[发明专利]具有石墨烯结构的电容器、包括其的半导体器件及其形成方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地涉及半导体器件。

背景技术

包括金属电极的电容器，诸如金属氧化物金属(MOM)或金属绝缘体 金属(MIM)电容器，使用诸如铝或铜的金属组分以形成电容器。MOM 电容器的存储能力为小于10毫微微法拉每平方微米(又称飞法每平方微米， fF/μm²)。MIM电容器的存储能力为约30fF/μm²至约100fF/μm²。

在某些情况下，使用具有高介电常数的介电材料(即，高k介电材料) 提高每单位面积的存储能力。在某些情况下，使用通过原子层沉积(ALD) 所形成的薄电极来提高每单位面积的存储能力。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一 种电容器，包括：第一石墨烯结构，具有多个第一石墨烯层；介电层，位 于所述第一石墨烯结构上方；以及第二石墨烯结构，位于所述介电层上方， 其中，所述第二石墨烯结构具有多个第二石墨烯层。

在该电容器中，所述多个第一石墨烯层中的石墨烯层数在2层至20层 的范围内。

在该电容器中，所述多个第二石墨烯层中的石墨烯层数等于所述多个 第一石墨烯层中的石墨烯层数。

在该电容器中，所述多个第二石墨烯层中的石墨烯层数不同于所述多 个第一石墨烯层中的石墨烯层数。

该电容器还包括第一接触结构，所述第一接触结构被配置为将电荷载 流子传递到所述第一石墨烯结构中以及将电荷载流子从所述第一石墨烯结 构中传递出来。

在该电容器中，所述第一接触结构延伸到所述第一石墨烯结构内，以 接触所述多个第一石墨烯层的多个石墨烯层。

在该电容器中，所述第一接触结构延伸穿过所述介电层并且延伸到所 述第一石墨烯结构内。

在该电容器中，所述第一接触结构包括：导电材料；以及阻挡层，将 所述导电材料和所述第一石墨烯结构分隔开。

该电容器还包括第二接触结构，所述第二接触结构被配置为将电荷载 流子传递到所述第二石墨烯结构中以及将电荷载流子从所述第二石墨烯结 构中传递出来。

在该电容器中，所述第二接触结构延伸到所述第二石墨烯结构内，以 接触所述多个第二石墨烯层的多个石墨烯层。

在该电容器中，所述第二石墨烯结构中的所述第二接触结构具有基本 垂直的侧壁。

在该电容器中，所述第二石墨烯结构中的所述第二接触结构具有楔形 侧壁。

该电容器还包括位于所述介电层和所述第二石墨烯结构之间的生长层。

在该电容器中，所述生长层包括铜、铝、和钨中至少一种。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；互连 结构，位于所述衬底上方，所述互连结构具有多个导电部件；以及电容器， 位于所述互连结构中，所述电容器与所述多个导电部件中的至少一个导电 部件电接触，其中，所述电容器包括：第一石墨烯结构，具有多个第一石 墨烯层；介电层，位于所述第一石墨烯结构上方；以及第二石墨烯结构， 位于所述介电层上方，所述第二石墨烯结构具有多个第二石墨烯层。

在该半导体器件中，所述互连结构包括位于所述多个导电部件的相邻 导电部件之间的介电材料，并且所述介电层包括与所述介电材料相同的材 料。

在该半导体器件中，所述互连结构包括位于所述多个导电部件的相邻 导电部件之间的介电材料，并且所述介电层包括与所述介电材料不同的材 料。

在该半导体器件中，所述电容器还包括位于所述介电层和所述第二石 墨烯结构之间的生长层。

在该半导体器件中，所述多个导电部件中的至少一个导电部件的材料 与所述生长层的材料相同。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造电容器的方法，所述方法包 括：形成具有多个第一石墨烯层的第一石墨烯结构；在所述第一石墨烯结 构上方形成介电层；以及在所述介电层上方形成第二石墨烯结构，其中， 所述第二石墨烯结构包括多个第二石墨烯层。

附图说明