多層結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多層結(jié)構(gòu)，尤其涉及槽式電容器或三維電容器的多層結(jié)構(gòu)。
[0002]此外，本發(fā)明還涉及一種制造多層結(jié)構(gòu)的方法，尤其涉及一種制造槽式電容器的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]高密度電容器是實現(xiàn)解耦單元的關(guān)鍵。為了實現(xiàn)在特定頻率下的目標(biāo)阻抗，就需要選擇一定的電容值，以便在布局設(shè)計時放置，從而實現(xiàn)所需頻率的諧振，并且具有等于其等效串聯(lián)電阻值(ESR)的阻抗。因而，往往會并行放置足夠數(shù)量的那些電容器，使得并聯(lián)的ESR接近于該所需目標(biāo)阻抗。電容器ESR確定了實現(xiàn)特定頻率下一定目標(biāo)阻抗所需的電容器數(shù)量，并因此成為一個重要的設(shè)計參數(shù)。對ESR的高估會導(dǎo)致過多的電容器以及不必要的大量材料，從而引起不必要的花費(fèi)。對ESR的低估則會導(dǎo)致配電系統(tǒng)的不足。
[0004]可有多種使用硅中第三維來實現(xiàn)高密度電容器的方法。利用硅基片的各向異性蝕刻來制造槽式電容器在本領(lǐng)域中是眾所周知的。在傳統(tǒng)的槽式電容器單元中，該電容器的上電極形成于溝槽中，而下電極是由硅基片形成的。一般來說，該電容器的上端或上電極是一層延伸至溝槽內(nèi)的多晶硅層，以此形成一個電容器。然而，該電容器的功能依賴于大的表面積。槽式電容器通常嵌入在半導(dǎo)體基片中的的一系列的大量的很多很多小的深孔或大的孔隙的陣列中。然而，電容器的密度受限于在等離子體蝕刻(DRIE)或其它化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝中所使用的氣態(tài)試劑貫穿那些深孔的低擴(kuò)散率。
[0005]為了克服這一缺陷，W02007/027169提出使用拓?fù)潆娙萜鳎渲懈綀D表明其不同于先前的結(jié)構(gòu)。
[0006]發(fā)明目標(biāo)及總述
本發(fā)明旨在提供一種交替的多層結(jié)構(gòu)，例如，一種槽式電容器的多層結(jié)構(gòu)，以及一種制造交替多層結(jié)構(gòu)的方法，例如，一種制造具有高密度和低等效串聯(lián)電阻值的槽式電容器的方法。
[0007]為了達(dá)到上述目標(biāo)，提供了根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的一種多層結(jié)構(gòu)(例如，槽式電容器)及其制造方法。在從屬權(quán)利要求中描述了優(yōu)選地實施例。
[0008]根據(jù)一示例性實施例，一種多層結(jié)構(gòu)，尤其是槽式電容器或電池的多層結(jié)構(gòu)，包括一個含有溝槽和第一電極的圖形化層結(jié)構(gòu)，其中，該圖形化層結(jié)構(gòu)包括一個FASS曲線結(jié)構(gòu)并且第一電極至少部分形成于FASS曲線結(jié)構(gòu)上。尤其是，應(yīng)當(dāng)指出術(shù)語“FASS曲線結(jié)構(gòu)上”可能指的是第一電極形成于FASS曲線結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，例如，位于FASS曲線結(jié)構(gòu)其中、位于其上或其下。
[0009]根據(jù)一示例性實施例，一種制造多層結(jié)構(gòu)的方法，尤其是制造槽式電容器或電池的方法，包括提供基片，例如平面基片；采用形成FASS結(jié)構(gòu)的方法在基片中形成溝槽，例如，通過基片的結(jié)構(gòu)化；以及至少在部分FASS結(jié)構(gòu)上形成電極。具體而言，溝槽可采用諸如各向異性蝕刻和/或等離子體蝕刻方法來形成。對于蝕刻，可使用具有FASS曲線形狀或具有與FASS曲線互補(bǔ)形狀的掩模?？蛇x地，在至少部分FASS結(jié)構(gòu)上形成電極之前沉積絕緣層。
[0010]在本發(fā)明中，術(shù)語“FASS曲線”具體是指一種空間填充、非自交、自相似性的簡單曲線。也就是說，F(xiàn)ASS曲線可以是一種完全穿越二維平面或三維空間(或者具體指定該平面/空間的周期性網(wǎng)格)的曲線。這類FASS曲線還可稱為分形曲線。尤其是，由于可從FASS曲線中導(dǎo)出諸如最小圖形單元的單位圖形，因此FASS曲線可適用于所謂的設(shè)計工具包。于是，當(dāng)實施設(shè)計工具包時，F(xiàn)ASS曲線的使用不會產(chǎn)生額外的困難。
[0011]在本發(fā)明中，術(shù)語“多層結(jié)構(gòu)”可具體表示一種三維結(jié)構(gòu)，其包括多層(即至少兩層)的結(jié)構(gòu)。這類多層結(jié)構(gòu)可用于形成電池(例如，微型電池)或槽式電容器。應(yīng)當(dāng)指出:就原理而言，電容器和電池的配置結(jié)構(gòu)或設(shè)計布局是非常類同的。尤其是，電容器可由互相絕緣的兩個電極構(gòu)成，其中一個電極可由接地電位形成；而電池也可由兩個電極形成，例如由高分子電解質(zhì)形成，一般來說，這兩個電極彼此之間并不絕緣。因此，為了簡明，盡管下文僅提及槽式電容器，但應(yīng)用于電池(例如，微型電池)的更多說明和特征也是同樣適用。槽式電容器可具有至少部分設(shè)置于形成或蝕刻在基片溝槽中的一個電極。第二電極可由基片自身形成或由其它層形成。尤其是，根據(jù)本申請，槽式電容器的平板電極可由基片或形成/沉積于溝槽內(nèi)的層所構(gòu)成。因此，存儲電極也同樣可由基片或形成于溝槽中的層所構(gòu)成。尤其是，三維電容器應(yīng)當(dāng)與準(zhǔn)二維電容器有所區(qū)別。這類準(zhǔn)二維電容器是以準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)為基本特征的，其電容器的電極并排形成。尤其是，基片中沒有形成之后至少部分會填充某材料以形成電極的凹槽或溝槽。例如，二維電容器可由依次設(shè)置的三層所構(gòu)成，其中第一層形成第一電極，第二層形成絕緣層以及第三層形成第二電極。與這類結(jié)構(gòu)不同，三維電容器的結(jié)構(gòu)特征在于:其上電極包括在形成于下電極區(qū)域溝槽中的凹陷區(qū)域。因此，三維電容器可包括上電極，其具有設(shè)置在下電極上表面下部的區(qū)域，例如，與下電極區(qū)域并排設(shè)置的區(qū)域，使得上電極可具有真正的三維結(jié)構(gòu)而并不僅僅只由一個平面層所形成。尤其是，第一電極和第二電極可彼此連結(jié)。因此，三維電容器可包括部分形成于下電極上的上電極，例如，沿著垂直于下電極主要延伸方向形成在下電極上，以及位于下電極旁邊。
[0012]特別是，F(xiàn)ASS曲線和槽式或三維電容器的組合可導(dǎo)致等效串聯(lián)電阻值(ESR)的減小。例如，與上面提到的WO 2007/027169所述的傳統(tǒng)拓?fù)潆娙萜飨啾?，可減小50%的范圍。此外，有可能高效地形成這類結(jié)構(gòu)，例如，采用具有高蝕刻速率的蝕刻工藝，這也有可能獲得高的集成度。尤其是，通過使用FASS曲線而獲得的結(jié)構(gòu)可提供開放式構(gòu)造，從而獲得高的蝕刻速率。此外，可提高槽式電容器的可靠性，這是因為這種結(jié)構(gòu)可防止當(dāng)使用傳統(tǒng)槽式電容器時經(jīng)常發(fā)生的粘連。另外，該結(jié)構(gòu)與已知的拓?fù)潆娙萜飨啾?，具有更好的魯棒性，因為原則上僅形成了一個溝槽和一個單獨(dú)的其它區(qū)域。由于該三維結(jié)構(gòu)中所有溝槽形狀的寬度可保持不變，因此用于填充槽式的材料可能具有好的均一性。
[0013]此外，使用具有自相似圖形的基片使得該三維電容器的ESR和/或容量具有良好的可預(yù)測性，因此，有可能改進(jìn)布局設(shè)計。
[0014]示例性實施例的要點(diǎn)是將FASS曲線(即自相似結(jié)構(gòu))應(yīng)用于形成三維或槽式電容器的圖形，從而導(dǎo)致該槽式電容器具有可預(yù)測的電容和/或ESR，其ESR還可減小。根據(jù)示例性實施例的槽式電容器有可能在電容器最大化或增加電容量的同時最小化或減小其串聯(lián)電阻值，同時還有可能在制造過程中提高可靠性。這種可靠性對于解耦應(yīng)用尤其重要。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，僅通過在電容器中使用最優(yōu)化溝槽形狀就有可能獲得位于某頻率下非常小的阻抗。
[0015]接著，描述了槽式電容器的其它示例性實施例。然而，這些實施例還適用于制造槽式電容器的方法。
[0016]根據(jù)槽式電容器的其它示例性實施例，溝槽由FASS曲線結(jié)構(gòu)形成。也就是說，溝槽可在基片中形成FASS曲線結(jié)構(gòu)。然而，溝槽也可能形成與FASS曲線互補(bǔ)的形狀，S卩，由定義溝槽的壁來形成FASS曲線。因此，在采用蝕刻形成溝槽的情況下，有可能使用具有FASS曲線形狀或與FASS曲線互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的蝕刻掩模。
[0017]根據(jù)槽式電容器的另一其它示例性實施例，層結(jié)構(gòu)包括具有導(dǎo)電材料的基片。尤其是，電容器的第二電極可由具有圖形化層結(jié)構(gòu)的基片形成。尤其是，該基片可由任意方式形成。
[0018]根據(jù)槽式電容器的其它示例性實施例，F(xiàn)ASS曲線選自包括下述曲線的組中:希爾伯特(Hilbert)曲線，皮亞諾(Peano)曲線，高斯帕(Gosper)曲線，塞平斯基(Sierpinski)曲線，E-曲線，以及Z-曲線。所有這些曲線都是適合有效穿越二維平面或三維空間的曲線，即可填充平面和將其劃分為自相似區(qū)域的曲線。
[0019]根據(jù)槽式電容器的其它示例性實施例，F(xiàn)ASS曲線是基于正八邊形的皮亞諾曲線。尤其是，每個八邊形的一個邊是開放式的，從而各個八邊形都連接至兩個鄰接的八邊形。尤其是，該皮亞諾曲線可由附圖1所示的圖形形成。
[0020]根據(jù)槽式電容器的其它示例性實施例，第一電極由形成于圖