三维集成结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种三维集成结构。包括第一纳米电容和第二纳米电容，第二纳米电容包括绝缘衬底、第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层，绝缘衬底设于第一顶部金属电极层，绝缘衬底间隔设有若干第一容纳槽，第一容纳槽的底端设有显露出第一顶部金属电极层的开口，所述第二底部金属电极层设于所述第一容纳槽内，且通过所述开口与所述第一顶部金属电极层电连接，第二纳米电容采用绝缘衬底制成，由于自身的绝缘属性，第二底部金属电极层可直接设置在绝缘衬底，减少了加工工艺，并且第二底部金属电极层通过开口与第一顶部金属电极层直接连接，使加工工艺更加简单，缩短了制备集成结构的时间。另外，本发明专利技术还提供了三维集成结构的制造方法。制造方法。制造方法。

【技术实现步骤摘要】
三维集成结构及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种三维集成结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]在以上提到的所有情况下，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。所以将燃料电池提供基础功率，能量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，所以，需要能量缓冲系统来维持器件不中断的工作。
[0004]一般来讲，能量缓冲系统是电池或者是电容。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系统的其它优势还包括较长的循环寿命和较高的功率密度，除了以上提到的优势外，采用合适的材料和结构设计，电容相比较电池更容易缩小尺寸。
[0005]通过引入高深宽比结构，比如碳纳米管、硅纳米线、硅纳米孔以及硅深槽结构，并在这些高深宽比结构中沉积高介电常数材料可以极大增加电容密度和存储容量，这种采用纳米结构来制备的电容可以称之为纳米电容。然而，当深宽比超过一定数值时，材料在高深宽比结构表面的台阶覆盖率以及完整性都会极大削弱，甚至所沉积的材料会出现孔洞现场，从而影响电容性能，使电容结构强度大大降低。此外，要刻蚀出深宽比非常大的结构，对于刻蚀设备的精度要求也会非常高。进一步，当这些高深宽比结构，比如硅纳米孔的横向尺寸非常小时，只能直接在其表面沉积金属、绝缘材料和金属形成纳米电容结构，由于硅材料的电阻率较高，从而导致纳米电容的串联电阻较大，进而会降低功率密度。
[0006]公开号为CN111916559A的专利公开了一种半导体结构及其形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底内形成凹槽；在所述凹槽内和所述衬底上形成若干层重叠的复合层，所述复合层包括电极层以及位于所述电极层上的第一介质层，位于上层的所述复合层暴露出位于下层的所述复合层的部分顶部表面。在所述衬底内形成凹槽，在所述凹槽内和所述衬底上形成若干层重叠的复合层，所述复合层包括电极层以及位于所述电极层上的第一介质层。通过所述凹槽来增大所述衬底的表面积，利用在所述凹槽内交叉堆叠形成所述电极层和所述第一介质层，有效的减小了由所述电极层和所述第一介质层所形成的电容器件占用衬底的表面积，提升最终形成的半导体结构的集成度。并没有使电容的结构紧凑的同时保证电容的完整性，同时无法实现较低电阻率的纳米电容。
[0007]因此，有必要提供一种三维集成结构的制造方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种三维集成结构及其制造方法，缩短了加工的时间，增大了电容密度，提高了电容的整体性能。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0010]一种三维集成结构，包括：
[0011]第一纳米电容，包括设置的硅衬底、第一隔离介质、第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层，所述第一隔离介质将所述第一底部金属电极层和所述硅衬底分隔；
[0012]第二纳米电容，包括绝缘衬底、第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层，所述绝缘衬底设于所述第一顶部金属电极层，所述绝缘衬底间隔设有若干第一容纳槽，所述第一容纳槽的底端设有显露出所述第一顶部金属电极层的开口，所述第二底部金属电极层设于所述第一容纳槽内，且通过所述开口与所述第一顶部金属电极层电连接，所述第二纳米电容开设有导通至所述第一底部金属电极层的第一连接孔；
[0013]第一导电件，通过所述第一连接孔分别与所述第二顶部金属电极层和所述第一底部金属电极层电连接。
[0014]本专利技术提供的三维集成结构有益效果：采用硅衬底保证了集成结构的强度，通过第一隔离介质将第一底部金属电极层和硅衬底分隔开，避免了第一纳米电容可能存在短路情况，保证了第一纳米电容的可靠性，值得说明的是，第二纳米电容采用绝缘衬底制成，由于自身的绝缘属性，第二底部金属电极层可直接设置在绝缘衬底，减少了工艺的复杂度。另外绝缘衬底开设有若干第一容纳槽，第一容纳槽的底端均设有显露出第一顶部金属电极层的开口，第二底部金属电极层通过开口与第一顶部金属电极层直接连接，从而在第一容纳槽内设置第二底部金属电极层的同时，就完成了第二底部金属电极层与第一顶部金属电极层的连接，使加工工艺更加简单，缩短了制备集成结构的时间。更优的，第二纳米电容开设有导通至第一底部金属电极层的第一连接孔，第一导电件通过第一连接孔将第一底部金属电极层和第二顶部金属电极层电连接，从而实现了第一纳米电容和第二纳米电容的并联，通过采用第一连接孔结构来并联连接第一纳米电容和第二纳米电容可以最大程度地缩短电学连接路径，从而可以减少信号延迟时间，增强信号传输速度和减少功耗，大大增加了电容的功率密度，另一方面可以减少工艺复杂度，并且第一导电件设于第一连接孔内，进一步保障了第二纳米电容结构的完整性，提高了电容的整体性能。
[0015]优选地，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽均为“土”型凹槽。其有益效果在于：通过将第一容纳槽和第二容纳槽设置为“土”型凹槽，增加了集成结构的集成度，有效的减少第一底部金属电极层、第二底部金属电极层、第一顶部金属电极层和第二顶部金属电极层占用硅衬底和绝缘彻底的表面积。
[0016]优选地，所述第一纳米电容还包括第一绝缘介质和第二隔离介质；其中，
[0017]所述硅衬底开设有第二容纳槽，所述第一隔离介质、所述第一底部金属电极层、所述第一绝缘介质和所述第一顶部金属电极层依次层叠设于所述第二容纳槽内和所述硅衬底的上表面，并将所述第二容纳槽填充；
[0018]所述第一纳米电容开设有第一凹槽，所述第一凹槽的侧面为所述第一绝缘介质和所述第一顶部金属电极层的叠层，所述第一凹槽的底面为所述第一底部金属电极层；
[0019]所述第二隔离介质设于所述第一凹槽，且所述第一连接孔穿过所述第二隔离介
质。其有益效果在于：通过设置第一绝缘介质，通过依次层叠的形式将第一绝缘介质设于第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层之间，第一隔离介质、第一底部金属电极层、第一绝缘介质和第一顶部金属电极层依次层叠并将第二容纳槽填充，保障了第一纳米电容结构的紧凑性的同时实现了第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层分离，避免第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层可能存在的电连接，保障了第一纳米电容和第二纳米电容并联时的可靠性。更优的，在第一纳米电容上开设有第一凹槽，且在第一凹槽内设置第二隔离介质，避免了第一导电件通过第一连接孔时与第一顶部金属电极层的电连接，进一步保障了第一纳米电容和第二纳米电容并联时的可靠性，同时实现了第一纳米电容结构的完整性，进一步保障了第一纳米电容的结构强度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维集成结构,其特征在于，包括：第一纳米电容，包括设置的硅衬底、第一隔离介质、第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层，所述第一隔离介质将所述第一底部金属电极层和所述硅衬底分隔；第二纳米电容，包括绝缘衬底、第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层，所述绝缘衬底设于所述第一顶部金属电极层，所述绝缘衬底间隔设有若干第一容纳槽，所述第一容纳槽的底端设有显露出所述第一顶部金属电极层的开口，所述第二底部金属电极层设于所述第一容纳槽内，且通过所述开口与所述第一顶部金属电极层电连接，所述第二纳米电容开设有导通至所述第一底部金属电极层的第一连接孔；第一导电件，通过所述第一连接孔分别与所述第二顶部金属电极层和所述第一底部金属电极层电连接。2.根据权利要求1所述的三维集成结构，其特征在于：所述第一容纳槽和所述第二容纳槽均为“土”型凹槽。3.根据权利要求2所述的三维集成结构，其特征在于：所述第一纳米电容还包括第一绝缘介质和第二隔离介质；其中，所述硅衬底开设有第二容纳槽，所述第一隔离介质、所述第一底部金属电极层、所述第一绝缘介质和所述第一顶部金属电极层依次层叠设于所述第二容纳槽内和所述硅衬底的上表面，并将所述第二容纳槽填充；所述第一纳米电容开设有第一凹槽，所述第一凹槽的侧面为所述第一绝缘介质和所述第一顶部金属电极层的叠层，所述第一凹槽的底面为所述第一底部金属电极层；所述第二隔离介质设于所述第一凹槽，且所述第一连接孔穿过所述第二隔离介质。4.根据权利要求3所述的三维集成结构，其特征在于：所述第二纳米电容还包括第二绝缘介质，所述第二绝缘介质设于所述第二底部金属电极层和所述第二顶部金属电极层之间，且所述第二底部金属电极层、所述第二绝缘介质和所述第二顶部金属电极层填充所述第二容纳槽以及将所述绝缘衬底的上表面覆盖。5.根据权利要求4所述的三维集成结构，其特征在于：所述第二纳米电容还包括第三隔离介质；所述第二纳米电容开设有第二凹槽，且所述第二凹槽的侧面为所述第二顶部金属电极层、所述第二绝缘介质和所述第二底部金属电极层的叠层，所述第二凹槽的底面为所述绝缘衬底，所述第三隔离介质设于所述第二凹槽内，所述第一连接孔的延伸孔穿过所述第三隔离介质。6.根据权利要求5任意所述的三维集成结构，其特征在于：还包括第二导电件和第四隔离介质；所述第二纳米电容还开设有第三凹槽，所述第三凹槽的侧面为所述绝缘介质和所述第二顶部金属电极层，所述第三凹槽的底面为所述第二底部金属电极层，所述第四隔离介质设于所述第三凹槽，所述第四隔离介质上开设有第二连接孔；所述第二导电件为“T”形，所述第二导电件一端设于所述第二连接孔内与所述第二底部金属电极层电连接，所述第二导电件另一端与所述第四隔离介质连接。7.根据权利要求6所述的三维集成结构，其特征在于：所述第一导电件...

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