CN102569250A - 高密度电容器及其电极引出方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高密度电容器及其电极引出方法，其包括衬底；衬底上生长若干局部电极层，局部电极层包括偶数局部电极层及与所述偶数局部电极层相匹配的奇数局部电极层，奇数局部电极层与偶数局部电极层间设有高介电常数介质层，衬底的上方设有互连电极层，互连电极层包括偶数互连电极及奇数互连电极，奇数互连电极与偶数互连电极间绝缘隔离。本发明电容器具有电容量大、等效串联电感小、等效串联电阻可调，等效串联电阻可根据电路的要求调整以达到最佳匹配；产品高精度、高可靠、体积小、寿命长、环保，可广泛应用于高频电路去耦、降噪使用，也可用在普通储能电路中，容易集成，可集成在IC芯片上或与IC封装在同一封装内。

Description

高密度电容器及其电极引出方法

技术领域

本发明涉及一种电容器及其电极引出方法，尤其是一种高密度电容器及其电极引出方法，属于高密度电容的技术领域。

背景技术

目前市场上常用的电容器是铝电解电容器、钽电解电容器、多层陶瓷电容器、电双层电容器等。液态电解电容器具有价格低、容量大的优点，但因其含有液态电解液，往往有体积大、等效串联电阻大、高频性能差、耐高温性差、使用寿命短、对环境有污染等缺点；双电层电容器同样采用液态电解液，也存在体积大、工作温度局限、等效串联电阻大、对环境污染等缺点。固态高分子聚合物电容器虽然大大改善了液态电解电容器的高频性能、耐高温性、使用寿命短的缺点，但仍然存在体积大、等效串联电感大的缺点，同时产生工作电压低的缺点；近年来，多层陶瓷电容器技术虽然有很多进展，但受其加工工艺限制，其等效电感数值、电容量仍然难以满足电子线路日益发展的大容量、高频化需求，且其厚度较厚、与半导体工艺不兼容等因素造成难以与集成电路集成封装。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高密度电容器及其电极引出方法，其电容量大，高频性能好，能与集成电路集成封装，体积小，使用寿命长，环保，可广泛应用于去耦、降噪、储能电路中，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述高密度电容器，包括衬底；所述衬底上生长若干局部电极层，所述局部电极层包括偶数局部电极层及与所述偶数局部电极层相匹配的奇数局部电极层，所述奇数局部电极层与偶数局部电极层间设有高介电常数介质层；所述衬底的上方设有互连电极层，所述互连电极层包括用于与偶数局部电极层电连接的偶数互连电极及用于与奇数局部电极层电连接的奇数互连电极，所述奇数互连电极与偶数互连电极间绝缘隔离。

所述衬底上设有用于增大表面积的扩张区域，所述局部电极层及高介电常数介质层生长于所述扩张区域内及衬底对应的表面上。

所述扩张区域为若干凹设于衬底的微槽或凸设于衬底上的微柱，微槽或微柱在衬底上呈阵列分布。

所述局部电极层的材料为选自铜、铝、铂、钽、钨、钼、钌、钛、镍、重掺杂多晶硅、导电性氧化物、导电性氮化物中的一种或几种。

所述偶数局部电极层上方设有第一偶数接触孔，奇数局部电极层上方设有第一奇数接触孔，偶数互连电极填充于第一偶数接触孔内，并与偶数局部电极层电连接，奇数互连电极填充于第一奇数接触孔内，并与奇数局部电极层电连接；偶数互连电极与奇数互连电极通过局部电极层上的绝缘介质层及绝缘保护层相绝缘隔离。

一种高密度电容器的电极引出方法，所述电极引出方法包括如下步骤：

a、提供衬底，并在所述衬底上设置扩张区域；

b、在上述衬底的表面上及扩张区域内反复生长奇数局部电极层、高介电常数介质层及偶数局部电极层，得到所需的局部电极层，高介电常数介质层位于相应奇数局部电极层及偶数局部电极层之间；

c、在上述局部电极层的表面上淀积绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行平整性处理，所述绝缘介质层覆盖于局部电极层上；

d、沿绝缘介质层指向衬底的方向逐层刻蚀绝缘介质层、偶数局部电极层、高介电常数介质层及奇数局部电极层，使得刻蚀后得到奇数局部电极层及偶数局部电极层相应的端部边缘在衬底的表面上方逐层分开，相邻奇数局部电极层与偶数局部电极层间形成台阶，且覆盖对应台阶表面的高介电常数介质层裸露；

e、在上述衬底的表面上方淀积第一绝缘保护层，所述第一绝缘保护层覆盖于绝缘介质层上，并覆盖奇数局部电极层及偶数局部电极层上对应高介电常数介质层的裸露表面；

f、刻蚀上述覆盖偶数局部电极层、奇数局部电极层表面的第一绝缘保护层及高介电常数介质层，得到位于所述衬底上方所需的第一偶数接触孔与第一奇数接触孔；

g、在上述得到的第一偶数接触孔、第一奇数接触孔内填充互连电极材料，刻蚀所述互连电极材料后得到所需的偶数互连电极、奇数互连电极。

所述衬底为半导体或导体时，在衬底上形成绝缘隔离层，衬底通过绝缘隔离层与对应的局部电极层绝缘隔离。

当所述步骤f同时得到第一偶数接触孔、第一奇数接触孔，且第一偶数接触孔及第一奇数接触孔位于衬底上方的四周区域及中心区域内时，还包括步骤h、在上述衬底的表面淀积第二绝缘保护层，所述第二绝缘保护层覆盖于相应的第一绝缘保护层、奇数互连电极及偶数互连电极；

步骤i、刻蚀上述第二绝缘保护层，使得所需的奇数互连电极、偶数互连电极对应的表面裸露，以形成所需的第二奇数接触孔及第二偶数接触孔。

当所述步骤f仅得到第一偶数接触孔或第一奇数接触孔，且所得到的第一偶数接触孔或第一奇数接触孔位于衬底上方的四周区域及中心区域内时，所述步骤g包括：步骤g1、在所得到的第一偶数接触孔或第一奇数接触孔内填充互连电极材料，刻蚀所述互连电极材料后得到所需的偶数互连电极或奇数互连电极；

步骤g2、在上述衬底的上方淀积第二绝缘保护层，所述第二绝缘保护层覆盖于衬底上方对应的表面；

步骤g3、选择性地掩蔽和刻蚀第二绝缘保护层、第一绝缘保护层及高介电常数介质层，在衬底上方得到第一奇数接触孔或第一偶数接触孔；

步骤g4、在上述第一奇数接触孔或第一偶数接触孔内填充互连电极材料，刻蚀所述互连电极材料后得到所需的奇数互连电极及偶数互连电极；

步骤g5、在上述衬底的上方淀积第三绝缘保护层，并选择性地掩蔽和刻蚀第三绝缘保护层及第二绝缘保护层，使得奇数互连电极、偶数互连电极对应的表面裸露，得到所需的第二奇数接触孔及第二偶数接触孔。

当所述步骤f同时得到第一偶数接触孔、第一奇数接触孔，且第一偶数接触孔及第一奇数接触孔位于衬底上方的四周区域内时，在上述得到的第一偶数接触孔、第一奇数接触孔内填充互连电极层，同时得到所需的偶数互连电极及奇数互连电极。

所述高介电常数介质层的材料为选自Al₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂、HfO₂、BST、STO中的一种或几种。

所述扩张区域为若干凹设于衬底内的微槽或凸设于衬底上的微柱。所述高介电常数介质层及局部电极层的奇数局部电极层、偶数局部电极层通过ALD、AVD、CVD、电镀、化学镀或PVD方法反复生长于衬底上。

所述微槽或微柱的直径为0.5~100μm，相邻微槽或微柱的间隔距离为0.5~100μm，微槽或微柱的深宽比为5~100。

本发明的优点：电容器具有电容量大、等效串联电感小、等效串联电阻可调，电容量是同等尺寸的MLCC的几倍到几十倍，等效串联电感是MLCC的几分之一到几十分之一，等效串联电阻可根据电路的要求调整以达到最佳匹配；产品高精度、高可靠、体积小、寿命长、环保，可广泛应用于高频电路去耦、降噪使用，也可用在普通储能电路中，容易集成，可集成在IC芯片上或与IC封装在同一封装内。

附图说明

图1~图5为本发明实施例1的工艺步骤流程图，其中，图1~图4为图5的A-A向剖视后的具体工艺步骤图：

图1为在衬底内形成微槽后的剖视图。

图2为得到绝缘介质层后的剖视图。

图3为得到第一偶数接触孔与第二奇数接触孔后的剖视图。

图4为得到偶数互连电极与奇数互连电极后的剖视图。

图5为本发明实施例1形成互连电极层后的俯视图。

图6~10为本发明实施例2的工艺步骤流程图，其中，图6~图9为图10的B-B向剖视后的具体工艺步骤图：

图6为衬底内形成微槽后的剖视图。

图7为得到绝缘介质层后的剖视图。

图8为得到第一偶数接触孔与第一奇数接触孔后的剖视图。

图9为得到第二偶数接触孔与第二奇数接触孔后的剖视图。

图10为本发明实施例2形成互连电极层后的俯视图。

图11~16为本发明实施例3的工艺步骤流程图，其中，图11~图15为图16的C-C向剖视后的具体工艺步骤图：

图11为在衬底内形成微槽后的剖视图。

图12为得到绝缘介质层后的剖视图。

图13为刻蚀第一绝缘保护层、高介电常数介质层后得到第一奇数接触孔的剖视图。

图14为刻蚀第二绝缘保护层、第一绝缘保护层、高介电常数介质层后得到第一偶数接触孔的剖视图。

图15为刻蚀第三绝缘保护层、第二绝缘保护层后得到第二奇数接触孔与第二偶数接触孔的剖视图。

图16为本发明实施例3形成互连电极层后的俯视图。

附图标记说明；1-衬底、2-局部电极层、3-高介电常数介质层、4-微槽、5-绝缘介质层、6-第一绝缘保护层、7-奇数互连电极、8-偶数互连电极、9-第二绝缘保护层、10-偶数局部电极层、11-奇数局部电极层、12-第一偶数接触孔、13-第一奇数接触孔、14-第二偶数接触孔、15-第二奇数接触孔、16-第一隔离区、17-第二隔离区及18-第三绝缘保护层。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图4、图9及图15所示：所述高密度电容器包括衬底1，所述衬底1内设有用于增加表面积的扩张区域，在衬底1对应设置扩张区域的表面上生长若干局部电极层2，所述局部电极层2包括偶数局部电极层10及与所述偶数局部电极层10相匹配的奇数局部电极层11，所述偶数局部电极层10与奇数局部电极层11间通过高介电常数介质层3相隔离，高介电常数介质层3与相应的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11间形成电容结构。为了能将所述电容电极引出，在衬底1上方设有用于将奇数局部电极层11引出的奇数互连电极7及用于将偶数局部电极层10引出的偶数互连电极8，所述奇数互连电极7与奇数局部电极层11电连接，且偶数互连电极8与偶数局部电极层10电连接，奇数互连电极7与偶数互连电极8间绝缘隔离。

所述扩张区域为若干凹设于衬底1内的微槽4或凸设于衬底1上的微柱，本发明的实施例中扩张区域均示出了采用微槽4的扩张区域形式。微槽4可以采用光刻刻蚀、光电化学刻蚀、电化学刻蚀、光刻电镀、自组装、选择性液相化学沉积等方法在衬底1内得到。微槽4或微柱的直径一般在0.5~100μm之间，相邻微槽4或微柱的间隔一般也在0.5~100μm之间，微槽4或微柱的深宽比可在5~100之间，微槽4或微柱在衬底表面可按四边形或六边形阵列分布；局部电极层2及高介电常数介质层3均分布于微槽4内及衬底1相对应的表面，当扩张区域采用微柱结构时，局部电极层2及高介电常数介质层3覆盖于微柱及衬底1相对应的表面。衬底1与局部电极层2间绝缘隔离。

当衬底1为半导体或导体材料时，需要在衬底1上热氧化或其它方法形成一层绝缘隔离层，以使得衬底1能与局部电极层2间绝缘隔离；所述绝缘隔离层可以通过热氧化生长，或者其他形式的形成。当衬底1上设置微槽4或微柱后，需要对微槽4或微柱的角部做圆滑处理，圆滑的方法可以是牺牲热氧化层腐蚀、各相同性湿法腐蚀、各相同性干法腐蚀。微槽4呈圆形。

局部电极层2可以是铜、铝、铂、钽、钨、钼、钌、钛、镍、重掺杂多晶硅、导电性氧化物、导电性氮化物中的一种或几种组合，局部电极层2内对应奇数局部电极层11与偶数局部电极层10的厚度范围一般在10~1000nm之间。上述互联电极层一般是导电性良好的金属，且其厚度比相应局部电极层要厚。

高介电常数介质层3可以是任何高介电常数的电介质，如Al₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂、HfO₂、BST、STO中的一种等或几种组合，高介电常数介质层3的厚度范围一般在10~500nm之间。奇数互连电极7与偶数互连电极8间绝缘隔离时，通过位于局部电极层2上的绝缘介质层5及绝缘介质层5上的绝缘保护层，根据不同的连接形式，绝缘保护层包括第一绝缘保护层6、第二绝缘保护层9及第三绝缘保护层18。绝缘介质层5和第一绝缘保护层6、第二绝缘保护层9、第三绝缘保护层18可以是绝缘氧化物、绝缘氮化物的一种或绝缘氧化物与绝缘氮化物的组合。

依据对所需电容器性能要求的不同，选择不同的局部电极层2、互联电极层和高介电常数介质层3材料的种类以及厚度。局部电极层2与高介电常数介质层3通过ALD（原子层沉积）、AVD（原子气相沉积）、CVD（化学气相沉积）、电镀、化镀、PVD（物理气相沉积）等方法反复生长在衬底1及扩张区域内。

为了能够得到所需的高密度电容器，同时能够适应高频要求，奇数互连电极7、偶数互连电极8与奇数局部电极层11、偶数局部电极层10间的连接形式可以通过实施例1、实施例2及实施例3进行描述，并通过实施例1、实施例2和实施例3进一步描述相应电极引出方法。

实施例1

如图1~图5所示：本实施例以四层局部电极层2和三层高介电常数介质层3为例，即局部电极层2包括两层奇数局部电极层11及两层偶数局部电极层10，奇数局部电极层11在衬底1上方的奇数层位置，偶数局部电极层10在衬底1上方偶数层位置，且与奇数局部电极层11间交错分布，奇数局部电极层11与偶数局部电极层10的层数相一致；其中互联电极层对应的奇数互连电极7与偶数互连电极8交替分布于衬底1四周，且奇数互连电极7与偶数互连电极8位于同一层内。奇数互连电极7用于与奇数局部电极层11电连接，偶数互连电极8用于与偶数局部电极层10电连接，从而形成电容器连接的两个电极。

图1中示出了扩张区域采用微槽4的结构形式，其中微槽4的直径L3为4μm，相邻微槽4之间间隔L2为2μm，微槽4的深度L1为100μm。图2为在所述衬底1表面设有4层厚度为50nm的局部电极层2，即两层奇数局部电极层11与两层偶数局部电极层10，局部电极层2通过奇数局部电极层11与衬底1相接触，且衬底1与奇数局部电极层11间绝缘隔离；间隔设置于每相邻奇数局部电极层11与偶数局部电极层10之间厚度为50nm的3层高介电常数介质层3，覆盖于远离衬底1的偶数局部电极层10之上的厚度为2μm绝缘介质层5。

图3所示为沿局部电极层2指向衬底1方向上逐层光刻刻蚀局部电极层2、高介电常数介质层3后，再PECVD生长厚度为2μm的第一绝缘保护层6并光刻刻蚀。图4中所示溅射厚度为2μm的互联电极层并光刻刻蚀后得到奇数互连电极层7与偶数互连电极层8。本实施例中，局部电极层2的材料采用TiN，高介电常数介质层3采用HfO₂，绝缘介质层为二氧化硅，第一绝缘保护层6为二氧化硅或氮化硅。

上述结构的高密度电容器及其引出电极结构，可以通过下述工艺步骤制造得到：

a、提供衬底1，并在衬底1上形成微槽4，如图1所示；所述微槽4可以通过光刻刻蚀、光电化学刻蚀、电化学刻蚀、光刻电镀、自组装、选择性液相化学沉积等方法加工得到，微槽4位于衬底1的中心区域，微槽4的尺寸参数参照本实施例中提到的参数；

b、在上述衬底1的表面上及微槽4反复生长奇数局部电极层11、高介电常数介质层3及偶数局部电极层10，得到所需的局部电极层2，高介电常数介质层3位于相应奇数局部电极层11及偶数局部电极层10之间；所述最底层的奇数局部电极层11与衬底1相接触；

c、在上述局部电极层2的表面上淀积绝缘介质层5，并对对所述绝缘介质层5进行平整性处理，所述绝缘介质层5覆盖于局部电极层2上；如图2所示；绝缘介质层5覆盖于远离衬底1上的偶数局部电极层10上，且绝缘介质层5并填充于相应的微槽4内；绝缘介质层5通过CMP（化学机械抛光）进行平整化；

d、沿绝缘介质层5指向衬底1的方向逐层刻蚀绝缘介质层5、偶数局部电极层10、高介电常数介质层3及奇数局部电极层11，使得刻蚀后得到奇数局部电极层11及偶数局部电极层10相应的端部边缘在衬底1的表面上方逐层分开，相邻奇数局部电极层11与偶数局部电极层10间形成台阶，且覆盖对应台阶表面的高介电常数介质层3裸露；

由于本实施例采用四层局部电极层2与三层高介电常数介质层3，因此需要通过四次光刻、八次刻蚀将局部电极层2对应的奇数局部电极层11与偶数局部电极层10的边缘逐层分开；其中，奇数局部电极层11、偶数局部电极层10被逐层分开后，与上方对应的高介电常数介质层3、绝缘介质层5的边缘对齐，以能够进行隔离或保护；形成上述台阶状后，相邻两层台阶边缘的间隔为10μm或5μm；高介电常数介质层3覆盖形成台阶状的表面，台阶表面的奇数局部电极层11、偶数局部电极层10与高介电常数介质层3的端部边缘对齐；

e、在上述衬底1的表面上淀积第一绝缘保护层6，所述第一绝缘保护层6覆盖于绝缘介质层5上，并覆盖奇数局部电极层11及偶数局部电极层10上部高介电常数介质层3对应裸露的表面；

当形成上述台阶状，使得对应的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11端部裸露后，当直接形成互连电极层时，由于对应台阶边缘的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11势必会同时与互连电极层电连接，不能达到所需的连接需要，因此需要通过第一绝缘保护层6进行隔离绝缘；

f、刻蚀上述覆盖偶数局部电极层10、奇数局部电极层11表面的第一绝缘保护层6、高介电常数介质层3，得到位于所述衬底1上方所需的第一偶数接触孔12与第一奇数接触孔13；

如图3所示；所述第一奇数接触孔13对应偶数局部电极层10与奇数局部电极层11间端部的距离L4为5μm，第一偶数接触孔12对应偶数局部电极层10与奇数局部电极层11间端部的距离L5为10μm；通过刻蚀第一绝缘保护层6、高介电常数介质层3，使得将步骤d中偶数局部电极层10、奇数局部电极层11的表面裸露，从而能够使得奇数局部电极层11能与奇数互连电极7电连接，偶数局部电极层10能与偶数互连电极8电连接，形成电容连接的两个电极；第一绝缘保护层6覆盖于相应的高介电常数介质层3及奇数局部电极层11、偶数局部电极层10的端部，避免奇数互连电极7与偶数局部电极层10的接触，且避免偶数互连电极8与奇数局部电极层11的接触；

g、在上述得到的第一偶数接触孔12、第一奇数接触孔13内填充互连电极材料，光刻刻蚀互连电极材料得到所需的偶数互连电极8、奇数互连电极7；如图4和图5所示；

在上述衬底1的上方溅射金属，并对所述金属层刻蚀后得到互连电极层中的偶数互连电极8与奇数互连电极7，所述奇数互连电极7与偶数互连电极8位于同一层，且是同一制造层。偶数互连电极8与奇数互连电极7通过第一绝缘保护层6与绝缘介质层5绝缘隔离，奇数互连电极7与对应的偶数局部电极层10通过第一绝缘保护层6相绝缘隔离，偶数互连电极8与对应的奇数局部电极层11通过第一绝缘保护层6相绝缘隔离。从图5中可以得到，偶数互连电极8与奇数互连电极7分布于衬底1的四周，环绕衬底1中心区的微槽4，偶数互连电极8与奇数互连电极7间交替分布；通过将对应的偶数互连电极8与奇数互连电极7相连，能够得到所需的高密度电容器。

实施例2

如图6~图10所示：所述衬底1、微槽4、局部电极层2、高介电常数介质层3、绝缘介质层5的材料种类和尺寸与实施例1相一致。其中第一绝缘保护层6为厚度为2μm的SiO₂；不同之处在于衬底1上方的中部设有局部电极层2的接触孔，接触孔位置下部无微槽4结构，即第一奇数接触孔13与第一偶数接触孔12同时位于衬底1上方的四周及中心区域内；最后在衬底1上的顶端表面PECVD沉积厚度为2μm的第二绝缘保护层9，所述第二绝缘保护层9为SiO₂或Si₃N₄，通过刻蚀第二绝缘保护层9能形成电极接触孔。

如图6~图10所示：上述结构的高密度电容器及其引出电极可以通过下述工艺步骤实现：

a、提供衬底1，并在衬底1上形成微槽4，如图6所示；所述微槽4可以通过光刻刻蚀、光电化学刻蚀、电化学刻蚀、光刻电镀、自组装、选择性液相化学沉积等方法加工得到，微槽4位于衬底1的中心区域，微槽4的尺寸参数参照本实施例中提到的参数；

b、在上述衬底1的表面上及微槽4反复生长奇数局部电极层11、高介电常数介质层3及偶数局部电极层10，得到所需的局部电极层2，高介电常数介质层3位于相应奇数局部电极层11及偶数局部电极层10之间；

所述最底层的奇数局部电极层11与衬底1相接触；局部电极层2的奇数局部电极层11及偶数局部电极层10与高介电常数介质层3间通过ALD工艺反复生长于衬底1的表面及微槽4内，并连成一体；

c、在上述局部电极层2的表面上淀积绝缘介质层5，并对所述绝缘介质层5进行平整性处理，所述绝缘介质层5覆盖于局部电极层2上；

如图7所示；绝缘介质层5覆盖于远离衬底1上的偶数局部电极层10上，且绝缘介质层5并填充于相应的微槽4内；绝缘介质层5通过CMP（化学机械抛光）进行平整化；

d、沿绝缘介质层5指向衬底1的方向逐层刻蚀绝缘介质层5、偶数局部电极层10、高介电常数介质层3及奇数局部电极层11，使得刻蚀后得到奇数局部电极层11及偶数局部电极层10相应的端部边缘在衬底1的表面上方逐层分开，相邻奇数局部电极层11与偶数局部电极层10间形成台阶，且覆盖对应台阶表面的高介电常数介质层3裸露；

由于本实施例采用四层局部电极层2与三层高介电常数介质层3，因此需要通过四次光刻、八次刻蚀将局部电极层2对应的奇数局部电极层11与偶数局部电极层10的边缘逐层分开；其中，奇数局部电极层11、偶数局部电极层10被逐层分开后，与上方对应的高介电常数介质层3、绝缘介质层5的边缘对齐，以能够进行隔离或保护；形成上述台阶状后，相邻两层台阶边缘的间隔为10μm或5μm；所述奇数局部电极层11与偶数局部电极层10上部高介电常数介质层3表面裸露的区域包括衬底1上方的四周区域及衬底1的中心区域，所述衬底1中心区域的裸露区域下方无微槽4结构；

本实施例中，当刻蚀偶数局部电极层10及奇数局部电极层11后，能够在衬底1上方形成若干相对分立的偶数局部电极层10及奇数局部电极层11，即将之前同一层内的偶数局部电极层10与奇数局部电极层11刻蚀成若干对应分立的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11；刻蚀后得到的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11的端部边缘在衬底1表面上方逐层分开，形成台阶状结构；

e、在上述衬底1的表面上淀积第一绝缘保护层6，所述第一绝缘保护层6覆盖于绝缘介质层5上，并覆盖奇数局部电极层11及偶数局部电极层10上部高介电常数介质层3对应裸露的表面；

当形成上述台阶状，且对应的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11端部裸露后，当直接形成互连电极层时，由于对应台阶边缘的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11没有进行绝缘隔离，势必会同时与互连电极层电连接，不能达到所需的连接需要，因此需要通过第一绝缘保护层6进行隔离绝缘；

f、刻蚀上述覆盖偶数局部电极层10、奇数局部电极层11表面的第一绝缘保护层6及高介电常数介质层3，得到位于所述衬底1上方所需的第一偶数接触孔12与第一奇数接触孔13，

如图8所示；通过刻蚀第一绝缘保护层6、高介电常数介质层3，使得将步骤d中对应偶数局部电极层10、奇数局部电极层11的表面裸露，从而能够使得奇数局部电极层11能与奇数互连电极7电连接，偶数局部电极层10能与偶数互连电极8电连接，形成电容连接的两个电极；第一绝缘保护层6覆盖于相应的高介电常数介质层3及奇数局部电极层11、偶数局部电极层10的端部，避免奇数互连电极7与偶数局部电极层10的接触，同时能避免偶数互连电极8与奇数局部电极层11的接触；第一偶数接触孔12、第一奇数接触孔13位于形成台阶状的表面上方，且从第一绝缘保护层6的表面向下延伸到对应的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11；

g、在上述得到的第一偶数接触孔12、第一奇数接触孔13内填充互连电极材料，光刻刻蚀所述互连电极材料得到所需的偶数互连电极8、奇数互连电极7；如图9和图10所示；

在上述衬底1的上方溅射金属，并对所述金属层刻蚀后得到互连电极层中的偶数互连电极8与奇数互连电极7，所述奇数互连电极7与偶数互连电极8位于同一层，且是同一制造层。同时奇数互连电极7与偶数互连电极8在衬底1上方中心区域间设置第一隔离区16。

当得到上述步骤后，还包括步骤h、在上述偶数互连电极8与奇数互连电极7上淀积第二绝缘保护层9，所述第二绝缘保护层9覆盖于奇数互连电极7、偶数互连电极8及对应的第一绝缘保护层6上，并填充于第一隔离区16内；

为了能够将所得到的电容引出，还包括步骤i、刻蚀上述第二绝缘保护层9，在所述衬底1上方的四周区域内得到所需的第二奇数接触孔15及第二偶数接触孔14，所述第二偶数接触接触孔14将相应的偶数互连电极8的表面裸露，第二奇数接触孔15能将相应的奇数互连电极7的表面裸露，从而能够将电容引出。

图10中，为通过一次光刻出叉指的形状，实现在衬底1上方中心区域内对应的第一奇数接触孔13与第一偶数接触孔12，通过在中心区域内的第一奇数接触孔13与第一偶数接触孔12溅射金属后，光刻刻蚀互连电极材料后形成中心区域的奇数互连电极7、偶数互连电极8；实现与衬底1上方四周区域内对应的奇数互连电极7、偶数互连电极8的电连接。经过本实施例中的电极引出后，能够降低得到电容器的等效电感与等效电阻，从而能提高电容器的高频性能。

实施例3

如图11~图16所示：本实施例中互联电极层对应的偶数互连电极8与奇数互连电极7位于两层内，且偶数互连电极8与奇数互连电极7同时位于衬底1上方对应的四周和中心区域，本实施例中的其余部分与实施例2相一致。

如图11至图16所示，上述结构的高密度电容器及其电极引出形式可以通过下述工艺步骤实现：

a、提供衬底1，并在衬底1上形成微槽4，如图11所示；所述微槽4可以通过光刻刻蚀、光电化学刻蚀、电化学刻蚀、光刻电镀、自组装、选择性液相化学沉积等方法加工得到，微槽4位于衬底1的中心区域，微槽4的尺寸参数参照本实施例中提到的参数；

b、在上述衬底1的表面上及微槽4反复生长奇数局部电极层11、高介电常数介质层3及偶数局部电极层10，得到所需的局部电极层2，高介电常数介质层3位于相应奇数局部电极层11及偶数局部电极层10之间；所述最底层的奇数局部电极层11与衬底1相接触；局部电极层2的奇数局部电极层11及偶数局部电极层10与高介电常数介质层3间通过ALD工艺反复生长于衬底1的表面及微槽4内，并连成一体；

c、在上述局部电极层2的表面上淀积绝缘介质层5，并对所述绝缘介质层5进行平整性处理，所述绝缘介质层5覆盖于局部电极层2上；如图12所示；绝缘介质层5覆盖于远离衬底1上的偶数局部电极层10上，且绝缘介质层5并填充于相应的微槽4内；绝缘介质层5通过CMP（化学机械抛光）进行平整化；

d、沿绝缘介质层5指向衬底1的方向逐层刻蚀绝缘介质层5、偶数局部电极层10、高介电常数介质层3及奇数局部电极层11，使得刻蚀后得到奇数局部电极层11及偶数局部电极层10相应的端部边缘在衬底1的表面上方逐层分开，相邻奇数局部电极层11与偶数局部电极层10间形成台阶，且覆盖对应台阶表面的高介电常数介质层3裸露；

由于本实施例采用四层局部电极层2与三层高介电常数介质层3，因此需要通过四次光刻、八次刻蚀将局部电极层2对应的奇数局部电极层11与偶数局部电极层10的边缘逐层分开；其中，奇数局部电极层11、偶数局部电极层10被逐层分开后，与上方对应的高介电常数介质层3、绝缘介质层5的边缘对齐，以能够进行隔离或保护；所述奇数局部电极层11与偶数局部电极层10上部高介电常数介质层3表面裸露的区域包括衬底1的四周及衬底1的中心区域，所述衬底1中心区域的裸露区域下方无微槽4结构；

本实施例中，当刻蚀偶数局部电极层10及奇数局部电极层11后，能够在衬底1上方形成若干相对分立的偶数局部电极层10及奇数局部电极层11，即将之前同一层内的偶数局部电极层10与奇数局部电极层11刻蚀成若干对应分立的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11；刻蚀后得到的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11的端部边缘在衬底1表面上方逐层分开，形成台阶状结构；

e、在上述衬底1的表面上淀积第一绝缘保护层6，所述第一绝缘保护层6覆盖于绝缘介质层5上，并覆盖奇数局部电极层11及偶数局部电极层10上部高介电常数介质层3对应裸露的表面；

当形成上述台阶状，且对应的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11端部裸露后，当直接形成互连电极层时，由于对应台阶边缘的偶数局部电极层10、奇数局部电极层11没有进行绝缘隔离，势必会同时与互连电极层电连接，不能达到所需的连接需要，因此需要通过第一绝缘保护层6进行隔离绝缘；

f、刻蚀上述覆盖偶数局部电极层10、奇数局部电极层11表面的第一绝缘保护层6及高介电常数介质层3，得到位于所述衬底1上方所需的第一奇数接触孔13，如图13所示；

通过刻蚀第一绝缘保护层6、高介电常数介质层3，使得将步骤d中奇数局部电极层11的表面裸露，从而能够使得奇数局部电极层11能与奇数互连电极7电连接，第一绝缘保护层6覆盖于相应的高介电常数介质层3及奇数局部电极层11、偶数局部电极层10的端部，避免奇数互连电极7与偶数局部电极层10的接触；在步骤d中裸露的偶数局部电极层10上部高介电常数介质层3表面通过第一绝缘保护层6覆盖；第一奇数接触孔13位于对应形成台阶奇数局部电极层11的上方；

g、填充互连电极材料，刻蚀所述互连电极材料后得到所需的偶数互连电极8、奇数互连电极7。

如图14~图16所示：具体地，当所述步骤f仅得到第一奇数接触孔13，且所得到的第一奇数接触孔13位于衬底1上方的四周区域及中心区域内时，所述步骤g包括：步骤g1、在所得到的第一奇数接触孔13内填充互连电极材料，光刻刻蚀互连电极材料得到所需的奇数互连电极7，形成互连电极7同时在需要形成第一偶数接触孔12的位置产生第二隔离区17；所述第二隔离区17位于衬底1上方的中心区域；

步骤g2、在上述衬底1的上方淀积第二绝缘保护层9，所述第二绝缘保护层9覆盖于衬底1上方对应的表面，并覆盖于相应的奇数互连电极7上，且填充于第二隔离区17内；

步骤g3、选择性地掩蔽和刻蚀第二绝缘保护层9、第二绝缘保护层6、高介电常数介质层3，在衬底1上方得到第一偶数接触孔12，如图14所示；所述第一偶数接触孔12位于衬底1上方的四周及中心区域内，所述中心区域对应第一偶数接触孔12的下方没有微槽4，并在第二隔离区17内；

步骤g4、在上述第一偶数接触孔12内填充互连电极材料，光刻刻蚀互连电极材料后得到所需偶数互连电极8，偶数互连电极8也可以在需要形成第一奇数接触孔13的位置设第二隔离区17；所述偶数互连电极8与奇数互连电极7不在同一层内，如图15所示；

步骤g5、在上述衬底1的上方淀积第三绝缘保护层18，并选择性地掩蔽和刻蚀第三绝缘保护层18、第二绝缘保护层9，使得奇数互连电极7、偶数互连电极8对应的表面裸露，得到所需的第二奇数接触孔15及第二偶数接触孔14。

通过第二奇数接触孔15使得奇数互连电极7表面裸露，通过第二偶数接触孔14将偶数互连电极8表面裸露，能够便于将得到的电容器向外引出。经过本实施例中的电极引出后，能够降低得到电容器的等效电感与等效电阻，从而能提高电容器的高频性能。

图16是互联电极层对应的偶数互连电极8与奇数互连电极7分布于衬底1上方的四周区域和中心区域的示意图，其中衬底1上方的四周区域有6对交替分布的偶数互连电极8与奇数互连电极7，为图示清楚，衬底1上方的中心区域只示意2对交替分布的偶数互连电极8与奇数互连电极7（实际产品中芯片中部可能有十几到几千对交替分布的电极）。

如图1~图16所示：根据微槽4或微柱的直径、间隔，以及局部电极层2、高介电常数介质层3的厚度不同，上述高介电常数介质层3可以是一到几十层，每一高介电常数介质层3与其相邻的奇数局部电极层11及偶数局部电极层10间形成一个电容结构，多高介电常数介质层3的电容结构并联连接。为实现局部电极层2对应的奇数局部电极层11互联，同时偶数局部电极层10间的互连，并有效降低等效串联电感、等效串联电阻，在奇数局部电极层11、偶数局部电极层10的上方设置接触孔，通过溅射金属填充在相应的接触孔内时，实现奇数互连电极7与奇数局部电极层11的电连接，偶数互连电极8与偶数局部电极层10的电连接。

一般采用光刻方法逐层分离高介电常数介质层3、偶数局部电极层10及奇数局部电极层11，将高介电常数介质层3、偶数局部电极层10及奇数局部电极层11的边缘在衬底1表面上铺展开，其中局部电极层2对应的奇数局部电极层11、偶数局部电极层10与其上邻近的高介电常数介质层3、绝缘介质层5端部对齐。对于衬底1上方中心区域有接触孔引出的情况，在接触孔的位置同样逐层分离高介电常数介质层3、偶数局部电极层10及奇数局部电极层11。奇数局部电极层11、偶数局部电极层10在衬底1表面分离完成后，沉积第一绝缘保护层6，再溅射金属层以用于形成互联电极层。

互联电极层的偶数互连电极8、奇数互连电极7分别与偶数局部电极10和奇数局部电极层11通过接触孔电连接连接。可通过光刻工艺开接触孔，相应的接触孔可以仅位于衬底1上方的四周区域内，也可以同时位于衬底1上方的四周区域和中心区域。奇数互连电极7、偶数互连电极8可以位于同一工艺层内，也可以位于被第二绝缘保护层9隔离的两层内；当奇数互连电极7、偶数互连电极8位于同一工艺层内，且相应的接触孔同时位于衬底1上方的四周区域和中心区域时，溅射互连金属后，奇数互连电极7、偶数互连电极8可通过一次光刻出叉指的形状。

当奇数互连电极7、偶数互连电极8位于两层内时，这种情况下的接触孔往往同时位于衬底1上方的四周区域和中心区域时，如图14、图15所示，奇数互连电极7与奇数局部电极层11的连接在一层内互联，偶数互连电极8与偶数局部电极层10的连接在另一层内互联。最后沉积第三绝缘保护层18，通过光刻在奇数互连电极7、偶数互连电极8与外电路连接的位置开接触孔，以形成第二奇数接触孔15及第二偶数接触孔14，所述接触孔可以只有第二奇数接触孔15及第二偶数接触孔14，形成一对；也可以有数个间隔分布在衬底1上方的四周区域，还也可以间隔分布于衬底1上方的中心区域内。

本发明电容器具有电容量大、等效串联电感小、等效串联电阻可调，电容量是同等尺寸的MLCC（Multi-layer ceramic capacitors）的几倍到几十倍，等效串联电感是MLCC的几分之一到几十分之一，等效串联电阻可根据电路的要求调整以达到最佳匹配；产品高精度、高可靠、体积小、寿命长、环保，可广泛应用于高频电路去耦、降噪使用，也可用在普通储能电路中，容易集成，可集成在IC芯片上或与IC封装在同一封装内。

Claims (14)

1.一种高密度电容器，包括衬底（1）；其特征是：所述衬底（1）上生长若干局部电极层（2），所述局部电极层（2）包括偶数局部电极层（10）及与所述偶数局部电极层（10）相匹配的奇数局部电极层（11），所述奇数局部电极层（11）与偶数局部电极层（10）间设有高介电常数介质层（3）；所述衬底（1）的上方设有互连电极层，所述互连电极层包括用于与偶数局部电极层（10）电连接的偶数互连电极（8）及用于与奇数局部电极层（11）电连接的奇数互连电极（7），所述奇数互连电极（7）与偶数互连电极（8）间绝缘隔离。

2.根据权利要求1所述的高密度电容器，其特征是：所述衬底（1）上设有用于增大表面积的扩张区域，所述局部电极层（2）及高介电常数介质层（3）生长于所述扩张区域内及衬底（1）对应的表面上。

3.根据权利要求1所述的高密度电容器，其特征是：所述扩张区域为若干凹设于衬底（1）的微槽（4）或凸设于衬底（1）上的微柱，微槽（4）或微柱在衬底（1）上呈阵列分布。

4.根据权利要求1所述的高密度电容器，其特征是：所述局部电极层（2）的材料为选自铜、铝、铂、钽、钨、钼、钌、钛、镍、重掺杂多晶硅、导电性氧化物、导电性氮化物中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高密度电容器，其特征是：所述偶数局部电极层（10）上方设有第一偶数接触孔（12），奇数局部电极层（11）上方设有第一奇数接触孔（13），偶数互连电极（8）填充于第一偶数接触孔（12）内，并与偶数局部电极层（10）电连接，奇数互连电极（7）填充于第一奇数接触孔（13）内，并与奇数局部电极层（11）电连接；偶数互连电极（8）与奇数互连电极（7）通过局部电极层（2）上的绝缘介质层（5）及绝缘保护层相绝缘隔离。

6.一种高密度电容器的电极引出方法，其特征是，所述电极引出方法包括如下步骤：

（a）、提供衬底（1），并在所述衬底（1）上设置扩张区域；

（b）、在上述衬底（1）的表面上及扩张区域内反复生长奇数局部电极层（11）、高介电常数介质层（3）及偶数局部电极层（10），得到所需的局部电极层（2），高介电常数介质层（3）位于相应奇数局部电极层（11）及偶数局部电极层（10）之间；

（c）、在上述局部电极层（2）的表面上淀积绝缘介质层（5），并对所述绝缘介质层（5）进行平整性处理，所述绝缘介质层（5）覆盖于局部电极层（2）上；

（d）、沿绝缘介质层（5）指向衬底（1）的方向逐层刻蚀绝缘介质层（5）、偶数局部电极层（10）、高介电常数介质层（3）及奇数局部电极层（11），使得刻蚀后得到奇数局部电极层（11）及偶数局部电极层（10）相应的端部边缘在衬底（1）的表面上方逐层分开，相邻奇数局部电极层（11）与偶数局部电极层（10）间形成台阶，且覆盖对应台阶表面的高介电常数介质层（3）裸露；

（e）、在上述衬底（1）的表面上方淀积第一绝缘保护层（6），所述第一绝缘保护层（6）覆盖于绝缘介质层（5）上，并覆盖奇数局部电极层（11）及偶数局部电极层（10）上对应高介电常数介质层（3）的裸露表面；

（f）、刻蚀上述覆盖偶数局部电极层（10）、奇数局部电极层（11）表面的第一绝缘保护层（6）及高介电常数介质层（3），得到位于所述衬底（1）上方所需的第一偶数接触孔（12）与第一奇数接触孔（13）；

（g）、在上述得到的第一偶数接触孔（12）、第一奇数接触孔（13）内填充互连电极材料，刻蚀所述互连电极材料后得到所需的偶数互连电极（8）、奇数互连电极（7）。

7.根据权利要求6所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：所述衬底（1）为半导体或导体时，在衬底（1）上形成绝缘隔离层，衬底（1）通过绝缘隔离层与对应的局部电极层（2）绝缘隔离。

8.根据权利要求6所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：当所述步骤（f）同时得到第一偶数接触孔（12）、第一奇数接触孔（13），且第一偶数接触孔（12）及第一奇数接触孔（13）位于衬底（1）上方的四周区域及中心区域内时，还包括步骤（h）、在上述衬底（1）的表面淀积第二绝缘保护层（9），所述第二绝缘保护层（9）覆盖于相应的第一绝缘保护层（6）、奇数互连电极（7）及偶数互连电极（8）；

步骤（i）、刻蚀上述第二绝缘保护层（9），使得所需的奇数互连电极（7）、偶数互连电极（8）对应的表面裸露，以形成所需的第二奇数接触孔（15）及第二偶数接触孔（14）。

9.根据权利要求6所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：当所述步骤（f）仅得到第一偶数接触孔（12）或第一奇数接触孔（13），且所得到的第一偶数接触孔（12）或第一奇数接触孔（13）位于衬底（1）上方的四周区域及中心区域内时，所述步骤（g）包括：步骤（g1）、在所得到的第一偶数接触孔（12）或第一奇数接触孔（13）内填充互连电极材料，刻蚀所述互连电极材料后得到所需的偶数互连电极（8）或奇数互连电极（7）；

步骤（g2）、在上述衬底（1）的上方淀积第二绝缘保护层（9），所述第二绝缘保护层（9）覆盖于衬底（1）上方对应的表面；

步骤（g3）、选择性地掩蔽和刻蚀第二绝缘保护层（9）、第一绝缘保护层（6）及高介电常数介质层（3），在衬底（1）上方得到第一奇数接触孔（13）或第一偶数接触孔（12）；

步骤（g4）、在上述第一奇数接触孔（13）或第一偶数接触孔（12）内填充互连电极材料，刻蚀所述互连电极材料后得到所需的奇数互连电极（7）及偶数互连电极（8）；

步骤（g5）、在上述衬底（1）的上方淀积第三绝缘保护层（18），并选择性地掩蔽和刻蚀第三绝缘保护层（18）及第二绝缘保护层（9），使得奇数互连电极（7）、偶数互连电极（8）对应的表面裸露，得到所需的第二奇数接触孔（15）及第二偶数接触孔（14）。

10.根据权利要求6所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：当所述步骤（f）同时得到第一偶数接触孔（12）、第一奇数接触孔（13），且第一偶数接触孔（12）及第一奇数接触孔（13）位于衬底（1）上方的四周区域内时，在上述得到的第一偶数接触孔（12）、第一奇数接触孔（13）内填充互连电极层，同时得到所需的偶数互连电极（8）及奇数互连电极（7）。

11.根据权利要求6所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：所述高介电常数介质层（3）的材料为选自Al₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂、HfO₂、BST、STO中的一种或几种。

12.根据权利要求6所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：所述扩张区域为若干凹设于衬底（1）内的微槽（4）或凸设于衬底（1）上的微柱。

13.根据权利要求6所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：所述高介电常数介质层（3）及局部电极层（2）的奇数局部电极层（11）、偶数局部电极层（10）通过ALD、AVD、CVD、电镀、化学镀或PVD方法反复生长于衬底（1）上。

14.根据权利要求12所述高密度电容器的电极引出方法，其特征是：所述微槽（4）或微柱的直径为0.5~100μm，相邻微槽（4）或微柱的间隔距离为0.5~100μm，微槽（4）或微柱的深宽比为5~100。

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