包括其中电介质包括阳极多孔氧化物的电容器的电气器件和相应的制造方法技术

一种包括电容器的电气器件，包括：基板(100)；在基板上方的阳极多孔氧化物区域(105)；第一电容器电极区域(111A)，其布置在阳极多孔氧化物区域中，在阳极多孔氧化物区域中延伸，第一电容器电极区域具有垂直于顶表面的第一壁(108A)；第二电容器电极区域(111A)，其布置在阳极多孔氧化物区域中，在阳极多孔氧化物区域中延伸，第二电容器电极区域具有垂直于顶表面且面对第一电容器电极区域的第一壁的第二壁(108B,202B)，第一电容器电极区域的第一壁和第二电容器电极区域的第二壁由包括阳极多孔氧化物区域的一部分的电介质部分(112)分隔开。分隔开。分隔开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括其中电介质包括阳极多孔氧化物的电容器的电气器件和相应的制造方法


[0001]本专利技术涉及集成领域，并且更具体地，涉及电气器件、相关半导体产品及其制造方法。

技术介绍

[0002]诸如电容器的电子部件可以以各种形式集成到半导体产品中。例如，可以通过形成由电介质层分隔开的两个平面电极而在半导体基板上方形成平面电容器。然而，平面电容器提供低电容密度，这意味着高值电容将消耗硅的显著的面积。
[0003]为了克服该问题，已经提出形成三维结构来增加电容器的电容。使用三维(3D)电容器已经实现了每m2一法拉数量级的电容密度。
[0004]3D电容器包括呈现浮雕的功能电极(例如，功能电极包括呈现浮雕的表面或者功能电极形成在诸如孔、洞、沟槽或柱的浮雕上)。通常，可以通过使用深反应离子蚀刻来形成导电3D结构，然后进行电介质和导电材料的后续沉积步骤以形成电容器。文献WO 2007125510公开了用于形成这样的3D电容器的方法。
[0005]还已经提出了在通过对导电层进行阳极氧化形成的多孔绝缘结构的内部形成电容器，这样的结构在文献WO 2015/063420中公开。
[0006]虽然这些解决方案适合于增加集成电容器的电容，但是还存在对能够在高电压下操作的器件的需要。例如，存在对具有高击穿电压的电容器的需要。
[0007]还存在对包括呈现不同性质并且最特别地不同击穿电压的若干电容器的器件的需要。
[0008]鉴于上面的问题而做出本专利技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种包括电容器的电气器件，包括：
[0010]基板；
[0011]在基板上方的阳极多孔氧化物区域，该阳极多孔氧化物区域具有顶表面；
[0012]第一电容器电极区域，其布置在阳极多孔氧化物区域中，在阳极多孔氧化物区域中从其顶表面延伸，第一电容器电极区域具有垂直于顶表面的第一壁；
[0013]第二电容器电极区域，其布置在阳极多孔氧化物区域中，在阳极多孔氧化物区域中从其顶表面延伸，第二电容器电极区域具有垂直于顶表面且面对第一电容器电极区域的第一壁的第二壁，
[0014]第一电容器电极区域的第一壁和第二电容器电极区域的第二壁由包括阳极多孔氧化物区域的一部分的电介质部分分隔开，使得由第一电容器电极区域、第二电容器电极区域和电介质部分形成电容器。
[0015]在湿法蚀刻槽中对金属层进行阳极氧化会引起在金属层中形成竖直孔的各向异
性蚀刻，这是因为孔中的蚀刻速度比形成的氧化物的蚀刻速度快。这可以产生具有非常高的长径比(在1:50以上)的结构。
[0016]该多孔结构是氧化物，并且可以充当电介质，例如，其中孔保持为空的或者其中孔填充有电介质材料。在多孔结构中，孔可以占据(例如)80％的体积，这意味着电介质部分包括20％的阳极氧化物，而剩下的80％可以是空的或者填充有沉积材料。
[0017]通常，孔具有几十纳米(例如80纳米)数量级的直径。这意味着，如果用材料填充孔，则应当沉积孔直径的仅约一半的厚度来填充孔。这允许使用传统上用于薄膜沉积的沉积方法，同时获得包括例如80％的沉积材料的厚结构(孔的深度)。
[0018]因此，使用多孔结构使得能够形成电容器，其中通过以下容易地配置电容：
[0019]·
修改电极的布局以增加电容器电极区域的表面积，
[0020]·
修改阳极多孔氧化物区域的厚度和电极区域的厚度，
[0021]·
控制电极区域之间的距离，以及/或者
[0022]·
通过改变孔尺寸或填充孔来修改多孔区域。
[0023]附加地，以上结构使得能够例如通过调整控制电极区域之间的距离以及/或者通过改变孔尺寸或填充孔来修改多孔区域来容易地控制电容器的击穿电压。
[0024]优选地，电介质部分可以仅包括阳极多孔氧化物，以及最终地在孔中的填充材料：两个电极区域之间不存在导电材料。
[0025]例如，可以将不同的电位分别施加至没有电连接在一起的两个电容器电极区域。
[0026]电容器还可以被周围的多孔区域例如其中为空的孔围绕。该周围的多孔区域可以被部分地布置在互连或导电线与电容器之间。这将限制寄生效应。
[0027]根据特定实施方式，第一电容器电极区域包括分别面对第二电容器电极区域的两个基本上平行的第二壁的两个基本上平行的(对于弯曲壁，对应的切线基本上平行)第一壁，并且其中，电介质部分在面对的第一电容器电极区域的每个第一壁与第二电容器电极区域的每个第二壁之间延伸。
[0028]该具有复杂几何形状的特定结构确保器件的表面积的大部分将用于增加器件的电容。
[0029]根据特定实施方式，第一电容器电极区域和第二电容器电极区域被布置成互锁梳状结构或互锁螺旋结构。
[0030]这两种结构充分利用了要由电容器使用的表面积。
[0031]根据特定实施方式，电介质部分还包括在电介质部分中包括的阳极多孔氧化物区域的一部分的至少一组孔的内部的填充材料。
[0032]该填充材料可以用于适应电介质部分的性质：介电常数、鲁棒性(在击穿电压方面)等。
[0033]通过示例的方式，可以使用掩膜来防止孔的一部分的填充。
[0034]根据特定实施方式，填充材料布置在电介质部分中包括的阳极多孔氧化物区域的一部分的所有孔中。
[0035]例如，如果阳极多孔氧化物区域包括20％的氧化物和80％的孔，那么电介质区域可以包括80％的填充材料。
[0036]根据特定实施方式，在电介质部分中包括的阳极多孔氧化物区域的一部分的至少
一个孔未填充有填充材料。
[0037]例如，未填充有填充材料的至少一个孔可以是空的。
[0038]根据特定实施方式，填充材料是电介质材料(即任何适合的电介质材料)，或者填充材料是高K电介质，或者填充材料是低K电介质。
[0039]低K电介质具有比二氧化硅的相对介电常数(3.9)低的相对介电常数。高K电介质具有比二氧化硅的相对介电常数高的相对介电常数。
[0040]例如，低K电介质可以是碳氧化硅(SiOC)或聚合物例如聚对二甲苯或聚酰亚胺，或者基于SiO2的电介质(例如氮氧化物)。高K电介质可以是铪氧化物(HfO2)或二氧化锆(ZrO2)。
[0041]例如，高K电介质可以用于增加电容器的电容。高K电介质通常使用诸如原子层沉积的方法进行沉积，但是这样的方法限制了可实现的厚度。然而，通过使用多孔结构，可以通过沉积具有孔直径的约一半的厚度的高K电介质的层来填充约80％的电介质部分。对于具有约20微米的高度的结构，获得80％的高K电介质，这在沉积高K电介质时是无法实现的。
[0042]优选地，使用原子层沉积(ALD)来沉积填充材料。
[0043]低K电介质可以用于利用其承受大击穿电压的能力，还用于具有约20微米的厚度的结构。
[0044]根据特定实施方式，器件还包括导电图案，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括电容器的电气器件，包括：基板(100)；在所述基板上方的阳极多孔氧化物区域(105)，所述阳极多孔氧化物区域具有顶表面；第一电容器电极区域(111A,201A)，其布置在所述阳极多孔氧化物区域中，在所述阳极多孔氧化物区域中从其顶表面(F)延伸，所述第一电容器电极区域具有垂直于所述顶表面的第一壁(108A,202A)；第二电容器电极区域(111A,201B)，其布置在所述阳极多孔氧化物区域中，在所述阳极多孔氧化物区域中从其顶表面(F)延伸，所述第二电容器电极区域具有垂直于所述顶表面且面对所述第一电容器电极区域的所述第一壁的第二壁(108B,202B)，所述第一电容器电极区域的所述第一壁和所述第二电容器电极区域的所述第二壁由包括所述阳极多孔氧化物区域的一部分的电介质部分(112)分隔开，使得由所述第一电容器电极区域、所述第二电容器电极区域和所述电介质部分形成电容器(CAP,CAP
’
)。2.根据权利要求1所述的电气器件，其中，所述第一电容器电极区域包括分别面对所述第二电容器电极区域的两个基本上平行的第二壁(108B)的两个基本上平行的第一壁(108A)，并且其中，所述电介质部分(112)在面对的所述第一电容器电极区域的每个第一壁与所述第二电容器电极区域的每个第二壁之间延伸。3.根据权利要求2所述的电气器件，其中，所述第一电容器电极区域(202A)和所述第二电容器电极区域(202B)被布置成互锁梳状结构或互锁螺旋结构。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电气器件，其中，所述电介质部分还包括在所述电介质部分中包括的所述阳极多孔氧化物区域的一部分的至少一组孔(106)的内部的填充材料(109)。5.根据权利要求4所述的电气器件，其中，所述填充材料布置在所述电介质部分中包括的所述阳极多孔氧化物区域的一部分的所有孔中。6.根据权利要求4所述的电气器件，其中，在所述电介质部分中包括的所述阳极多孔氧化物区域的一部分的至少一个孔未填充有所述填充材料。7.根据权利要求4或5所述的电气器件，其中，所述填充材料是电介质材料，或者所述填充材料是高K电介质，或者所述填充材料是低K电介质。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电气器件，还包括导电图案(104)，所述导电图案布置在所述基板与所述阳极多孔区域之间以及/或者所述基板与所述第一电容器电极区域或所述第二电容器电极区域之间。9.根据权利要求8所述的电气器件，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉里，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：