本發明涉及集成電路制造，特別涉及一種多層電容器結構及其制造方法。
背景技術：
1、電容器在集成電路中有廣泛的應用，是集成電路重要的組成單元。依據電容元件所在電路的工作特性不同，存在各種不同結構的電容類型。如金屬-氧化物-半導體(metal-oxide-semiconductor，mos)電容、多晶硅-絕緣體-多晶硅(polysilicon-insulator-polysilicon，pip)電容、pn結電容、金屬-氧化物-金屬(metal-oxide-meta，mom)電容和金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal,mim)電容。其中mom和mim電容常見于cmos后段互連層，由于其使用金屬極板降低了寄生電容和耗散電阻，具有較前段mos、pip、結電容等更優的頻率和溫度特性，并且還有不占用器件面積、和cmos后端工藝整合難度較低的優勢。mom電容和mim電容的區別是前者利用上下層金屬互連以及同層金屬導線形成電容，而后者則是通過單獨形成的極板疊層結構來構建電容。因此mom電容可以直接嵌入到后段互連層中，而無需額外增加光罩，但受限于互連層的線寬和厚度尺寸，以及層間介質的介電常數限制，其容值密度較小。相較于mom電容，mim電容結構簡單，可看作是兩塊金屬極板+介質層組成的一種平行板電容器，其電容值精確、穩定性好，寄生電容和電阻均小于mom電容，因此在半導體器件中，尤其是在高頻器件中，通常會選用mim電容。
2、相對于單層電容器，多層電容可顯著提高單位面積的容值。但對于現有的多層電容結構，每增加一層電極就需要增加一道光刻，其物料成本及工藝成本較高。以如圖1a所示的多層溝槽電容結構(3層電極材料層13’及兩層介電材料層)為例，溝槽結構需要1張光罩，3層電極需要3張光罩，以及為實現上下電極互連還需要1張光罩，總共需要5次光刻才能形成完整的mim結構。同時，為了預留rv孔區域，還會犧牲一部分有效面積。雖然現有技術中，還有通過將每一層極板設計成完全相同的電容結構，請參考圖1b所示的多層電容結構(包括6層電極材料層13’及5層介電材料層)，可以重復利用同一張下電極和同一張上電極的光罩，從而節省了掩膜版的數量，但仍需要每層電極材料層均需要一次光刻(共至少6次光刻)，使其過于依賴光刻產能(光刻資源)。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種多層電容器結構及其制造方法，用以提高其容值密度并優化其制造工藝以減少光刻次數。
2、為解決上述技術問題，本發明提供的多層電容器結構，包括：
3、襯底；
4、由多個電極材料層和多個介電材料層交替堆疊而成的堆疊體，設于所述襯底上，所述多個電極材料層包括依次交替設置的第一電極及第二電極；
5、至少部分貫穿所述堆疊體的第一電極孔，其內交替設有第一導體和第一間隔，各所述第一導體連接各所述第一電極并引出至所述第一電極孔的頂部，各所述第一間隔隔離各所述第二電極；
6、至少部分貫穿所述堆疊體的第二電極孔，其內交替設有第二導體和第二間隔，各所述第二導體連接各所述第二電極并引出至所述第二電極孔的頂部，各所述第二間隔隔離各所述第一電極；
7、分別位于所述第一電極孔及所述第二電極孔頂部的兩個導電帽，并分別電性連接各所述第一導體及電性連接各所述第二導體。
8、可選的，還包括金屬互連線及再分布線，所述金屬互連線設于所述堆疊體之外的襯底中，所述再分布線沿所述堆疊體的外壁分別連接所述導電帽與對應的金屬互連線。
9、可選的，所述第一電極孔未完全貫穿所述堆疊體且其底壁為最下層的所述第一電極的表面，所述第一電極孔包括由上至下孔徑依次減小且交替設置的第一部及第二部，所述第一部貫穿所述第一電極，所述第二部貫穿所述第二電極及其相鄰的介電材料層，所述第一導體與所述第一部暴露的第一電極的側壁連接，所述第一間隔覆蓋所述第二部暴露的第二電極及介電材料層的側壁。
10、可選的，所述第二電極孔未完全貫穿所述堆疊體且其底壁為最下層的所述第二電極的表面，所述第二電極孔包括由上至下孔徑依次減小且交替設置的第三部及第四部，所述第三部貫穿所述第一電極及其相鄰的介電材料層，所述第四部貫穿所述第二電極，所述第二導體與所述第四部暴露的第二電極的側壁連接，所述第一間隔覆蓋所述第三部暴露的第一電極及介電材料層。
11、可選的，所述再分布線與所述導電帽、連接最下層電極材料層的第一導體及第二導體的材質均相同，
12、或者，所述再分布線與所述導電帽的材質相同，但連接最下層電極材料層的第一導體及第二導體的材質與所述再分布線的材質不同。
13、可選的，還包括金屬互連線及再分布線，所述金屬互連線設于所述堆疊體下方的襯底中，所述第一電極孔及所述第二電極孔均完全貫穿所述堆疊體且分別暴露對應金屬互連線的表面，所述再分布線位于所述第一電極孔及所述第二電極孔內且分別連接所述導電帽與對應的金屬互連線。
14、可選的，所述第一電極孔包括由上至下孔徑依次減小且交替設置的第一部及第二部，所述第一部貫穿所述第一電極，所述第二部貫穿所述第二電極及其相鄰的介電材料層，且與最下層電極材料層對應的第一部或第二部向下延伸至暴露對應金屬互連線的表面，所述第一導體與所述第一部暴露的第一電極的側壁連接，所述第一間隔覆蓋所述第二部暴露的第二電極及介電材料層的側壁。
15、可選的，所述第二電極孔包括由上至下孔徑依次減小且交替設置的第三部及第四部，所述第三部貫穿所述第一電極及其相鄰的介電材料層，所述第四部貫穿所述第二電極，且與最下層電極材料層對應的第三部或第四部向下延伸至暴露對應金屬互連線的表面，所述第二導體與所述第四部暴露的第二電極的側壁連接，所述第二間隔覆蓋所述第三部暴露的第一電極及介電材料層的側壁。
16、可選的，所述再分布線的材質與所述導電帽的材質相同，
17、或者，所述再分布線的材質與所述導電帽的材質不同。
18、可選的，所述堆疊體包括由所述多個電極材料層和所述多個介電材料層構成的多個平板電容和/或溝槽電容。
19、基于本發明的另一方面，還提供一種多層電容器結構的制造方法，包括：
20、提供襯底；
21、在所述襯底上交替堆疊多個電極材料層和多個介電材料層而成堆疊體，所述多個電極材料層包括依次交替的第一電極及第二電極；
22、形成至少部分貫穿所述堆疊體的第一電極孔及第二電極孔，并在所述第一電極孔的內壁上交替形成第一導體和第一間隔，及在所述第二電極孔的內壁上交替形成第二導體和第二間隔，各所述第一導體連接各所述第一電極并引出至所述第一電極孔的頂部，各所述第一間隔隔離各所述第二電極，各所述第二導體連接各所述第二電極并引出至所述第二電極孔的頂部，各所述第二間隔隔離各所述第一電極；
23、在所述第一電極孔及所述第二電極孔頂部分別形成導電帽，且分別電性連接各所述第一導體及電性連接各所述第二導體。
24、可選的，形成所述第一導體、所述第一間隔、所述第二導體及所述第二間隔的步驟包括：
25、形成硬掩模層覆蓋所述堆疊體的表面，并對所述硬掩模層執行第一光刻工藝及對應的刻蝕工藝以形成第一開口暴露所述第一電極的表面；
26、形成第一間隔材料層覆蓋所述硬掩模層的表面及所述第一開口的內壁；
27、執行第二光刻工藝及對應的刻蝕工藝，形成第二開口依次貫穿所述第一間隔材料層、所述硬掩模層及所述第一電極，并暴露所述介電材料層的表面；
28、去除所述硬掩模層表面、所述第一開口底部的第一間隔材料層及所述第二開口底部的介電材料層，以使所述第一開口的底部暴露所述第一電極表面，及所述第二開口的底部暴露所述第二電極表面；
29、形成第二間隔材料層覆蓋所述硬掩模層的表面、所述第一開口及所述第二開口的內壁；
30、去除所述硬掩模層表面、所述第一開口底部及所述第二開口底部的第二間隔材料層，并以剩余的且位于所述第二開口側壁的第二間隔材料層作為所述第二間隔；
31、去除所述第一開口底部的第一電極及所述第二開口底部的第二電極，以在所述第一開口內形成暴露所述第一電極側壁的第一部，及在所述第二開口內形成暴露所述第二電極的第四部；
32、形成第一導電材料層覆蓋所述硬掩模層的表面、所述第一開口及所述第二開口的內壁；
33、去除所述硬掩模層表面、所述第一開口底部及所述第二開口底部的第一導電材料層，并以剩余的且位于所述第二開口側壁的第一導電材料層作為所述第二導體，以剩余的且位于所述第一開口側壁的第一導電材料層作為所述第一導體。
34、可選的，所述襯底包括用于形成電容結構的電容區域及設于所述電容區域之外的金屬互連線，電性連接所述金屬互連線與所述電容結構的步驟包括：
35、對所述堆疊體執行第三光刻工藝及對應的刻蝕工藝，去除所述電容區域之外的堆疊體，所述第一電極孔底部暴露最底層的第一電極表面，所述第二電極孔底部暴露最底層的第二電極表面；
36、在所述堆疊體的側壁形成側墻，在所述第一電極孔內形成所述第一間隔及在所述第二電極孔內形成所述第二間隔；
37、在所述襯底中形成再分布孔暴露所述金屬互連線；
38、形成再分布金屬層覆蓋所述襯底的表面、所述堆疊體的外壁，填充所述再分布孔、所述第一電極孔及所述第二電極孔，并對所述再分布金屬層執行圖形化工藝，并以填充所述第一電極孔的再分布金屬層作為所述第一導體，以填充所述第二電極孔的再分布金屬層作為所述第二導體，以所述第一電極孔頂部及所述第二電極孔頂部的再分布金屬層作為所述導電帽，以連接所述金屬互連線及對應的導電帽的再分布金屬層作為再分布線。
39、可選的，所述襯底包括用于形成電容結構的電容區域及設于所述電容區域之外的金屬互連線，電性連接所述金屬互連線與所述電容結構的步驟包括：
40、對所述堆疊體執行第三光刻工藝及對應的刻蝕工藝，去除所述電容區域之外的堆疊體，所述第一電極孔內形成有所述第一導體電性引出全部的所述第一電極，所述第二電極孔內形成有所述第二導體電性引出全部的所述第二電極；
41、在所述堆疊體的側壁形成側墻；
42、在所述襯底中形成再分布孔暴露所述金屬互連線；
43、形成再分布金屬層覆蓋所述襯底的表面、所述堆疊體的外壁，填充所述再分布孔，并對所述再分布金屬層執行圖形化工藝，并以所述第一電極孔頂部及所述第二電極孔頂部的再分布金屬層作為所述導電帽，以連接所述金屬互連線及對應的導電帽的再分布金屬層作為再分布線。
44、可選的，所述襯底包括用于形成電容結構的電容區域及設于所述電容區域內的金屬互連線，電性連接所述金屬互連線與所述電容結構的步驟包括：
45、對所述堆疊體執行第三光刻工藝及對應的刻蝕工藝，去除所述電容區域之外的堆疊體，所述第一電極孔及所述第二電極孔均貫穿所述堆疊體，且暴露對應金屬互連線上的襯底，所述第一電極孔內形成有所述第一導體電性引出各所述第一電極，所述第二電極孔內形成有所述第二導體電性引出各所述第二電極；
46、在所述堆疊體的側壁形成側墻，在所述第一電極孔內形成所述第一間隔及在所述第二電極孔內形成所述第二間隔，并暴露對應金屬互連線表面；
47、形成再分布金屬層覆蓋所述襯底的表面、所述堆疊體的外壁，填充所述第一電極孔及所述第二電極孔，并對所述再分布金屬層執行圖形化工藝，并以所述第一電極孔頂部及所述第二電極孔頂部的再分布金屬層作為所述導電帽，以所述第一電極孔及所述第二電極孔內的再分布金屬層作為再分布線分別連接所述導電帽與對應金屬互連線。
48、可選的，所述襯底包括用于形成電容結構的電容區域及設于所述電容區域內的金屬互連線，電性連接所述金屬互連線與所述電容結構的步驟包括：
49、對所述堆疊體執行第三光刻工藝及對應的刻蝕工藝，去除所述電容區域之外的堆疊體，所述第一電極孔及所述第二電極孔均貫穿所述堆疊體，所述第一電極孔內形成有所述第一導體電性引出各所述第一電極，所述第二電極孔內形成有所述第二導體電性引出各所述第二電極，且所述第一電極孔及所述第二電極孔內還形成有再分布線向上電性引出其下方的金屬互連線；
50、在所述堆疊體的側壁形成側墻；
51、形成再分布金屬層覆蓋所述襯底的表面及所述堆疊體的外壁，并對所述再分布金屬層執行圖形化工藝，并以所述第一電極孔頂部及所述第二電極孔頂部的再分布金屬層作為所述導電帽，以電性連接所述第一電極與對應的再分布線及電性連接所述第二電極與對應的再分布線。
52、綜上所述，本發明提供的多層電容器結構包括設于襯底上由多個電極材料層和多個介電材料層交替堆疊而成的堆疊體，多個電極材料層包括依次交替設置的第一電極及第二電極，至少部分貫穿堆疊體的第一電極孔，其內交替設有第一導體和第一間隔，各第一導體連接各第一電極并引出至第一電極孔的頂部，各第一間隔隔離各第二電極，至少部分貫穿堆疊體的第二電極孔，其內交替設有第二導體和第二間隔，各第二導體連接各第二電極并引出至第二電極孔的頂部，各第二間隔隔離各第一電極，分別位于第一電極孔及第二電極孔頂部的兩個導電帽，并分別連接各第一電極及各第二電極。相對于常規方案的多層電容結構每增加一層均需增加一個光罩及一次光刻，本發明的多層電容結構并不需要增加光罩及光刻次數，始終只需要3個光罩及三次光刻，可顯著降低光罩成本及節省光刻資源；相對于復用光罩方案的多層電容結構每增加一層均需增加一次光刻，本發明的多層電容結構并不需要增加光刻次數，始終只需要三次光刻，可顯著節省光刻資源，減小對光刻產能的依賴。而且，相對于常規方案的多層電容結構每增加一層均需增加一個電極孔以引出對應電極，本發明的多層電容結構始終只需要2個電極孔，可顯著降低電極孔占用電極板面積，以釋放更大的有效面積以提高電容值；相對于復用光罩方案(兩個電極孔)的多層電容結構中每層電極孔具有相同尺寸，本發明的多層電容結構中電極孔由上至下逐漸減小，可在靠近襯底的電極中釋放更大有效面積以提高電容值。