[发明专利]三维集成结构及其制造方法

说明书

本发明提供了一种三维集成结构，第一纳米电容，包括第一硅衬底、第一隔离介质、第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层；过渡层，设于所述第一顶部金属电极层；第二纳米电容，包括第二硅衬底、第二隔离介质、第二底部金属电极层和第二顶部金属电极层，第二纳米电容开设有第一连接孔和第二连接孔，并且第一连接孔导通至第一顶部金属电极层，第二底部金属电极层通过第一连接孔与第一底部金属电极层电连接，从而在设置第二底部金属电极层的时候，就通过第一连接孔与第一底部金属电极层电连接，使加工工艺更加简单，并且缩短了制备集成结构的时间，加快了生产效率。另外，本发明还提供了三维集成结构的制造方法。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种三维集成结构及其制造方法。

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。所以将燃料电池提供基础功率，能量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，所以，需要能量缓冲系统来维持器件不中断的工作。

一般来讲，能量缓冲系统是电池或者是电容。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系统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，当深宽比超过一定数值时，材料在高深宽比结构表面的台阶覆盖率以及完整性都会极大削弱，甚至所沉积的材料会出现孔洞现场，从而影响电容性能，使电容结构强度大大降低。此外，要刻蚀出深宽比非常大的结构，对于刻蚀设备的精度要求也会非常高。进一步，当这些高深宽比结构，比如硅纳米孔的横向尺寸非常小时，只能直接在其表面沉积金属、绝缘材料和金属形成纳米电容结构，由于硅材料的电阻率较高，从而导致纳米电容的串联电阻较大，进而会降低功率密度。

公开号为CN111916559A的专利公开了一种半导体结构及其形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底内形成凹槽；在所述凹槽内和所述衬底上形成若干层重叠的复合层，所述复合层包括电极层以及位于所述电极层上的第一介质层，位于上层的所述复合层暴露出位于下层的所述复合层的部分顶部表面。在所述衬底内形成凹槽，在所述凹槽内和所述衬底上形成若干层重叠的复合层，所述复合层包括电极层以及位于所述电极层上的第一介质层。通过所述凹槽来增大所述衬底的表面积，利用在所述凹槽内交叉堆叠形成所述电极层和所述第一介质层，有效的减小了由所述电极层和所述第一介质层所形成的电容器件占用衬底的表面积，提升最终形成的半导体结构的集成度。并没有使电容的结构紧凑的同时保证电容结构的强度，同时纳米电容的电阻率仍然较高。

因此，有必要提供一种三维集成结构的制造方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维集成结构及其制造方法，使加工工艺更加简单，缩短了加工的时间，增大了电容密度，保证了电容的完整性，提高了电容的整体性能。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种三维集成结构，包括：

第一纳米电容，包括第一硅衬底、第一隔离介质、第一底部金属电极层和第一顶部金属电极层；其中，所述第一隔离介质将所述第一底部金属电极层和所述第一硅衬底分隔；

过渡层，设于所述第一顶部金属电极层；