[发明专利]一种纳米电容三维集成结构及其制作方法

说明书

本发明公开一种纳米电容三维集成结构及其制作方法。该纳米电容三维集成结构包括形成在铝箔正面和背面的第一纳米电容结构和第二纳米电容结构，第一纳米电容结构的第一顶部金属电极层通过第一沟槽结构、第二沟槽结构、铝通孔结构、第四沟槽结构、第五沟槽结构与第二纳米电容结构的第二顶部金属电极层电气连通；第一纳米电容结构的第一底部金属电极层通过第三沟槽结构、铝箔、第六沟槽结构与第二纳米电容结构的第二底部金属电极层电气连通。本发明能够显著增大电容密度缩短互连线长度，从而有利于减小互连电阻和能量损耗，此外，能够减少工艺步骤，降低工艺复杂度，从而有效降低生产成本。

技术领域

本发明属于集成电路制造领域，具体涉及一种纳米电容三维集成结构及其制作方法。

背景技术

目前，对于便携式电子设备来说，电池仍然是主要的能量供应部件。虽然电池技术在不断发展，然而在电池的容量与体积以及重量之间仍然需要作出折中。相应地，一些容量大、重量轻以及体积小的可替代供电部件被研究和开发，比如微型燃料电池、塑料太阳能电池以及能量收集系统。在以上所提到的所有情况下，通常都需要能量缓冲系统来维持连续和稳定的能量输出。比如，一般认为燃料电池系统拥有较慢的启动时间和较低的动能。因此，燃料电池提供基础功率，缓冲系统提供启动功率的混合系统是最佳解决方案。此外，能量收集系统依赖环境中无法持续获得的能量源；因此，需要能量缓冲系统来维持器件不中断的工作。进一步，能量缓冲系统能够提供峰值负载，然而能量产生系统却无法提供。一般来讲，能量缓冲系统或者是电池，或者是电容。电池的一个重要缺点是它有限的放电效率。相比之下，电容可以提供更大的放电电流。使用电容作为能量缓冲的其它优势还包括较长的循环寿命和较高的功率密度。除了以上提到的优势外，采用合适的材料和结构设计，电容相比较电池更容易缩小尺寸。通过引入高深宽比结构，比如碳纳米管、硅纳米线、硅纳米孔以及硅深槽结构，并在这些高深宽比结构中沉积高介电常数材料可以极大增加电容密度和存储容量。这种采用纳米结构来制备的电容可以称之为纳米电容。然而，目前纳米电容所采用的高深宽比结构都比较单一，无法更大程度地增大存储容量，从而将限制纳米电容作为有效的能量缓冲部件。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种纳米电容三维集成结构，包括：铝箔，在一侧形成有铝通孔结构，其中，第一隔离介质覆盖铝通孔的侧壁；第一铜扩散阻挡层覆盖所述第一隔离介质的侧壁；铜粘附层覆盖所述第一铜扩散阻挡层的侧壁；第一铜金属层覆盖所述铜粘附层的侧壁，并完全填充铝通孔；

第一纳米电容结构，位于所述铝箔的正面，其中，第一纳米电容结构的基本骨架是通过阳极氧化所述铝箔正面所形成的第一阳极氧化铝结构；第一底部金属电极层覆盖所述第一阳极氧化铝结构表面；第一绝缘介质覆盖所述第一底部金属电极层表面；第一顶部金属电极层覆盖所述第一绝缘介质表面，并完全填充所述第一阳极氧化铝结构；

顶部金属接触，第二隔离介质在暴露出来的所述铝通孔结构、所述第一顶部金属电极层和所述第一底部金属电极层表面分别形成第一沟槽结构、第二沟槽结构和第三沟槽结构，而且第一沟槽结构与第二沟槽结构相邻；第二铜扩散阻挡层覆盖三个沟槽结构的表面，并在中间区域断裂不相连接；第二铜籽晶层覆盖所述第二铜扩散阻挡层表面；第二铜金属层覆盖所述第二铜籽晶层表面；

第二纳米电容结构，位于所述铝箔的背面，其中，第二纳米电容结构的基本骨架是通过阳极氧化所述铝箔背面所形成的第二阳极氧化铝结构；第二底部金属电极层覆盖所述第二阳极氧化铝结构表面；第二绝缘介质覆盖所述第二底部金属电极层表面；第二顶部金属电极层覆盖所述第二绝缘介质表面，并完全填充所述第二阳极氧化铝结构；

底部金属接触，第三隔离介质在暴露出来的所述铝通孔结构、所述第二顶部金属电极层和所述第二底部金属电极层表面分别形成第四沟槽结构、第五沟槽结构和第六沟槽结构，而且第四沟槽结构与第五沟槽结构相邻；第三铜扩散阻挡层覆盖三个沟槽结构的表面，并在中间区域断裂不相连接；第三铜籽晶层覆盖所述第三铜扩散阻挡层表面；第三铜金属层覆盖所述第三铜籽晶层表面；