[发明专利]双层结构的硅电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双层结构的硅电容器及其制造方法，尤其是一种提高硅电容器的电容量的制造方法，属于半导体技术领域。

背景技术

硅电容器是利用半导体硅材料和CMOS制造技术，在硅衬底制得的硅槽电容器。硅电容器因其体积小，稳定性好和其他诸多优点正越来越受到重视。硅电容器采用大规模CMOS集成电路制造技术在硅衬底上集成几百万个微小的纳米硅槽电容。相比于传统的电解电容器、多层陶瓷电容器、薄膜电容器、钽电容器，制造技术含量最高。

目前硅电容器在国防、通信、医疗、智能卡、汽车以及石油勘探领域都有应用。由于硅电容器工作频率可达60GHz以上和半导体产品的高可靠性，硅电容器已应用在雷达和通信领域，同时硅电容器耐温达250℃，特别适合在恶劣环境下使用，如汽车引擎盖下和石油勘探深井下等极端恶劣环境，另外硅电容器体积超小和厚度超薄，与IC垂直封装立体化，减小了印制电路板的面积。但硅电容也面临着挑战，目前硅电容器在硅衬底上集成几百万个微小的纳米硅槽电容，单层硅槽电容电容量小，电容密度普遍不高，这限制了硅电容器的应用领域，使得硅电容器只能在特殊领域应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种双层结构的硅电容器及其制造方法，采用纳米双层电容，提高电容密度，加大电容量。

按照本发明提供的技术方案，所述双层结构的硅电容器，包括P型衬底，其特征是：在所述P型衬底上表面形成多个硅槽，硅槽从P型衬底的上表面向下表面方向延伸；在所述P型衬底的上表面和硅槽的表面掺杂N型杂质推结形成N型导电层，作为第一层电容的内部电极，在P型衬底和硅槽的N型导电层上依次设置第一层介质层、第一层多晶、第二层介质层和第二层多晶，第一层多晶作为第一层电容和第二层电容的公共内部电极，第二层多晶作为第二层电容的内部电极；在所述第二层多晶上设置绝缘介质层，绝缘介质层覆盖住下方的第一层介质层、第一层多晶、第二层介质层和第二层多晶；在所述绝缘介质层上设置第一接触孔、第二接触孔和第三接触孔，第一接触孔的底部与N型导电层接触，第二接触孔的底部与第一层多晶接触，第三接触孔的底部与第二层多晶接触；在所述第一接触孔和第三接触孔处设置第一外电极金属，在第三接触孔处设置第二外电极金属，第一外电极金属和N型导电层和第二层多晶接触，第二外电极金属和第一层多晶接触，第一外电极金属和第二外电极金属之间由绝缘介质层相隔离。

进一步的，所述第一层介质层和第二层介质层的厚度为20nm~100nm。

进一步的，所述第一层多晶的厚度为500nm~600nm，第二层多晶的厚度为700nm~800nm。

所述双层结构的硅电容器的制造方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）提供P型衬底，在P型衬底的上表面刻蚀出多个硅槽，硅槽从P型衬底的上表面向下表面方向延伸；

（2）在P型衬底的上表面和硅槽进行N型杂质的掺杂和推结，得到N型导电层；

（3）在P型衬底和硅槽的N型导电层表面依次生长第一层介质层、第一层多晶、第二层介质层和第二层多晶；

（4）依次刻蚀第二层多晶、第二层介质层、第一层多晶，得到与第二层介质层连接的第一种连接孔和与P型衬底连接的第二种连接孔；

（5）淀积一层绝缘介质层；

（6）对绝缘介质层进行刻蚀形成第一接触孔、第二接触孔和第三接触孔，第一接触孔位于第二种连接孔处，第二接触孔位于第一种连接孔处；所述第一接触孔的底部与N型导电层接触，第二接触孔的底部与第一层多晶接触，第三接触孔的底部与第二层多晶接触；

（7）在绝缘层介质层上进行金属溅射，得到金属层；对金属层进行光刻，保留第一接触孔、第二接触孔和第三接触孔处的第一外电极金属和第二外电极金属；所述第一外电极金属和N型导电层和第二层多晶接触，第二外电极金属和第一层多晶接触，第一外电极金属和第二外电极金属之间由绝缘介质层相隔离。

进一步的，所述步骤（1）中首先在P型衬底的上表面淀积600nm的SiO₂掩膜，选择性地掩蔽和刻蚀掩膜，在P型衬底的上表面光刻和等离子刻蚀出多个硅槽，硅槽深度为30~100um，硅槽宽度为2-3um；再采用BOE全漂去除P型衬底上的SiO₂掩膜。

进一步的，所述步骤（2）中通过POCl₃进行N型杂质的掺杂和推结，得到N型导电层；在进行掺杂和推结的过程中会产生厚度50nm~80nm 的SiO₂，采用BOE全漂去除形成的SiO₂。