專利名稱：半導(dǎo)體電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電容器和，更具體地，涉及具有大面積的極板和小的占用面積(footprint)的半導(dǎo)體電容器，其中利用掩膜板和僅僅只有兩個光刻步驟形成所述半導(dǎo)體電容器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體電容器是已知的一般包含兩個金屬板的結(jié)構(gòu)，其中通過介電層垂直地將兩個金屬板分開。通常作為金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)的部分形成半導(dǎo)體電容器，其允許不需要任何另外的光刻步驟形成電容器。
例如,可形成下游電容器板，同時蝕刻第一金屬層，從而形成金屬不蹤的第一層，在可形成上游電容器板期間，同時蝕刻第二金屬層，從而形成金屬示蹤的第二層。在這個情形中，電地將金屬示蹤的第一層從金屬示蹤的第二層隔離的夾層介電質(zhì)擔(dān)任電容器電介質(zhì)的作用。
盡管作為金屬互連結(jié)構(gòu)的部分形成的電容器不需要任何附加的光刻步驟，因而是免費的，通過可用面積和金屬互連結(jié)構(gòu)的需要限制電容器的電容。換句話說，通過金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)的需要，而不是通過電容器的需要定義可由電容器占據(jù)的面積，金屬示蹤的第一和第二層之間的垂直間距，和用作夾層電介質(zhì)的材料。
當(dāng)不通過金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)的需要定義時，可通過利用不同的電介質(zhì)材料，如高K的材料增加由電容器提供的電容。另外，可通過增加極板的面積增加電容。形成具有大面積極板和小的占用面積的一個常見方法是形成等角地排列開口的極板，其中在基板中各向異性地干法蝕刻所述開口。
形成具有大面積極板和小的占用面積的另一個常見方法是利用許多小面積交叉的極板，其中將每一個奇數(shù)的極板連接在一起，從而形成第一電容器板，和將每一個偶數(shù)的極板連接在一起，從而形成第二電容器板。因而，即使每一個極板的面積很小的，第一和第二電容器板的有效面積也非常大。進(jìn)一步的方法是開口中形成許多交叉的極板，其中在基板中各向異性地干法蝕刻所述開口。
然而，這些增加由電容器提供的電容的方法一般需要大量的光刻步驟。反過來，光刻是半導(dǎo)體制作工藝中最昂貴的步驟之一。另外，當(dāng)形成等角地排列開口的電容器板時，其中在基板中各向異性地干法蝕刻所述開口，形成電容器沉積的材料傾向于具有不均勻的厚度，和在開口的底部拐角上可能是非常薄的，其中滿足開口的底表面和洞口側(cè)面。結(jié)果，這些電容器傾向于具有更高的缺陷率。
因而，需要利用有限數(shù)目的光刻步驟形成的具有大面積極板和小的占用面積的電容器。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電容器提供大面積極板和小的占用面積。本發(fā)明的電容器包含半導(dǎo)體晶片中的開口，和位于開口內(nèi)和接觸半導(dǎo)體晶片的第一絕緣層。第一絕緣層具有基本均勻的厚度。電容器也包含位于開口內(nèi)和接觸第一絕緣層的第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有基本均勻的厚度。另外，電容器具有位于開口內(nèi)和接觸第一絕緣層和第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第二絕緣層。第二絕緣層具有基本均勻的厚度。進(jìn)一步地，電容器具有位于開口內(nèi)和接觸第二絕緣層的第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有基本均勻的厚度。
在本發(fā)明中，形成電容器的方法包含在半導(dǎo)體晶片中形成第一開口，和在第一開口中形成第一絕緣層，以便接觸半導(dǎo)體晶片。第一絕緣層具有基本均勻的厚度和形成第二開口。方法也包含在第一絕緣層上沉積多個第一原子，從而在接觸第一絕緣層的第二開口中形成第一金屬結(jié)構(gòu)。第一原子經(jīng)過第一掩膜板。從第一絕緣層的頂面分離第一掩膜板。第一絕緣層具有基本均勻的厚度和形成第三開口。另外，方法包含在第三開口中形成第二絕緣層，從而接觸第一絕緣層和第一金屬結(jié)構(gòu)。第一絕緣層具有基本均勻的厚度和形成第四開口。方法進(jìn)一步包含在第二絕緣層上沉積多個第二原子，從而在接觸第二絕緣層的第四開口中形成第二金屬結(jié)構(gòu)。第二原子經(jīng)過第二掩膜板。從第二絕緣層的頂面分離第二掩膜板。第二金屬結(jié)構(gòu)具有基本均勻的厚度。


圖1A和IB是圖示依照本發(fā)明的電容器的實例的附圖。圖1A是圖示依照本發(fā)明的第一實施例的電容器100的實例的橫截面圖。圖1B是圖示依照本發(fā)明的第二實施例的電容器150的實例的橫截面圖。
圖2A-2C是圖示依照本發(fā)明的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的實例的附圖。圖2A是圖示依照本發(fā)明的金屬沉積室200的實例的橫截面圖。圖2B和2C是圖示依照本發(fā)明的掩膜板214的實例的平面圖。圖2B是圖示依照本發(fā)明的掩膜板214的第一實例的掩膜板214A，而圖2C是圖示依照本發(fā)明的掩膜板214的第二實例的掩膜板214B。
圖3A-3B是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第一步驟的實例的附圖。圖3A是平面圖，而圖3B是沿著圖3A的3B-3B線的橫截面圖。
圖4A-4C是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第二步驟的實例的附圖。圖4A是平面圖，而圖4B是沿著圖4A的4B-4B線的橫截面圖。圖4C是圖不可替換的實施例的橫截面圖。
圖5是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第三步驟的結(jié)果的實例的橫截面圖。
圖6是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第四步驟的實例的橫截面圖。
圖7是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第五步驟的結(jié)果的實例的橫截面圖。
圖8是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第六步驟的實例的橫截面圖。
圖9是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第七步驟的結(jié)果的實例的橫截面圖。
圖10是圖示形成依照本發(fā)明的電容器的方法的η附加循環(huán)的第二循環(huán)的實例的橫截面圖。
圖11是圖示在形成依照本發(fā)明的電容器的方法中，跟隨η附加循環(huán)和第七步驟完成的下一個步驟的實例的橫截面圖。
圖12是圖示在形成依照本發(fā)明的電容器的方法中，跟隨平面化的下一個步驟的實例的橫截面圖。
圖13是圖示在形成依照本發(fā)明的電容器的方法中，跟隨有圖案的光刻膠層362的清除的下一個步驟的實例的橫截面圖。
圖14是圖示依照本發(fā)明的第二實施例的等離子體蝕刻室1400的實例的橫截面圖。
圖15A和15B是圖示依照本發(fā)明的定義的掩膜板的實例的平面圖。圖15A顯示第一定義的掩膜板1510，而圖15B顯示第二定義的掩膜板1520。
圖16是圖示依照本發(fā)明的第三實施例的等離子體蝕刻室1600的實例的橫截面圖。
圖17是圖示依照本發(fā)明的定義的掩膜板1510和1520的支持區(qū)域1514和1524的實例的橫截面圖。
具體實施方式
圖1A和IB顯示說明依照本發(fā)明的電容器的實例的附圖。如下面更詳細(xì)地描述的，本發(fā)明是具有大面積極板和小的占用面積的電容器，其中利用掩膜板和只利用兩個光刻步驟形成所述電容器。
圖1A顯示說明依照本發(fā)明的第一實施例的電容器100的實例的橫截面圖。如圖1A實例顯示的，電容器100包含半導(dǎo)體基板110，和半導(dǎo)體基板110中的開口 112。
如圖1A實例進(jìn)一步顯示的，電容器100包含位于開口 112內(nèi)和接觸半導(dǎo)體基板110的絕緣層114。絕緣層114具有基本均勻的厚度。電容器100也包含完全地位于開口112內(nèi)和接觸絕緣層114的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116。正如絕緣層114，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116也具有基本均勻的厚度。
另外，電容器100包含完全地位于開口 112內(nèi)和接觸絕緣層114和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116的絕緣層120。進(jìn)一步地，電容器100也包含完全地位于開口 112內(nèi)和接觸絕緣層120的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122。如上，絕緣層120和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122每一個都具有基本均勻的厚度。
如圖1A實例另外顯示的，將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116和122安排在開口 112內(nèi)，從而，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116的第一部分124垂直地位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122下面，同時導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116的第二部分126垂直地位于非導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122的部分的下面。
另外，電容器100包含完全地位于開口 112內(nèi)和接觸絕緣層120和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122的絕緣區(qū)域130。進(jìn)一步地，電容器100包含接觸半導(dǎo)體基板110、絕緣層114、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116、絕緣層120、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122、和絕緣區(qū)域130的絕緣層132。
電容器100也包含金屬觸點134和金屬觸點136。金屬觸點134通過絕緣層132延伸，從而，使得金屬觸點134的底面與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116電連接。同樣地，金屬觸點136通過絕緣層130延伸，從而，使得金屬觸點136的底面與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122電連接。
從半導(dǎo)體基板110電地隔離金屬觸點134和金屬觸點136。另外，從導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122分離和電地隔離金屬觸點134，同時從導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116分離和電地隔離金屬觸點136。
圖1B顯示說明依照本發(fā)明的第二實施例的電容器150的實例的橫截面圖。電容器150類似于電容器100，和結(jié)果，利用相同的參考數(shù)字指示兩個電容器常見的元件。
如圖1B實例顯示的，電容器150不同于電容器100，因為電容器150進(jìn)一步包含完全地位于開口 112內(nèi)和接觸絕緣層120和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122的絕緣層152。
電容器150也包含完全地位于開口 112內(nèi)和接觸絕緣層152的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154。
另外，電容器100包含完全地位于開口 112內(nèi)和接觸絕緣層152和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154的絕緣層156。進(jìn)一步地，電容器100包含完全地位于開口 112內(nèi)和接觸絕緣區(qū)域130和絕緣層156的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)158。如上,絕緣層152、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154、絕緣層156、和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)158每一個都具有基本均勻的厚度。
將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154和158安排在開口 112內(nèi)，從而，實際上，所有的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154垂直地位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116上，和實際上，所有的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)158垂直地位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122上。進(jìn)一步地，絕緣層132也接觸絕緣層152、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154、絕緣層156、和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)158。
另外，使得金屬觸點134的底面與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154電連接，同時從導(dǎo)電結(jié)構(gòu)158分離和電隔離金屬觸點134。同樣地，使得金屬觸點136的底面與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)158電連接，同時從導(dǎo)電結(jié)構(gòu)154分離和電隔離金屬觸點136。
結(jié)果，電容器150包含含有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)116和154的第一電容器極板,和含有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122和158的第二電容器極板。因而，與電容器100利用的兩個結(jié)構(gòu)116和122比較，電容器150說明，四個或更多交叉的結(jié)構(gòu)可交替地用于增加電容器極板的有效面積，和因此增加電容。因此，由于在開口 112中形成電容器100和150，電容器100和150每一個具有大面積極板和小的占用面積。
本發(fā)明的方法利用多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)是接收晶片，將系統(tǒng)內(nèi)的空氣壓力減少到低于大氣壓力的水平，和然后以指定的順序而不破壞空間的方式將晶片從室移動到室的系統(tǒng)。在每一個室期間，使晶片經(jīng)受特殊的加工步驟。
例如，可利用聚集工具或程序裝置實現(xiàn)多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。聚集工具提供隨機存取，從而，指定的序列可從任何室到任何其他室。另一個方面，程序裝置提供固定的室順序。
在本發(fā)明的第一實施例中，多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)包含三個室:用于沉積電介質(zhì)的第一室，用于沉積金屬的第二室，和用于沉積金屬的第三室?？衫萌魏蝹鹘y(tǒng)的電介質(zhì)沉積室實施第一室，如化學(xué)氣相沉積(CVD)室。例如，可利用等離子體氣相沉積(PVD)室實施第二和第三室。
依照本發(fā)明，各自修飾多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第二和第三室，從而包含位于晶片的要處理的表面上和從其上分離的掩膜板。掩膜板是金屬板，如鋁板，已經(jīng)將其加工，從而包含完全地通過金屬板延伸的模式。
圖2A-2C顯示說明依照本發(fā)明的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的實例的附圖。圖2A顯示說明依照本發(fā)明的金屬沉積室200的實例的橫截面圖。如圖2A中顯示的，在操作期間密封的金屬沉積室200，包含晶片支持210，如卡盤，位于晶片支持210上和從其分隔開的目標(biāo)212，和位于晶片支持210和目標(biāo)(target) 212之間的掩膜板(shadow mask) 214。
另外，金屬沉積室200包含連接到晶片支持210，目標(biāo)212和掩膜板214上的框架結(jié)構(gòu)216，從而支持晶片支持210，目標(biāo)212和掩膜板214。可牢牢地將掩膜板214連接到框架結(jié)構(gòu)216上，從而，固定晶片支持210和掩膜板214之間的距離。
可選地，可改變晶片支持210和掩膜板214之間的距離。例如，框架結(jié)構(gòu)216可包含垂直地移動掩膜板214的垂直的致動器218?？商鎿Q地，可修飾可能是垂直地可移動的，以便嚙合已經(jīng)插入到室200的晶片的晶片支持210，從而包含更大的垂直延伸，其允許改變晶片支持210和掩膜板214之間的距離。
進(jìn)一步地，關(guān)于添加的柔韌性，金屬沉積室200可包含掩膜板移動結(jié)構(gòu)，如機械臂，將其連接到框架結(jié)構(gòu)216上，從而將掩膜板214移動到適當(dāng)?shù)奈恢茫腿缓笠苿友谀ぐ?14。掩膜板移動結(jié)構(gòu)允許在不需要打開室200的情況下，與掩膜板214 —起或沒有掩膜板214使用金屬沉積室200。
圖2B和2C顯示說明依照本發(fā)明的掩膜板214的實例的平面圖。圖2B顯示說明依照本發(fā)明的掩膜板214的第一實例的掩膜板214A，而圖2C顯示說明依照本發(fā)明的掩膜板214的第二實例的掩膜板214B。
如圖2B中顯示的，掩膜板214A包含金屬板220，如鋁板，和通過金屬板220延伸的開口 222。同樣地，如圖2C中顯示的，掩膜板214B包含金屬板230，如鋁板，和通過金屬板230延伸的開口 232。
依照本發(fā)明，利用金屬沉積室200實施多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第二室，其中利用掩膜板214A實施掩膜板214,同時利用金屬沉積室200實施多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第三室，其中利用掩膜板214B實施掩膜板214。
圖3A-3B顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第一步驟的實例的附圖。圖3A是平面圖，而圖3B顯示沿著圖3A的3B-3B線的橫截面圖。如圖3A-3B顯示的，本發(fā)明的方法利用傳統(tǒng)地形成的半導(dǎo)體晶片310。在本實例中，盡管也可利用其他晶片，利用〈100〉娃晶片。
如圖3A-3B進(jìn)一步顯示的，以傳統(tǒng)的方法，通過在晶片310的頂面上沉積掩蔽層312開始本發(fā)明的方法。例如，可利用氮化硅實現(xiàn)掩蔽層312。跟隨這個，在掩蔽層312的頂面上形成有圖案的光刻膠層314。
以傳統(tǒng)的方法形成有圖案的光刻膠層314，其包含沉積光刻膠層，通過稱為掩蔽的有圖案的黑色/透明玻璃板投射光，從而柔化通過光暴露的光刻膠區(qū)域，和然后清除柔化的光刻膠區(qū)域。
在已經(jīng)形成有圖案的光刻膠層314之后，以傳統(tǒng)的方式蝕刻掩蔽層312的暴露的區(qū)域，從而形成暴露晶片310的頂面的開口 316。一旦暴露了晶片310的頂面，以傳統(tǒng)的方法清除有圖案的光刻膠層314。
圖4A-4C顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第二步驟的實例的附圖。圖4A是平面圖，而圖4B顯示沿著圖4A的4B-4B線的橫截面圖。圖4C顯示說明可替換的實施例的橫截面圖。
如圖4A-4B顯示的，跟隨有圖案的光刻膠層314的清除，利用傳統(tǒng)的蝕刻劑，如四甲基氫氧化胺(TMAH)或氫氧化鉀(Κ0Η)，以傳統(tǒng)的方法非均質(zhì)地濕蝕刻晶片310，從而在晶片310中形成開口 320。如圖4A-4B中進(jìn)一步顯示的，沿著晶體學(xué)平面蝕刻，〈100〉.硅晶片的非均質(zhì)的濕蝕刻，從而形成具有平坦的底面的開口 320，和具有等于54.7°的角的平坦的非垂直的側(cè)面。
可替換地，關(guān)于任何類型的晶片，可使用對晶體學(xué)平面不敏感的濕蝕刻劑，如氫氟硝酸(HNA)，從而形成開口 320。如圖4C說明的，在所有的方向中同樣地蝕刻對晶體學(xué)平面不敏感的蝕刻劑，和，因此，形成具有平坦的底面和圓形的側(cè)壁的開口 320。在如圖4B或4C顯示的，形成了開口 320之后，以傳統(tǒng)的方式清除掩蔽層312。
圖5顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第三步驟的結(jié)果的實例的橫截面圖。如圖5顯示的，在已經(jīng)形成開口 320和清除掩蔽層312之后，通過將晶片310插入到多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第一室繼續(xù)本發(fā)明的方法。
一旦插入到第一室，就以傳統(tǒng)的方式，在晶片310的頂面沉積本質(zhì)上具有均勻厚度的介電層322。介電層322的沉積形成開口 324。在介電層322的形成之后，從第一室清除晶片310。如圖5顯示的，等角地形成介電層322，從而排列開口 320。
圖6顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第四步驟的實例的橫截面圖。
如圖6中顯示的，在從第一室清除晶片310之后，將晶片310插入到多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第二室中，從而位于晶片支持210上。
—旦插入到第二室中，以傳統(tǒng)的方式，從目標(biāo)212強行去除許多第一金屬原子326。電地將強行去除的第一金屬原子326吸引到接地的晶片310上，經(jīng)過掩膜板214/214A，從而在介電層322的頂面形成第一金屬結(jié)構(gòu)330。第一金屬原子326的沉積形成開口 332。
如圖6中顯不的，由于掩膜板214/214A,第一金屬結(jié)構(gòu)330從介電層322的頂部水平表面，向下延伸到開口 324的一個側(cè)面，穿過底面，和只部分地在開口 324的對立面上。結(jié)果，第一金屬結(jié)構(gòu)330接觸開口 324的一個側(cè)面上的介電層322的頂部水平表面，但是不接觸開口的相反的面上的介電層322的頂部水平表面。在第一金屬結(jié)構(gòu)330的形成之后，從第二室清除晶片310。
在傳統(tǒng)的PVD工藝中，強力去除的原子326是高度地非均質(zhì)的。結(jié)果，除了由于不是基本地非均質(zhì)的強力去除的原子326傾向于傾斜的外周之后，第一金屬結(jié)構(gòu)330具有基本地均勻的厚度。另外，為了在特征定義上進(jìn)一步改進(jìn)，盡可能接近介電層322的頂面而不接觸介電層322放置掩膜板214/214A，因此限制經(jīng)過掩膜板214/214A的非均質(zhì)的原子326的影響。
圖7顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第五步驟的結(jié)果的實例的橫截面圖。在從第二室清除晶片310之后，再次將晶片310插入到多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第一室中。
一旦插入到第一室，就以傳統(tǒng)的方式，在介電層322和第一金屬結(jié)構(gòu)330的頂面上沉積具有基本地均勻的厚度的介電層334。介電層334的沉積形成開口 336。在介電層334的形成之后，從第一室清除晶片310。如圖7顯示的，在介電層322和第一金屬結(jié)構(gòu)330上等角地形成介電層334。
圖8顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第六步驟的實例的橫截面圖。如圖8中顯示的，在從第一室清除晶片310之后，將晶片310插入到多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第三室中，從而位于晶片支持210上。
一旦插入到第三室，就以傳統(tǒng)的形式，從目標(biāo)212強力地去除許多第二金屬原子340。電地將強行去除的第一金屬原子340吸引到接地的晶片310上，經(jīng)過掩膜板214/214B，從而在介電層334的頂面形成第二金屬結(jié)構(gòu)342。第二金屬原子340的沉積形成開口 344。
如圖8中顯示的，由于掩膜板214/214B，第二金屬結(jié)構(gòu)342從介電層334的頂部水平表面向下延伸到開口 336的一個側(cè)面，穿過底面，和只部分地在開口 336的對立面上。結(jié)果，第二金屬結(jié)構(gòu)342接觸開口 336的一個側(cè)面上的介電層336的頂部水平表面，但是不接觸開口的相反的面上的介電層334的頂部水平表面。在第二金屬結(jié)構(gòu)342的形成之后，從第二室清除晶片310。
如上，強力去除的原子340是高度地非均質(zhì)的。結(jié)果，除了由于不是基本地非均質(zhì)的強力去除的原子340傾向于傾斜的外周之外，第一金屬結(jié)構(gòu)342具有基本地均勻的厚度。另外，為了在特征定義上進(jìn)一步改進(jìn)，盡可能接近介電層334的頂面而不接觸介電層334放置掩膜板214/214B，因此限制經(jīng)過掩膜板214/214B的非均質(zhì)的原子340的影響。
圖9顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的第七步驟的結(jié)果的實例的橫截面圖。在從第三室清除晶片310之后，再次將晶片310插入到多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的第一室中。一旦插入到第一室，就以傳統(tǒng)的方式，在介電層334和第二金屬結(jié)構(gòu)342的頂面沉積厚的介電層346。在介電層346的形成之后，從第一室清除晶片310。
可跟隨第二金屬結(jié)構(gòu)342的形成，結(jié)束金屬結(jié)構(gòu)的形成，或，可替換地，可在形成介電層346之前，繼續(xù)η附加循環(huán)的金屬結(jié)構(gòu)的形成。圖10顯示說明形成依照本發(fā)明的電容器的方法的η附加循環(huán)的第二循環(huán)的實例的橫截面圖。
如圖10中顯示的，可通過將晶片310移動到第一室執(zhí)行η附加循環(huán)的第二循環(huán)，其中在介電層334和第二金屬結(jié)構(gòu)342上形成具有基本地均勻的厚度的介電層348。接下來，從第一室清除晶片310，和插入到第二室，其中在介電層348上形成第三金屬結(jié)構(gòu)350。這個之后，將晶片310從第二室向后移動到第一室，其中在介電層348和第三金屬結(jié)構(gòu)350上形成介電層352。
在這之后，將晶片310從第一室移動到第三室，其中在介電層352上形成第四金屬結(jié)構(gòu)354。在這之后，將晶片310從第三室向后移動到第一室，其中在介電層352和第四金屬結(jié)構(gòu)354上形成厚介電層346。
與通過開口 320的尺寸(例如，淺的開口 320不能容納大量的金屬結(jié)構(gòu))和上限限制的一樣，通過要獲得的電容值定義要執(zhí)行的η附加的循環(huán)的數(shù)目。統(tǒng)計上，可通過缺陷率和允許的誤失率確定上限。例如，如果每一千個循環(huán)中的一個具有引起電容器失敗的缺陷，和允許的失誤率是每五十個電容器中的一個，則每一個電容器可包含20個循環(huán)的上限。
失敗的一個主要原因是介電層中針孔的形成，其中所述介電層分離臨近的金屬結(jié)構(gòu)。結(jié)果,可從多層材料形成介電層322、334、346、348、和352中的每一個。進(jìn)一步地，多層材料可包含兩個或更多不同類型的材料。多層介電材料充分地減少介電層中可引起電容器失敗的針孔的可能性。(隨著將晶片310從室移動到室，維持的真空也顯著地減少形成針孔的可能性)。
可利用任何傳統(tǒng)的介電材料，如氧化物、氮氧化物、或氮化物實現(xiàn)介電層322、334、346、348、352。進(jìn)一步地，需要燒結(jié)的其他材料，如鈦酸鍶鋇(BST)、三氧化鈦(TiOx)、和鈦酸鋇(BT)也可用于實現(xiàn)介電層。由于燒結(jié)需要，利用可使用的金屬或合金的類型測定這些其他材料。
用于在第二和第三室中形成目標(biāo)212的材料可能是相同的或不同的，和可能是在多室系統(tǒng)中通過掩膜板等角地沉積的金屬或合金，和可經(jīng)受剩余的制作要求，如加工溫度和蝕刻化學(xué)。具有低的薄層電阻的鉻是可沉積以便在第二和第三室中形成金屬結(jié)構(gòu)的材料的實例。鋁也是可使用的材料的實例。
圖11顯示說明在形成依照本發(fā)明的電容器的方法中，η附加循環(huán)和第七步驟的完成之后，下一個步驟的實例的橫截面圖。如圖11中顯示的，在形成最后的金屬結(jié)構(gòu)342或354之后，從多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)清除晶片310，和然后以傳統(tǒng)的方法平面化，如利用化學(xué)-機械拋光。
如圖11中進(jìn)一步顯示的，平面化形成絕緣區(qū)域358，和從位于晶片310的頂部水平面移動金屬結(jié)構(gòu)330、介電層334、金屬結(jié)構(gòu)342、和介電層346 (和當(dāng)出現(xiàn)時，移動介電層348、金屬結(jié)構(gòu)350、介電層352、和金屬結(jié)構(gòu)354)。
結(jié)果，金屬結(jié)構(gòu)330、介電層334、金屬結(jié)構(gòu)342、和介電層346 (和當(dāng)出現(xiàn)時，介電層348、金屬結(jié)構(gòu)350、介電層352、和金屬結(jié)構(gòu)354)完全地位于開口 320內(nèi)。如圖11顯示的，在從晶片310的頂部水平面清除介電層322之后，或可替換地，在從介電層322的頂部水平面清除金屬結(jié)構(gòu)330之后，終止平面化。
圖12顯示說明在形成依照本發(fā)明的電容器的方法中，在平面化之后，下一個步驟的實例的橫截面圖。如圖12顯示的，在完成平面化之后，按照慣例，在晶片310的頂面上沉積絕緣層360，之后是傳統(tǒng)的有圖案的光刻膠層362的形成。例如，可利用氧化物實現(xiàn)絕緣層 360。
在形成有圖案的光刻膠層362之后，以傳統(tǒng)的方式蝕刻絕緣層360的暴露的區(qū)域，從而形成暴露第一金屬結(jié)構(gòu)330 (和第三金屬結(jié)構(gòu)350和出現(xiàn)的任何附加的奇數(shù)結(jié)構(gòu))的第一開口 364，和暴露第二金屬結(jié)構(gòu)342 (和第四金屬結(jié)構(gòu)354和出現(xiàn)的任何附加的偶數(shù)結(jié)構(gòu))的第二開口 366。一旦暴露了晶片310的頂面，就以傳統(tǒng)的方法清除有圖案的光刻膠層362。
圖13顯示說明在形成依照本發(fā)明的電容器的方法中，在有圖案的光刻膠層362的清除之后，下一個步驟的實例的橫截面圖。如圖13中顯示的，在清除有圖案的光刻膠層362之后，在絕緣層360的頂面上沉積金屬材料，如接觸/孔道材料,從而填補開口 364和366，和然后以傳統(tǒng)的方式平面化，從而在第一開口 364中形成第一金屬接觸370和在第二開口366中形成第二金屬接觸372。
第一金屬接觸370接觸第一金屬結(jié)構(gòu)330 (和第三金屬結(jié)構(gòu)350和出現(xiàn)的任何附加的奇數(shù)結(jié)構(gòu))，第二金屬接觸372接觸第二金屬結(jié)構(gòu)342 (和第四金屬結(jié)構(gòu)354和出現(xiàn)的任何附加的奇數(shù)結(jié)構(gòu))。在這之后，利用傳統(tǒng)的后面的末端處理步驟繼續(xù)方法。
因而，描述了利用掩膜板，用于形成具有大面積極板和小的占用面積的半導(dǎo)體電容器的方法。
本發(fā)明的一個優(yōu)勢是通過利用非均質(zhì)的濕蝕刻或各向同性濕蝕刻在晶片中形成開口，形成電容器沉積的每一個材料給具有均勻的厚度的開口安襯里(除了金屬層的邊緣之外)，因此排除薄弱點和傳統(tǒng)的方法關(guān)聯(lián)的非均勻的覆蓋問題。
本發(fā)明的另一個優(yōu)勢是本發(fā)明只利用兩個光刻步驟形成電容器:S卩，需要在掩蔽層312中形成開口 316的步驟，和需要在絕緣層360中形成開口 364和366的步驟。進(jìn)一步地，因為本發(fā)明的方法考慮要形成大量的極板，例如，20奇數(shù)和20偶數(shù)極板，本發(fā)明的電容器可具有非常大的電容值，例如，微法范圍。
圖14顯示說明依照本發(fā)明的第二實施例的等離子體蝕刻室1400的實例的橫截面圖。如圖14顯示的，在操作期間封閉的等離子體蝕刻室1400包含晶片支持1410，如卡盤，和位于和從晶片支持1410分離的RF等離子體發(fā)生器1412。另外，等離子體蝕刻室1400也包含連接到晶片支持1410和RF等離子體發(fā)生器1412上的框架結(jié)構(gòu)1414，從而支持晶片支持1410和RF等離子體發(fā)生器1412。
依照本發(fā)明的第二實施例，多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)可包含利用等離子體蝕刻室1400實現(xiàn)的全體的等離子體蝕刻室。在本發(fā)明的第二實施例中，在每一個介電層的沉積之后和在形成下一個金屬結(jié)構(gòu)之前，可執(zhí)行全體的等離子體蝕刻，以便清除介電層的表面層，從而清除可在介電層的頂面出現(xiàn)的任何污染物。圖14說明介電層334的全體的等離子體蝕刻。
圖15A和15B顯示說明依照本發(fā)明的定義的掩膜板的實例的平面圖。圖15A顯示第一定義的掩膜板1510，而圖15B顯示第二定義的掩膜板1520。如圖15A顯示的，可利用招實現(xiàn)的定義的掩膜板1510包含通常是掩膜板(shadow mask) 214A中的開口的倒轉(zhuǎn)的金屬板區(qū)域1512，和連接金屬板區(qū)域1512與臨近結(jié)構(gòu)的許多支持區(qū)域1514。
同樣地，如圖15B顯示的，可利用鋁實現(xiàn)的定義的掩膜板1520包含通常是掩膜板(shadow mask)214B中的開口的倒轉(zhuǎn)的金屬板區(qū)域1522,和連接金屬板區(qū)域1524與臨近結(jié)構(gòu)的許多支持區(qū)域1524。
圖16顯示說明依照本發(fā)明的第三實施例的等離子體蝕刻室1600的實例的橫截面圖。如圖16中顯示的，等離子體蝕刻室1600類似于等離子體蝕刻室1400和，結(jié)果，利用相同的參考數(shù)字指示兩個常見的結(jié)構(gòu)。
如圖16中顯示的，等離子體蝕刻室1600不同于等離子體蝕刻室1400，因為等離子體蝕刻室1600包含連接到框架結(jié)構(gòu)1414上的定義的掩膜板1610，從而位于晶片支持1410和RF等離子體發(fā)生器1412之間。
依照本發(fā)明的第三實施例，多室半導(dǎo)體處理系統(tǒng)可包含利用等離子體蝕刻室1600實現(xiàn)的第一定義的等離子體蝕刻室，其中利用如圖16中說明的定義的掩膜板1510實現(xiàn)定義的掩膜板1610，利用等離子體蝕刻室1600實現(xiàn)的第二定義的等離子體蝕刻室，其中利用定義的掩膜板1520實現(xiàn)定義的掩膜板1610.
在本發(fā)明的第三實施例中，在每一個奇數(shù)金屬結(jié)構(gòu)的沉積之后，例如，第一金屬結(jié)構(gòu)330和第三金屬結(jié)構(gòu)350，和在形成下一個介電層之前，通過定義的掩膜板1610/1510等離子體蝕刻晶片310，從而清除不期望的遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)330和350延伸的任何金屬層。
例如，金屬薄層可不期望地在開口 324的右側(cè)延伸，以便由于經(jīng)過掩膜板214A的非各向異性的原子，金屬層位于開口 324的兩個側(cè)面上的介電層322的頂部水平面上。定義的等離子體蝕刻移動金屬的這個薄層，從而確保，每一個金屬板只位于開口的一個側(cè)面。
同樣地，在每一個偶數(shù)金屬結(jié)構(gòu)的沉積之后，例如，第二金屬結(jié)構(gòu)342和第四金屬結(jié)構(gòu)354，和在形成下一個介電層之前，通過定義的掩膜板1610/1520等離子體蝕刻晶片310，從而清除不期望的遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)342和354延伸的任何金屬層。
圖17顯示說明依照本發(fā)明的定義的掩膜板1510和1520的支持區(qū)域1514和1524的實例的橫截面圖。如圖17中顯示的，當(dāng)金屬薄層1710不期望地遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)延伸時，支持區(qū)域1514或支持區(qū)域1524 (取決于是否蝕刻奇數(shù)或偶數(shù)金屬層)阻擋等離子體蝕刻清除直接地位于支持區(qū)域1514和1524下面的金屬薄層1710。
然而，如圖17進(jìn)一步顯示的，獲取支持區(qū)域1514和1524的側(cè)壁，以便，反射由每一個支持區(qū)域1514和1524封鎖的等離子體蝕刻顆粒，從而清除直接地位于臨近的支持區(qū)域1514和1524下面的第一金屬1710的薄層。
應(yīng)該理解，上述描述是本發(fā)明的實例，和應(yīng)該理解，可在實踐本發(fā)明中利用此處描述的本發(fā)明的多種替換選項。因此，意圖是，下列權(quán)利要求定義本發(fā)明的范疇，和因此包含這些權(quán)利要求的范疇和它們的對等物內(nèi)的結(jié)構(gòu)和方法。
權(quán)利要求
1.一種電容器，其包括: 半導(dǎo)體晶片中的開口； 位于所述開口內(nèi)和接觸所述半導(dǎo)體晶片的第一絕緣層，所述第一絕緣層具有基本均勻的厚度； 位于所述開口內(nèi)和接觸所述第一絕緣層的第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有基本均勻的厚度； 位于所述開口內(nèi)和接觸所述第一絕緣層和所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第二絕緣層，所述第二絕緣層具有基本均勻的厚度；和 位于所述開口內(nèi)和接觸所述第二絕緣層的第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有基本均勻的厚度；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中: 所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一部分垂直地位于所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的下面，所述第一部分位于所述開口內(nèi)；和 所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第二部分垂直地位于非所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的部分的下面，所述第二部分位于所述開口內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所述第二絕緣層，和所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)完全地位于所述開口內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器進(jìn)一步包括接觸所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)、所述第二絕緣層和所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第三絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容器，進(jìn)一步包括:通過所述第三絕緣層延伸的第一金屬接觸，從而使得電連接到所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上；和 通過所述第三絕緣層延伸的第二金屬接觸，從而使得電連接到所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容器，其中所述第一金屬接觸與所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)分離，并且所述第二金屬接觸與所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容器，其中所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)接觸所述第一金屬接觸的底面，和所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)接觸所述第二金屬接觸的底面。
8.一種形成電容器的方法，其包括: 在半導(dǎo)體晶片中形成第一開口； 在所述第一開口中形成接觸所述半導(dǎo)`體晶片的第一絕緣層，所述第一絕緣層具有基本均勻的厚度和形成第二開口； 在所述第一絕緣層上沉積多個第一原子，從而在接觸所述第一絕緣層的所述第二開口中形成第一金屬結(jié)構(gòu)， 所述第一原子經(jīng)過第一掩膜板，從所述第一絕緣層的頂面分離所述第一掩膜板，所述第一金屬結(jié)構(gòu)具有基本均勻的厚度和形成第三開口； 在所述第三開口中形成接觸所述第一絕緣層和所述第一金屬結(jié)構(gòu)的第二絕緣層，所述第二絕緣層具有基本均勻的厚度和形成第四開口 ；和 在所述第二絕緣層上沉積多個第二原子，以便在所述第四開口中形成接觸所述第二絕緣層的第二金屬結(jié)構(gòu)，所述第二原子經(jīng)過第二掩膜板，從所述第二絕緣層的頂面分離所述第二掩膜板，所述第二金屬結(jié)構(gòu)具有基本均勻的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括平面化所述半導(dǎo)體晶片，從而暴露所述第一絕緣層、所述第二金屬結(jié)構(gòu)、所述第二絕緣層，并在平面化所述半導(dǎo)體晶片之后暴露所述第一金屬結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法進(jìn)一步包括形成第三絕緣層，從而接觸所述第二金屬結(jié)構(gòu)、所述第二絕緣層、所述第一金屬結(jié)構(gòu)和所述第一絕緣層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法進(jìn)一步包括: 同時地在所述第三絕緣層中形成所述第一開口，以便暴露所述第一金屬結(jié)構(gòu)，和在所述第三絕緣層中形成所述第二開口，以便暴露所述第二金屬結(jié)構(gòu)；和 在所述第一開口中形成第一金屬接觸，從而使得電連接到所述第一金屬結(jié)構(gòu)上，和在所述第二開口中形成第二金屬接觸，從而使得電連接到所述第二金屬結(jié)構(gòu)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中從所述第二金屬結(jié)構(gòu)分離所述第一金屬接觸，和從所述第一金屬結(jié)構(gòu)分離所述第二金屬接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法進(jìn)一步包括在沉積所述多個第二原子從而形成所述第二金屬結(jié)構(gòu)之前，蝕刻所述第二絕緣層的頂面。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在平面化半導(dǎo)體晶片之后，所述第一金屬結(jié)構(gòu)的第一部分垂直地位于所述第二金屬結(jié)構(gòu)的下面，和所述第一金屬結(jié)構(gòu)的第二部分垂直地位于非所述第二金屬結(jié)構(gòu)的部分的下面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所 述的方法進(jìn)一步包括: 在形成所述第一金屬結(jié)構(gòu)之后和在形成所述第二絕緣層之前，使原子經(jīng)過第一定義的掩膜板從而蝕刻所述第一金屬結(jié)構(gòu)，從所述第一金屬結(jié)構(gòu)的頂面分離所述第一定義的掩膜板；和 在形成所述第二金屬結(jié)構(gòu)之后和在形成所述第三絕緣層之前，使原子經(jīng)過第二定義的掩膜板從而蝕刻所述第二金屬結(jié)構(gòu)，從所述第二金屬結(jié)構(gòu)的頂面分離所述第二定義的掩膜板。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二絕緣層包含多個材料層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中多個材料層中的兩個是不同的。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第一沉積室中形成所述第二絕緣層，在第二沉積室中沉積所述第一原子，和在第三沉積室中沉積所述第二原子。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中當(dāng)形成所述第二絕緣層時，所述第一室具有小于大氣壓的內(nèi)部壓力，和當(dāng)沉積所述第一原子時，所述第二室具有內(nèi)部壓力，和當(dāng)沉積所述第二原子時，所述第三室具有所述內(nèi)部壓力。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中當(dāng)在所述第一室、所述第二室、和所述第三室之間移動所述晶片時，連續(xù)地使所述晶片暴露于所述內(nèi)部壓力。
全文摘要
一種具有大面積的極板和小的占用面積的半導(dǎo)體電容器(100，150)，其中通過在晶片(310)中形成開口(320)，通過位于從晶片(310)分離的第一掩膜板(214A)沉積第一金屬原子(326)，以便在開口(320)中形成第一金屬層(330)，第一金屬層(330)上形成介電層(334)，和通過位于從晶片(310)分離的第二掩膜板(214B)沉積第二金屬原子(340)，以便在介電層(334)上形成第二金屬層(342)。
文檔編號H01L27/108GK103189982SQ201180052790
公開日2013年7月3日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者P·J·霍波, W·弗蘭茨 申請人:美國國家半導(dǎo)體公司