一种硅基纳米电容三维集成结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种硅基纳米电容三维集成结构及其制备方法。在硅片的正反面分别制备出纳米电容，并通过硅通孔结构并联连接，可以显著增大电容密度。同时采用硅通孔结构将两个纳米电容连接到一起，可以缩短互连线长度，从而有利于减小互连电阻和能量损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基纳米电容三维集成结构及其制备方法
本专利技术属于集成电路制造领域，具体涉及一种硅基纳米电容三维集成结构及其制备方法。
技术介绍
目前，对于便携式电子设备来说，电池仍然是主要的能量供应部件。虽然电池技术在不断发展，然而在电池的容量与体积以及重量之间仍然需要作出折中。相应地，一些容量大、重量轻以及体积小的可替代供电部件被研究和开发，比如微型燃料电池、塑料太阳能电池以及能量收集系统。在以上所提到的所有情况下，通常都需要能量缓冲系统来维持连续和稳定的能量输出。比如，一般认为燃料电池系统拥有较慢的启动时间和较低的动能。因此，燃料电池提供基础功率，缓冲系统提供启动功率的混合系统是最佳解决方案。此外，能量收集系统依赖环境中无法持续获得的能量源；因此，需要能量缓冲系统来维持器件不中断的工作。进一步，能量缓冲系统能够提供峰值负载，然而能量产生系统却无法提供。一般来讲，能量缓冲系统或者是电池，或者是电容。电池的一个重要缺点是它有限的放电效率。相比之下，电容可以提供更大的放电电流。使用电容作为能量缓冲的其它优势还包括较长的循环寿命和较高的功率密度。除了以上提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基纳米电容三维集成结构，其特征在于，/n包括：/n贯穿硅衬底(200)的硅通孔结构，分别位于硅基纳米电容三维集成结构的左右两侧，其中，第一隔离介质(201)覆盖硅通孔的侧壁；第一铜扩散阻挡层(202)覆盖所述第一隔离介质(201)的侧壁；第一铜籽晶层(203)覆盖所述第一铜扩散阻挡层(202)的侧壁；第一铜金属层(204)覆盖所述第一铜籽晶层(203)的侧壁，并完全填充硅通孔；/n第一纳米电容，位于两个硅通孔结构之间的所述硅衬底(200)的顶部区域，其中，第一纳米电容的基本骨架是通过刻蚀所述硅衬底(200)正面区域所形成的硅纳米孔阵列；第二隔离介质(205)覆盖硅纳米孔表面；第一底部...

【技术特征摘要】
1.一种硅基纳米电容三维集成结构，其特征在于，
包括：
贯穿硅衬底(200)的硅通孔结构，分别位于硅基纳米电容三维集成结构的左右两侧，其中，第一隔离介质(201)覆盖硅通孔的侧壁；第一铜扩散阻挡层(202)覆盖所述第一隔离介质(201)的侧壁；第一铜籽晶层(203)覆盖所述第一铜扩散阻挡层(202)的侧壁；第一铜金属层(204)覆盖所述第一铜籽晶层(203)的侧壁，并完全填充硅通孔；
第一纳米电容，位于两个硅通孔结构之间的所述硅衬底(200)的顶部区域，其中，第一纳米电容的基本骨架是通过刻蚀所述硅衬底(200)正面区域所形成的硅纳米孔阵列；第二隔离介质(205)覆盖硅纳米孔表面；第一底部金属电极层(206)覆盖所述第二隔离介质(205)表面；第一绝缘介质(207)覆盖所述第一底部金属电极层(206)表面，并在一侧形成开口；第一顶部金属电极层(208)覆盖所述第一绝缘介质(207)表面，并完全填充硅纳米孔；
顶部金属接触，包括由第二绝缘介质(209)形成的第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构，第二沟槽结构邻近第一沟槽结构，第三沟槽结构邻近第四沟槽结构，其中，所述第一沟槽结构和所述第四沟槽结构形成在左右两侧的硅通孔结构上表面，底部露出所述第一铜扩散阻挡层(202)、所述第一铜籽晶层(203)和所述第一铜金属层(204)；第二沟槽结构形成在所述第一顶部金属电极层(208)表面，第三沟槽结构形成在所述第一底部金属电极层(206)表面；中间区域的所述第二绝缘介质(209)覆盖所述第一顶部金属电极层208表面并在所述开口处与所述第一底部金属电极层(206)表面相接触；第二铜扩散阻挡层(210)覆盖四个沟槽的表面，并在中间区域断裂不相连接；第二铜籽晶层(211)覆盖所述第二铜扩散阻挡层(210)表面；第二铜金属层(212)覆盖所述第二铜籽晶层(211)表面；
第二纳米电容，位于两个硅通孔结构之间的硅衬底(200)的底部区域，其中，第二纳米电容的基本骨架是通过刻蚀硅衬底(200)背面区域所形成的硅纳米孔阵列；第三隔离介质(213)覆盖硅纳米孔表面；第二底部金属电极层(214)覆盖所述第三隔离介质(213)表面；第三绝缘介质(215)覆盖所述第二底部金属电极层(214)表面，并在一侧形成开口；第二顶部金属电极层(216)覆盖所述第三绝缘介质(215)表面，并完全填充硅纳米孔；
底部金属接触，包括由第四绝缘介质(217)形成的第五沟槽结构、第六沟槽结构、第七沟槽结构和第八沟槽结构，第六沟槽结构邻近第五沟槽结构，第七沟槽结构邻近第八沟槽结构，其中，所述第五沟槽结构和所述第八沟槽结构形成在左右两侧的硅通孔结构下表面，顶部露出所述第一铜扩散阻挡层(202)、所述第一铜籽晶层(203)和所述第一铜金属层(204)；第六沟槽结构形成在所述第二顶部金属电极层(216)表面形成，第七沟槽结构形成在所述第二底部金属电极层(214)表面；中间区域的所述第二绝缘介质(209)覆盖所述第二顶部金属电极层(216)表面并在所述开口处与所述第二底部金属电极层(214)表面相接触；第三铜扩散阻挡层(218)覆盖四个沟槽的表面，并在中间区域断裂不相连接；第三铜籽晶层(219)覆盖所述第三铜扩散阻挡层(218)表面；第三铜金属层(220)覆盖所述第三铜籽晶层(219)表面；
所述第一纳米电容的第一顶部金属电极层(208)和所述第二纳米电容的第二顶部金属电极层(216)通过一侧硅通孔电气连通，所述第一纳米电容的第一底部金属电极层(206)和所述第二纳米电容的第二底部金属电极层(214)通过另一侧硅通孔电气连通。


2.根据权利要求1所述的硅基纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
所述硅通孔的直径范围为5～10μm，深度范围为50～100μm。


3.根据权利要求1所述的硅基纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
所述硅纳米孔的直径范围为0.5～1μm，深度范围为10～20μm。


4.一种硅基纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
在硅衬底(200)的两侧区域刻蚀出硅通孔，并在硅通孔内进行第一次布线，形成硅通孔结构；
在所述硅衬底(200)正面相邻的两个硅通孔结构之间刻蚀出硅纳米孔阵列，在硅纳米孔表面沉积第二隔离介质(205)、第一底部金属电极层(206)、第一绝缘介质(207)和第一顶部金属电极层(208)，且第一顶部金属电极层(208)完全填充硅纳米孔，获得第一纳米电容；
在顶部进行第二次布线使得两侧的所述硅通孔结构分别与所述第一纳米电容的所述第一顶部金属电极层(208)和所述第一底部金属电极层(206)电气连通，形成顶部金属接触；
减薄硅片露出硅通孔结构的底部；

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宝，陈琳，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，上海集成电路制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31