[发明专利]集成电容器的方法和设备

说明书

技术领域

本公开涉及一种集成电容器。更具体地，本公开涉及一种具有 低电阻的由沟槽形成的两个电极的集成电容器。

背景技术

电容器是各种电子系统中不可或缺的部分，其广泛用于信号滤 波与去耦合、能量传输与储存、以及电荷/信息的保存。具有高电容 密度和低电阻的电容器的集成对于许多应用都有意义。

例如，集成电容器可以用于电力转换器，特别是小型电力转换 器(例如，用于便携式可穿戴电子产品、全片上集成电源(PwrSoC) 应用、负载点(POL)应用、以及粒度电源应用)。电力转换器使用 电容器在不同的时间间隔存储或释放能量以获得平滑和稳定的输出 电压。例如，在线性稳压器或者感应式开关模式电力转换器中，电容 器与负载并联，以在输出电压升高时吸收多余的能量，并且在输出电 压下降时释放存储的能量。在开关电容电力转换器中，使用电容器作 为通过充电和放电将能量从输入传输到负载的媒介。在这两种情况 下，都会存在流经电容器的纹波电流。因此，低电阻的集成电容器对 于高效的电力转换器较为重要。

低电阻的电容器具有意义的另一应用是微波。为了在微波系统 中获得更小的信号失真、更低的损耗并且产生更少的散热，可以使用 高品质因数(Q)的电容器。电容器的Q因数定义为其电抗与其电阻 的比值。因此，为了搭建集成的微波系统，低电阻的集成电容器可用 于增加Q因数。

与制造集成电容器有关的本背景技术仅仅旨在提供当前一些电 容器制造技术的背景概况，而非穷举性的。在阅读以下详细描述之后， 关于当前状况的其他情况会变得更清楚。

发明内容

在此提供简单概括以有助于对以下详细说明和附图中的示例 性、非限制性的实施例的各个方面提供基本或大体的理解。然而，该 概括的目的并不在于广泛或穷举性的综述。相反，该概括的目的在于， 以简化形式呈现与一些示例性、非限制性实施例有关的一些构思，来 作为以下公开的各实施例的更详细描述的开篇。

本公开提出了一种低电阻的集成沟槽电容器。在提出的电容器 中，电容器的第一电极和第二电极这两者可以是形成在半导体衬底的 不同沟槽内的沟槽电极。可利用电介质层将所述电极中的一个或两个 与衬底隔离。所述沟槽可以起到增加电介质层的面积进而增加电容密 度的作用。然而，通过将第一电极和第二电极容纳在不同的沟槽中， 所述沟槽电容器可以获得两个额外的特性。

第一额外特性是：电容器的两个电极都可以使用较厚的导电材 料。所述沟槽的深度可以达到几十微米，因此用高导电性材料填充所 述沟槽可以实现厚导电通道。与其他使用衬底表面上的薄(～1微米) 金属走线的电容器相比，厚导电通道可以显著减小电容器的电阻。当 电容器的面积较大(例如，在电源转换器中)时，两个电极的走线会 非常长。然而，使用厚导电通道而不是薄金属走线，可以减小电容器 的电阻。

所提出的电容器的第二特性是在两个电极之间的更短的电流路 径，其原因在于第一电极和第二电极均经由沟槽延伸至衬底中。相比 之下，对于其中一个电极位于表面上的现有技术而言，部分电流必须 从沟槽的底部开始流到位于表面上的电极。在这种情况下，电流的路 径长度与沟槽的深度相近。然而，在本公开中，两个电极之间的电流 路径长度由两个电极之间的距离决定，该距离通常比沟槽的深度小一 个数量级。因此，通过使电流路径长度最小化，来减小了由电流在两 个电极之间流动而导致的寄生电阻。

根据相应公开的一个或多个实施例，与集成电容器装置的设备 相关地描述了各个非限制性方面。在一个示例性、非限制性实施例中， 集成电容器可由包括绝缘层的衬底、包括形成在沟槽中的导电材料的 第一电极以及包括形成在另一沟槽中的导电材料的第二电极形成，其 中通过电介质层将第一电极和第二电极与衬底隔离开。

在另一个示例性、非限制性实施例中，描述了一种可有利于制 造集成电容器的方法。所述方法可包括步骤：在半导体衬底上形成容 纳电极的沟槽，以及在半导体衬底和沟槽上形成电介质层。所述方法 还可包括步骤：在半导体衬底和沟槽上形成包含导电材料的导电层， 以及去除衬底表面上的一部分导电材料并且保留沟槽中的导电材料。