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)，其包括位于下電極中并把下電極分為電特性不同的兩個區(qū)域的至少一個側(cè)向絕緣帶、位于上電極中并把上電極分為電特性不同的兩個區(qū)域的至少一個側(cè)向絕緣帶以及還有通過結(jié)構(gòu)化金屬層從所設(shè)置的下電極到上電極層面的一個電觸點。
[0022]由于結(jié)合了向下電極上開口的多孔結(jié)構(gòu)中的各孔(其一)以及側(cè)向絕緣帶(其二)，所以產(chǎn)生了使并聯(lián)電容器能夠堆疊的結(jié)構(gòu)，這在本質(zhì)上能夠增加指定面積單元的電容值。
[0023]本發(fā)明的一個有利的實施例提出下電極包括一個金屬層和一個刻蝕阻擋層。這樣，在結(jié)構(gòu)化金屬層中形成各孔時，刻蝕阻擋層保護(hù)金屬層。例如，可以通過物理氣相沉積(PVD)或通過原子層沉積(ALD)沉積刻蝕阻擋層，因此刻蝕阻擋層非常薄。而且，就其本質(zhì)而言，如果刻蝕阻擋層(TiN，TaN)的電導(dǎo)較低，當(dāng)然，它會阻抗平行于刻蝕阻擋層的電荷流，而且/或者以較遠(yuǎn)的距離對其進(jìn)行阻抗。因此，最好使該刻蝕阻擋層短路，以便以串聯(lián)電阻(ESR)的方式獲得較好的性能。通過集成到下電極中的金屬層進(jìn)行短路。該結(jié)構(gòu)與本發(fā)明特別有利的特征相對應(yīng)。
[0024]側(cè)向絕緣帶最好是由例如選自氧化硅和氮化硅的絕緣材料制成，從而使金屬-絕緣體-金屬型電容器的電極兩兩絕緣。最好在低溫下沉積該材料，例如，通過PECVD方法進(jìn)行沉積。
[0025]本發(fā)明提出一個優(yōu)選實施例，其中，金屬-絕緣體-金屬型電容器是由結(jié)構(gòu)化金屬層制成的，所述結(jié)構(gòu)化金屬層是由厚度大于0.4微米的金屬構(gòu)成的，能夠形成比如“深”微米孔或納米孔這樣的空腔，并且因此能夠增加電容器的總等效面(TES)。
[0026]在本文所述的金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)中，孔絕緣基體是通過陽極刻蝕或通過陽極化處理得到的基體。
[0027]在實施例的一個實例中，結(jié)構(gòu)化金屬層是由鋁制成的，孔絕緣基體是由氧化鋁制成的。
[0028]為了增加金屬-絕緣體-金屬型電容器的密度，在兩個金屬層之間設(shè)置的介電層包含絕緣材料，所述絕緣材料具有高介電常數(shù)k，其值大于4，最好大于10(k>10)。
[0029]由于采用了下電極以及上、下側(cè)向絕緣帶，所以金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)使多個金屬-絕緣體-金屬型電容器能夠彼此上下堆疊。如此堆疊增加了該結(jié)構(gòu)的電容值以及與恒定等效面有關(guān)的電容值，從而能夠改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的集成。堆疊的兩個金屬-絕緣體-金屬型電容器可方便地并聯(lián)電耦合，這能夠有利地增加電容值，以便在恒定封裝區(qū)得到較高值。
[0030]為了簡化方法流程，根據(jù)本發(fā)明的這種金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)具有堆疊的金屬-絕緣體-金屬型電容器，所述金屬-絕緣體-金屬型電容器首先通過其上電極電連接到位于它上面的另一個金屬-絕緣體-金屬型電容器的上電極，然后通過其下電極電連接到位于它上面的另一個金屬-絕緣體-金屬型電容器的下電極。該堆疊電容器對應(yīng)于本發(fā)明特別有利的特征。
[0031]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及包括上文所述的至少一個金屬-絕緣體-金屬型電容器的無源或有源半導(dǎo)體產(chǎn)品或設(shè)備。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出了制造這種結(jié)構(gòu)的方法，其包括:
[0033]a.制備基底，
[0034]b.在基底上沉積絕緣材料制成的第一電絕緣層，
[0035]c.制造下電極，該下電極位于第一電絕緣層上，且在其表面包括刻蝕阻擋層，
[0036]d.在下電極局域刻蝕區(qū)沉積電絕緣材料，
[0037]e.在下電極上沉積金屬層，
[0038]f.結(jié)構(gòu)化金屬層中的各孔，優(yōu)選利用陽極刻蝕方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，以形成孔絕緣基體，
[0039]g.在結(jié)構(gòu)化金屬層上和所述結(jié)構(gòu)化層的各孔中連續(xù)沉積第一導(dǎo)電層、介電層和第二導(dǎo)電層，
[0040]1.制造位于第二導(dǎo)電層上的上電極，
[0041 ] j.在上電極的局域刻蝕區(qū)沉積電絕緣材料，
[0042]k.在上電極上沉積絕緣材料制成的第二電絕緣層。
[0043]這種方法能夠制造如上所述的金屬-絕緣體-金屬型電容器結(jié)構(gòu)。
[0044]在一個實施例中，結(jié)構(gòu)化金屬層是由鋁制成的，孔絕緣基體是由氧化鋁制成的。
[0045]可以預(yù)期的是，在步驟c)中制造的下電極是通過在第一電絕緣層上沉積一層金屬制成的，然后由刻蝕阻擋層覆蓋所述金屬層。
[0046]為了實現(xiàn)堆疊的金屬-絕緣體-金屬型電容器，根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法還有利地提出了下列步驟:
[0047]Cl)在制造所述下電極之后，通過局域刻蝕電極制造下側(cè)向絕緣帶，該下側(cè)向絕緣帶在下電極中界定出兩個電絕緣區(qū)域，以及，
[0048 ] h I)在制造所述上電極之后，通過局域刻蝕電極制造上側(cè)向絕緣帶，該上側(cè)向絕緣帶在上電極中界定出兩個電絕緣區(qū)域。
[0049]本發(fā)明的實施例中的一個有利方式提出一種生產(chǎn)方法，在該方法中重復(fù)N次上述生產(chǎn)方法中的步驟c)、cl)、d)至h)以及hi)。
[0050]為了降低表面狀態(tài)的不連續(xù)性，在該方法中的至少一個步驟hi)之后沉積一個平面化層，例如在堆疊的兩個金屬-絕緣體-金屬型電容器之間沉積該層。
【附圖說明】
[0051]通過閱讀下文說明書，本