一种高能量密度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了一种高能量密度纳米电容三维集成结构及其制备方法。通过在硅片表面刻蚀出硅纳米结构并制备第一纳米电容，然后在第一纳米电容表面形成纳米线结构并制备第二纳米电容，将两个纳米电容并联连接，可以显著增大电容密度和能量密度，增强纳米电容的电学可靠性并且有利于纳米电容器件尺寸缩小。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度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，具体涉及一种高能量密度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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能量密度纳米电容三维集成结构，其特征在于，/n包括：/n第一纳米电容结构和第二纳米电容结构，其中，第二纳米电容结构位于第一纳米电容结构的上方；/n第一纳米电容结构，包括形成于硅衬底(200)中的硅纳米孔阵列；第一隔离介质(201)覆盖所述硅纳米孔阵列表面；第一底部金属电极层(202)覆盖所述第一隔离介质(201)表面；第一绝缘介质(203)覆盖所述第一底部金属电极层(202)表面；第一顶部金属电极层(204)覆盖所述第一绝缘介质(203)表面，并完全填充硅纳米孔。/n中间隔离介质(205)，形成在所述第一纳米电容结构与所述第二纳米电容结构之间；/n第二纳米电容结构，包括位于所述中间隔...

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度纳米电容三维集成结构，其特征在于，
包括：
第一纳米电容结构和第二纳米电容结构，其中，第二纳米电容结构位于第一纳米电容结构的上方；
第一纳米电容结构，包括形成于硅衬底(200)中的硅纳米孔阵列；第一隔离介质(201)覆盖所述硅纳米孔阵列表面；第一底部金属电极层(202)覆盖所述第一隔离介质(201)表面；第一绝缘介质(203)覆盖所述第一底部金属电极层(202)表面；第一顶部金属电极层(204)覆盖所述第一绝缘介质(203)表面，并完全填充硅纳米孔。
中间隔离介质(205)，形成在所述第一纳米电容结构与所述第二纳米电容结构之间；
第二纳米电容结构，包括位于所述中间隔离介质(205)表面的纳米线结构(207)；第二底部金属电极层(208)覆盖所述纳米线结构表面；第二绝缘介质(209)覆盖所述第二底部金属电极层(208)表面；第二顶部金属电极层(210)覆盖所述第二绝缘介质(209)表面；
金属接触，包括第三绝缘介质(211)在第一顶部金属电极层(204)、第二顶部金属电极层(210)、第二底部金属电极层(208)以及第一底部金属电极层(202)表面所分别形成第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构；而且第一沟槽结构与第二沟槽结构相邻，第三沟槽结构与第四沟槽结构相邻；铜扩散阻挡层(212)覆盖四个沟槽的表面及相邻纳米线结构之间的空隙；铜籽晶层(213)覆盖所述铜扩散阻挡层(212)表面；铜金属层(214)覆盖所述铜籽晶层(213)表面，并完全填充四个沟槽及相邻纳米线结构之间的空隙；
第一顶部金属电极层(204)与第二顶部金属电极层(210)通过第一沟槽结构和第二沟槽结构实现电气连通；第二底部金属电极层(208)与第一底部金属电极层(202)通过第三沟槽结构和第四沟槽结构实现电气连通。


2.根据权利要求1所述的高能量密度纳米电容三维集成结构，其特征在于，
所述纳米线结构为碳纳米管、硅纳米线、Ge纳米线或者ZnO纳米线。


3.根据权利要求1所述的高能量密度纳米电容三维集成结构，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。


4.一种高能量密度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：
光刻、刻蚀硅衬底(200)，形成硅纳米孔阵列；
在所述硅纳米孔阵列表面依次形成第一隔离介质(201)、第一底部金属电极层(202)、第一绝缘介质(203)和第一顶部金属电极层(204)，第一顶部金属电极层(204)完全填充硅纳米孔，获得第一纳米电容结构；
在所述第一顶部金属电极层(204)表面形成中间隔离介质(205)；
在所述中间隔离介质(205)表面形成纳米线结构；
在所述纳米线结构表面依次形成第二底部金属电极层(208...

【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