3维电容器结构制造技术

3维电容器结构基于沟槽网络，该沟槽网络从基板(100)的顶面(S100)蚀刻并形成分隔的柱(10)的规则阵列。3维电容器结构包括双电容器层堆叠，其在基板顶面处的柱(10)的顶面上，在沟槽侧壁上并且还在沟槽底部(S101)上连续地延伸。沟槽网络被局部修改以接触双电容器层堆叠的第二电极，同时确保在所述双电容器层堆叠的所述第二电极与第三电极之间不会发生不想要的短路。本发明专利技术提供了在高电容器密度与没有不想要的短路的确定性之间的改善的折衷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3维电容器结构
本专利技术涉及一种表示三维电容器结构的3维电容器结构、一种包括这样的3维电容器结构的电气装置和制造方法。
技术介绍
具有非常高的电容器密度的电容器结构已成为诸如电源去耦的应用的问题。对于这样的去耦应用，表面安装的电容器通常在印刷电路板级被实现。这些电容器与由电源供电的电子电路并联连接至电源。然而，在这样的实现中，在表面安装的电容器与电源之间以及至电路需要相当长的电连接，并且这些连接产生显著的等效串联电感。因此，当需要高抑制时，这些实现不适合于有效去耦。硅嵌入式电容器结构是表面安装电容器的替选技术，并且它们不需要长的电连接。然后，等效串联电感不再是电源去耦应用的问题，但硅嵌入式电容器结构呈现高的等效串联电阻，特别是对于3维电容器结构。实际上，3维电容器结构实现了沉积在沟槽内的电极层，然后其具有以下特征：-沟槽内的电极设计导致电极中电荷的流动距离很长；-电极层是薄的，以避免在每个电极层沉积期间堵塞沟槽；以及-实施用于电极的沟槽内沉积的沉积工艺限于不具有非常高的电导率值的电极材料。这些特征有助于增加等效串联电阻。它们对于第二电极尤其关键，当在沟槽内部和沟槽之间使用双电容器层堆叠时，第二电极也称为中间电极。实际上，尽管产生更高的电容器密度值，但是双电容器层堆叠同时导致更高的等效串联电阻的值，特别是由于形成第二电极的层的厚度小和有限的导电性。从基于双电容器层堆叠的3维电容器结构的这样的情况开始，已经实现了与第二电极并联布置金属布线网络，并且根据分布式设计从该布线网络向第二电极提供电接触，以避免第二电极内的电荷的长距离流动。然而，基于双电容器层堆叠向3维电容器结构的第二电极提供多个电接触可能是一个难题。它需要在接触区域的位置处移除第三电极层。但由于双电容器层堆叠符合沟槽设计，所以第二电极与第三电极之间的短路可能发生在沟槽的顶部边缘附近。为了避免这样的短路，至第二电极层的电接触可以位于没有沟槽的电路部分中。这些电路部分中的电容器结构的布局则不再是3维的，即它包括与电路基板的顶面平行的电极层。然后，容易移除这些电路部分内的第三电极并产生至第二电极的电接触，同时确保第二电极与第三电极之间不发生短路。然而，与3维电容器结构相比，提供电极层与基板顶面平行的电路部分导致电容器密度降低。从该最后一种情况出发，本专利技术的一个目的在于提供新的3维电容器结构，其在高的电容器密度值与在双电容器层堆叠的第二电极和第三电极之间不会发生短路的确定性之间的折衷得到改善。
技术实现思路
为了满足该目的或其他目的，本专利技术的第一方面提出一种3维电容器结构，其包括：-基板；-沿着垂直于基板顶面的深度方向从基板的顶面向下延伸至沟槽底部的沟槽网络，沟槽网络形成分隔的柱的规则阵列，这些分隔的柱被的位置彼此分开，并且每个被平行于基板顶面的闭环沟槽图案包围；-双电容器层堆叠，其作为一个单件在基板顶面处的柱的顶面上、在与深度方向平行的沟槽侧壁上以及在沟槽底部上连续地延伸，该双电容器层堆叠从基板起包括：第一电极、第一绝缘层、第二电极、第二绝缘层和第三电极；以及-至少一个接触垫，其被沿着深度方向位于基板顶面上方，并且被布置成与电接触第二电极。因此，本专利技术应用于包括双电容器层堆叠的3维电容器结构，该双电容器层堆叠也称为表示双金属-绝缘体-金属堆叠的双MIM堆叠。因此，本专利技术电容器结构的电容器密度可以高。此外，与分立式表面安装电容器相比，基板嵌入式构造允许低的等效串联电感。根据本专利技术的表示为/i/的第一特征，沟槽网络通过以下措施在柱中的被称为接触支承柱的至少一个柱方面相对于分隔的柱的规则阵列不同：提供用于在紧邻接触支承柱的相邻柱之间的桥接的附加基板部分。然后，附加的基板部分与相邻柱一起形成包围接触支承柱并且具有基板顶面中包括的平坦顶部的闭环沟槽分隔部。根据本专利技术的表示为/ii/的第二特征，第一电极、第一绝缘层和第二电极跨闭环沟槽分隔部的平坦顶部、在位于接触支承柱与闭环沟槽分隔部之间的分隔的闭环沟槽部分内以及还在位于闭环沟槽分隔部外的其他沟槽部分内连续地延伸。根据本专利技术的表示为/iii/的第三特征，闭环沟槽分隔部的平坦顶部至少沿着该平坦顶部中包括的并包围分隔的闭环沟槽部分和接触支承柱的闭环没有第三电极。以此方式，第三电极的包括在分隔的闭环沟槽部分内的部分与第三电极的在闭环带外部的另一部分隔离。最后，根据本专利技术的表示为/iv/的第四特征，接触垫与至少在接触支承柱的一部分上方的第二电极电接触。因为闭环带位于闭环沟槽分隔部的平坦顶部上，所以其可以确保由此彼此分隔的第三电极的两个部分之间的电绝缘，并且分别位于闭环带的内部和外部。闭环带可以通过实施简单且良好控制的工艺例如蚀刻或掩模工艺来制造。闭环带的绝缘效果及其制造容易性是由于如下事实：闭环沟槽分隔部抑制了包括闭环带的表面中的任何不连续性。然后，如果专用于接触第二电极的接触垫也意外地接触第三电极，例如在分隔的闭环沟槽部分的顶部边缘处，则这没有不利影响，因为闭环带确保了第三电极的在该闭环带内侧的部分与第三电极的在闭环带外的其余部分之间的隔离。第三电极的位于闭环带内侧的部分对电容器密度不再有效，但这涉及整个3维电容器结构的有限部分。然而，由闭环带内侧的第一电极和第二电极提供的电容器贡献仍然有效。因此，即使提供多个这样的接触以保持低的等效串联电阻，由接触第二电极的要求引起的电容器密度的损失也是有限的。以此方式，本专利技术可以在高的电容器密度值与低的等效串联电阻之间提供优化的折衷。因此，根据本专利技术的3维电容器结构非常适合于实现有效的电源去耦。通常，对于本专利技术，接触支承柱的顶面也可以至少在接触垫的与第二电极的接触区域内没有第三电极，并且还至少在该接触区域内没有第二绝缘层。优选地，3维电容器结构在闭环带内侧、包括接触支承柱的顶面的一部分以及该接触支承柱与闭环沟槽分隔部之间设置的的分隔的闭环沟槽部分上方可以没有第三电极的平行于基板顶面延伸的任何部分。在本专利技术的优选实现中，3维电容器结构还可包括布置在双电容器层堆叠上的电绝缘材料的顶层。该顶层然后具有位于闭环带的外部界限内并且与闭环带的该外部界限分开的孔。然后，接触垫可以通过顶层的孔与第二电极接触。通常，基板可以是半导体基板，特别是硅基板。因此，与表面安装电容器和堆叠在基板顶面上方的金属化层中设置的电容器不同，3维电容器结构可以是基板嵌入式的。在基板嵌入式3维电容器结构的这样的情况下，第一电极可以包括基板的沿着基板顶面、沟槽侧壁和沟槽底部延伸的导电部分。替选地，第一电极可以包括覆盖基板顶面、沟槽侧壁和沟槽底部的导电材料层。对于跨基板顶面彼此分开分布的多个接触支承柱，优选地满足特征/i/至/iv/。因此，每个接触支承柱独立于任何其他接触支承柱在一个分隔的闭环带内设置有包围该接触支承柱的一个闭环沟槽分隔部，以及与同一个接触支承柱上方的第二电极电接触的一个接触垫。然后，3维电容器结构还可以包括一组导电线路，其位于基板顶面上方，并且被布置成以电并联布置方式连接所有接触垫。以此方式，导电线路提供与第二电极平行的导电路径，以便减小等效串联电阻的值。本专利技术的第二方面提供了一种包括电源和电子电路的电气装置，电源和电子电路被连接使得电路由电源供电。根据本专利技术，该装置还包括如下3维电容器结构，该3维电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3维电容器结构(200)，包括：‑基板(100)；‑沿垂直于所述基板(100)的顶面(S100)的深度方向(D)从所述基板(100)的顶面(S100)向下延伸至沟槽底部(S101)的沟槽网络，所述沟槽网络形成分隔的柱(10)的规则阵列，所述分隔的柱(10)的位置彼此分开，并且每个柱被平行于所述基板的顶面的闭环沟槽图案包围；‑双电容器层堆叠(C)，其作为一个单件在所述基板的顶面(S100)处的所述柱(10)的顶面上、在与所述深度方向(D)平行的沟槽侧壁上以及还在所述沟槽底部(S101)上连续地延伸，所述双电容器层堆叠从所述基板起包括：第一电极(1)、第一绝缘层(1i)、第二电极(2)、第二绝缘层(2i)和第三电极(3)；以及‑至少一个接触垫(20)，其沿所述深度方向(D)位于所述基板顶面(S100)上方，并且被布置成电接触所述第二电极(2)，其特征在于，满足以下特征：/i/所述沟槽网络通过以下措施在所述柱中的被称为接触支承柱(11)的至少一个柱方面相对于所述分隔的柱(10)的规则阵列不同：提供用于在紧邻所述接触支承柱的相邻柱(10n)之间的桥接的附加基板部分(12)，使得所述附加基板部分与所述相邻柱一起形成包围所述接触支承柱并具有所述基板的顶面(S100)中包括的平坦顶部(FT13)的闭环沟槽分隔部(13)；/ii/所述第一电极(1)、所述第一绝缘层(1i)和所述第二电极(2)跨所述闭环沟槽分隔部(13)的所述平坦顶部(FT13)、在位于所述接触支承柱(11)与所述闭环沟槽分隔部之间的分隔的闭环沟槽部分(14)内、以及还在位于所述闭环沟槽分隔部外部的其它沟槽部分内连续地延伸；/iii/所述闭环沟槽分隔部(13)的所述平坦顶部(FT13)至少沿着所述平坦顶部中包括并包围所述分隔的闭环沟槽部分(14)和所述接触支承柱(11)的闭环带(B)没有所述第三电极(3)，使得所述第三电极的被包括在所述分隔的闭环沟槽部分内的部分与所述第三电极的位于所述闭环带外部的另一部分隔离；以及/iv/所述接触垫(20)与至少在所述接触支承柱(11)的一部分上方的所述第二电极(2)电接触。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.20 EP 16306200.31.一种3维电容器结构(200)，包括：-基板(100)；-沿垂直于所述基板(100)的顶面(S100)的深度方向(D)从所述基板(100)的顶面(S100)向下延伸至沟槽底部(S101)的沟槽网络，所述沟槽网络形成分隔的柱(10)的规则阵列，所述分隔的柱(10)的位置彼此分开，并且每个柱被平行于所述基板的顶面的闭环沟槽图案包围；-双电容器层堆叠(C)，其作为一个单件在所述基板的顶面(S100)处的所述柱(10)的顶面上、在与所述深度方向(D)平行的沟槽侧壁上以及还在所述沟槽底部(S101)上连续地延伸，所述双电容器层堆叠从所述基板起包括：第一电极(1)、第一绝缘层(1i)、第二电极(2)、第二绝缘层(2i)和第三电极(3)；以及-至少一个接触垫(20)，其沿所述深度方向(D)位于所述基板顶面(S100)上方，并且被布置成电接触所述第二电极(2)，其特征在于，满足以下特征：/i/所述沟槽网络通过以下措施在所述柱中的被称为接触支承柱(11)的至少一个柱方面相对于所述分隔的柱(10)的规则阵列不同：提供用于在紧邻所述接触支承柱的相邻柱(10n)之间的桥接的附加基板部分(12)，使得所述附加基板部分与所述相邻柱一起形成包围所述接触支承柱并具有所述基板的顶面(S100)中包括的平坦顶部(FT13)的闭环沟槽分隔部(13)；/ii/所述第一电极(1)、所述第一绝缘层(1i)和所述第二电极(2)跨所述闭环沟槽分隔部(13)的所述平坦顶部(FT13)、在位于所述接触支承柱(11)与所述闭环沟槽分隔部之间的分隔的闭环沟槽部分(14)内、以及还在位于所述闭环沟槽分隔部外部的其它沟槽部分内连续地延伸；/iii/所述闭环沟槽分隔部(13)的所述平坦顶部(FT13)至少沿着所述平坦顶部中包括并包围所述分隔的闭环沟槽部分(14)和所述接触支承柱(11)的闭环带(B)没有所述第三电极(3)，使得所述第三电极的被包括在所述分隔的闭环沟槽部分内的部分与所述第三电极的位于所述闭环带外部的另一部分隔离；以及/iv/所述接触垫(20)与至少在所述接触支承柱(11)的一部分上方的所述第二电极(2)电接触。2.根据权利要求1所述的3维电容器结构(200)，其中所述接触支承柱(11)的顶面(S11)至少在所述接触垫(20)与所述第二电极(2)的接触区域内也没有所述第三电极(3)，并且还至少在所述接触区域内没有所述第二绝缘层(2i)。3.根据权利要求1或2所述的3维电容器结构(200)，其在所述闭环带(B)内侧，包括所述接触支承柱(11)的所述顶面(S11)的一部分和位于所述接触支承柱和所述闭环沟槽分隔部(13)之间的所述分隔的闭环沟槽部分(14)上方，没有所述第三电极(3)的平行于所述基板的顶面(S100)延伸的任何部分。4.根据前述权利要求中的任一项所述的3维电容器结构(200)，还包括布置在所述双电容器层堆叠(C)上的电绝缘材料的顶层(22)，所述顶层具有位于所述闭环带(B)的外部界限内并且与所述闭环带的所述外部界限分开的孔(O)，并且所述接触垫(20)通过所述顶层的所述孔与所述第二电极(2)接触。5.根据前述权利要求中的任一项所述的3维电容器结构(200)，其中所述基板(100)是半导体基板，特别是硅基板。6.根据权利要求5所述的3维电容器结构(200)，其中所述第一电极(1)包括所述基板(100)的沿着所述基板的顶面(S100)、所述沟槽侧壁和所述沟槽底部(S101)延伸的导电部分。7.根据权利要求5所述的3维电容器结构(200)，其中所述第一电极(1)包括覆盖所述基板的顶面(S100)、所述沟槽侧壁和所述沟槽底部(S101)的导电材料层。8.根据前述权利要求中的任一项所述的3维电容器结构(200)，其中对于跨所述基板的顶面(S100)彼此分开分布的多个接触支承柱(11)，满足所述特征/i/至/iv/，使得每个接触支承柱独立于任何其他接触支承柱地在一个分隔的闭环带内设置有包围所述接触支承柱的一个闭环沟槽分隔部(13)，以及与所述接触支承柱上方的第二电极(2)电接触的一个接触垫(20)，以及所述3维电容器结构(200)还包括一组导电线路(21)，其位于所述基板的顶面(S100)上方，并且被布置成以电并联布置方式连接所有所述接触垫。9.一种包括电源(400)和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·瓦龙，简勒内·特纳尔洛，
申请(专利权)人：村田整合被动式解决方案公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR