CN102244107B - 一种易于填充的沟槽电容及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易于填充的沟槽电容及其填充方法。所述电容包括电容衬底，位于电容衬底上的多个相互连通的沟槽，位于电容衬底的表面上的下电极，位于下电极的表面上的介质层，位于介质层的表面上的上电极，以及填充于沟槽处的填充材料，填充材料位于上电极的表面上。本发明电容具有沟槽的结构，不用借助特殊的沉积设备，填充效果满足对高可靠性器件的要求，可以应用于沟槽结构的所有需要完成填充的电容。

Description

一种易于填充的沟槽电容及其制备方法

技术领域

 本发明涉及一种易于填充的沟槽电容以及其制备方法，属于微电子无源器件以及其封装技术领域。

背景技术

退耦电容器广泛地用于各种电子系统中，它一般连接于电子系统中的供电网络中的电源与地之间，利用电容频率越高阻抗越小的原理，将电源网络中的高频噪声减少，从而对电源网络中的噪声起到抑制作用。实际应用中，由于高密度集成的需要，我们对电容的尺寸大小有限制，一般是希望越小越好，但是小的电容其电容值也相应减小，正是由于其电容值小这一局限性，沟槽式电容的出现就是为了增加有效电容面积从而增大电容密度，如上海宏利半导体制造有限公司金平中等人在“沟槽式金属-绝缘层-金属电容结构与其形成方法”（专利号：CN 1700408）中使用了沟槽方法增加有效的面积利用率与比电容值，台湾茂德科技股份有限公司李岳川等人在“形成沟槽电容于衬底的方法及沟槽电容”（专利号：CN 1862764A）以及华邦电子股份有限公司施本成在“包含沟槽式电容的半导体装置及其制造方法”（专利号：1447437）中也对沟道电容的制程也有详细的描述。沟槽电容的引入同时也会带来电容的填充问题，通过对沟槽电容的填充可以对电容的性能带来以下好处：（1）减小容值在高低温变化下的容值变化（对于大多高K介质的MIM电容）；（2）增加结构稳定性；（3）提高击穿性能；

常见的对沟槽结构电容的填充方法按照填充材料特性不同以及方法不同有多种，如专利US6204089B1、US6,359,300 B1采用CVD或者LPCVD方法完成填充，填充的结构为一个上方带焊盘的电容结构，填充材料为重掺杂导电的Ge或者GeSi混合物。US6,194,755 B1也提到采用沉积方法填充多晶硅；Nxp和Philip公司提到采用LPCVD方法完成填充，填充的材料为绝缘材料氧化硅或者氮化硅 ，以及导电材料为代表的导电金属或导电重掺杂半导体。当沟槽结构在大孔径下也可以采用真空填充设备来完成真空填充技术。而这些传统的填充方法均存在以下的共同问题：（1）填充存在的空洞，（2）传统方法需要经过300-500℃高温，或者真空等条件，（3）填充材料为多晶硅，氧化物，氮化物，硅锗混合物等，工艺昂贵且难以控制。

发明内容

本发明针对传统的填充方法均存在以上的共同问题的不足，提供一种易于在常温常压下实现填充的沟槽电容的结构以及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种易于填充的沟槽电容包括：电容衬底，位于所述电容衬底上的多个相互连通的沟槽，位于所述电容衬底的表面上的下电极，位于所述下电极的表面上的介质层，位于所述介质层的表面上的上电极，以及填充于沟槽处的填充材料，所述填充材料位于上电极的表面上。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述电容为的金属-薄膜-金属电容、半导体结电容或者存在以沟槽构成功能的电容器；所述电容衬底为陶瓷、半导体材料、化合物材料或者玻璃材料；所述电容为分立电容、或者为电容衬底上嵌入的电容。

进一步，还包括一个或者多个互联结构，该互联结构使所有的沟槽相互连通形成一个整体连接，所述互联结构和沟槽的宽度为1微米～100微米，所述互联结构和沟槽的深度为1微米～100微米。

进一步，所述填充材料为导电材料或者非导电材料；所述导电材料为导电胶、导电钎料或者导电金属颗粒混合物；所述非导电材料为有机聚合物、胶状物或者绝缘材料；所述填充材料的最小颗粒直径小于或者等于互联结构的最小尺寸宽度；所述填充材料状态为具有可流动性的状态，且经100℃～200℃高温固化或者100℃～200℃回流后形成稳固的填充。

本发明还提供一种易于填充的沟槽电容的制备方法包括如下步骤：

步骤1：在电容衬底表面上形成多个相互连通的沟槽；

步骤2：在沟槽的表面上形成下电极；

步骤3：在下电极的表面上沉积介质层；

步骤4：在介质层的表面上形成上电极；

步骤5：在沟槽处填充材料，所述填充材料位于上电极的表面上；

步骤6：填充后经100℃～200℃高温固化或者100℃～200℃回流后，形成稳定的沟槽电容。

进一步，所述步骤1通过干法刻蚀、湿法刻蚀、机械或者激光的方法形成可连通结构的沟槽。

进一步，所述步骤2中通过沉积一层导电金属、重掺杂形成一层低电阻率的半导体、或者选择沉积重掺杂半导体材料以形成下电极。

进一步，所述步骤3通过使用沉积工艺、溅射、旋涂或者溶胶凝胶工艺将电容介电材料或者铁电薄膜材料形成在下电极上；如果为结电容，其介电层直接通过掺杂形成空间电容区，进而形成耗尽层。

进一步，所述步骤4中通过沉积一层导电金属、重掺杂形成一层低电阻率的半导体、或者选择沉积重掺杂半导体材料以形成下电极。

进一步，所述步骤5中填充材料的方法为在20℃～25℃时，一个标准大气压下的点胶方法、旋涂法或者喷涂法。

本发明的有益效果是：本发明电容结构的主要特征为：将电容的沟槽形成特殊的图形，在不损失电容有效表面积，即电容值的前提下，通过沟槽结构的改变，形成易于填充的沟槽结构，最终在该结构上形成电容，引出电极，最后在常温常压下即在20℃～25℃时，一个标准大气压下通过简单的方法填充电容的沟槽间隙，填充效果不存在气泡或者空洞等问题，形成稳固的电容结构。本发明与常见的沟槽结构电容的结构以及其填充方法相比有以下项优点：首先，本发明不同于传统的传统方法均需要依靠LPCVD或者其他沉积溅射设备，需要经过300～500℃高温，所需设备及其工艺昂贵且难以控制，本发明直接在常温常压下采用点胶或者涂敷工艺即可完成填充过程；传统的填充材料为多晶硅，氧化物，氮化物，硅锗混合物等作为导电材料，本发明直接利用导电胶或者钎料溶剂直接流入连通结构中，最后通过高温固化或者回流形成填充，操作简单易行；传统的填充容易产生空洞气泡等问题，本发明利用形成的独特的连通结构，在不改变原来沟槽结构表面积的情况下，可以将填充变的简单且填充质量良好。

附图说明

图1为本发明实施例中采用点胶方法实现填充电容沟槽连通结构的方法示意图；

图2a至图2e为本发明实施例易于填充的沟槽电容及其填充方法的工艺过程对应的结构示意图；

图3a至图3f为本发明实施例易于填充的沟槽电容以及相对于未作改进之前图形的实例和说明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明实施例中采用点胶方法实现填充电容沟槽连通结构的方法示意图。如图1所示，电容衬底101上刻蚀出多个相互连通的沟槽，再通过简单方法完成对这些连通沟槽的预填充，预填充时采用的填充材料102一般为液态或者凝胶状可流动性材料，本实施方法以点胶方法为例，借用点胶工具103，将填充材料滴入沟槽区域，使填充材料在结构中形成一个可连通的整体，然后待填满后，可通过100℃～200℃高温固化或者100℃～200℃回流形成稳固的填充。

图2a至图2e为本发明实施例易于填充的沟槽电容及其填充方法的工艺过程对应的结构示意图；

步骤1，如图2a所示，在电容衬底表面201上形成多个沟槽，接着在已经形成沟槽结构的电容衬底表面201上形成互联结构，该互联结构是多个沟槽之间相互连通，该沟槽结构和互联结构的形成可以为各种干法，湿法刻蚀，也可以为机械或者激光的方法来完成，该沟槽结构和互联结构的最小宽度为1个微米，最大可为1百个微米，该沟槽结构和互联结构深度也在1个微米至1百个微米之间；

步骤2，如图2b所示，在图形表面形成下电极202，其电容下电极形成方法可以为沉积一层导电金属，也可为重掺杂形成一层低电阻率的半导体，也可以选择重掺杂半导体为基板，沉积绝缘层以形成下电极部分；

步骤3，如图2c所示，在下电极的表面沉积电容介质层203，其形成方法一般为沉积工艺或者溅射，旋涂以及溶胶凝胶工艺等。如果为结电容，其绝缘介电部分直接通过掺杂可形成空间电容区，进而形成耗尽层，不需要单独沉积介电材料；

步骤4，如图2d所示，在电容介质层表面形成上电极204，其形成方法为在电容介质的有效区域沉积一层导电金属，也可为重掺杂形成一层低电阻率的半导体，也可以选择沉积一层重掺杂半导体材料以形成下电极部分。

步骤5，如图2e所示，在电容的沟槽处填充材料205，其填充方法可为在20℃～25℃时，一个标准大气压下的点胶方法，如图1所示，或者其他旋涂以及喷涂的方法，直接将具有一定流动性的材料流入结构中，由于整个沟槽结构形成相互连通的结构，所以在填充的过程中不存在空洞气泡，直接通过液态材料的流动最后赶走空气。

步骤6，最后根据填充的方法或者材料，在完成填充后，经过100℃～200℃高温固化或者100℃～200℃回流后，形成稳定的电容结构。

图3a至图3f为本发明实施例易于填充的沟槽电容以及相对于未作改进之前图形的实例和说明的结构示意图；其中，301为沟槽电容衬底部分；302为沟槽电容的中需要纵向刻蚀掉形成沟槽结构的图形部分。

如图3a，3c所示，为未做改进之前的传统圆孔和沟道结构，各个圆孔之间形成各自独立的小结构，如图3b，3d所示，为改进后的可连通型的结构，可以看出电容表面即未作改变，只是变化刻蚀部分，即可获得连通的易于填充的结构。

如图3e，3f所示，为其他图示的电容表面沟槽结构，主要目的也是将各种形状的图形练成一体，在刻蚀的时候同时完成，在填充的时候形成连通体。另外有其他的各种结构或者形状可，只要是以形成连通为目的的结构，均为本专利的保护范围之类，在这里不做更多图示说明。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种易于填充的沟槽电容，其特征在于，所述电容包括：电容衬底，位于所述电容衬底上的多个相互连通的沟槽，位于所述电容衬底的表面上的下电极，位于所述下电极的表面上的介质层，位于所述介质层的表面上的上电极，以及填充于沟槽处的填充材料，所述填充材料位于上电极的表面上，其中所述填充材料状态为具有可流动性的状态，且经100℃～200℃高温固化或者100℃～200℃回流后形成稳固的填充，所述填充材料为导电材料或者非导电材料，所述导电材料为导电胶或者导电钎料或者导电金属颗粒混合物，所述填充材料通过在20℃～25℃时，一个标准大气压下的点胶方法、旋涂法或者喷涂法填充于沟槽处；所述沟槽电容还包括一个或者多个互联结构，该互联结构使所有的沟槽相互连通形成一个整体连接，所述互联结构和沟槽的宽度为1微米～100微米，所述互联结构和沟槽的深度为1微米～100微米。

2.根据权利要求1所述的易于填充的沟槽电容，其特征在于，所述电容为金属-薄膜-金属电容或者存在以沟槽构成功能的电容器；所述电容衬底为半导体材料或者化合物材料；所述电容为分立电容、或者为电容衬底上嵌入的电容。

3.根据权利要求2所述的易于填充的沟槽电容，其特征在于，所述电容衬底为陶瓷或者玻璃材料。

4.根据权利要求1所述的易于填充的沟槽电容，其特征在于，所述填充材料的最小颗粒直径小于或者等于互联结构的最小尺寸宽度。

5.根据权利要求4所述的易于填充的沟槽电容，其特征在于，所述非导电材料为有机聚合物。

6.根据权利要求4所述的易于填充的沟槽电容，其特征在于，所述非导电材料为胶状物。

7.根据权利要求4所述的易于填充的沟槽电容，其特征在于，所述非导电材料为绝缘材料。

8.一种易于填充的沟槽电容的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1：在电容衬底表面上形成多个相互连通的沟槽；

步骤2：在沟槽的表面上形成下电极；

步骤3：在下电极的表面上沉积介质层；

步骤4：在介质层的表面上形成上电极；

步骤5：在沟槽处填充材料，所述填充材料位于上电极的表面上，其中所述填充材料为导电材料或者非导电材料，所述导电材料为导电胶或者导电钎料或者导电金属颗粒混合物，所述填充材料的方法为在20℃～25℃时，一个标准大气压下的点胶方法、旋涂法或者喷涂法；

步骤6：填充后经100℃～200℃高温固化或者100℃～200℃回流后，形成稳定的沟槽电容。

9.根据权利要求8所述的易于填充的沟槽电容的制备方法，其特征在于，所述步骤1通过干法刻蚀、湿法刻蚀、机械或者激光的方法形成可连通结构的沟槽。

10.根据权利要求8所述的易于填充的沟槽电容的制备方法，其特征在于，所述步骤2中通过沉积一层导电金属、重掺杂形成一层低电阻率的半导体、或者选择沉积重掺杂半导体材料以形成下电极。

11.根据权利要求8所述的易于填充的沟槽电容的制备方法，其特征在于，所述步骤3通过使用沉积工艺、溅射、旋涂或者溶胶凝胶工艺将电容介电材料或者铁电薄膜材料形成在下电极上。

12.根据权利要求8所述的易于填充的沟槽电容的制备方法，其特征在于，所述步骤4中通过沉积一层导电金属、重掺杂形成一层低电阻率的半导体、或者选择沉积重掺杂半导体材料以形成上电极。

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