[发明专利]电子器件及其使用

说明书

技术领域

本发明涉及一种设置有电容器的电子器件，所述电容器具有第一电介质层及高电容密度。

背景技术

从US6,064,108中已经知道了这种器件。该文献公开了一种多层膜电容器结构，其具有彼此层叠且由电介质层间隔开的多个电容器电极。得到的电容器结构与仅具有两个电极的薄膜电容器相比，具有相对高的电容密度。这种器件仍然适于以CMOS制作工艺来制造。

该已知器件的缺点在于，虽然提高了电容，但是击穿电压相对受限。电容器的电容和击穿电压之间固有地存在相反关系，因为随着电介质层厚度的增加，击穿电压提高，但是电容密度减小。显然，电容器电极的叠置允许改进电容而不会降低击穿，因为有效面积加倍。然而，叠置不会得到更高的击穿电压。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种开头段落中提及类型的器件，其具有提高的击穿电压，而不会减小电容。

该目的通过如下器件实现，该器件包括集成电容器结构，该集成电容器结构具有输入和至少一个输出，该结构包括第一支路和第二支路，该第一支路连接在输入和该结构的输出之间，并且包括第一电容器，该第二支路连接到输入，并且包括具有比第一电容器高的电容密度以及低的击穿电压的第二电容器，其中，第一支路具有比第二支路短的RC时间常数，从而脉冲电压峰值将实质上跟随第一支路，第一电容器具有足够的电容以存储电压峰值的电荷。

在导致本发明的试验中发现，位于输入和输出邻近的电容器部分比远离输入和输出的部分在脉冲电压峰值之后更易于受到击穿。基本上，通过将这些部分分为单独的电容器，解决了该问题：具有高击穿的第一电容器与具有高电容密度的电容器以脉冲电压峰值将通过第一电容器流走、并且可以防止第二电容器击穿的方式组合。该组合的操作基于如下认识：脉冲电压峰值的电流是动力学效果：在两条并行支路中，选择反应最快的一条支路。

第一电容器应满足的额外要求是其电容应大到足以存储电压峰值的电荷。否则，峰值电压将流过第二电容器，从而伴随有击穿第二电容器的风险。所需的电容当然取决于电压峰值的速度和电压，如众所周知的那样，电容等于所存储的电荷与电容器两端施加的电压之比。优选地，第一电容器的电容至少为10pF，更优选地至少为100pF，并且最优选地至少为500pF。

“较快支路”的要求在电学上以RC时间常数表示。该常数包括有效电容和串联电阻，是电流可以流走的速度的测量。第一支路的RC时间常数必须小于第二支路的RC时间常数。合适地，包括额外的电阻，以增大第二支路的RC时间。在一个实施例中，第二支路包括在输入和第二电容器之间的额外电阻器。在另一实施例中，顶电极材料具有足够的电阻，从而第二支路包括额外电阻。可选地，电阻器可以连接在第二电容器之后作为合适的负载。该额外的电阻器合适地具有0.1和100Ω之间的值，优选地处于1至10Ω的范围中。

观察到，诸如由于静电放电(ESD)导致的脉冲之类的脉冲峰值电压实际上是动态现象。第一支路RC时间较短的要求因此也应该以动态含义来理解。也就是说：在电压脉冲内任意无限小的时刻，此时电压峰值的部分电荷已经填充第一支路的电容器，第一支路应该仍然较快。实际上，电压峰值(电流)流过第一支路的功能要求是最重要的。任何特定系统的实现一般地通过基于微分方程的仿真来进行控制和描述。

优选地，第一和第二电容器由相同的层构成，即，第二电容器的第一电介质层是第一电容器的电介质层的一部分。这减少了处理步骤的数目。

在另一实施例中，第二电容器是叠置电容器，其中第一电介质层处于第一电极和中间电极之间，并且第二电介质层处于第二电极和中间电极之间，并且在该电容器中第一和第二电极彼此相连。使用具有中间电极的叠置电容器作为第二电容器具有使电容容易地加倍的优点。此外，击穿的改进是充分的；优选地，第二电容器的表面面积是第一电容器的1.5倍，更优选地甚至是两倍，并且可选地甚至大至三或五倍。

在特定修改中，第一电介质包括第一和第二电介质层两者。这具有与制造单个叠置型电容器相比几乎不需要额外掩模的优点。

更合适地，第一和第二电介质层包括铁电材料。这种类型的材料具有高介电常数，并且可以以半导体工业中本身已知的方式来进行处理。

在可选实施例中，第二电容器是沟槽电容器。这种类型的电容器提供高电容密度，但是其击穿行为不足以用于某些应用，尤其如果将这种沟槽电容器叠置。通过根据本发明将沟槽电容器和具有高击穿电压的电容器组合，可以将沟槽电容器应用于更大范围的应用中。高击穿电容器合适地是在衬底表面上设置的薄膜电容器。