CN114974906A - 超级电容器及含有超级电容器的集成组合件 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及超级电容器及含有超级电容器的集成组合件。一些实施例包含具有由半导体衬底支撑的超级电容器的集成组合件。超级电容器包含第一及第二电极基座。第一电极基座包含第一侧向突出区域，且第二电极基座包含与第一侧向突出区域交叉的第二侧向突出区域。第一侧向突出区域与第二侧向突出区域之间的距离小于或等于约500nm。碳纳米管从所述第一及第二电极基座向上延伸。所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构。赝电容材料分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构。电解质材料在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构之内且在其之间。一些实施例包含形成集成组合件的方法。

Description

超级电容器及含有超级电容器的集成组合件
技术领域
超级电容器。集成组合件。非易失性双列直插式存储器模块(NVDIMM)。固态驱动器(SSD)。形成超级电容器、集成组合件、NVDIMM及SSD的方法。
背景技术
超级电容器(supercapacitor，也称为ultracapacitor)是高容量电容器，其可利用静电双层电容及/或电化学赝电容，而不需要普通电容器的固体电介质。
超级电容器可用于集成组合件。例如，超级电容器可用于提供与具有易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM))的模块有关的备用电源，以使得此类易失性存储器可在模块功率损耗的情况下备份至较不易失性存储器(或非易失性存储器)上。
期望开发经改进的超级电容器，并开发形成超级电容器的经改进方法。将期望经改进的超级电容器适合用于集成组合件。
发明内容
根据本申请案的一方面，提供一种集成组合件，其包括由半导体衬底支撑的超级电容器。所述超级电容器包含：第一及第二电极基座；所述第一电极基座包含第一侧向突出区域，且所述第二电极基座包含与所述第一侧向突出区域交叉的第二侧向突出区域；所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的距离小于或等于约500nm；碳纳米管，其从所述第一电极基座及所述第二电极基座向上延伸；所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构；赝电容材料，其分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构；及电解质材料，其在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构内且在其之间。
根据本申请案的另一方面，提供一种集成组合件，其包括与非易失性RAM(NVRAM)控制器相关联的超级电容器。所述超级电容器包含：第一及第二电极基座；碳纳米管，其从所述第一电极基座及所述第二电极基座向上延伸；所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构；赝电容材料，其分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构；及电解质材料，其在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构内且在其之间。
根据本申请案的又一方面，提供一种形成超级电容器的方法。所述方法包括：在绝缘层上方形成第一及第二电极基座；所述第一电极基座包含第一侧向突出区域，且所述第二电极基座包含与所述第一侧向突出区域交叉的第二侧向突出区域；所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的距离小于或等于约500nm；形成碳纳米管，其从所述第一电极基座及所述第二电极基座向上延伸；所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构；遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构分散赝电容材料；及在所述第一隔膜结构及第二隔膜结构内且在其之间形成电解质材料。
附图说明
图1是实例集成组合件的实例组件的实例布置的示意图。
图2是实例集成组合件的实例组件的实例布置的示意性三维视图。
图2A是实例集成组合件的实例组件的实例布置的示意性三维视图。
图2B是实例集成组合件的实例组件的实例布置的示意图。
图3是在实例方法的实例处理阶段处的实例组合件的实例区域的示意性横截面侧视图。
图4是在图3的实例工艺阶段之后的实例工艺阶段的图3的实例组合件的实例区域的示意性横截面侧视图。
图5是图4的实例组合件的示意性俯视图，其中图4的视图沿着图5的线A-A。
图6及6A是图3的实例组合件的实例区域在图4的实例工艺阶段之后的实例工艺阶段处的示意性横截面侧视图。
图7是在图6的实例工艺阶段之后的实例工艺阶段处的图3的实例组合件的实例区域的示意性横截面侧视图。
图7A是图7的实例组合件的区域的示意性三维视图。
图8是在图7的实例工艺阶段之后的实例工艺阶段处的图3的实例组合件的实例区域的示意性横截面侧视图。
图9是图8的实例组合件的区域的示意性三维视图。
图10是在图9的实例工艺阶段之后的实例工艺阶段的图9的实例组合件的实例区域的示意性三维视图。
具体实施方式
一些实施例包含适合并入到集成组合件中的超级电容器配置，例如包括非易失性存储器(例如，非易失性随机存取存储器(NVRAM))的集成组合件。一些实施例包含形成超级电容器配置的方法。参考图1到10描述实例实施例。
本文中所描述的超级电容器可适合作为集成组合件中的备用电源。例如，图1示意性地描述包括作为备用电源的超级电容器的实例集成组合件100。
组合件100可被认为是包含易失性及非易失性存储器两者的组合件的实例，其中特定实例是经配置以包含NVDIMM(非易失性双列直插式存储器模块)的组合件。本文中所描述的实施例可与不同于图1的组合件的组合件一起使用，且此类其它组合件可或可不包含易失性及非易失性存储器两者。
组合件100包含可相对于以下实施例形成的类型的超级电容器120。超级电容器120与功率调节器130耦合。超级电容器120经展示为具有正端子122及负端子124，其中此类端子与功率调节器130电耦合。正端子122及负端子124可耦合到与超级电容器相关联的电极，如在图9及10中所展示(下文论述)。
图1的功率调节器130与NVRAM控制器140耦合。控制器140与易失性动态随机存取存储器(DRAM)150耦合，且通过“与非”快闪控制器170耦合到非易失性快闪存储器(“与非”快闪存储器)160。在所说明实施例中，NVRAM控制器还与快速PCI接口180(其中PCI意指外围组件互连)耦合。
超级电容器120可经配置以在组合件100失去外部电力的情况下提供备用电力。备用电源可使得存储在易失性DRAM上的数据能够移动到非易失性快闪存储器，以使得此类数据不会由于组合件100的外部电源丢失而无法挽回地丢失。
图2示意性地说明组合件100的各种组件的实例三维布置。图1中所展示的所有组件可彼此位于相同的集成组合件封装内。在一些实施例中，图2的组合件100可被认为说明布置，其中图1的所有组件是彼此相同集成芯片封装的一部分(即，在单片组合件内)。如所属领域的普通技术人员将理解，图2的BEOL是线路后端电路系统。
在图2所说明的布置中，超级电容器120设置在DRAM阵列150正上方。超级电容器120被展示为具有比阵列150更大的占用面积，且因此阵列150仅在超级电容器的部分下方。
图2的示意图示意性地展示DRAM阵列150的存储器单元中的一个，且具体地展示此存储器单元包含与晶体管(存取装置)组合的电容器。此为实例DRAM阵列的实例存储器单元。应理解，在其它实施例中，存储器单元可具有其它配置(例如，存储器单元内的电容器可替换为其它存储元件，例如电阻式存储器装置、相变存储器装置等。)
在一些实施例中，超级电容器120可相对于图1中所展示的其它组件在芯片外形成。例如，图2A及2B示意性地说明组合件100a的实例配置，其中超级电容器120相对于其它组件(例如，存储器组件)在芯片外形成。在其它实施例中，功率调节器130(以及可能还有控制器140等)可与超级电容器120一起形成以相对于一或多个其它组件(例如，存储器组件)在芯片外。
参考图3到10描述用于形成实例超级电容器的实例方法。
参考图3，集成组合件10包含基座12及在基座12上方的层14。
基座12可包括任何合适的材料。在一些应用中，基座12可包括半导体材料(例如，可包括单晶硅、基本上由单晶硅组成或由单晶硅组成)。如果基座12包括半导体材料，那么所述基座可被称为半导体衬底。术语“半导体衬底”意指包括半导体材料的任何构造，包含但不限于块体半导体材料，例如半导体晶片(单独或包括其它材料的组合件)及半导体材料层(单独或包括其它材料的组合件)。术语“衬底”是指任何支撑结构，包含但不限于上文所描述的半导体衬底。在一些应用中，基座12可对应于含有一或多种与集成电路制作相关联的材料的半导体衬底。此类材料可包含例如耐火金属材料、势垒材料、扩散材料、绝缘体材料等中的一或多种。在一些实施例中，基座12可为半导体晶片的部分。
层14包括绝缘材料16。绝缘材料16可包括任何合适的组合物，且在一些实施例中可包括二氧化硅、氧化铝、氮化硅等中的一或多个、基本上由其组成或由其组成。
在一些实施例中，可省略基座12。
在一些实施例中，层14可在包括存储器单元的组合件上方(例如，在图2中展示为在超级电容器120下方的类型的组合件)。在此类实施例中，基座12可对应于包括存储器单元的组合件，且层14可被认为是单片地形成在包括存储器单元的组合件上方(即，具有存储器单元的芯片上)。在其它实施例中，层14可相对于存储器单元的组合件(例如，在图2A中所展示类型的组合件中)在芯片外形成，且基座12可对应于支撑层14的半导体芯片(裸片)。
参考图4，将导电支撑材料(例如，含金属的支撑材料)18沉积到绝缘材料16上且经图案化成第一组件20及第二组件22。在一些实施例中，组件20及22可被称为基础组件(或称为初步基础配置)。额外处理(下文参考图6到10进行描述)可用于形成基座的最终配置。
支撑材料18可包括例如一或多个金属氮化物。例如，在一些实施例中，支撑材料18可包括氮化钛、基本上由氮化钛组成或由氮化钛组成。
可利用任何合适的方法来沉积支撑材料18，包含例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积等中的一或多个；且在一些实施例中，使用溅射沉积工艺进行沉积。
图5展示图4的配置的俯视图，其中图4的配置沿着图5的线A-A，且展示基座组件(或初步基座组态)20及22相对于彼此交叉。材料18可利用任何合适的处理形成为所要配置，且在一些实施例中可利用电子束光刻及电感耦合等离子体蚀刻中的一种或两种进行图案化。
图5展示第一电极基座组件(或第一初步电极配置)20包含从主干(干线、主要)区域26向外突出的第一侧向突出区域(突出部、指状物或指状物区域)24。第一侧向突出区域从主干区域26沿着第一方向R突出。第二电极基座组件(或第二初步电极配置)22包含从主干(干线、主要)区域30向外突出的第二侧向突出区域(突出部、指状物或指状物区域)28。第二侧向突出区域从主干区域30沿着第二方向Q突出，其中第二方向Q与第一方向R相反。
第一侧向突出区域24及第二侧向突出区域28彼此交叉，且通过中间区域32彼此间隔开。中间区域32包括电极基座20与22之间的中间距离D。此类中间距离可小于或等于约500纳米(nm)、小于或等于约250nm、小于或等于约150nm等；且在一些实施例中，可在从约5nm到约500nm的范围内、在约50nm到约500nm的范围内等。交叉指状物区域24与28之间的小间距可最小化在本文中形成的实例实施例超级电容器配置中从电解质到电极材料的离子扩散的路径，这可使得能够从此类超级电容器提取高能量及高功率密度。另外，在本文中所描述的实例超级电容器实施例中，交叉指状物区域之间的小间距可最大化(或至少基本上最大化)可用的电化学表面面积，这可使得能够实现高电容及快速充电/放电速率。
第一指状物区域24具有第一宽度W1，且第二指状物区域28具有第二宽度W2。第一宽度W1及第二宽度W2可彼此基本上相同，且在一些实施例中可小于或等于约100微米(μm)。例如，第一宽度W1及第二宽度W2可在从约3μm到约100μm的范围内。
在一些实施例中，宽度W1及宽度W2可被认为沿着相对于图5的视图的x轴方向延伸。此类x轴方向可正交于(或至少基本上正交于)突出部24及28的第一方向R及第二方向Q。在一些实施例中，R及Q方向中的一个可被称为第一方向，x轴方向可被称为第二方向，且R及Q方向中的另一个可被称为第三方向。术语“基本上正交”意指在制作及测量的合理容差内正交。
在一些实施例中，R及Q方向可被认为沿着相对于图5的视图的y轴方向延伸。主干区域26及30沿着此类y轴方向具有第三宽度W3及第四宽度W4。在一些实施例中，宽度W3及W4可被称为主干宽度。第三宽度W3及第四宽度W4可彼此基本上相同，且可与第一宽度W1及第二宽度W2基本上相同。例如，在一些实施例中，第三宽度W3及第四宽度W4可小于或等于约100微米(μm)；且例如可在从约3μm到约100μm的范围内。
突出部24及28沿着y轴方向具有长度L1及L2。在一些实施例中，长度L1及L2可彼此基本上相同且可是至少约1000μm。例如，在一些实施例中，长度L1及L2可在从约1000μm到约10,000μm的范围内。
组件20及22可各自具有任何合适数目的指状物，且在一些实施例中可具有至少约50个指状物、至少约100个指状物、至少约200个指状物等。组件20及22可具有彼此相同数目的指状物。
参考图6，薄金属层34形成在支撑材料18上方，且将其图案化为电极基座20及22的配置。金属层34可利用任何合适的方法来图案化，包含例如电子束光刻及剥离技术中的一种或两种。
在一些实施例中，材料18可被称为第一含金属材料，且金属层34可被认为包括额外含金属材料。在所说明实施例中，金属层34包括两种材料36及38。
第一材料36可为设置在第二材料38与支撑材料18之间的缓冲层，且在一些实施例中可包括铝(Al)、基本上由铝(Al)组成或由铝(Al)组成。第一材料36可经形成为任何合适的厚度，且在一些实施例中经形成为小于或等于约10nm、小于或等于约7nm等的厚度。
第二材料38包括用于促进碳纳米管(含碳纳米管)生长的催化剂。在一些实施例中，第二材料38可包括铁(Fe)、基本上由铁(Fe)组成或由铁(Fe)组成。第二材料可经形成为任何合适的厚度，且在一些实施例中可经形成为小于或等于约5nm、小于或等于约3nm、小于或等于约1nm等的厚度。
图6的实施例展示层34横跨支撑材料18的整个上部表面延伸。在其它实施例中，层34可仅覆盖支撑材料18的一部分。图6A中展示此类其它实施例的实例。
图7展示在图6的工艺阶段之后的工艺阶段的组合件10。碳纳米管经形成为从第一电极基座20及第二电极基座22向上延伸。碳纳米管及电极基座一起形成电容器电极40及42。
可认为碳纳米管经配置为第一隔膜结构(或隔膜)44及第二隔膜结构(或隔膜)46，其中第一隔膜结构44与第一电极基座20相关联，且其中第二隔膜结构46与第二电极基座22相关联。点画用于辅助读者识别隔膜结构44及46。常规将碳纳米管的堆积布置称为隔膜结构。替代地，碳纳米管的堆积布置在本文中可被称为矩阵、网孔等。
可期望在隔膜44及46内形成碳纳米管作为垂直对准碳纳米管(VA-CNT)。此可使得能够从碳纳米管表面获得高表面面积，此可使得能够形成能够实现高能量密度的超级电容器。所属领域的普通技术人员将理解术语“垂直对准碳纳米管”。如本文中所使用，此类术语意指大部分碳纳米管相对于下伏基础结构的上部表面垂直延伸。例如，大部分碳纳米管可相对于催化剂材料38的上部表面垂直延伸。垂直延伸的碳纳米管可或可不相对于催化剂材料的上部表面正交延伸，只要其相对于此类上部表面大体垂直地延伸(其中术语“大体垂直地”意指向上而不是侧向)。在一些实施例中，纳米管可为弯曲的、波浪形的等，而不是笔直的，且仍可认为垂直延伸，只要纳米管的大部分的总体方向为垂直的。
图7A示意性地说明图7的隔膜结构44中的一个的部分的放大区域，且展示此类区域内的多个垂直延伸(向上延伸)的碳纳米管48。纳米管48被展示为紧密地堆积在一起。
碳纳米管可经垂直对准，且可通过任何合适的处理形成。在一些实施例中，可利用具有专用化学气相沉积(CVD)工艺的垂直热壁Plassys反应器(反应室)形成纳米管。碳纳米管可在氦气载气中利用C2H2及H2生长，其中反应室中的温度至少约为590℃，且反应室内的压力小于或等于约0.4毫巴(mbar)。生长可进行至少约30分钟、至少约60分钟等的持续时间。隔膜44及46可经形成为至少约50μm、至少约60μm等的垂直高度H(在图7中所展示)。碳纳米管48可具有在约3nm到约7nm范围内的平均管直径D(在图7A中所展示)。尽管管48被展示为圆柱形，但应理解，当自上而下观察时，管可具有任何合适的封闭形状，包含例如圆形形状、椭圆形形状、多边形形状等。如果管在俯视图中具有不同于圆形的闭合形状，那么距离D可对应于横跨管内部的最大距离而不是直径。在一些实施例中，管在俯视图中可为多边形的，且可具有三个或四个侧壁。
碳纳米管48可在隔膜结构44及46内形成为任何合适的密度，且在一些实施例中可经形成为至少约5×1011/cm2的密度。考虑到约0.3g/cm3的质量密度，此类密度可提供至少约2600m2/g的表面面积。此类表面面积可比用常规活性炭电极实现的表面面积高得多。
碳纳米管48的顶端可被夹断或可不被夹断。在一些实施例中，如果大多数纳米管48具有未被夹断以使得材料(例如，赝电容材料、电解质材料等)能够渗透到纳米管中的顶端，那么可为有利的。
参考图8，赝电容材料50(仅其中一些被标记)分散遍及第一隔膜结构44及第二隔膜结构46。赝电容材料可包括任何合适的组合物；且在一些实施例中可包括导电聚合物、过渡金属氧化物及/或过渡金属硫化物。例如，在一些实施例中，赝电容材料可包括锰(Mn)、钌(Ru)及铁(Fe)中的一或多种，以及氧(O)及硫(S)中的一种或两种的组合。例如，赝电容材料可包括MnO、RuO及FeO中的一或多种、基本上由其组成或由其组成，其中化学式指示主要成分而不是特定化学计量。在一些实例实施例中，MnO可为MnO2，RuO可为RuO2，且FeO可为Fe3O4。
在一些实施例中，赝电容材料可利用包含原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等中的一或多种的沉积工艺分散遍及第一隔膜结构44及第二隔膜结构46。
赝电容材料50可经由氧化还原反应增加超级电容器内的电容，且从而可增加超级电容器的整体能量密度。
图9示意性地说明叉指电极40及42的三维视图，其中此类极分别包括隔膜结构44及46。在所说明实施例中，端子122与电极40耦合，且端子124与电极42耦合。端子122及124可对应于上文参照图1所描述的结构。
图10展示在电极40及42的第一隔膜结构44及第二隔膜结构46内且在其之间形成电解质材料(电解质)60之后的组合件10。电解质材料60可包括任何合适的组合物，且在一些实施例中可包括硫酸及聚乙烯醇的组合(即，可包括H2SO4-PVA)。
图10的配置包括超级电容器120。可在此类超级电容器上方设置保护盖(未展示)，且超级电容器可用于集成组合件，包含例如上文参考图1、2及2A所描述的组合件。盖可包含低k电介质、聚合物等。
超级电容器120可用于单片(片上)应用(例如，在图2中所展示类型的组合件)，或片外应用(例如，图2A中所展示类型的组合件)。
如与常规设计相比，本文中所描述的超级电容器配置可提供许多优点。例如，其可在相对较小的占用面积中实现高电容，此可使得其适合并入到高度集成的组合件中。此外，由于碳纳米管的固态性质，因此其可单片集成到现有集成组合件中。另外，本文中所描述的超级电容器可实现高能量密度，至少部分归因于与VA-CNT相关联的高表面面积。此外，至少部分地由于本文中所描述的超级电容器的单片集成性，可实现成本效率。
上文所论述的组合件及结构可用在集成电路内(其中术语“集成电路”意指由半导体衬底支撑的电子电路)；且可能被并入到电子系统中。此类电子系统可用在例如存储器模块、装置驱动器、电源模块、通信调制解调器、处理器模块及专用模块中，且可包含多层多芯片模块。电子系统可为广泛范围的系统中的任何一种，例如相机、无线装置、显示器、芯片组、机顶盒、游戏、照明、车辆、时钟、电视、手机、个人计算机、汽车、工业控制系统、飞机等。
除非另有所规定，否则本文中所描述的各种材料、物质、组合物等可借助现在已知或尚有待于开发的任何适合方法(包含(例如)原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等)而形成。
术语“介电”及“绝缘”可用于描述具有绝缘电性质的材料。所述术语在本公开中被认为是同义词。在一些情况下利用术语“介电”及在其它情况下利用术语“绝缘”(或“电绝缘”)可将在本公开内的提供语言变化以在所附权利要求书内简化前提基础，且并非用于指示任何显著的化学或电气差异。
术语“电连接”及“电耦合”均可在本公开中使用。所述术语被视为同义词。在一些情况下使用一个术语而在其它情况下使用另一术语可在本公开内容中提供语言变化，以简化所附权利要求书中的前提基础。
图式中的各种实施例的特定方向仅用于说明目的，且在一些应用中，实施例可相对于所展示方向旋转。本文中提供的描述及所附权利要求书涉及在各种特征之间具有所描述的关系的任何结构，无论结构是在图式的特定定向上，还是相对于此定向旋转。
为了简化图式，除非另有指示，否则所附说明的横截面视图仅展示横截面的平面内的特征，且未展示横截面的平面后面的材料。
当结构在上文被称作为在另一结构“上”、“邻近”或“抵靠”时，其可在另一结构直接上，或也可存在中间结构。相反，当结构被称作为“直接在另一结构上”、“直接邻近”或“直接抵靠”另一结构时，不存在中间结构。术语“在...正下方”、“在...正上方”等不指示直接物理接触(除非另有明确说明)，而是指示直立对准。
结构(例如，层、材料等)可被称作为“垂直延伸”以指示结构通常从下伏基座(例如，衬底)向上延伸。垂直延伸结构可相对于基座的上部表面基本上正交延伸，或不延伸。
一些实施例包含具有由半导体衬底支撑的超级电容器的集成组合件。所述超级电容器包含第一及第二电极基座。所述第一电极基座包含第一侧向突出区域，且所述第二电极基座包含与所述第一侧向突出区域交叉的第二侧向突出区域。所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的距离小于或等于约500nm。碳纳米管从所述第一及第二电极基座向上延伸。所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构。赝电容材料分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构。电解质材料在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构之内且在其之间。
一些实施例包含集成组合件，其包括与NVRAM控制器相关联的超级电容器。超级电容器包含第一电极基座及第二电极基座以及从第一电极基座及第二电极基座向上延伸的碳纳米管。所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构。赝电容材料分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构。电解质材料在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构之内且在其之间。
一些实施例包含形成超级电容器的方法。第一电极基座及第二电极基座形成在半导体衬底上方。所述第一电极基座包含第一侧向突出区域，且所述第二电极基座包含与所述第一侧向突出区域交叉的第二侧向突出区域。所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的距离小于或等于约500nm。碳纳米管经形成为从第一及第二电极基座向上延伸。所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构。赝电容材料分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构。电解质材料形成在第一隔膜结构及第二隔膜结构内且在其之间。
按照条例，已在语言上关于结构及方法特征更特定或较不特定描述本文中所揭示的标的物。然而，应理解，由于本文中所公开的装置包括实例实施例，因此所述权利要求书不限于所展示及所描述的特定特征。因此，所述权利要求书是由字面措辞来提供完整范围，且根据等效内容的教义适当地予以解释。

Claims (41)

1.一种集成组合件，其包括由半导体衬底支撑的超级电容器；所述超级电容器包含：
第一及第二电极基座；所述第一电极基座包含第一侧向突出区域，且所述第二电极基座包含与所述第一侧向突出区域交叉的第二侧向突出区域；所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的距离小于或等于约500nm；
碳纳米管，其从所述第一电极基座及所述第二电极基座向上延伸；所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构；
赝电容材料，其分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构；及
电解质材料，其在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构内且在其之间。
2.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述集成组合件包含在所述超级电容器正下方的存储器阵列。
3.根据权利要求2所述的集成组合件，其中所述存储器阵列仅在所述超级电容器的部分正下方。
4.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述赝电容材料包括导电聚合物、过渡金属氧化物及/或过渡金属硫化物。
5.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述赝电容材料包括MnO、RuO及FeO中的一或多种，其中所述化学式指示主要成分而不是特定化学计量。
6.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述电解质材料包括硫酸及聚乙烯醇。
7.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述碳纳米管具有至少约50μm的垂直高度。
8.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述碳纳米管具有至少约60μm的垂直高度。
9.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述碳纳米管具有小于或等于约7nm的平均管直径。
10.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述碳纳米管具有小于或等于约7nm的横跨所述个别纳米管的平均最大距离。
11.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述碳纳米管在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构内处于至少约5×1011/cm2的密度。
12.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述碳纳米管具有在从约3nm到约7nm的范围内的平均管直径。
13.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的所述距离在从约5nm到约500nm的范围内。
14.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的所述距离在从约50nm到约500nm的范围内。
15.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的所述距离小于或等于约250nm。
16.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的所述距离小于或等于约150nm。
17.根据权利要求1所述的集成组合件，其中：
所述第一侧向突出区域在第一方向上突出且沿着正交于所述第一方向的第二方向具有第一宽度；
所述第二侧向突出区域在与所述第一方向相反的第三方向上突出，其中所述第二方向正交于所述第三方向；
所述第二侧向突出区域沿着所述第二方向具有第二宽度；且
所述第一及第二宽度小于或等于约100μm。
18.根据权利要求17所述的集成组合件，其中所述第一及第二宽度在从约3μm到约100μm的范围内。
19.根据权利要求17所述的集成组合件，其中：
所述第一侧向突出区域沿着所述第一方向具有第一长度；
所述第二侧向突出区域沿着所述第三方向具有第二长度；且
所述第一及第二长度为至少约1000μm。
20.根据权利要求19所述的集成组合件，其中所述第一及第二长度在从约1000μm到约10,000μm的范围内。
21.根据权利要求17所述的集成组合件，其中：
所述第一侧向突出区域从第一主干区域向外突出，其中所述第一主干区域沿着所述第一方向具有第一主干宽度；
所述第二侧向突出区域从第二主干区域向外突出，其中所述第二主干区域沿着所述第三方向具有第二主干宽度；且
所述第一及第二主干宽度小于或等于约100μm。
22.根据权利要求21所述的集成组合件，其中所述第一及第二主干宽度在从约3μm到约100μm的范围内。
23.根据权利要求1所述的集成组合件，其中所述第一电极基座包括至少200个所述第一侧向突出区域，且其中所述第二电极基座包括至少200个所述第二侧向突出区域。
24.一种集成组合件，其包括与非易失性RAM NVRAM控制器相关联的超级电容器；所述超级电容器包含：
第一及第二电极基座；
碳纳米管，其从所述第一电极基座及所述第二电极基座向上延伸；所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构；
赝电容材料，其分散遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构；及
电解质材料，其在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构内且在其之间。
25.根据权利要求24所述的集成组合件，其中所述电极基座包括：
含金属支撑材料；及
额外含金属材料，其在所述含金属支撑材料上方。
26.根据权利要求25所述的集成组合件，其中所述含金属支撑材料包括金属氮化物，且其中所述额外含金属材料包括在铝(Al)层上方的铁(Fe)层。
27.根据权利要求24所述的集成组合件，其中所述第一电极基座包括第一指状物区域，且其中所述第二电极基座包括与所述第一指状物区域交叉的第二指状物区域。
28.根据权利要求24所述的集成组合件，其中所述碳纳米管在所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构内处于至少约5×1011/cm2的密度，且其中所述碳纳米管具有至少约60μm的平均垂直高度。
29.根据权利要求24所述的集成组合件，其中所述赝电容材料包括MnO、RuO及FeO中的一或多种，其中所述化学式指示主要成分而不是特定化学计量。
30.根据权利要求24所述的集成组合件，其中所述集成组合件包含与所述NVRAM控制器进行数据通信的存储器阵列，且其中所述超级电容器与所述存储器阵列在同一芯片上且在所述存储器阵列正上方。
31.根据权利要求30所述的集成组合件，其中所述存储器阵列是动态随机存取存储器DRAM阵列。
32.根据权利要求24所述的集成组合件，其中所述集成组合件包含与所述NVRAM控制器进行数据通信的存储器阵列，且其中所述超级电容器相对于所述存储器阵列在芯片外。
33.一种形成超级电容器的方法，其包括：
在绝缘层上方形成第一及第二电极基座；所述第一电极基座包含第一侧向突出区域，且所述第二电极基座包含与所述第一侧向突出区域交叉的第二侧向突出区域；所述第一侧向突出区域与所述第二侧向突出区域之间的距离小于或等于约500nm；
形成碳纳米管，其从所述第一电极基座及所述第二电极基座向上延伸；所述碳纳米管经配置为与所述第一电极基座相关联的第一隔膜结构及与所述第二电极基座相关联的第二隔膜结构；
遍及所述第一隔膜结构及所述第二隔膜结构分散赝电容材料；及
在所述第一隔膜结构及第二隔膜结构内且在其之间形成电解质材料。
34.根据权利要求33所述的方法，其中包括二氧化硅的所述绝缘层直接抵靠包括硅的支撑基座。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述绝缘层在包括存储器单元的支撑基座上方。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所述形成所述第一及第二电极基座包括：
将含金属支撑材料沉积到半导体衬底上；
利用电子束光刻及电感耦合等离子体蚀刻中的一种或两种将所述含金属支撑材料图案化为所述第一及第二电极基座的初步配置；及
在所述第一及第二电极基座的所述初步配置上方形成额外含金属材料；所述额外含金属材料及所述含金属支撑材料一起形成所述第一及第二电极基座；所述额外含金属材料包含用于促进所述碳纳米管生长的催化剂。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述催化剂包括铁(Fe)，且进一步包括利用在氦气载气中包括C2H2及H2的混合物的前驱物，利用至少约590℃的温度及利用不大于约0.4mbar的压力，在所述催化剂上方生长所述碳纳米管。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述生长进行至少约30分钟的持续时间。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述生长进行至少约60分钟的持续时间。
40.根据权利要求33所述的方法，其中所述赝电容材料包括导电聚合物、过渡金属氧化物及/或过渡金属硫化物，且其中利用包含ALD及CVD中的一种或两种的沉积工艺遍及所述第一隔膜结构及第二隔膜结构分散所述赝电容材料。
41.根据权利要求33所述的方法，其中所述电解质材料包括硫酸及聚乙烯醇。
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