柱状电容器、堆叠型同轴柱状电容器及其制造方法

摘要

本发明公开了一种柱状电容器，形成于不同金属层之间制备通孔和连线的工艺过程中，柱状电容器包括介电层，其中开设有一中心通孔以及至少一个与中心通孔同轴的环柱状通孔，中心通孔以及环柱状通孔中分别填充有金属以各自形成金属区，相邻金属区之间不相连通。本发明还公开了一种堆叠型同轴柱状电容器，以及电容器的制备方法。本发明的电容器具有以下优点：1.电容器的制备在金属连线的制备过程中形成，工艺简单，成本低。2.通过同轴堆叠制备，电容器的高度方向实现自由的设计维度，可以灵活根据电路器件的空间制备，根据器件模拟发现，高4um的堆叠型电容的电容量就与平板电容相当，大约为1fF/um2。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器，具体涉及一种柱状电容器和一种堆叠型同轴柱状电容器。本发明还涉及上述电容器的制造方法。

背景技术

在电路设计中所应用的电容通常为平板电容，平板电容是在两层金属之间夹一绝缘介质而成，为了提高平板电容的电容容量通常需要增加金属极板的面积或者减小介质层的厚度，而这些措施在实际实现时会有各种限制，如增大面积会增加整个电路的面积，而介质层的厚度则受到工艺水平的限制，所以平板电容的电容量通常为1fF/um²。

由上述可见，在电子和集成电路制造中，需要有另外的电容解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种堆叠型同轴柱状电容器，它可以有效减少器件的横向面积。本发明还要一种堆叠型同轴柱状电容器，能够满足大电容器件的需要。为此，本发明还要提供上述两种电容器的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种柱状电容器，形成于不同金属层之间制备通孔和连线的工艺过程中，所述柱状电容器包括介电层，其中开设有一中心通孔以及至少一个与所述中心通孔同轴的环柱状通孔，所述中心通孔以及环柱状通孔中分别填充有金属以各自形成金属区，相邻金属区之间不相连通。

本发明还提供了一种柱状电容器的制备方法，该方法在不同金属层之间制备通孔和连线的工艺过程中实施，包括如下步骤：

(1)沉积介电层，并通过曝光、显影在介电层表面形成环状图形；

(2)在介电层中刻蚀出中心通孔和与中心通孔同轴的环柱状通孔；

(3)在所述中心通孔和所述环柱状通孔内填充金属以形成金属区；

(4)在相邻的两个金属区或者相隔2N个金属区的两个金属区上分别制作正负电极，其中N为正整数。

本发明还提供了一种堆叠型同轴柱状电容器，由两层以上结构相同的上述柱状电容器同轴堆叠制作而成。

上述堆叠型同轴柱状电容器的制备方法，包括：

首先，以同轴对准的方式重复如下步骤(1)～(3)，以形成具有多层介电层的结构：

(1)沉积介电层，并通过曝光、显影在介电材质层表面形成环状图形；

(2)在介电层中刻蚀出中心通孔和与中心通孔同轴的环柱状通孔；

(3)在所述中心通孔和所述环柱状通孔内填充金属；

然后，在最顶层介电层中相邻的两个金属区或者相隔2N个金属区的两个金属区上分别制作正负电极，其中N为正整数。

本发明具有以下优点：

1、电容器的制备在金属连线的制备过程中形成，工艺简单，成本低。

2、通过同轴堆叠制备，电容器的高度方向实现自由的设计维度，可以灵活根据电路器件的空间制备，根据器件模拟发现，高4um的堆叠型电容的电容量就与平板电容相当，大约为1fF/um²。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的柱状电容器的结构示意图；

图2是本发明的柱状电容器的俯视图；

图3是本发明的柱状电容器的剖面示意图；

图4是本发明的堆叠型同轴柱状电容器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的柱状电容器，形成于不同金属层之间制备通孔和连线的工艺过程中，柱状电容器包括介电层3，其中开设有一中心通孔1以及至少一个与所述中心通孔同轴的环柱状通孔2，中心通孔1以及环柱状通孔2中分别填充有金属以各自形成金属区，相邻金属区之间不相连通。

请参考图2和图3，上述同轴柱状电容器的制备方法，是在不同金属层之间制备通孔和连线的工艺过程中实施的，包括如下步骤：

(1)沉积介电层，并通过曝光、显影在介电层(介电层材质可以选用氧化物，例如二氧化硅SiO₂)表面形成环状图形(见图2，其中阴影部分为待刻蚀的通孔和环柱状孔位置)。

较佳地，相邻金属区(即非阴影区域)的宽度范围为2um-10um。环柱状金属区(阴影区域)的宽度范围为2um-10um。

(2)在介电层3中刻蚀出中心通孔和与中心通孔同轴的环柱状通孔；

(3)在中心通孔和环柱状通孔内填充金属以形成金属区；

(4)在相邻的两个金属区或者相隔2N个金属区的两个金属区上分别制作正负电极，其中N为正整数。

如图3所示，如果将中心通孔中的金属作为正极，则可以在相邻的第1个环柱状金属区制备负极。或者可以在相邻的第1和第2个环柱状金属区上分别制备电极。进一步地，正负电极之间也可以相隔2N个金属区，其中N为正整数，例如在中心通孔中的金属区和第3个环柱状金属区(相隔第1和第2环柱状金属区)上分别制作正负电极。

如图4，本发明的堆叠型同轴柱状电容器，由两层以上结构相同的柱状电容器同轴堆叠制备而成。上述堆叠型同轴柱状电容器的制备方法，包括：

首先，以同轴对准的方式重复如下步骤(1)～(3)，以形成具有多层介电层的结构：

(1)沉积介电层，并通过曝光、显影在介电材质层表面形成环状图形(见图2)；

(2)在介电层中刻蚀出中心通孔和与中心通孔同轴的环柱状通孔；

(3)在所述中心通孔和所述环柱状通孔内填充金属以形成金属区(见图3的阴影部分)；

然后，在最顶层介电层中相邻的两个金属区或者相隔2N个金属区的两个金属区上分别制作正负电极，其中N为正整数。

最终即可形成堆叠型同轴柱状电容器(见图4)。

如图3所示，当采用的导电介质相同(介质导电率相等)，则本发明制备的柱状电容器其电容的大小与电极所在金属区的柱状表面积有关，例如，若电极制备在相邻的中心通孔的金属区和第1环柱状金属区上，则该柱状电容器的电容值就会与半径r1、r2有关，半径r1、r2越大，则相应环柱状金属区的表面积也越大(相当于平板电容电极的面积)，则电容值也越大。

同理，该电容值也与该柱状电容器的高度有关，高度越高则相应环柱状金属区的表面积也越大，电容值也越大。而同一层内柱状电容器的高度通常由器件其他工艺(如不同层金属连线长度)确定，为了增大电容值，则可以在多层介电材质内堆叠制作，只要保证各层内的柱状电容器结构完全相同，且为同轴堆叠制备，则随层数增加，进而总高度增加，总的电容值可以增大，该电容器的高度方向实现了自由的设计维度，可以灵活根据电路器件的空间制备。根据器件模拟发现，高4um的堆叠型电容的电容量就与平板电容相当，大约为1fF/um²。