[實用新型]三維電容結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220427128.2
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN202839597U
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐文彬
• 申請（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 渠述華

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及基本電容器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種結(jié)合叉指電極結(jié)構(gòu)的高K基三維電容結(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

電容作為三大無源器件之一，一直是各類電路的重要組成部分，電容研究也伴隨著電路技術(shù)的進(jìn)步而經(jīng)久不衰。在現(xiàn)代電容發(fā)展中主要面臨的問題有以下幾個方面：?

一、電容密度問題

電容在電路中往往占用很大的空間，增大電容密度可以減少電容體積，促進(jìn)電路小型化發(fā)展。在傳統(tǒng)的MIM或MOS結(jié)構(gòu)電容中，提高電容密度常常從減少電容電介質(zhì)厚度入手，但由于漏電效應(yīng)作用，容易導(dǎo)致電容絕緣強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響電容的能耗和高頻工作特性。因此，通過提高介質(zhì)介電常數(shù)（K值）來增大電容密度的高K電介質(zhì)研究在近年來受到了較多關(guān)注。

二、電容絕緣強(qiáng)度?

一定的絕緣強(qiáng)度是電容穩(wěn)定工作的重要基礎(chǔ)，在集成電路領(lǐng)域，SiO₂柵介質(zhì)無法延續(xù)摩爾定理正是因為減薄SiO₂后絕緣強(qiáng)度下降所帶來的嚴(yán)重漏電問題。而伴隨著電路的小型化、集成化進(jìn)程，電容的絕緣強(qiáng)度問題在很多領(lǐng)域都是不可回避的。?

三、電容的集成化?

集成電容研究是無源集成領(lǐng)域的子問題，并且是實現(xiàn)電路無源集成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。低溫共燒（LTCC）技術(shù)是近年來受關(guān)注較多的電容集成技術(shù)，但因為原料成本問題制約了LTCC的推廣。而薄膜技術(shù)一方面易于同微電子技術(shù)兼容，另一方面也具有環(huán)保和成本的優(yōu)勢，可以預(yù)見在今后的集成電容發(fā)展中將發(fā)揮更大的作用。在進(jìn)行電容集成研究時還有必要關(guān)注電容的基底問題，同平整的半導(dǎo)體基底不同，很大一部分電容，尤其是分立電容是制作在陶瓷這類表面不平整的基底上，這類基底對電容的性能影響是不容忽視的，如果能結(jié)合薄膜的低溫沉積技術(shù)，將高K電介質(zhì)引入到這類電容中，對推廣電容的集成化應(yīng)用將有深遠(yuǎn)的意義。

四、電容的高頻特性?

無線通信和高速電路發(fā)展也對電容的高頻特性提出了更高的要求。電容的高頻特性很大程度上取決于電容電介質(zhì)，在LTCC領(lǐng)域，已有許多關(guān)于高頻陶瓷的報道，在高K薄膜研究中，介質(zhì)的非線性特性也是一個研究的焦點。

在上述四個問題中，擴(kuò)大電容可集成化應(yīng)用和提高電容密度是迫切需要解決的，而包括絕緣強(qiáng)度在內(nèi)的電學(xué)性能問題又是不可回避的。絕大部分關(guān)于電容的技術(shù)報道中都提到了引入高K介質(zhì)以提高電容密度，但只要提高電容密度的要求仍然存在，通過不斷減薄介質(zhì)層厚度和提高介電常數(shù)，是無法從根本上解決漏電和絕緣強(qiáng)度問題的。而在七十年代就已出現(xiàn)的橫向電通量電容，在同等工藝條件下，卻幾乎沒有絕緣方面的擔(dān)憂。平面電容之電容特性來源于在同一介質(zhì)層表面提供橫向電通量的相鄰共面電極。常見的平面電容共面電極以叉指圖形為主要形式，由于電極分布是共面相鄰的，可以避開由縱向工藝導(dǎo)致的漏電通道，從而保證良好的絕緣性能。?

但橫向電容最大的一個不足就是電容密度太低，遠(yuǎn)不如其它縱向結(jié)構(gòu)電容。?

綜合上述各種結(jié)構(gòu)電容存在的不足，本案便由此產(chǎn)生。?

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種提高電容密度、又能保證良好絕緣強(qiáng)度和相關(guān)電學(xué)性能的新型三維電容結(jié)構(gòu)，同時此結(jié)構(gòu)相對簡單且工藝可實現(xiàn)性高。?

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是：?

一種三維電容結(jié)構(gòu)，其中：包括上金屬電極層、下金屬電極層及位于上金屬電極層與下金屬電極層之間的電容介質(zhì)層；上金屬電極層與下金屬電極層的金屬電極為相互錯開分布的叉指結(jié)構(gòu)。

所述的各叉指上進(jìn)一步分形出一次叉指結(jié)構(gòu)。?

所述的各一次叉指上再進(jìn)一步分形出二次叉指結(jié)構(gòu)。?

所述電容介質(zhì)層為Ta₂O₅。?

所述電容介質(zhì)層的材料為燒結(jié)后的陶瓷層或絲網(wǎng)印刷后的塊狀電介質(zhì)材料。?

采用上述方案后，可見本實用新型電容的主要結(jié)構(gòu)以MIM三明治結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，包含一個具有較高介電常數(shù)和良好高頻特性的電容介質(zhì)層，以及處于電介質(zhì)上下層位置的金屬電極層，上下金屬電極層以橫向電通量電容中共面相鄰的叉指電極為原型（包括進(jìn)一步的分形化設(shè)計），其橫向相對位置保持不變，而縱向上以高K介質(zhì)層為中心錯開分布，位于上下兩個不同的電極層，從而使得兩電極兼具橫向、縱向的耦合電通量，以改善電容的電學(xué)性能，有助于拓展電容設(shè)計及提高電容值可調(diào)范圍，同時從本質(zhì)上解決電容發(fā)展中電容密度、絕緣強(qiáng)度、集成化應(yīng)用等相關(guān)問題；并且是以成熟的叉指結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，制作工藝可實現(xiàn)性高。?

附圖說明

圖?1為本實用新型的三維電容原理圖；?