CN112151536A - 一种纳米电容三维集成结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纳米电容三维集成结构及其制备方法。该纳米电容三维集成结构包括形成在硅衬底的沟槽内的垂直堆叠的第一纳米电容结构和第二纳米电容结构，两者相互并联连接。本发明能够有效增大纳米电容整体的电容密度，同时简化工艺步骤，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造领域，具体涉及一种纳米电容三维集成结构及其制备方法。
背景技术
目前，对于便携式电子设备来说，电池仍然是主要的能量供应部件。虽然电池技术在不断发展，然而在电池的容量与体积以及重量之间仍然需要作出折中。相应地，一些容量大、重量轻以及体积小的可替代供电部件被研究和开发，比如微型燃料电池、塑料太阳能电池以及能量收集系统。在以上所提到的所有情况下，通常都需要能量缓冲系统来维持连续和稳定的能量输出。比如，一般认为燃料电池系统拥有较慢的启动时间和较低的动能。因此，燃料电池提供基础功率，缓冲系统提供启动功率的混合系统是最佳解决方案。此外，能量收集系统依赖环境中无法持续获得的能量源；因此，需要能量缓冲系统来维持器件不中断的工作。进一步，能量缓冲系统能够提供峰值负载，然而能量产生系统却无法提供。一般来讲，能量缓冲系统或者是电池，或者是电容。电池的一个重要缺点是它有限的放电效率。相比之下，电容可以提供更大的放电电流。使用电容作为能量缓冲的其它优势还包括较长的循环寿命和较高的功率密度。除了以上提到的优势外，采用合适的材料和结构设计，电容相比较电池更容易缩小尺寸。通过引入高深宽比结构，比如碳纳米管、硅纳米线、硅纳米孔以及硅深槽结构，并在这些高深宽比结构中沉积高介电常数材料可以极大增加电容密度和存储容量。这种采用纳米结构来制备的电容可以称之为纳米电容。然而，当深宽比超过一定数值时，材料在高深宽比结构表面的台阶覆盖率以及完整性都会极大削弱，甚至所沉积的材料会出现孔洞现象，从而影响电容性能。此外，要刻蚀出深宽比非常大的结构，对于刻蚀设备的精度要求也会非常高。进一步，当这些高深宽比结构，比如硅纳米孔的横向尺寸非常小时，只能直接在其表面沉积金属、绝缘材料和金属形成纳米电容结构。由于硅材料的电阻率较高，从而导致纳米电容的串联电阻较大，进而会降低功率密度。虽然原子层沉积工艺可以在高深宽比结构内沉积出保形性和均匀性良好的薄膜，但是由于所沉积的金属材料杂质较多，所以金属电极电阻率较高，从而影响纳米电容的功率密度。
发明内容
本发明公开一种纳米电容三维集成结构，包括：
第一纳米电容结构和第二纳米电容结构，形成在硅衬底的沟槽内，其中，第二纳米电容结构位于第一纳米电容结构上方；
所述第一纳米电容结构包括形成在所述沟槽内的单晶硅纳米孔阵列；第一隔离介质覆盖单晶硅纳米孔表面；第一底部金属电极层覆盖所述第一隔离介质表面；第一绝缘介质覆盖所述第一底部金属电极层表面；第一顶部金属电极层覆盖所述第一绝缘介质表面，并完全填充单晶硅纳米孔；
中间隔离介质，形成在所述第一纳米电容结构和所述第二纳米电容结构之间；
所述第二纳米电容结构包括阳极氧化铝结构；金属铝位于所述中间隔离介质和所述阳极氧化铝结构之间；第二底部金属电极层覆盖所述阳极氧化铝表面；第二绝缘介质覆盖所述第二底部金属电极层表面，并在一侧形成开口；第二顶部金属电极层覆盖所述第二绝缘介质表面，并完全填充阳极氧化铝；
顶部金属接触，包括由第三绝缘介质形成的第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构，分别形成在所述第一顶部金属电极层、所述第二顶部金属电极层、所述第二底部金属电极层以及所述第一底部金属电极层表面；其中，所述第一沟槽结构与所述第二沟槽结构相邻，所述第三沟槽结构与所述第四沟槽结构相邻，中间区域的所述第三绝缘介质在所述开口处与所述第二底部金属电极层表面相接触；铜扩散阻挡层覆盖四个沟槽的表面，并在所述中间区域断裂不相连接；铜籽晶层覆盖所述铜扩散阻挡层表面；铜金属层覆盖所述铜籽晶层表面；
其中，所述第一顶部金属电极层与所述第二顶部金属电极层通过所述第一沟槽结构和第二沟槽结构实现电气连通；所述第一底部金属电极层与所述第二底部金属电极层通过所述第三沟槽结构和第四沟槽结构实现电气连通。
本发明的所述的纳米电容三维集成结构中，优选为，硅纳米孔的直径范围为0.5～1μm，深度范围为10～20μm。
本发明的所述的纳米电容三维集成结构中，优选为，阳极氧化铝结构的孔径范围为200～500nm，深度范围为1～5μm。
本发明的所述的纳米电容三维集成结构中，优选为，第一隔离介质、中间隔离介质SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种。
本发明还公开一种纳米电容三维集成结构制备方法，包括以下步骤：
在单晶硅衬底表面刻蚀出沟槽；
在沟槽底部刻蚀出单晶硅纳米孔阵列，并依次形成第一隔离介质、第一底部金属电极层、第一绝缘介质和第一顶部金属电极层，获得第一纳米电容结构，其中，所述第一顶部金属电极层完全填充硅纳米孔；
形成中间隔离介质；
在所述中间隔离介质表面形成铝，进行阳极氧化形成阳极氧化铝结构，并依次形成第二底部金属电极层、第二绝缘介质和第二顶部金属电极层，获得第二纳米电容结构，其中，所述第二顶部金属电极层完全填充阳极氧化铝；
形成顶部金属接触，包括由第三绝缘介质形成的第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构，分别形成在所述第一顶部金属电极层、所述第二顶部金属电极层、所述第二底部金属电极层以及所述第一底部金属电极层表面；其中，所述第一沟槽结构与所述第二沟槽结构相邻，所述第三沟槽结构与所述第四沟槽结构相邻，中间区域的部分所述第三绝缘介质与所述第二底部金属电极层表面相接触；铜扩散阻挡层覆盖四个沟槽的表面，并在中间区域断裂不相连接；铜籽晶层覆盖铜扩散阻挡层表面；铜金属层覆盖铜籽晶层表面；
其中，所述第一顶部金属电极层与所述第二顶部金属电极层通过所述第一和第二沟槽结构实现电气连通；所述第一底部金属电极层与所述第二底部金属电极层通过所述第三和第四沟槽结构实现电气连通。
本发明的纳米电容三维集成结构制备方法中，优选为，形成顶部金属接触的步骤包括：
采用光刻和刻蚀工艺去除一侧的部分第二顶部金属电极层、第二绝缘介质、第二底部金属电极层和中间隔离介质，从而露出第一顶部金属电极层；
采用光刻和刻蚀工艺去除另一侧的部分第二顶部金属电极层、第二绝缘介质、第二底部金属电极层、中间隔离介质、第一顶部金属电极层和第一绝缘介质，从而露出第一底部金属电极层；采用光刻和刻蚀工艺去除同侧的部分第二顶部金属电极层和第二绝缘介质，从而露出第二底部金属电极层；
在上述结构的顶部沉积第三绝缘介质，采用光刻和刻蚀工艺刻蚀第三绝缘介质，并从左至右在暴露出来的第一顶部金属电极层、第二顶部金属电极层、第二底部金属电极层以及第一底部金属电极层表面分别形成第一、第二、第三和第四沟槽结构；
在四个沟槽结构表面依次沉积铜扩散阻挡层和铜籽晶层，用光刻和刻蚀工艺去除位于第二顶部金属电极层上方第三绝缘介质表面的铜籽晶层和铜扩散阻挡层，从而铜籽晶层和铜扩散阻挡层断裂为左右两个区域；采用电镀工艺在铜籽晶层表面电镀一层铜金属层。
本发明的纳米电容三维集成结构制备方法中，优选为，硅纳米孔的直径范围为0.5～1μm，深度范围为10～20μm。
本发明的纳米电容三维集成结构制备方法中，优选为，阳极氧化铝结构的孔径范围为200～500nm，深度范围为1～5μm。
本发明的纳米电容三维集成结构制备方法中，优选为，第一隔离介质、中间隔离介质SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种。
本发明具有以下技术效果：
先在硅纳米结构内制备第一纳米电容，然后在阳极氧化铝结构内制备第二纳米电容，最后将两个纳米电容在垂直方向上并联在一起，可以减少电容所占据的平面面积，同时增大纳米电容整体的电容密度。
由于在垂直方向上并联阳极氧化铝结构，所以可以适当降低硅纳米结构的深宽比；这将有利于提高薄膜的台阶覆盖率，同时增强薄膜的保形性，从而可以减小薄膜在沉积过程孔洞的出现。
由于硅纳米结构的深宽比可以适当降低，所以仍然可以采用传统的溅射设备在硅纳米孔内来沉积金属材料，从而可以获得电阻率较低的金属电极。
阳极氧化铝的基础材料是成本较低的金属铝，所以采用阳极氧化铝来制备纳米电容可以降低成本。
由于阳极氧化铝本身就是绝缘介质，所以阳极氧化铝可以直接作为电容结构之间的隔离介质，同时也可以利用阳极氧化铝直接作为第二纳米电容的绝缘介质材料，从而可以减少工艺步骤。
由于阳极氧化铝结构位于硅沟槽内部，所以硅沟槽可以保护脆弱的阳极氧化铝免于断裂变形。
附图说明
图1是纳米电容三维集成结构制备方法的流程图。
图2-14示出了纳米电容三维集成结构制备方法各步骤的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
以下结合附图1-14和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。图1是纳米电容三维集成结构制备方法的流程图，图2-14示出了纳米电容三维集成结构制备方法各步骤的结构示意图。如图1所示，具体制备步骤为：
步骤S1：在硅表面刻蚀出沟槽并在沟槽底部刻蚀出单晶硅纳米孔阵列。首先旋涂光刻胶并通过曝光和显影工艺定义出沟槽的位置；紧跟着采用深度等离子体刻蚀(DRIE)工艺对硅衬底200进行刻蚀形成沟槽，所得结构如图2所示。其中，沟槽的宽度大于1cm，深度范围为5～10μm；刻蚀硅衬底200的等离子体可以选择CF4、SF6中的至少一种。
然后，在沟槽内部旋涂光刻胶并通过曝光和显影工艺定义出硅纳米孔的图形；随后采用DRIE工艺刻蚀沟槽底部的硅衬底200区域形成硅纳米孔阵列，所得结构如图3所示。其中，硅纳米孔的直径范围为0.5～1μm，深度范围为10～20μm；刻蚀硅衬底200的等离子体可以选择CF4、SF6中的至少一种。
步骤S2：在硅纳米孔阵列中制备出第一纳米电容结构。首先采用化学气相沉积工艺在沟槽和硅纳米孔表面沉积一层SiO2薄膜作为第一隔离介质201；随后采用物理气相沉积工艺在第一隔离介质201表面依次沉积一层TiN薄膜、一层Al2O3薄膜和一层TiN薄膜，分别作为第一底部金属电极层202、第一绝缘介质203和第一顶部金属电极层204，而且第一顶部金属电极层完全填充硅纳米孔，所得结构如图4所示。其中，第一隔离介质201的厚度范围为100～200nm，第一底部金属电极层202的厚度范围为50～150nm，第一绝缘介质203的厚度范围为10～50nm，第一顶部金属电极层204的厚度范围为100～300nm。在本实施方式中，采用深度反应离子刻蚀工艺来获得硅通孔结构，但是本发明不限定于此，可以选择干法刻蚀比如离子铣刻蚀、等离子刻蚀、反应离子刻蚀、深度反应离子刻蚀、激光烧蚀，或者通过使用蚀刻剂溶液的湿法刻蚀中的至少一种工艺。此外，在本实施方式中采用SiO2作为第一隔离介质，采用TiN作为第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层，Al2O3薄膜作为第一绝缘介质层，但是本发明不限定于此，可以选择SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种作为第一隔离介质；可以选择TaN、TiN、WN、MoN、Ni和Ru的至少一种作为第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层；选择Al2O3、ZrO2、TiO2、HfO2、La2O3、HfZrO、HfAlO、HfTiO中的至少一种作为第一绝缘介质层。第一隔离介质、第一绝缘介质、第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层的生长方式可以选择物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积和脉冲激光沉积中的至少一种；对于第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层，优先选择物理气相沉积工艺。
步骤S3：在沟槽内部填充金属铝并形成阳极氧化铝结构。首先，采用化学气相沉积工艺在第一顶部金属电极层204表面沉积一层SiO2薄膜作为中间隔离介质205，所得结构如图5所示。
然后采用物理气相沉积工艺在中间隔离介质205表面生长一层金属铝206，并采用光刻和刻蚀工艺去除沟槽顶部的金属铝206，即金属铝206与沟槽两侧平台上的中间隔离介质205齐平，所得结构如图6所示。
接着将上述结构置于磷酸溶液中进行阳极氧化获得阳极氧化铝结构207，所得结构如图7所示。其中，阳极氧化铝结构207的孔径范围为200～500nm，深度范围为1～5μm；阳极氧化铝工艺可以选择磷酸、硫酸和草酸中的至少一种作为腐蚀溶液，可以通过调节腐蚀电压、电流以及腐蚀时间来控制阳极氧化铝的孔径和深度。在本实施方式中采用SiO2作为中间隔离介质，但是本发明不限定于此，可以选择SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种作为中间隔离介质。中间隔离介质层的生长方式可以选择物理气相沉积、化学气相沉积、电子束蒸发和脉冲激光沉积中的至少一种。
步骤S4：在阳极氧化铝结构中制备出第二纳米电容结构。首先采用物理气相沉积工艺在阳极氧化铝207、金属铝206和中间隔离介质205表面沉积一层TiN薄膜、一层Al2O3薄膜和一层TiN薄膜，分别作为第二底部金属电极层208、第二绝缘介质209和第二顶部金属电极层210，而且第二顶部金属电极层完全填充阳极氧化铝，所得结构如图8所示。其中，第二底部金属电极层208的厚度范围为50～150nm，第二绝缘介质209的厚度范围为10～50nm，第二顶部金属电极层210的厚度范围为100～300nm。此外，在本实施方式中采用TiN作为第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层，Al2O3薄膜作为第二绝缘介质层，但是本发明不限定于此，可以选择TaN、TiN、WN、MoN、Ni和Ru的至少一种作为第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层；选择Al2O3、ZrO2、TiO2、HfO2、La2O3、HfZrO、HfAlO、HfTiO中的至少一种作为第二绝缘介质层。第二绝缘介质、第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层的生长方式可以选择物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积和脉冲激光沉积中的至少一种；对于第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层，优先选择物理气相沉积工艺。
步骤S5：进行金属布线使得第一纳米电容结构和第二纳米电容结构并联连接。首先采用光刻和刻蚀工艺去除左侧的部分第二顶部金属电极层210、第二绝缘介质209、第二底部金属电极层208和中间隔离介质205，从而露出第一顶部金属电极层204；然后采用光刻和刻蚀工艺去除右侧的部分第二顶部金属电极层210、第二绝缘介质209、第二底部金属电极层208、中间隔离介质205、第一顶部金属电极层204和第一绝缘介质203，从而露出第一底部金属电极层202；随后采用光刻和刻蚀工艺去除右侧的部分第二顶部金属电极层210和第二绝缘介质209，从而露出第二底部金属电极层208，所得结构如图9所示。
进一步采用化学气相沉积工艺在上述结构的顶部沉积一层SiO2薄膜作为第三绝缘介质211，所得结构如图10所示。
紧跟着采用光刻和刻蚀工艺刻蚀第三绝缘介质211，并从左至右在暴露出来的第一顶部金属电极层204、第二顶部金属电极层210、第二底部金属电极层208以及第一底部金属电极层202表面分别形成第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构；而且第一沟槽结构与第二沟槽结构相邻，第三沟槽结构与第四沟槽结构相邻，所得沟槽结构如图11所示。
进一步采用化学气相沉积工艺在四个沟槽结构表面依次沉积一层TaN薄膜和一层Co薄膜，分别作为铜扩散阻挡层212和铜籽晶层213，所得结构如图12所示。
随后采用光刻和刻蚀工艺去除位于第二顶部金属电极层上方第三绝缘介质211表面的铜籽晶层213和铜扩散阻挡层212，从而铜籽晶层213和铜扩散阻挡层212断裂为左右两个区域，所得结构如图13所示。
最后采用电镀工艺在铜籽晶层213表面电镀一层Cu材料，作为铜金属层214，所得结构如图14所示。在本实施方式中采用SiO2作为第三绝缘介质，采用TaN作为铜扩散阻挡层，Co薄膜作为铜籽晶层，但是本发明不限定于此，可以选择SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种作为第三绝缘介质；可以选择TaN、TiN、ZrN、MnSiO3中的至少一种作为铜扩散阻挡层；选择Cu、Ru、Co、RuCo、CuRu、CuCo中的至少一种作为铜籽晶层。第三绝缘介质、铜扩散阻挡层和铜籽晶层的生长方式可以选择物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积中的至少一种。
第一顶部金属电极层204与第二顶部金属电极层210通过第一沟槽结构和第二沟槽结构实现电气连通；第二底部金属电极层208与第一底部金属电极层202通过第三和第四沟槽结构实现电气连通；也就说第一纳米电容结构与第二纳米电容结构通过顶部电极相互连通以及底部电极相互连通，从而实现并联连接。
如图14所示，本发明的纳米电容三维集成结构包括：
第一纳米电容结构和第二纳米电容结构，形成在硅衬底200的沟槽内部。其中，第二纳米电容结构位于第一纳米电容结构上方。
第一纳米电容结构包括形成在所述沟槽内的单晶硅纳米孔阵列；第一隔离介质201覆盖硅纳米孔表面；第一底部金属电极层202覆盖第一隔离介质201表面；第一绝缘介质203覆盖第一底部金属电极层202表面；第一顶部金属电极层204覆盖第一绝缘介质203表面，并完全填充单晶硅纳米孔。
中间隔离介质205覆盖第一顶部金属电极层204表面。为了引出第一顶部金属电极层204，左侧的部分第一顶部金属电极层204没有被中间隔离介质205所覆盖；为了引出第一底部金属电极层202，右侧的部分第一底部金属电极层202没有被第一绝缘介质203所覆盖。
第二纳米电容结构包括阳极氧化铝结构207；金属铝206位于中间隔离介质205和阳极氧化铝结构207之间；第二底部金属电极层208覆盖阳极氧化铝207表面；第二绝缘介质209覆盖第二底部金属电极层208表面；第二顶部金属电极层210覆盖第二绝缘介质209表面，并完全填充多晶硅纳米孔。此外，为了引出第二底部金属电极层208，右侧的部分第二底部金属电极层208没有被第二绝缘介质209所覆盖，也即绝缘介质209在右侧形成了开口。
顶部金属接触，包括由第三绝缘介质211形成的第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构，分别形成在第一顶部金属电极层204、第二顶部金属电极层210、第二底部金属电极层208以及第一底部金属电极层202表面；其中，第一沟槽结构与第二沟槽结构相邻，第三沟槽结构与第四沟槽结构相邻，中间区域的第三绝缘介质211在所述开口处与所述第二底部金属电极层208表面相接触；铜扩散阻挡层212覆盖四个沟槽的表面，并在中间区域断裂不相连接；铜籽晶层213覆盖铜扩散阻挡层212表面；铜金属层214覆盖铜籽晶层213表面；
第一顶部金属电极层204与第二顶部金属电极层210通过第一和第二沟槽结构实现电气连通；第二底部金属电极层208与第一底部金属电极层202通过第三和第四沟槽结构实现电气连通；也就说第一纳米电容结构与第二纳米电容结构通过顶部电极相互连通以及底部电极相互连通，从而实现并联连接。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种纳米电容三维集成结构，其特征在于，
包括：
第一纳米电容结构和第二纳米电容结构，形成在硅衬底(200)的沟槽内，其中，第二纳米电容结构位于第一纳米电容结构上方；
所述第一纳米电容结构包括形成在所述沟槽内的单晶硅纳米孔阵列；第一隔离介质(201)覆盖单晶硅纳米孔表面；第一底部金属电极层(202)覆盖所述第一隔离介质(201)表面；第一绝缘介质(203)覆盖所述第一底部金属电极层(202)表面；第一顶部金属电极层(204)覆盖所述第一绝缘介质(203)表面，并完全填充单晶硅纳米孔；
中间隔离介质(205)，形成在所述第一纳米电容结构和所述第二纳米电容结构之间；
所述第二纳米电容结构包括阳极氧化铝结构(207)；金属铝(206)位于所述中间隔离介质(205)和所述阳极氧化铝结构(207)之间；第二底部金属电极层(208)覆盖所述阳极氧化铝(207)表面；第二绝缘介质(209)覆盖所述第二底部金属电极层(208)表面，并在一侧形成开口；第二顶部金属电极层(210)覆盖所述第二绝缘介质(209)表面，并完全填充阳极氧化铝(207)；
顶部金属接触，包括由第三绝缘介质(211)形成的第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构，分别形成在所述第一顶部金属电极层(204)、所述第二顶部金属电极层(210)、所述第二底部金属电极层(208)以及所述第一底部金属电极层(202)表面；其中，所述第一沟槽结构与所述第二沟槽结构相邻，所述第三沟槽结构与所述第四沟槽结构相邻，中间区域的所述第三绝缘介质(211)在所述开口处与所述第二底部金属电极层(208)表面相接触；铜扩散阻挡层(212)覆盖四个沟槽的表面，并在所述中间区域断裂不相连接；铜籽晶层(213)覆盖所述铜扩散阻挡层(212)表面；铜金属层(214)覆盖所述铜籽晶层(213)表面；
其中，所述第一顶部金属电极层(204)与所述第二顶部金属电极层(210)通过所述第一沟槽结构和第二沟槽结构实现电气连通；所述第一底部金属电极层(202)与所述第二底部金属电极层(208)通过所述第三沟槽结构和第四沟槽结构实现电气连通。
2.根据权利要求1所述的纳米电容三维集成结构，其特征在于，
所述硅纳米孔的直径范围为0.5～1μm，深度范围为10～20μm。
3.根据权利要求1所述的纳米电容三维集成结构，其特征在于，
所述阳极氧化铝结构的孔径范围为200～500nm，深度范围为1～5μm。
4.根据权利要求1所述的纳米电容三维集成结构，其特征在于，
所述第一隔离介质、所述中间隔离介质是SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种。
5.一种纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
在单晶硅衬底(200)表面刻蚀出沟槽；
在所述沟槽底部刻蚀出单晶硅纳米孔阵列，并依次形成第一隔离介质(201)、第一底部金属电极层(202)、第一绝缘介质(203)和第一顶部金属电极层(204)，获得第一纳米电容结构，其中，所述第一顶部金属电极层(204)完全填充硅纳米孔；
形成中间隔离介质(205)；
在所述中间隔离介质(205)表面形成铝，进行阳极氧化形成阳极氧化铝结构(207)，并依次形成第二底部金属电极层(208)、第二绝缘介质(209)和第二顶部金属电极层(210)，获得第二纳米电容结构，其中，所述第二顶部金属电极层(210)完全填充阳极氧化铝结构(207)；
形成顶部金属接触，包括由第三绝缘介质(211)形成的第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构，分别形成在所述第一顶部金属电极层(204)、所述第二顶部金属电极层(210)、所述第二底部金属电极层(208)以及所述第一底部金属电极层(202)表面；其中，所述第一沟槽结构与所述第二沟槽结构相邻，所述第三沟槽结构与所述第四沟槽结构相邻，中间区域的部分所述第三绝缘介质(211)与所述第二底部金属电极层(208)表面相接触；铜扩散阻挡层(212)覆盖四个沟槽的表面，并在中间区域断裂不相连接；铜籽晶层(213)覆盖所述铜扩散阻挡层(212)表面；铜金属层(214)覆盖所述铜籽晶层(213)表面；
其中，所述第一顶部金属电极层(204)与所述第二顶部金属电极层(210)通过所述第一沟槽结构和第二沟槽结构实现电气连通；所述第一底部金属电极层(202)与所述第二底部金属电极层(208)通过所述第三沟槽结构和第四沟槽结构实现电气连通。
6.根据权利要求5所述的纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
形成顶部金属接触的步骤包括：
采用光刻和刻蚀工艺去除一侧的部分所述第二顶部金属电极层(210)、所述第二绝缘介质(209)、所述第二底部金属电极层(208)和所述中间隔离介质(205)，从而露出所述第一顶部金属电极层(204)；
采用光刻和刻蚀工艺去除另一侧的部分所述第二顶部金属电极层(210)、所述第二绝缘介质(209)、所述第二底部金属电极层(208)、所述中间隔离介质(205)、所述第一顶部金属电极层(204)和所述第一绝缘介质(203)，从而露出所述第一底部金属电极层(202)；采用光刻和刻蚀工艺去除同侧的部分所述第二顶部金属电极层(210)和所述第二绝缘介质(209)，从而露出所述第二底部金属电极层(208)；
在上述结构的顶部沉积第三绝缘介质(211)，采用光刻和刻蚀工艺刻蚀所述第三绝缘介质(211)，并在暴露出来的所述第一顶部金属电极层(204)、所述第二顶部金属电极层(210)、所述第二底部金属电极层(208)以及所述第一底部金属电极层(202)表面分别形成第一沟槽结构、第二沟槽结构、第三沟槽结构和第四沟槽结构；
在四个沟槽结构表面依次沉积铜扩散阻挡层(212)和铜籽晶层(213)，用光刻和刻蚀工艺去除位于所述第二顶部金属电极层(210)上方第三绝缘介质(211)表面的所述铜籽晶层(213)和所述铜扩散阻挡层(212)，从而所述铜籽晶层(213)和所述铜扩散阻挡层(212)断裂为左右两个区域；采用电镀工艺在所述铜籽晶层(213)表面电镀一层铜金属层(214)。
7.根据权利要求5所述的纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
所述硅纳米孔的直径范围为0.5～1μm，深度范围为10～20μm。
8.根据权利要求5所述的纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
所述阳极氧化铝结构的孔径范围为200～500nm，深度范围为1～5μm。
9.根据权利要求5所述的纳米电容三维集成结构制备方法，其特征在于，
所述第一隔离介质、所述中间隔离介质是SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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