[发明专利]高密度三维集成电容器

说明书

本发明公开了一种高密度三维集成电容器，包括基板，具有第一表面、远离所述第一表面的第二表面、及在所述第一表面与所述第二表面之间延伸的贯通开口；第一金属元件，在所述第一表面暴露，并延伸至所述贯通开口内；第二金属元件，在所述第二表面暴露，并延伸至所述贯通开口内，所述第一金属元件和所述第二金属元件可与第一电位和第二电位电连接；电容器介电层，至少在所述贯通开口内使所述第一金属元件与所述第二金属元件相互分隔开并绝缘，所述电容器介电层具有起伏的形状。

本申请为申请号201180067151.3的中国发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为2011年12月09日，国际申请号为PCT/US2011/064219，发明名称为“高密度三维集成电容器”。该原申请是申请号为12/964049、申请日为2010年12月9日的美国专利申请的继续申请，其公开的内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及半导体芯片内或特定类型的如为半导体、玻璃、陶瓷或其他热膨胀系数(CTE)相对低的材料的基板内的电容器，制造这种电容器的方法，及这种电容器中应用的元器件。

背景技术

电容器一般在信号线内或者在电源线内用于噪声抑制。在电源线内，通过沿电源线安装大量电容器而降低阻抗水平，可实现噪声抑制。这种电容器的安装可使系统的尺寸及成本增加，因为安装电容器的成本可能比电容器本身的成本还要高。

电容器可设置在具有有源电路元件的半导体芯片、即“有源芯片“上，或可设置在包含无源电路元件、用于向有源芯片安装的无源芯片上，无源电路元件如电容器、电感器、电阻器等。

常规的硅电容可为两种基本类型。第一种类型用于为动态随机存储器(DRAM)芯片中的每个位存储电荷。第二种类型为无源芯片上的电容器，其中首要重点放在平面电容器具有非常薄的介电材料上，且以单层或多层形式的介电材料具有非常高的介电常数。当应用于去耦电容用途时，这两种类型的常规电容器都会具有局限性。第一种类型的电容器可能不适于高电容用途，因为这种类型的电容器通常意味着用于在位级应用，因此特意设计为具有非常小的尺寸。第一种类型典型地缺少作为去耦电容器储存或供应足够电流所需的特征。第二种类型的电容器可能具有低的电容密度及低的品质因数(效能)。

在微电子芯片内、半导体基板内或具有相对低CTE如玻璃或陶瓷材料的基板内的电容器的设计中，进一步改进将是可取的。

发明内容

根据本发明的方面，具有用于与电路元器件或微电子元件电互连的电极的元器件可包括，基板和与基板形成接触的第一电容器。基板可基本上由热膨胀系数小于10ppm/℃的材料组成。基板可具有第一表面、与第一表面相对的第二表面、及从第一表面向下延伸的开口。第一电容器可包括为第一板和第二板的第一对导电板，及为第三板和第四板的第二对导电板。每个板可沿开口的内表面延伸。

第一板可覆盖内表面。第三板可覆盖第一板，且可通过第一电容器介电层使二者分隔开。第二板可覆盖第三板，且可通过第二介电层使二者分隔开。第四板可覆盖第二板，且可通过第三电容器介电层使二者分隔开。第一电容器可包括第一电极和第二电极。第一电极可在第一表面的第一位置暴露，且可与第一对板电连接。第二电极可在第一表面和第二表面中一个上与第一位置间隔开的第二位置暴露，且可与第二对板电连接。第一电容器可包括分别在间隔开的第三位置和第四位置暴露的第三电极和第四电极。第三电极可与第一对板电连接。第四电极可与第二对板电连接。

在特定实施例中，使每个板与至少一个相邻板分隔开的每个介电层可为，介电常数k 至少为3的介电层。在一个实施例中，开口内没有被第一对板、第二对板及介电层占据的一部分，可被介电材料所填充。在示例性的实施例中，基板可基本上由半导体、玻璃和陶瓷组成的群组中选择的一种材料组成。在特定实施例中，第一电容器可具有至少1皮法的电容。在一个实施例中，沿第一表面的方向，开口可具有至少为5微米的宽度。在示例性的实施例中，沿垂直于第一表面的方向，开口可具有至少为10微米的深度。