具有嵌入多孔介质中的通孔的电容器结构制造技术

公开了一种电容器结构。该电容器结构包括：基板(102)；在基板(102)上方的导电层(104)；以及在导电层(104)上方的多孔层，该多孔层具有从多孔层的顶部表面向导电层(104)垂直延伸的孔。多孔层包括第一区域(110)和第二区域(120)，第一区域(110)的孔中设置有导电线，并且第二区域(120)的孔中设置有金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有嵌入多孔介质中的通孔的电容器结构


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

技术介绍

[0002]硅无源集成技术如今可用于工业设计。例如，由村田集成无源解决方案(Murata Integrated Passive Solutions)开发的PICS技术允许将高密度电容部件集成到硅基板中。根据该技术，可以将数十或甚至数百个无源部件有效地集成到硅管芯中。
[0003]例如，在P.Banerjee等人的题为“Nanotubular metal
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insulator
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metal capacitor arrays for energy storage(用于能量存储的纳米管金属
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绝缘体
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金属电容器阵列)”(2009年5月发表于Natural technology)的著作中，描述了在多孔阳极材料例如多孔阳极氧化铝(PAA)中形成的金属
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绝缘体
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金属(metal
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insulator
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metal，MIM)结构。金属、绝缘体以及然后金属的连续层遵循多孔材料的轮廓，致使MIM结构被嵌入在多孔材料的孔的内部。然而，由于可以通过原子层沉积(ALD)沉积的PAA厚度，Banerjee的PAA嵌入结构受到高的等效串联电阻(ESR)和有限的电容密度的影响。
[0004]在国际申请公开WO 2015/063420 A1中描述了F.Voiron等人的改进了Banerjee的ESR和电容的结构。Voiron的结构产生了可以用于各种应用的高度集成的电容。在该结构中，孔的底部被打开，并且MIM结构的下部金属层与位于多孔区域下方的导电层接触，从而提供电接触并降低ESR。
[0005]通常，如上所述的PAA嵌入结构由将结构(例如，MIM电容堆叠)嵌入在基板例如硅晶片上方的多孔区域内部而产生。通常，多孔区域由对沉积在基板上方的金属例如铝的层进行阳极氧化而产生。阳极氧化将铝层转换成多孔阳极氧化铝。通常，多孔区域形成为任何形状(当从顶部观看)，并且在垂直于晶片表面的方向上延伸穿过氧化铝层。
[0006]图1以截面图示出了用于将电容器结构嵌入多孔区域中的常规布局100。下层结构可以包括基板102、在基板104上方的导电层104和在导电层104上方的金属层106。
[0007]根据常规布局100，金属层106在限定的区域106b中被阳极氧化，从而留下区域106a未被阳极氧化。通常，这是通过在金属层106的顶部施加硬掩模层(未示出)来掩蔽与区域106a对应的区域来实现的。掩模保护这些区域不与阳极氧化电解质接触。因此，在硬掩模层开口的区域106b中形成多孔区域。然后，根据需要将电容结构嵌入一个或更多个区域106b中。
[0008]然而，事实上，产生图1的常规布局的有效结构是不同的。事实上，如图2所示，并且更详细地如图3所示，区域106b的每一个实际上由区域106c和两个横向区域106d组成。
[0009]区域106c对应于孔形成良好(即，孔基本上是均匀的，并且一直向下延伸至导电层104)的区域。事实上，可能需要在底部蚀刻区域106c的一些孔以确保它们完全开口，但是通常这些孔足以将MIM堆叠沉积在其中。
[0010]相比之下，区域106d对应于孔极有可能变形并且因此不足以接纳MIM堆叠的区域。
[0011]区域106d中的孔变形是由于这些区域与每个区域106与其周围区域106a之间的界
面相邻。实际上，如上面提及的，在阳极氧化期间，在限定的区域106a上形成硬掩模，以保护这些区域不被阳极氧化。区域106d到该硬掩模的接近导致这些区域中逐渐减小的阳极氧化电场。越靠近硬掩模边缘，阳极氧化电场越弱，并且孔形成越少。
[0012]这种现象的效果是区域106d中的孔停止在残留的铝凸缘302中，而不是一直向下延伸至导电层104。区域106d中的孔终止于凸缘302的事实是这些孔不足以接纳MIM堆叠的另一原因。事实上，MIM沉积并且特别地导电M层的沉积是使用热原子层沉积(ALD)完成的。用于这样的导电层沉积(例如，用于像TiN、MoN、WN等的导电材料)的前体是氯基的，并且会引起铝的腐蚀。
[0013]事实上，区域106d的宽度与被阳极氧化的金属层106的厚度相关(金属层越厚，区域106d越宽)。大约，区域106d的宽度是金属层106的厚度的3倍。
[0014]可以通过对阳极氧化过程的附加控制来减小凸缘302(和区域106d)的宽度。例如，可以允许该过程持续更长的时间。然而，这带来了削弱层104与106之间的界面从而导致层106的部分的分层的风险。具体地，当阳极氧化过程被允许运行更长的时间时，难以控制层104的氧化，并且特别地难以限制层104在孔之间的水平方向上的氧化。当孔随后(在打开孔的底部的步骤期间)被蚀刻时，层104与106之间的界面变弱从而，导致层106分层。
[0015]在实现方式中，可以在结构100中设置一些区域106a，以形成用于从顶部接触被嵌入到区域106b中的电容结构的底部电极的电通孔。另外，可以在晶片的接近切割通道的边缘(晶片的未构建电容结构的区域处)设置一些区域106a。
[0016]通常期望通过设置若干通孔来接触给定的底部电极来提供接触冗余。另外，在一些情况下，可能需要增加电通孔来提高电性能。例如，期望减小电容器结构的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。增加电通孔可以有助于减小ESR和ESL二者。这对于较小尺寸的电容器(例如，小于1/4mm2)尤其如此，其中，电容并行化低于较大尺寸的电容器结构。
[0017]然而，当电容器结构中需要大量电通孔时，凸缘302(和区域106d)的存在是有问题的。事实上，如图4所示，每当两个多孔区域106b之间存在有效宽度d1的区域106a时，由于区域106d的损失，需要比d1大得多的宽度d2。事实上，本专利技术的专利技术人已经观察到，实现15微米的有效宽度d1的电通孔可能需要高达100微米的横向覆盖区，因为区域106d可能均高达30微米(并且其中工艺叠加规则需要进一步的间隔)。
[0018]图5是示出由图1的常规结构100产生的有效电容区域的俯视图500。具体地，区域502对应于构建有电容结构的晶片区域。区域502可以对应于上述区域106c。相反地，区域504是不用于电容结构的晶片区域。区域504可以对应于上述区域106a和106d。区域506对应于晶片的切割区域。
[0019]如图5所示，有效电容区域远低于根据常规结构100的晶片的总区域。这在图6中进一步示出，图6示出了根据示例实现方式的作为电容器表面区域的函数的有效电容区域与总区域的比率。示例实现方式假设，有效通孔宽度(d1)为15微米，并且针对区域106d的每一个的宽度为30微米。
[0020]如所示的，对于小于0.25mm2的电容器，有效区域/总区域的比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电容器结构(1100)，包括：基板(102)；在所述基板(102)上方的导电层(104)；以及在所述导电层(104)上方的多孔层，所述多孔层具有从所述多孔层的顶部表面向所述导电层(104)垂直延伸的孔，其特征在于，所述多孔层包括第一区域(110)和第二区域(120)，所述第一区域(110)的孔中设置有导电线，并且所述第二区域(120)的孔中设置有金属
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绝缘体
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金属(MIM)结构。2.根据权利要求1所述的电容器结构(1100)，其中，所述多孔层包括孔是空的第三区域(130)，所述第三区域(130)将所述第一区域(110)和所述第二区域(120)分开。3.根据权利要求1所述的电容器结构(1100)，其中，所述第三区域(130)与所述第一区域(110)紧密相邻并且与所述第二区域(120)紧密相邻。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容器结构(1100)，其中，设置在所述第二区域(120)的孔中的MIM结构包括：共形地设置在所述第二区域(120)中的第一金属层、共形地设置在所述第一金属层上的绝缘体层、以及共形地设置在所述绝缘体层上的第二金属层，并且其中，所述第一金属层在所述第二区域(120)的每个孔的底部处接触所述导电层(104)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电容器结构(1100)，其中，所述导电线的底端在所述第一区域(110)的孔的底部处接触所述导电层(104)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电容器结构(1100)，其中，所述导电层(104)包括第一层和第二层，所述第二层设置在所述第一层与所述多孔层之间。7.根据权利要求6所述的电容器结构(1100)，其中，所述第一层由铝制成，所述第二层由钨制成。8.根据权利要求6所述的电容器结构(100)，其中，所述第二层是不连续的，并且在所述多孔层的第一区域(110)和/或第二区域(120)下方开口。9.根据权利要求1至8中任一项所述的电容器结构(100)，其中，所述多孔层由阳极氧化铝(AAO)制成。10.根据权利要求1至9中任一项所述的电容器结构(100)，...

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