具有改進型電容器的結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及金屬-絕緣體-金屬型電容。更具體而言，本發明涉及一種具有金屬-絕緣體-金屬型電容的結構，根據該結構可制成疊狀的金屬-絕緣體-金屬型電容器。
[0002]本發明尤其是在微電子領域得到應用，更具體而言，在無源和/或有源元件領域得到應用，例如，所述元件用于醫療器械、能源管理設備或者航空電子的其它設備。
【背景技術】
[0003]由于微電子技術的發展，現在可以將多項復雜功能集成到同一個元件上，以提高其性能。無源元件的集成，更具體而言，有源或無源電路中集成電容器對于開發者而言是非常重要的課題。實際上，在集成這種元件的過程中，在制造例如電容器和無源或有源元件的各工序之間出現技術兼容性問題。此外，出現了與高值電容器的使用相關的存儲需求問題。
[0004]已經探索了解決方案，例如，通過陽極化處理層創造的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器能夠在所述陽極化處理層中得到的孔隙內沉積MM。
[0005]因此，例如，由P.Banerjee等人在發表于2009年5月的《NATURE TECHNOLOGY》的〈〈Nanotubular metal-1nsulator-metal capacitor arrays for energy storage〉〉中提到能夠利用陽極化處理層生產MM電容器的方法。該文獻展現了通過對可陽極化層進行陽極化處理而進行刻蝕的一種方法，從而能夠創造MM電容器結構。因此，所創造的M頂電容器能夠較精確地控制電容值。然而，這種結構的內電阻較高，由此降低了這種元件的性能，并限制其在有源電路中的集成。
[0006]此外，盡管面積比較高，但是由于采用了陽極化處理層，所以得到的MM電容器的密度仍舊較低。因此，在設計高值電容器的過程中，出現了與這類技術相關的空間需求的問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是克服現有技術的上述缺點，更具體而言，旨在能夠生產具有較低接入電阻的金屬-絕緣體-金屬型電容器結構。
[0008]有利的是，根據本發明的電容器結構使得具有有限封裝(footprint)的結構產生高集成度。
[0009]更優選的是，可以輕松地實現根據本發明的結構，而且/或者其成本較低。可有利地將其集成到包括有源電路的結構中。
[0010]為此目的，本發明提出一種金屬-絕緣體-金屬型電容器結構，包括:
[0011]-基底，
[0012]-設置在基底上的第一電絕緣層，
[0013]-設置在第一電絕緣層上的下電極，
[0014]-—金屬層，設置在下電極上，通過多孔結構化以形成孔絕緣基體，
[0015]-金屬-絕緣體-金屬型電容器，包括設置在結構化金屬層上和所述結構化金屬層各孔中的第一導電層、覆蓋第一導電層的介電層、覆蓋介電層的第二導電層，每個相關孔都包括由介電層分隔開的第一導電層和第二導電層，
[0016]-設置在金屬-絕緣體-金屬型電容器上的上電極，
[0017]-設置在上電極上的第二電絕緣層。
[0018]根據本發明，位于結構化金屬層各孔內的第一導電層與下電極相接觸，位于結構化金屬層各孔內的第二導電層與上電極相接觸。
[0019]因此，本發明提出了一種獨創的金屬-絕緣體-金屬型電容器結構，由于存在下電極，該電容器結構能使位于各孔內的導電層短路，從而實現低電阻的金屬-絕緣體-金屬型電容器結構。
[0020]需注意的是，在該結構中，通過外圍的氧化層，結構化金屬層中的孔隙與產生該孔隙的結構化金屬層的其余部分電絕緣。在金屬層中產生各孔時，創造了構成孔絕緣基體的氧化層，從而形成結構化金屬層。因此，如果構成金屬層的金屬是鋁，氧化層則是一層氧化招O
[0021]本發明的一個有利的實施例提出一種金屬-絕緣體-金屬型電容器結構，其包括位于下電極中并把下電極分為電特性不同的兩個區域的至少一個側向絕緣帶、位于上電極中并把上電極分為電特性不同的兩個區域的至少一個側向絕緣帶以及還有通過結構化金屬層從所設置的下電極到上電極層面的一個電觸點。
[0022]由于結合了向下電極上開口的多孔結構中的各孔(其一)以及側向絕緣帶(其二)，所以產生了使并聯電容器能夠堆疊的結構，這在本質上能夠增加指定面積單元的電容值。
[0023]本發明的一個有利的實施例提出下電極包括一個金屬層和一個刻蝕阻擋層。這樣，在結構化金屬層中形成各孔時，刻蝕阻擋層保護金屬層。例如，可以通過物理氣相沉積(PVD)或通過原子層沉積(ALD)沉積刻蝕阻擋層，因此刻蝕阻擋層非常薄。而且，就其本質而言，如果刻蝕阻擋層(TiN，TaN)的電導較低，當然，它會阻抗平行于刻蝕阻擋層的電荷流，而且/或者以較遠的距離對其進行阻抗。因此，最好使該刻蝕阻擋層短路，以便以串聯電阻(ESR)的方式獲得較好的性能。通過集成到下電極中的金屬層進行短路。該結構與本發明特別有利的特征相對應。
[0024]側向絕緣帶最好是由例如選自氧化硅和氮化硅的絕緣材料制成，從而使金屬-絕緣體-金屬型電容器的電極兩兩絕緣。最好在低溫下沉積該材料，例如，通過PECVD方法進行沉積。
[0025]本發明提出一個優選實施例，其中，金屬-絕緣體-金屬型電容器是由結構化金屬層制成的，所述結構化金屬層是由厚度大于0.4微米的金屬構成的，能夠形成比如“深”微米孔或納米孔這樣的空腔，并且因此能夠增加電容器的總等效面(TES)。
[0026]在本文所述的金屬-絕緣體-金屬型電容器結構中，孔絕緣基體是通過陽極刻蝕或通過陽極化處理得到的基體。
[0027]在實施例的一個實例中，結構化金屬層是由鋁制成的，孔絕緣基體是由氧化鋁制成的。
[0028]為了增加金屬-絕緣體-金屬型電容器的密度，在兩個金屬層之間設置的介電層包含絕緣材料，所述絕緣材料具有高介電常數k，其值大于4，最好大于10(k>10)。
[0029]由于采用了下電極以及上、下側向絕緣帶，所以金屬-絕緣體-金屬型電容器結構使多個金屬-絕緣體-金屬型電容器能夠彼此上下堆疊。如此堆疊增加了該結構的電容值以及與恒定等效面有關的電容值，從而能夠改進根據本發明的結構的集成。堆疊的兩個金屬-絕緣體-金屬型電容器可方便地并聯電耦合，這能夠有利地增加電容值，以便在恒定封裝區得到較高值。
[0030]為了簡化方法流程，根據本發明的這種金屬-絕緣體-金屬型電容器結構具有堆疊的金屬-絕緣體-金屬型電容器，所述金屬-絕緣體-金屬型電容器首先通過其上電極電連接到位于它上面的另一個金屬-絕緣體-金屬型電容器的上電極，然后通過其下電極電連接到位于它上面的另一個金屬-絕緣體-金屬型電容器的下電極。該堆疊電容器對應于本發明特別有利的特征。
[0031]根據第二方面，本發明涉及包括上文所述的至少一個金屬-絕緣體-金屬型電容器的無源或有源半導體產品或設備。
[0032]根據本發明的第三方面，提出了制造這種結構的方法，其包括:
[0033]a.制備基底，
[0034]b.在基底上沉積絕緣材料制成的第一電絕緣層，
[0035]c.制造下電極，該下電極位于第一電絕緣層上，且在其表面包括刻蝕阻擋層，
[0036]d.在下電極局域刻蝕區沉積電絕緣材料，
[0037]e.在下電極上沉積金屬層，
[0038]f.結構化金屬層中的各孔，優選利用陽極刻蝕方法進行結構化，以形成孔絕緣基體，
[0039]g.在結構化金屬層上和所述結構化層的各孔中連續沉積第一導電層、介電層和第二導電層，
[0040]1.制造位于第二導電層上的上電極，
[0041 ] j.在上電極的局域刻蝕區沉積電絕緣材料，
[0042]k.在上電極上沉積絕緣材料制成的第二電絕緣層。
[0043]這種方法能夠制造如上所述的金屬-絕緣體-金屬型電容器結構。
[0044]在一個實施例中，結構化金屬層是由鋁制成的，孔絕緣基體是由氧化鋁制成的。
[0045]可以預期的是，在步驟c)中制造的下電極是通過在第一電絕緣層上沉積一層金屬制成的，然后由刻蝕阻擋層覆蓋所述金屬層。
[0046]為了實現堆疊的金屬-絕緣體-金屬型電容器，根據本發明的生產方法還有利地提出了下列步驟:
[0047]Cl)在制造所述下電極之后，通過局域刻蝕電極制造下側向絕緣帶，該下側向絕緣帶在下電極中界定出兩個電絕緣區域，以及，
[0048 ] h I)在制造所述上電極之后，通過局域刻蝕電極制造上側向絕緣帶，該上側向絕緣帶在上電極中界定出兩個電絕緣區域。
[0049]本發明的實施例中的一個有利方式提出一種生產方法，在該方法中重復N次上述生產方法中的步驟c)、cl)、d)至h)以及hi)。
[0050]為了降低表面狀態的不連續性，在該方法中的至少一個步驟hi)之后沉積一個平面化層，例如在堆疊的兩個金屬-絕緣體-金屬型電容器之間沉積該層。
【附圖說明】
[0051]通過閱讀下文說明書，本