CN117373829A - 薄膜电容器、其制备方法以及半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种薄膜电容器、其制备方法及半导体器件。该薄膜电容器包括：电介质层、过渡种子层、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别层叠设置于电介质层的相对两侧，过渡种子层叠设置于电介质层和第一电极之间；电介质层的材料包括钛酸钙铜，过渡种子层的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，尤其涉及一种薄膜电容器、其制备方法以及半导体器件。
背景技术
电容器能够临时存储电荷，能够起到抑制电压波动的作用，另外电容器还具有导通交流阻断直流的特性，能够将引起噪声的交流电成分导通至基底，即“去耦”。基于上述特性，电容器已经被广泛应用于诸多器件中，尤其在大规模集成电路的封装结构中更是不可或缺。
传统技术中通常采用积层片式陶瓷电容器（片式电容器，简称MLCC）作为电容元件。受限于实际的结构以及制备工艺等因素，片式电容器的厚度难以进一步缩减，并且片式电容器通常也难以集成于封装基板的内部，限制了器件尺寸的进一步微缩。在大规模集成电路朝着微型化的方向发展的现在，可供搭载片式电容器的空间越来越少。超薄型薄膜电容器（薄膜电容器，简称TFCP）具有明显较薄的厚度，且能够内置于封装基板中以降低其与集成电路之间的物理间距，相较于传统的片式电容器更为适用于微型电子电路。
电容是电容器性能的一项关键参数，电容器的电容通常与其中的电介质材料的介电性能直接相关。钛酸钙铜（CaCu3Ti4O12，简称CCTO）的介电常数大于10000，明显高于如今常见的钛酸钡类材料的介电常数，并且在较宽的温度下介电常数也基本不变，并且钛酸钙铜可以通过较为简单的烧结法制备，是一种颇有潜力的介电材料。但是目前钛酸钙铜在作为电介质层时需要结合多种粘结剂以保持结构稳定，主要用于作为片式电容器的介电材料，并不适合于作为薄膜电容器的介电材料。
发明内容
基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种以钛酸钙铜作为电介质层的薄膜电容器，以使得薄膜电容器的电容能够得到进一步提高。
根据本公开的一些实施例，提供了一种薄膜电容器，其包括：电介质层、过渡种子层、第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别层叠设置于所述电介质层的相对两侧，所述过渡种子层叠设置于所述电介质层和所述第一电极之间；所述电介质层的材料包括钛酸钙铜，所述过渡种子层的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐。
在本公开的一些实施例中，还包括电极附着层，所述电极附着层层叠设置于所述电介质层和所述第二电极之间，所述电极附着层的材料包括具有层状结构的氧化亚铜。
在本公开的一些实施例中，所述第二电极的材料包括金属铜。
在本公开的一些实施例中，所述第一电极的材料包括金属钛。
在本公开的一些实施例中，所述电极附着层的厚度为10nm~100nm。
在本公开的一些实施例中，所述第二电极的厚度为100nm~1000nm。
在本公开的一些实施例中，所述过渡种子层的厚度为5μm~15μm。
在本公开的一些实施例中，所述电介质层的厚度为500nm~3000nm。
在本公开的一些实施例中，所述第一电极的厚度为100nm~1000nm。
在本公开的一些实施例中，所述薄膜电容器的总厚度≤20μm。
进一步地，本公开还提供了一种如上述任一实施例所述的薄膜电容器的制备方法，其包括如下步骤：
提供所述过渡种子层；
在所述过渡种子层的一侧表面上沉积第一电极材料，以形成所述第一电极，在所述过渡种子层的另一侧表面上沉积钛酸钙铜，以形成所述电介质层；
在所述电介质层远离所述过渡种子层的一侧沉积第二电极材料，以形成所述第二电极。
在本公开的一些实施例中，沉积所述钛酸钙铜的方式为溅射沉积；在沉积所述钛酸钙铜的步骤中，控制溅射腔室中的气压为1Pa~10Pa；控制溅射功率为100W~200W。
在本公开的一些实施例中，在沉积所述第二电极材料之前，还包括：在所述电介质层远离所述过渡种子层的一侧沉积具有层状结构的氧化亚铜以作为电极附着层。
在本公开的一些实施例中，沉积具有层状结构的氧化亚铜的方式为溅射沉积，沉积具有层状结构的氧化亚铜的步骤包括：采用铜作为靶材，向溅射腔室中通入氧气和保护性气体，且控制所述氧气在所述溅射腔室中的分压为0.0005Pa至0.002Pa，控制溅射功率为500W~800W。
进一步地，本公开还提供了一种半导体器件，其包括半导体芯片和如上述任一实施例所述的薄膜电容器，所述半导体芯片电连接于所述薄膜电容器。
在传统技术中，为了保证电介质层的厚度均匀且较薄，超薄型薄膜电容器中的电介质层通常以沉积的方式制备。但是目前沉积的方式难以制备得到与膜层均匀、完整且与基底结合较强的钛酸钙铜层，这导致钛酸钙铜一直难以被应用于超薄型薄膜电容器中。
在本公开的薄膜电容器中，电介质层位于第一电极和第二电极之间以构成电容器。所述过渡种子层叠设置于所述电介质层和所述第一电极之间，过渡种子层的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐，电介质层的材料包括钛酸钙铜。本公开的发明人在研究过程中发现，具有二维层状结构的钛酸盐与钛酸钙铜的晶体结构较为匹配，这使得钛酸钙铜能够紧密地与具有二维层状结构的钛酸盐相结合。以具有二维层状结构的钛酸盐作为过渡种子层能够保证钛酸钙铜均匀且稳定的附着，从而形成可供薄膜电容器使用的电介质层，进而获得以钛酸钙铜作为电介质层的薄膜电容器。由于钛酸钙铜具有显著较高的介电常数，相较于传统技术中以钛酸钡类材料作为电介质材料的薄膜电容器，本公开中的薄膜电容器具有显著较高的电容。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一种薄膜电容器的截面结构示意图；
图2为一种薄膜电容器的制备方法的步骤示意图；
其中，各附图标记及其含义如下：
110、电介质层；120、过渡种子层；130、第一电极；140、第二电极；150、电极附着层。
具体实施方式
为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的首选实施例。但是，本公开可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本公开的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、 第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
本公开提供了一种薄膜电容器，其包括：电介质层、过渡种子层、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别层叠设置于电介质层的相对两侧，过渡种子层叠设置于电介质层和第一电极之间；电介质层的材料包括钛酸钙铜，过渡种子层的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐。
在传统技术中，为了保证电介质层的厚度均匀且较薄，超薄型薄膜电容器中的电介质层通常以沉积的方式制备。但是目前沉积的方式难以制备得到与膜层均匀、完整且与基底结合较强的钛酸钙铜层，这导致钛酸钙铜一直难以被应用于超薄型薄膜电容器中。
在本公开的薄膜电容器中，电介质层位于第一电极和第二电极之间以构成电容器。过渡种子层叠设置于电介质层和第一电极之间，过渡种子层的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐，电介质层的材料包括钛酸钙铜。本公开的发明人在研究过程中发现，具有二维层状结构的钛酸盐与钛酸钙铜的晶体结构较为匹配，这使得钛酸钙铜能够紧密地与具有二维层状结构的钛酸盐相结合。以具有二维层状结构的钛酸盐作为过渡种子层能够保证钛酸钙铜均匀且稳定的附着，从而形成可供薄膜电容器使用的电介质层，进而获得以钛酸钙铜作为电介质层的薄膜电容器。由于钛酸钙铜具有显著较高的介电常数，相较于传统技术中以钛酸钡类材料作为电介质材料的薄膜电容器，本公开中的薄膜电容器具有显著较高的电容。
图1为一种薄膜电容器的截面结构示意图。参照图1所示，在该实施例中，该薄膜电容器包括电介质层110、过渡种子层120、第一电极130和第二电极140，第一电极130和第二电极140分别层叠设置于电介质层110的相对两侧，过渡种子层120叠设置于电介质层110和第一电极130之间；电介质层110的材料包括钛酸钙铜（CaCu3Ti4O12，简称CCTO），过渡种子层120的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐。
其中，具有二维层状结构的钛酸盐指的是该钛酸盐材料呈二维层状结构，在二维层状结构中，钛酸盐材料可以具有在平面上重复设置的钛酸盐晶体结构（例如钛氧八面体结构）。进一步地，具有二维层状结构的钛酸盐可以是钛酸盐纳米片。
在该实施例中，钛酸盐纳米片可以通过层状的钛酸盐通过液相剥离制备得到，例如可以通过质子化钛酸盐经过液相剥离形成。通过液相剥离，可以使用适当的溶剂有效分离其中层状的纳米片，溶剂与层的相互作用能大于两层纳米片之间的相互作用能，此时能够使纳米片分离，并形成单层胶体悬浮液。可以理解，具有二维层状结构的钛酸盐与块体状的钛酸盐并不相同。
参照图1所示，在该实施例的一些示例中，钛酸钙铜可以与具有二维层状结构的钛酸盐接触设置。进一步地，钛酸钙铜可以通过溅射的方式制备于二维层状结构的钛酸盐上。
在该实施例的一些示例中，过渡种子层120可以具有较厚的厚度，以使得电介质层110和第一电极130均能够基于过渡种子层120制备。例如，过渡种子层120的厚度可以是5μm~15μm。进一步地，过渡种子层120的厚度可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、15μm，或者，过渡种子层120的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。另外，过渡种子层120不仅能够保证钛酸钙铜均匀且稳定的附着，其自身也具有较好的介电性质，使得薄膜电容器的电容得到进一步提升。
在该实施例中，电介质层110为该薄膜电容器中的介电材料，对于该薄膜电容器的电容具有直接影响。在该实施例的一些示例中，电介质层110的厚度可以是500nm~3000nm。例如，电介质层110的厚度可以是500nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1500nm、2000nm、2500nm、3000nm，或者，电介质层110的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。控制电介质层110的厚度在500nm~3000nm之间有助于提高薄膜电容器的电容，并且保证该电介质层110的均匀和完整。
参照图1所示，在该实施例的一些示例中，第一电极130可以直接接触于过渡种子层120中的钛酸盐材料。进一步地，第一电极130也可以通过溅射的方式制备于二维层状结构的钛酸盐上。
在该实施例的一些示例中，第一电极130的材料可以包括金属钛。金属钛与过渡种子层120中的钛酸盐之间具有较强的附着力以及较低的接触电阻，能够提升第一电极130与电介质层110之间的连接稳定性，并且减少该电容器的接触电阻损耗。
在该实施例的一些示例中，第一电极130的厚度可以是100nm~1000nm。例如，第一电极130的厚度可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm，或者，第一电极130的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，第二电极140的材料可以包括金属铜。铜具有较高的导电性能，能够减少该电容器的电阻损耗。并且，半导体工艺制程在例如金属互连结构中多采用铜金属，因此采用铜作为第二电极140与目前的半导体工艺制程更为契合。
在该实施例的一些示例中，为了提高第二电极140与电介质层110之间的附着性能，参照图1所示，该薄膜电容器还可以包括电极附着层150。电极附着层150可以设置于电介质层110和第二电极140之间。进一步地，电极附着层150的材料可以包括具有层状结构的氧化亚铜（Cu2O）。其中，层状结构的氧化亚铜具有八面体结构，与钛酸钙铜的结构较为相似，与钛酸钙铜之间具有更强的结合能力。并且氧化亚铜与铜之间也能够结合地较为紧密，从而提高金属铜与钛酸钙铜之间的附着性能。
在该实施例的一些示例中，电极附着层150的厚度可以是10nm~100nm。控制电极附着层150的厚度为10nm~100nm。例如，电极附着层150的厚度可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、100nm，或者，电极附着层150的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，第二电极140的厚度可以是100nm~1000nm。例如，第二电极140的厚度可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm，或者，第二电极140的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，薄膜电容器的总厚度≤20μm。其中，薄膜电容器的总厚度指的是第一电极130远离第二电极140的一侧表面与第二电极140远离第一电极130的一侧表面之间的距离。进一步地，薄膜电容器的总厚度可以是10μm~20μm，例如，薄膜电容器的总厚度可以是10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、18μm、20μm，或者，该薄膜电容器的总厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
进一步地，本公开还提供了一种薄膜电容器的制备方法。图2为该薄膜电容器的制备方法的步骤示意图。参照图2所示，该薄膜电容器的制备方法包括步骤S1~步骤S4，具体如下。
步骤S1，提供过渡种子层120。
其中，过渡种子层120的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐。进一步地，过渡种子层120的材料可以是具有二维层状结构的钛酸盐。
在该实施例的一些示例中，过渡种子层120中可以包括多层层叠设置的钛酸盐纳米片。
在该实施例中，提供过渡种子层120的方式可以是从市场购买获取，也可以采用钛酸盐纳米片材料制备。在该实施例的一些示例中，过渡种子层120的制备方式如下：将钛酸盐纳米片材料充分分散于分散剂中，形成纳米片溶胶，去除其中的分散剂从而获得片状的过渡种子层120。
在该实施例的一些示例中，过渡种子层120的厚度可以是5μm~15μm。进一步地，过渡种子层120的厚度可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、15μm，或者，过渡种子层120的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，过渡种子层120可以设置于一衬底上，以便于对过渡种子层120进行后续操作。
步骤S2，在过渡种子层120的一侧表面上沉积第一电极130材料，以形成第一电极130。
在该实施例的一些示例中，在过渡种子层120的一侧表面上沉积第一电极130材料的方式可以是蒸镀或溅射沉积。
在该实施例的一些示例中，第一电极130层的材料可以包括金属钛。
在该实施例的一些示例中，第一电极130的厚度可以是100nm~1000nm。例如，第一电极130的厚度可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm，或者，第一电极130的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，在沉积第一电极130之后，可以将过渡种子层120和第一电极130转移至另一衬底上，并露出过渡种子层120的与第一电极130所处表面相对的另一侧表面。
步骤S3，在过渡种子层120的另一侧表面上沉积钛酸钙铜，以形成电介质层110。
在该实施例的一些示例中，沉积钛酸钙铜的方式为溅射沉积。
在该实施例的一些示例中，在溅射沉积钛酸钙铜的步骤中，可以采用钛酸钙铜靶材进行溅射沉积。其中，钛酸钙铜靶材可以通过如下方式制备：将二氧化钛、碳酸钙和氧化铜按照化学计量比混合均匀，在1000℃~1200℃的温度下进行烧结以获得钛酸钙铜粉体。将钛酸钙铜粉体进行压制，即可获得钛酸钙铜靶材。
在该实施例的一些示例中，在沉积钛酸钙铜的步骤中，可以控制溅射腔室中的气压为1Pa~10Pa。例如，可以控制溅射腔室中的气压为1Pa、2Pa、3Pa、4Pa、5Pa、6Pa、7Pa、8Pa、10Pa，或者，也可以控制溅射腔室中的气压在上述任意两气压之间的范围。
在该实施例的一些示例中，在沉积钛酸钙铜的步骤中，可以向溅射腔室中通入保护性气体。保护性气体可以是氦气、氖气、氩气和氙气中的一种或多种。
在该实施例的一些示例中，在沉积钛酸钙铜的步骤中，向溅射腔室中通入的保护性气体的流量可以是5sccm~20sccm。
在该实施例的一些示例中，在沉积钛酸钙铜的步骤中，可以控制溅射功率为100W~200W。控制溅射功率为100W~200W，能够在保证生成的钛酸钙铜均匀且完整的情况下，提高钛酸钙铜表面的粗糙程度，使得钛酸钙铜与作为基材的钛酸盐纳米片之间具有更强的附着力，并且也有利于供后续制备的电极附着层150附着。
在该实施例的一些示例中，在沉积钛酸钙铜的步骤中，可以控制溅射功率为100W、110W、120W、130W、140W、150W、160W、180W、200W，或者，也可以控制溅射功率在上述任意两功率之间。
在该实施例的一些示例中，电介质层110的厚度可以是500nm~3000nm。例如，电介质层110的厚度可以是500nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1500nm、2000nm、2500nm、3000nm，或者，电介质层110的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
步骤S4，在电介质层110远离过渡种子层120的一侧沉积第二电极140材料，以形成第二电极140。
在该实施例的一些示例中，在沉积第二电极140材料之前，还包括：在电介质层110远离过渡种子层120的一侧沉积具有层状结构的氧化亚铜以作为电极附着层150。
在该实施例的一些示例中，沉积具有层状结构的氧化亚铜的方式为溅射沉积。
在该实施例的一些示例中，沉积具有层状结构的氧化亚铜的步骤包括：采用铜作为靶材，向溅射腔室中通入氧气和保护性气体。可以理解，采用金属铜作为靶材，溅射过程中铜原子受到等离子体轰击并沉积于电介质层110上，铜原子与氧气中的氧原子结合并生成氧化亚铜。
在该实施例的一些示例中，为了减少不被期望的氧化铜的生成，可以控制氧气在溅射腔室中的分压为0.0005Pa~0.002Pa。例如，可以控制氧气在溅射腔室中的分压为0.0005Pa、0.0008Pa、0.001Pa、0.0012Pa、0.0015Pa、0.0018Pa、0.002Pa，或者，也可以控制氧气在溅射腔室中的分压在上述任意两分压之间的范围。
可以理解，氧气在溅射腔室中的分压较低，在实际溅射过程中较难控制。通过采用氧气和保护性气体的混合气体共同通入溅射腔室中，能够尽可能降低氧气所占分压的波动。
在该实施例的一些示例中，氧气在氧气和保护性气体整体中的体积占比为0.01%~0.1%。例如，氧气在氧气和保护性气体整体中的体积占比为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.08%、0.1%，或者，也可以控制氧气的体积占比在上述任意两百分数之间。通过设置氧气的体积占比较低，能够使得氧气和保护性气体整体的气压控制得较高。
在该实施例的一些示例中，可以控制溅射腔室中的气压为1Pa~4Pa。例如，可以控制溅射腔室中的气压为1Pa、2Pa、3Pa、4Pa，或者也可以控制溅射腔室中的气压在上述任意两压力之间。
在该实施例的一些示例中，在沉积具有层状结构的氧化亚铜的步骤中，可以控制溅射功率为500W~800W。例如，可以控制溅射功率为500W、550W、600W、650W、700W、750W、800W，或者，也可以控制溅射功率在上述任意两功率之间的范围。通过控制控制溅射功率为500W~800W，能够使得制备的氧化亚铜具有更为致密的结构以及较为粗糙的表面，从而提高其与电介质层110之间的附着力。
在该实施例的一些示例中，电极附着层150的厚度可以是10nm~100nm。控制电极附着层150的厚度为10nm~100nm。例如，电极附着层150的厚度可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、100nm，或者，电极附着层150的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
在该实施例的一些示例中，第二电极140材料可以包括铜。在电介质层110远离过渡种子层120的一侧沉积第二电极140材料的方式可以是溅射沉积。
在该实施例的一些示例中，第二电极140材料与电极附着层150可以于同一溅射腔室中先后沉积，并且第二电极140材料可以紧随电极附着层150制备完成之后沉积。
例如，在制备电极附着层150之后，可以保持轰击铜靶材，停止氧气的通入并仅向溅射腔室中通入保护性气体，以在电极附着层150上沉积第二电极140材料。由于第二电极140材料紧随电极附着层150制备完成之后沉积，因此第二电极140与电极附着层150之间也具有更强的附着能力。
在该实施例的一些示例中，第二电极140的厚度可以是100nm~1000nm。例如，第二电极140的厚度可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm，或者，第二电极140的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。
通过上述步骤S1~步骤S4，能够制备得到如图1所示的薄膜电容器。
进一步地，本公开还提供了一种半导体器件，该半导体器件可以包括半导体芯片和如图1所示的薄膜电容器，半导体芯片电连接于薄膜电容器。
在该实施例的一些示例中，该半导体器件还可以包括封装结构。薄膜电容器可以内置于封装结构中。
在本公开的薄膜电容器中，电介质层110位于第一电极130和第二电极140之间以构成电容器。过渡种子层120叠设置于电介质层110和第一电极130之间，过渡种子层120的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐，电介质层110的材料包括钛酸钙铜。本公开的发明人在研究过程中发现，具有二维层状结构的钛酸盐与钛酸钙铜的晶体结构较为匹配，这使得钛酸钙铜能够紧密地与具有二维层状结构的钛酸盐相结合。以具有二维层状结构的钛酸盐作为过渡种子层120能够保证钛酸钙铜均匀且稳定的附着，从而形成可供薄膜电容器使用的电介质层110，进而获得以钛酸钙铜作为电介质层110的薄膜电容器。由于钛酸钙铜具有显著较高的介电常数，相较于传统技术中以钛酸钡类材料作为电介质材料的薄膜电容器，本公开中的薄膜电容器具有显著较高的电容。
请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本公开的限制。
应该理解的是，除非本文中有明确的说明，步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，制备过程中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (10)
1.一种薄膜电容器，其特征在于，包括：电介质层、过渡种子层、第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别层叠设置于所述电介质层的相对两侧，所述过渡种子层叠设置于所述电介质层和所述第一电极之间；所述电介质层的材料包括钛酸钙铜，所述过渡种子层的材料包括具有二维层状结构的钛酸盐。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于，还包括电极附着层，所述电极附着层层叠设置于所述电介质层和所述第二电极之间，所述电极附着层的材料包括具有层状结构的氧化亚铜。
3.根据权利要求2所述的薄膜电容器，其特征在于，所述第二电极的材料包括金属铜；和/或，
所述第一电极的材料包括金属钛。
4.根据权利要求2所述的薄膜电容器，其特征在于，所述电极附着层的厚度为10nm~100nm；和/或，
所述第二电极的厚度为100nm~1000nm；和/或，
所述过渡种子层的厚度为5μm~15μm；和/或，
所述电介质层的厚度为500nm~3000nm；和/或，
所述第一电极的厚度为100nm~1000nm。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的薄膜电容器，其特征在于，所述薄膜电容器的总厚度≤20μm。
6.一种如权利要求1~5任意一项所述的薄膜电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供所述过渡种子层；
在所述过渡种子层的一侧表面上沉积第一电极材料，以形成所述第一电极，在所述过渡种子层的另一侧表面上沉积钛酸钙铜，以形成所述电介质层；
在所述电介质层远离所述过渡种子层的一侧沉积第二电极材料，以形成所述第二电极。
7.根据权利要求6所述的薄膜电容器的制备方法，其特征在于，沉积所述钛酸钙铜的方式为溅射沉积；在沉积所述钛酸钙铜的步骤中，控制溅射腔室中的气压为1Pa~10Pa；控制溅射功率为100W~200W。
8.根据权利要求6或7所述的薄膜电容器的制备方法，其特征在于，在沉积所述第二电极材料之前，还包括：在所述电介质层远离所述过渡种子层的一侧沉积具有层状结构的氧化亚铜以作为电极附着层。
9.根据权利要求8所述的薄膜电容器的制备方法，其特征在于，沉积具有层状结构的氧化亚铜的方式为溅射沉积，沉积具有层状结构的氧化亚铜的步骤包括：采用铜作为靶材，向溅射腔室中通入氧气和保护性气体，且控制所述氧气在所述溅射腔室中的分压为0.0005Pa至0.002Pa，控制溅射功率为500W~800W。
10.一种半导体器件，其特征在于，包括半导体芯片和如权利要求1~5任意一项所述的薄膜电容器，所述半导体芯片电连接于所述薄膜电容器。
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|---|---|
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Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW454247B (en) * | 1999-07-27 | 2001-09-11 | Applied Materials Inc | Ionized metal plasma Ta, TaNx, W, and WNx liners for gate electrode applications |
| JP2007329189A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Tdk Corp | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
| CN101533891A (zh) * | 2009-04-07 | 2009-09-16 | 清华大学 | 一种非易失性阻变存储器结构及其制备方法 |
| CN102194959A (zh) * | 2010-03-10 | 2011-09-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件及其制造方法、发光器件封装以及照明系统 |
| TW201143107A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Univ Nat Cheng Kung | CuInSe (CIS) thin film solar cell and method for making the same |
| CN102646516A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-22 | 符建 | 高介电材料多孔结构超级电容 |
| CN104261817A (zh) * | 2014-09-18 | 2015-01-07 | 中国人民大学 | CaCu3Ti4O12体系多层陶瓷电容器及其制备方法 |
| CN104862657A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-08-26 | 东北大学 | 一种钛合金表面纳米Ti/TiN梯度膜及其制备方法 |
| CN108977781A (zh) * | 2018-07-28 | 2018-12-11 | 华南理工大学 | 一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积w-n硬质膜的方法 |
| CN208284473U (zh) * | 2018-05-30 | 2018-12-25 | 长鑫存储技术有限公司 | 集成电路电容器及半导体器件 |
| CN109872835A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-06-11 | 深圳扑浪创新科技有限公司 | 一种红外透明导电薄膜、及其制备方法和用途 |
| CN209447145U (zh) * | 2019-04-30 | 2019-09-27 | 南昌欧菲显示科技有限公司 | 导电薄膜、触控装置和电子装置 |
| CN112410742A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-26 | 东莞市烽元科技有限公司 | 一种在Al2O3陶瓷基体表面磁控溅射镀纳米级铜膜的方法 |
| CN113981383A (zh) * | 2020-10-30 | 2022-01-28 | 东莞市烽元科技有限公司 | 一种在AlN陶瓷基体表面多弧离子镀钛膜的方法 |
-
2023
- 2023-12-08 CN CN202311675619.8A patent/CN117373829A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW454247B (en) * | 1999-07-27 | 2001-09-11 | Applied Materials Inc | Ionized metal plasma Ta, TaNx, W, and WNx liners for gate electrode applications |
| JP2007329189A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Tdk Corp | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
| CN101533891A (zh) * | 2009-04-07 | 2009-09-16 | 清华大学 | 一种非易失性阻变存储器结构及其制备方法 |
| CN102194959A (zh) * | 2010-03-10 | 2011-09-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件及其制造方法、发光器件封装以及照明系统 |
| TW201143107A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Univ Nat Cheng Kung | CuInSe (CIS) thin film solar cell and method for making the same |
| CN102646516A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-22 | 符建 | 高介电材料多孔结构超级电容 |
| CN104261817A (zh) * | 2014-09-18 | 2015-01-07 | 中国人民大学 | CaCu3Ti4O12体系多层陶瓷电容器及其制备方法 |
| CN104862657A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-08-26 | 东北大学 | 一种钛合金表面纳米Ti/TiN梯度膜及其制备方法 |
| CN208284473U (zh) * | 2018-05-30 | 2018-12-25 | 长鑫存储技术有限公司 | 集成电路电容器及半导体器件 |
| CN108977781A (zh) * | 2018-07-28 | 2018-12-11 | 华南理工大学 | 一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积w-n硬质膜的方法 |
| CN109872835A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-06-11 | 深圳扑浪创新科技有限公司 | 一种红外透明导电薄膜、及其制备方法和用途 |
| CN209447145U (zh) * | 2019-04-30 | 2019-09-27 | 南昌欧菲显示科技有限公司 | 导电薄膜、触控装置和电子装置 |
| CN112410742A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-26 | 东莞市烽元科技有限公司 | 一种在Al2O3陶瓷基体表面磁控溅射镀纳米级铜膜的方法 |
| CN113981383A (zh) * | 2020-10-30 | 2022-01-28 | 东莞市烽元科技有限公司 | 一种在AlN陶瓷基体表面多弧离子镀钛膜的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LEE, SY ET AL: "Improving dielectric loss and thermal stability of CaCu3Ti4O12 thin films by adding BST layer", 《ELECTROCHEMICAL AND SOLID-STATE LETTERS》, vol. 11, no. 4, pages 295 - 93 * |
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