凹進(jìn)式底電極電容器及其組裝方法
【專利摘要】一種位線上電容器結(jié)構(gòu)包括具有開口容器式形狀因數(shù)的底電極。該底電極形狀因數(shù)包括底板、直線側(cè)壁以及定義最頂端特征的邊框。電容器電介質(zhì)膜接觸并覆蓋底板、側(cè)壁以及邊框。頂電極具有補(bǔ)償凹進(jìn)底電極形狀因數(shù)的凸出形狀因數(shù)。形成位線上電容器結(jié)構(gòu)的工藝包括：旋涂諸如氧化物的可回流犧牲材料以覆蓋半導(dǎo)體器件的邏輯和存儲部分，然后進(jìn)行回拋光工藝并且凹進(jìn)蝕刻底電極。
【專利說明】凹進(jìn)式底電極電容器及其組裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所公開的實施例涉及設(shè)置在源極和漏極觸點之上的電容器單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]為了理解得到各實施例的方式，通過參照附圖而描寫了以上簡要描述的各實施例的更詳細(xì)說明。這些附圖圖示了不必按比例繪制的各實施例并且不被認(rèn)為被限于范圍內(nèi)。通過利用附圖以額外的明確性和細(xì)節(jié)描述并說明了某些實施例，在附圖中:
[0003]圖1是根據(jù)示例性實施例的用于半導(dǎo)體器件的位線上電容器結(jié)構(gòu)的截面正視圖；
[0004]圖1a是根據(jù)示例性實施例的圖1所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在處理期間的截面正視圖；
[0005]圖1b是根據(jù)示例性實施例的圖1a所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖；
[0006]圖1c是根據(jù)示例性實施例的圖1b所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖；
[0007]圖1d是根據(jù)示例性實施例的圖1c所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖；
[0008]圖1e是根據(jù)示例性實施例的圖1d所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖；
[0009]圖1f是根據(jù)示例性實施例的圖1e所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖；
[0010]圖2是根據(jù)示例性實施例的位線上電容器結(jié)構(gòu)的一部分的局部剖視透視圖；
[0011]圖3是根據(jù)示例性實施例的工藝及方法流程圖；
[0012]圖4是根據(jù)各示例性實施例的計算機(jī)系統(tǒng)的示意圖；以及
[0013]圖5是根據(jù)示例性實施例的圖1c所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖。
具體實施例
[0014]公開了一些工藝，其中位線上電容器(COB)結(jié)構(gòu)與微電子器件組裝并耦合以作為動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)單元。以一種阻止底電極至任何頂部觸點中短路的方式來完成底電極的制造。
[0015]現(xiàn)在將參照各附圖，其中相同結(jié)構(gòu)可以具有相同的后綴附圖標(biāo)記。為了更清楚的示出各實施例的結(jié)構(gòu)，在此所包括的附圖是與COB結(jié)構(gòu)組裝的集成電路芯片的圖示表示。因此，所制造的芯片襯底的實際外觀(單獨的或在芯片封裝中的，在例如顯微照片中)可以看起來不同，然而仍然加入了所圖解實施例的所要求結(jié)構(gòu)。此外，附圖可以僅示出對理解所圖示的實施例有用的結(jié)構(gòu)?？梢圆话ㄔ诒绢I(lǐng)域已知的額外結(jié)構(gòu)，以保持附圖的清楚性。
[0016]圖1是根據(jù)示例性實施例的位線上電容器結(jié)構(gòu)100的截面正視圖。位線上電容器(COB)結(jié)構(gòu)101包括具有源/漏(S/D)區(qū)112的半導(dǎo)體襯底110和在半導(dǎo)體襯底110之上構(gòu)建的后端(BE)金屬化體114。在實施例中，半導(dǎo)體襯底110是諸如由加利福尼亞州圣克拉拉的英特爾公司制造的處理器管芯的半導(dǎo)體部分。半導(dǎo)體襯底110也可以稱為管芯，盡管能理解BE金屬化體是管芯的一部分。位線上電容器(COB)結(jié)構(gòu)100也示出了并排的存儲區(qū)116和邏輯區(qū)118。應(yīng)理解的是，為了方便將這兩個區(qū)域116和118以并排方式示出。
[0017]BE金屬化體114還可以稱為BE互連堆疊體。BE金屬化體114可以包括諸如從金屬-1 (MI) —直到金屬-η (Mn)(例如Μ12但不限于Μ12)的金屬層，其中Ml與半導(dǎo)體襯底110相鄰。附帶的金屬化體108在邏輯區(qū)118中示出。在實施例中，上部金屬化跡線108是Μ12金屬化體。將BE金屬化體114以簡化形式示出，但是它包括由多層的層間電介質(zhì)(ILD)材料相互隔離的多級互連。
[0018]第一層間電介質(zhì)(ILD)層126設(shè)置在半導(dǎo)體襯底110之上，并且第一蝕刻停止層132覆蓋第一 ILD層126。如圖所示，第二 ILD層134設(shè)置在第一蝕刻停止層132之上，并且第二蝕刻停止層136覆蓋第二 ILD層134。后繼ILD層138設(shè)置在BE金屬化體114的頂部 152。
[0019]圖1所示的電容器單元包括凹進(jìn)到BE金屬化體114的頂表面152之下的底電極143。底電極143包括具有開口容器式形狀因數(shù)的底板158和側(cè)壁160。底電極143還具有為其最頂端(正Z方向)的特征的邊框148，并且底電極143由電容器電介質(zhì)層150電絕緣。
[0020]電容器電介質(zhì)層150還絕緣并保護(hù)底電極143的邊框148不與頂表面152電短路。邊框148的嵌入深度149可以在O至1000納米(nm)的范圍內(nèi)。
[0021]底電極145具有底電極阻擋層145，其在豎直(正Z方向)形狀因數(shù)上與底電極143相匹配,從而使底電極阻擋層145在邊框148處還受電容器電介質(zhì)層150保護(hù)。
[0022]電容器單元空腔120(參見圖1a)填充有底電極143、底電極阻擋層145(如果存在)、電容器電介質(zhì)層150和頂電極154。頂電極154具有反映底電極143的邊框148的形狀因數(shù)。底電極143、電容器電介質(zhì)層150以及頂電極154的組合被稱為金屬-絕緣層-金屬(MM)電容器。MM電容器是COB配置，其中位線觸點128在MM電容器之下對準(zhǔn)(X方向?qū)ΨQ)。
[0023]通過頂部觸點156示出了電容器結(jié)構(gòu)在頂電極154處的進(jìn)一步耦合?？梢钥闯鲰敳坑|點156接觸頂電極154，但是它關(guān)于電容器單元的橫向(X方向)對稱是偶然性對偏的。然而，由于底電極143凹進(jìn)頂表面152之下，因此降低了底電極143至頂部觸點156的短路風(fēng)險。換句話說，頂部觸點156與邊框148對準(zhǔn)，但是因為底電極143被凹進(jìn)，因此它不會與頂部觸點156短路。
[0024]在實施例中，半導(dǎo)體襯底110是諸如但不限于硅(Si)、硅鍺(SiGe)、鍺(Ge)或II1-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體襯底110可以是單晶、外延結(jié)晶或多晶。在實施例中，半導(dǎo)體襯底110是諸如但不限于絕緣體上硅(SOI)襯底或包括硅、硅鍺、鍺、II1-V族化合物半導(dǎo)體及其任意組合的多層襯底的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。有源器件設(shè)置在有源表面，并且它們指的是諸如但不限于柵極、晶體管、整流器、以及形成集成電路的部分的隔離結(jié)構(gòu)的部件。通過BE金屬化體114將有源器件耦合為功能電路。
[0025]圖1a是根據(jù)示例性實施例的圖1所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在處理期間的截面正視圖。COB結(jié)構(gòu)101包括具有S/D區(qū)112的半導(dǎo)體襯底110和構(gòu)建在半導(dǎo)體襯底110之上的BE金屬化體114。
[0026]在處理期間，在BE金屬化體114中形成電容器單元空腔120，從而形成了電容器底部122和電容器側(cè)壁124?？赏ㄟ^在接合焊盤130處停止的蝕刻來完成形成電容器單元空腔120的處理?？蛇M(jìn)行諸如激光鉆孔的其它處理，以形成電容器單元空腔120。電容器單元空腔120穿透頂端配有后繼蝕刻停止層140的后繼ILD層138。在所示實施例中的電容器單元空腔120還穿透第二 ILD層134。在所示實施例中，第一 ILD層126代表電容器底部122的水平面。位線觸點128示出為耦合到在S/D區(qū)112的半導(dǎo)體襯底110。蝕刻通過穿透第一蝕刻停止層132，而暴露出與位線觸點128接觸的接合焊盤130。示出了這些ILD層，并且電容器單元空腔120可以形成為穿過金屬化體的數(shù)層，其包括通過穿透從頂部ILD層一直向下至Ml，Ml通常代表與半導(dǎo)體襯底110的硅相鄰且在其上的金屬化體。例如，在從Ml到M12的BE金屬化體結(jié)構(gòu)中，電容器單元空腔120可以穿透由諸如包含M12的ILD層的后繼層開始直至到Ml為止的所有層。因此，電容器單元空腔實際上可以在Ml與M12之間延伸，其中Ml包括第一 ILD層126并且M12包括后繼ILD層138。正因為如此，在第一蝕刻停止層132鄰接第二 ILD層134的情況下，通過象征性中斷將倒數(shù)第二的ILD層135與第二 ILD層134隔離，但是僅通過蝕刻停止層136將倒數(shù)第二的ILD層135與后繼ILD層138間隔開。對于三層BE金屬化體而言，第二 ILD層134和倒數(shù)第二的ILD層135是同一層。
[0027]還可以看出在鄰接半導(dǎo)體襯底110的半導(dǎo)體材料的最底層ILD層中可以不設(shè)置位線觸點128。因此，在第一 ILD層126代表電容器單元空腔120在其上達(dá)到底部122的層的情況下，但是在第一 ILD層126并未鄰接半導(dǎo)體襯底110的半導(dǎo)體材料的情況下，初始ILD層125鄰接半導(dǎo)體襯底110并且第一 ILD層126的位線耦合128耦合至位線觸點127。象征性中斷將初始ILD層125與第一 ILD層126隔開。然而，對于三層BE金屬化體而言，初始ILD層125和第一 ILD層126是同一層，并且位線耦合128和位線觸點127是同一位線觸點。
[0028]繼續(xù)本公開，將BE金屬化體114示為三層的ILD結(jié)構(gòu)。然而，可以理解圖1a中的特征和所討論的實施例可以包含在此所詳述的圖1b-1f以及圖1的任一個中。
[0029]圖1b是根據(jù)示例性實施例的圖1a所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖。對COB結(jié)構(gòu)102進(jìn)行處理，從而沉積底電極142以覆蓋邏輯區(qū)118并覆蓋且填充在存儲區(qū)116中的存儲區(qū)單元空腔。在實施例中，底電極144是由化學(xué)氣相沉積(CVD)所沉積的銅膜，從而使底電極附著至底部122和側(cè)壁124。其它金屬可用于形成底電極144。其它材料可用于形成底電極144。在實施例中，通過沉積氮化鈦膜144而形成底電極。此外根據(jù)實施例，沉積了底電極阻擋層144。
[0030]此后，還體沉積了犧牲填充材料146?？梢钥闯鰻奚畛洳牧?46具有在邏輯區(qū)118之上比在存儲區(qū)116之上厚(Z方向)的拓?fù)湫螤?，這是因為填充到電容器單元空腔120中的大量犧牲填充材料146。在實施例中，通過旋涂和填充工藝、利用合適的犧牲材料形成犧牲填充材料146，該犧牲材料具有旋涂和潤濕特性以覆蓋BE金屬化體114的上表面且潤濕電容器單元空腔120的底部。在實施例中，犧牲填充材料146是旋涂玻璃氧化物。在實施例中，犧牲填充材料146由化學(xué)氣相沉積工藝來形成。在實施例中，犧牲填充材料146是在拋光工藝中適用的選擇性光吸收材料(SLAM)。
[0031]圖1c是根據(jù)示例性實施例的圖1b所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖。通過回拋光犧牲填充材料146來處COB結(jié)構(gòu)103，從而將犧牲填充材料146從邏輯區(qū)118以及存儲區(qū)116的表面積中去除。在實施例中，SLAM拋光工藝在后繼蝕刻停止層140以及與后繼蝕刻停止層140齊平的犧牲填充材料146的表面處實現(xiàn)拋光終止。通過該拋光工藝，在電容器單元空腔中將底電極142形成至與后繼蝕刻停止層140的上表面相等的第一高度。底電極142還呈現(xiàn)出底板158和側(cè)壁160，盡管通過進(jìn)一步的處理使側(cè)壁160凹進(jìn)。
[0032]圖1d是根據(jù)示例性實施例的圖1c所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖。COB結(jié)構(gòu)104經(jīng)歷了犧牲蝕刻，從而使圖1c所示的底電極142被回蝕刻，從而形成凹進(jìn)式底電極143，并且底電極阻擋層144被回蝕刻以形成凹進(jìn)式底電極阻擋層145。在回蝕刻處理期間，犧牲填充材料(在圖1c中示為編號146，而在圖1d中示為編號147)由于將被凹進(jìn)的材料的不同蝕刻選擇性而可以凹陷?？梢钥闯龊罄^ILD層138和后繼蝕刻停止層140的蝕刻選擇性大于凹進(jìn)式底電極143和凹進(jìn)式電極阻擋層145以及犧牲填充材料147的蝕刻選擇性，從而不被蝕刻。應(yīng)理解的是，凹面輪廓是濕法蝕刻以凹進(jìn)底電極143所獲得的結(jié)果的凹進(jìn)彎月面(concave-meniscus)定性圖示。在實施例中，犧牲材料147的凸面輪廓也是濕法蝕刻實施例結(jié)果的有用凸出彎月面定性圖示。不管怎樣，以與底電極143的速率相似的速率來蝕刻犧牲填充材料147。換句話說，蝕刻選擇性使得后繼蝕刻停止層140和后繼ILD層138導(dǎo)致不明顯蝕刻，而凹進(jìn)式底電極143和犧牲填充材料147以相似速率蝕刻。
[0033]在完成凹進(jìn)回蝕刻工藝之后，電容器單元空腔120呈現(xiàn)出在后繼ILD層138中所形成的凹進(jìn)式底電極143的邊框148。凹進(jìn)式底電極143的邊框148低于(Z方向)后繼蝕刻停止層140的水平面，并且可以指的是凹進(jìn)式底電極143的第二高度的位置。類似地，邊框148也定義了凹進(jìn)式底電極阻擋層145的上部形狀因數(shù)。
[0034]圖1e是根據(jù)示例性實施例的圖1d所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖。COB結(jié)構(gòu)105諸如通過濕法蝕刻漂洗法被處理，以去除犧牲填充材料147 (圖1d)。在下文中，凹進(jìn)式底電極143將會簡稱為底電極143，并且凹進(jìn)式底電極阻擋層145將會簡稱為底電極阻擋層145。
[0035]用于底電極143的材料被選取為實現(xiàn)足夠大的電荷，以可用于作為動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)中的電容器。在實施例中，底電極143由銅制造。在實施例中，底電極阻擋層145是一種輔助且調(diào)整底電極143的功函數(shù)的材料。在實施例中，底電極阻擋層145由一種阻擋電容器電介質(zhì)層150遷移到底電極143中的材料制造。在實施例中，底電極阻擋層145由可被濺射到圖1b所示的底電極142上的鉭(Ta)制造。在實施例中，底電極阻擋層145是氮化鉭(TaxNy)，其中X和y代表根據(jù)一給定的有用應(yīng)用的化學(xué)計量或非化學(xué)計量t匕。在實施例中，底電極阻擋層145是底電極143的氧化物膜。在實施例中，底電極阻擋層145是底電極143的沉積氧化物膜。
[0036]用于電容器電介質(zhì)層150的材料被選取為在電容器電極之間實現(xiàn)足夠大的電荷，以作為在諸如嵌入式DRAM(eDRAM)的DRAM中的電容器而有用。在實施例中，使用高k電介質(zhì)(k>6)。在實施例中，電容器電介質(zhì)材料是氧化物。在實施例中，電容器電介質(zhì)材料是二氧化娃(S12)。在實施例中，電容器電介質(zhì)材料是氧化鉿(HfxOy),其中可以將X和y選擇成根據(jù)一給定的可用電介質(zhì)層組分而構(gòu)成化學(xué)計量或非化學(xué)計量比。在實施例中，電容器電介質(zhì)材料是氧化鋁(AlxOy)，其中可以將X和y選擇成根據(jù)一給定的可用電介質(zhì)層組分而構(gòu)成化學(xué)計量或非化學(xué)計量比。在實施例中，電容器電介質(zhì)材料是所使用的鋯鈦酸鉛(PZT)材料。在實施例中，電容器電介質(zhì)材料是所使用的鈦酸鍶鋇(BST)材料。
[0037]在將底電極143和底電極阻擋層145凹進(jìn)并且將犧牲填充材料去除之后，在電容器單元空腔120中將電容器電介質(zhì)層150共形地沉積在底電極143上以及如果存在的底電極阻擋層145上。電容器電介質(zhì)層150的沉積也覆蓋了底電極143的邊框148，以形成肩部形狀因數(shù)。類似地，如果底電極阻擋層145存在，那么肩部形狀因數(shù)受底電極阻擋層145影響。
[0038]示出了在底電極143的邊框148之上的理論上的回拋光(polish-back)水平面152。因此，保留了大的底電極表面以便于DRAM電容，但是由電容器電介質(zhì)層150保護(hù)并絕緣底電極143的邊框148。例如，底電極143可以延伸從Ml至M12的任何范圍，以得到大且有用的電容器表面積，但是通過由電容器電介質(zhì)層150電絕緣且凹進(jìn)的邊框148而避免至頂電極觸點的短路。
[0039]圖2是根據(jù)示例性實施例的COB結(jié)構(gòu)200的一部分的局部剖視透視圖。存儲區(qū)216僅示出了用于諸如IT IC DRAM單元的單個電容器單元的部分。與圖1e所示的處理階段相似，COB結(jié)構(gòu)200經(jīng)歷了底電極243的回蝕刻，從而可以看出底電極243的邊框248低于后繼ILD層238中的理論上的回拋光水平面252。此外，已將犧牲填充材料去除。而且，在電容器單元空腔220中將電容器電介質(zhì)層250共形地沉積在底電極243上，并且將電容器電介質(zhì)層250大部分切除以露出底電極243。未圖不出底電極阻擋層,但它可以存在。電容器電介質(zhì)層250的沉積還覆蓋了底電極243的邊框248。
[0040]在實施例中，當(dāng)以平視圖(X-Y平面)觀察時，電容器單元空腔220具有直線形狀因數(shù)。如所示，底電極243被凹進(jìn)并且具有被平面?zhèn)缺?60間隔開的直角拐角，平面?zhèn)缺?60中的兩個由電容器電介質(zhì)層250的切除示圖而露出?？蓪?cè)壁260描述為多個直線側(cè)壁。同樣地，電容器電介質(zhì)層250具有被平面?zhèn)缺陂g隔開的直角拐角、以及設(shè)置在凹進(jìn)式底電極243的邊框248上的肩部251形狀因數(shù)?？梢詫崿F(xiàn)當(dāng)以平視圖觀察時的諸如圓形形狀因數(shù)的其它形狀。在實施例中，電容器側(cè)壁基本是垂直的。在實施例中，電容器側(cè)壁未到垂直狀態(tài)，從而使邊框248處的電容器壁周長大于在底部122處的電容器壁周長。例如，圖1所示的邊框148處的電容器側(cè)壁周長大于底板158處的電容器側(cè)壁周長。
[0041]圖1f是根據(jù)示例性實施例的圖1e所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖。通過將頂電極154填充于電容器單元空腔來處理COB結(jié)構(gòu)106，該頂電極154共形地設(shè)置在電容器電介質(zhì)層150之上,該電容器電介質(zhì)層150其中包括保護(hù)底電極143的邊框148的部分。在將頂電極154填充到電容器電介質(zhì)層150上的電容器單元空腔中之后，可以通過已知技術(shù)執(zhí)行至理論上的回拋光水平面152的回拋光。圖1是圖1f所示的COB結(jié)構(gòu)在經(jīng)過進(jìn)一步處理之后的截面正視圖。
[0042]圖3是根據(jù)示例性實施例的工藝及方法流程圖300。將以數(shù)個階段的方式來概述處理，而并不打算包括詳盡的處理細(xì)節(jié)。
[0043]在310中，工藝包括在包括邏輯區(qū)的管芯的BE金屬化體中以及存儲區(qū)之上形成電容器單元空腔。在非限制性示例實施例中，將電容器單元空腔120蝕刻至構(gòu)建在位線觸點之上的半導(dǎo)體襯底110之上的BE金屬化體114中。電容器單元空腔120處于還具有邏輯區(qū)118的半導(dǎo)體襯底110的存儲區(qū)116之上。
[0044]在320中，工藝包括將犧牲材料填充到電容器單元空腔中，以同樣覆蓋底電極且同樣覆蓋管芯的邏輯區(qū)。在非限制性示例實施例中，在底電極142和如果存在的底電極阻擋層144之上形成可旋涂、可回流的氧化物材料146。在實施例中，材料是選擇性光吸收材料(SLAM)，其對于回拋光諸如圖1b所示的犧牲材料146的拓?fù)湫螤畹牟黄教贡砻鏄?gòu)造是有用的。
[0045]在330中，犧牲填充材料被回拋光以將其從邏輯區(qū)去除，并還從除了與頂部蝕刻停止層齊平且處于電容器單元空腔內(nèi)以外的存儲區(qū)去除。在一非限制性示例實施例中，利用機(jī)械拋光工藝執(zhí)行SLAM拋光工藝，以實現(xiàn)圖1c所示的材料146的構(gòu)造。
[0046]在340中，工藝包括濕法蝕刻犧牲材料和底電極，以實現(xiàn)在頂部蝕刻停止層之下的凹進(jìn)式底電極邊框。在非限制性示例實施例中，濕法蝕刻實現(xiàn)了凹進(jìn)式底電極143和如果存在的凹進(jìn)式底電極阻擋層145。濕法蝕刻的產(chǎn)物在圖1d中示出，并且犧牲材料147呈現(xiàn)出凹面輪廓而后繼蝕刻停止層140和后繼ILD層138呈現(xiàn)出不被蝕刻的蝕刻選擇性。應(yīng)當(dāng)理解，凹面輪廓是凹進(jìn)底電極143的濕法蝕刻的結(jié)果的定性圖示，并且犧牲材料147的凸面輪廓也是濕法蝕刻的有用的定性圖示?，F(xiàn)在應(yīng)當(dāng)理解，濕法蝕刻選擇性地不去除大量的后繼蝕刻停止層140和后繼ILD層138，而去除大量的犧牲材料146，以將底電極143暴露于凹進(jìn)蝕刻產(chǎn)物。
[0047]在350中，工藝包括從電容器單元清洗掉任何犧牲材料。在非限制性示例實施例中，犧牲材料147被清洗且去除，以留下具有邊框148的暴露的底電極。
[0048]在360中，工藝包括在包括底電極邊框的底電極之上共形地形成電容器電介質(zhì)層。在非限制性示例實施例中，在包括在邊框148處的底電極143之上形成有用的電容器單元電介質(zhì)層150。將底電極143凹進(jìn)到邊框148的高度、以及利用電容器單元電介質(zhì)層150還覆蓋邊框148處的底電極143的這個工藝會產(chǎn)生有用的底電極，其降低了后繼處理之后發(fā)生短路的可能性。
[0049]在370中，工藝包括在電容器電介質(zhì)層上共形地形成頂電極。在非限制性示例實施例中，將銅頂電極154填充到電容器單元空腔120中，然后通過回拋光操作到達(dá)理論上的回拋光水平面152。其它處理包括形成頂部觸點156，以將MM電容器單元100耦合到管芯110的其余部分。
[0050]在380中，方法實施例包括將管芯安裝到諸如圖4所示的計算機(jī)系統(tǒng)實施例的計算機(jī)系統(tǒng)中。
[0051]圖4是根據(jù)實施例的計算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。所述的計算機(jī)系統(tǒng)400(也被稱為電子系統(tǒng)400)可以包含根據(jù)在本公開中所提出的數(shù)個所公開的實施例及其等價體的位線上電容器。裝置包括組裝到計算機(jī)系統(tǒng)的位線上電容器。
[0052]計算機(jī)系統(tǒng)400可以是智能手機(jī)。計算機(jī)系統(tǒng)400可以是平板計算機(jī)。計算機(jī)系統(tǒng)400可以是諸如上網(wǎng)本計算機(jī)的移動設(shè)備。計算機(jī)系統(tǒng)400可以是桌上型計算機(jī)。計算機(jī)系統(tǒng)400可以集成到汽車。計算機(jī)系統(tǒng)400可以集成到電視。計算機(jī)系統(tǒng)400可以集成到DVD播放器。計算機(jī)系統(tǒng)400可以集成到數(shù)字便攜式攝像機(jī)。
[0053]在實施例中，電子系統(tǒng)400是計算機(jī)系統(tǒng)，其包括系統(tǒng)總線420以電耦合電子系統(tǒng)400的各部件。根據(jù)各實施例，系統(tǒng)總線420是單個總線或總線的任意組合。電子系統(tǒng)400包括給集成電路410供電的電壓源430。在某些實施例中，電壓源430通過系統(tǒng)總線420而將電流供應(yīng)到集成電路410。
[0054]根據(jù)實施例，集成電路410被電耦合至系統(tǒng)總線420，并且包括任何電路或電路的組合。在實施例中，集成電路410包括處理器412，其可以是包括位線上電容器實施例的任何類型裝置。如本文所使用的，處理器412可以意味著諸如但不限于微處理器、微控制器、圖形處理器、數(shù)字信號處理器或另外處理器的任何類型電路。在實施例中，處理器412的高速緩沖存儲器中設(shè)有SRAM實施例?？梢园ㄔ诩呻娐?10中的其它類型電路是定制電路或特定應(yīng)用集成電路(ASIC)，例如用于諸如蜂窩電話、智能手機(jī)、尋呼機(jī)、便攜式計算機(jī)、雙向無線電、以及其它電子系統(tǒng)的非等效無線設(shè)備的通信電路414。在實施例中，處理器410包括諸如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)的管芯上存儲器416。在實施例中，處理器410包括諸如嵌入式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(eDRAM)的嵌入式管芯上存儲器416。所公開的COB實施例及它們在技術(shù)上被認(rèn)可的等效物是eDRAM中的集成存儲器單元。
[0055]在實施例中，利用諸如在本公開中提出的圖形處理器或射頻集成電路或者這兩者的后繼集成電路411來補(bǔ)充集成電路410。在實施例中，雙重集成電路411包括諸如具有任何所公開的COB存儲單元實施例的eDRAM的嵌入式管芯上存儲器417。雙重集成電路411包括RFIC雙重處理器413和雙重通信電路415以及諸如SRAM的雙重管芯上存儲器417。在實施例中，針對RF處理而特別配置了雙重通信電路415。
[0056]在實施例中，將至少一個無源設(shè)備480耦合至后繼集成電路411，從而使集成電路411和至少一個無源設(shè)備是包括位線上電容器的任何裝置實施例的一部分，該位線上電容器包括集成電路410和集成電路411。在實施例中，至少一個無源器件是諸如用于平板計算機(jī)或智能手機(jī)的加速計的傳感器。
[0057]在實施例中，電子系統(tǒng)400包括諸如在本公開中提出的任何位線上電容器實施例的天線元件482。通過使用天線元件482，通過由裝置實施例的無線電鏈路可以遠(yuǎn)程操作諸如電視機(jī)的遠(yuǎn)程設(shè)備484。例如，通過無線電鏈路而操作的在智能手機(jī)上的應(yīng)用程序諸如通過藍(lán)牙技術(shù)，來將指令傳播到距離多達(dá)大約30米的電視。在實施例中，一個或多個遠(yuǎn)程設(shè)備包括一個或多個天線元件被配置為接收器的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
[0058]在實施例中，電子系統(tǒng)400還包括外部存儲器440，其可以轉(zhuǎn)而包括適用于特定應(yīng)用的一個或多個存儲器元件，諸如形式為RAM的主存儲器442、一個或多個硬驅(qū)動器444和/或用于處理可移動介質(zhì)446 (諸如磁盤、光盤(CD)、數(shù)字化視頻光盤(DVD)、快閃存儲器驅(qū)動器以及本領(lǐng)域已知的其它可移動介質(zhì))的一個或多個驅(qū)動器。在實施例中，外部存儲器440是堆疊在根據(jù)任何所公開實施例的位線上電容器上的POP封裝的一部分。在實施例中，外部存儲器440是諸如包括根據(jù)任何所公開實施例的位線上電容器的裝置的嵌入式存儲器 448。
[0059]在實施例中，電子系統(tǒng)400還包括顯示設(shè)備450和音頻輸出460。在實施例中，電子系統(tǒng)400包括諸如控制器470的輸入設(shè)備，其可以是鍵盤、鼠標(biāo)、觸控板、小鍵盤、軌跡球、游戲控制器、麥克風(fēng)、語音辨識設(shè)備或者將信息輸入到電子系統(tǒng)400的任何其它輸入裝置。在實施例中，輸入設(shè)備470包括相機(jī)。在實施例中，輸入設(shè)備470包括數(shù)字錄音機(jī)。在實施例中輸入設(shè)備470包括相機(jī)和數(shù)字錄音機(jī)。
[0060]基礎(chǔ)襯底490可以是計算機(jī)系統(tǒng)400的一部分?；A(chǔ)襯底490是支撐包括位線上電容器實施例的裝置的主板。在實施例中，襯底490是支撐包括位線上電容器實施例的裝置的板體。在實施例中，基礎(chǔ)襯底490并入在虛線490內(nèi)所包含的這些功能中的至少一個，并且是諸如無線通信器的用戶外殼的襯底。
[0061]如在此所示，集成電路410可以實現(xiàn)為多個不同的實施例，包括根據(jù)數(shù)個所公開的實施例的任一個及其等效體的位線上電容器的裝置、電子系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)、制造集成電路的一種或多種方法、以及制造并組裝包括根據(jù)數(shù)個所公開的實施例(如在此在各個實施例中及其技術(shù)上所認(rèn)可的等效體)的位線上電容器的裝置的一種或多種方法。元件、材料、幾何形狀、尺寸以及操作順序可以全部改變以適應(yīng)包括位線上電容器實施例及其等效體的特定I/o耦合要求。
[0062]圖5是根據(jù)示例性實施例的圖1c所示的位線上電容器結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理期間的截面正視圖。
[0063]通過回拋光犧牲填充材料146從而將其從邏輯區(qū)118以及存儲器116的表面積去除，來處理COB結(jié)構(gòu)506。在實施例中，拋光工藝實現(xiàn)了在后繼蝕刻停止層140以及與后繼蝕刻停止層140齊平的犧牲填充材料146的表面的拋光終止。通過該拋光工藝，在電容器單元空腔內(nèi)將底電極142形成為到等于后繼蝕刻停止層140的上表面的第一高度。
[0064]通過清洗掉犧牲填充材料，然后沉積電容器電介質(zhì)層150，從而進(jìn)一步處理了 COB結(jié)構(gòu)506。此后,處理包括利用共形地設(shè)置在電容器電介質(zhì)層150上的頂電極554來填充電容器單元空腔，其中該電容器電介質(zhì)層150包括保護(hù)底電極143的邊框548的部分。在將頂電極554填充到電容器電介質(zhì)層150之上的電容器單元空腔中之后，可以通過已知技術(shù)執(zhí)行到理論上的回拋光水平面152的回拋光。由于該處理實施例，底電極143的邊框548與后繼蝕刻停止層140的頂部處于同一水平面。進(jìn)一步的處理可以實現(xiàn)理論上的回拋光水平面152向下移動,從而與底電極143的邊框548的水平面相匹配。根據(jù)電容器電介質(zhì)層150的去除量，邊框548的嵌入深度149可以在O至100nm的范圍內(nèi)。在選擇且實現(xiàn)了理論上的回拋光水平面152之后，可設(shè)置與頂電極554接觸的頂部觸點。
[0065]雖然管芯可指的是在相同句子中可能提及的處理器芯片、RF芯片、RFIC芯片或存儲器芯片，但是不應(yīng)解釋為它們是等效結(jié)構(gòu)。在本公開全文中所提及的“一個實施例”或“實施例”意味著以與實施例有關(guān)的方式所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本公開的至少一個實施例中。在本公開全文的各個部分中，短語“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現(xiàn)不必都指同一實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適方式結(jié)合到一個或多個實施例中。
[0066]可以參照所示的X-Z坐標(biāo)來理解諸如“上方”、“下方”、“之上”和“之下”的術(shù)語，并且可以參照X-Y坐標(biāo)或非Z坐標(biāo)來理解諸如“相鄰”的術(shù)語。
[0067]為了遵守37C.F.R.§ 1.72(b)節(jié)所需要的將使讀者迅速了解技術(shù)公開內(nèi)容的本質(zhì)和主旨的摘要，而提供了摘要。應(yīng)理解所提交的摘要將不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍和含義。
[0068]在前文的【具體實施方式】中，為了本公開的流暢性而將各個特征組合在單個實施例中。本公開的方法不應(yīng)解釋為反映了以下意圖:本發(fā)明所要求的實施例要求了比在每一權(quán)利要求中所明確記載的更多的特征。相反，如所附權(quán)利要求所反映的，發(fā)明的主題包含的特征少于在所公開的單個實施例中的所有特征。因此所附權(quán)利要求據(jù)此并入到【具體實施方式】中，而每一權(quán)利要求獨立地對應(yīng)于單獨的優(yōu)選實施例。
[0069]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會容易地理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所表述的本發(fā)明的原理和范圍的情況下，為了解釋本發(fā)明的本質(zhì)而已經(jīng)描述且示出的細(xì)節(jié)、材料、部件設(shè)置和方法階段可以做出各種其它變動。
【權(quán)利要求】
1.一種在觸點之上形成電容器單元的工藝，包括: 在設(shè)置于半導(dǎo)體襯底之上的層間電介質(zhì)(ILD)結(jié)構(gòu)中形成電容器單元空腔，其中所述電容器單元空腔具有底部和側(cè)壁，并且其中，所述半導(dǎo)體襯底包括存儲區(qū)和邏輯區(qū)； 在所述電容器單元空腔中將底電極形成至第一高度，其中所述底電極耦合在所述電容器單元空腔的底部處的位線觸點； 利用犧牲填充材料填充所述電容器單元空腔，其中所述犧牲填充材料也覆蓋所述存儲區(qū)和所述邏輯區(qū)； 平坦化所述犧牲填充材料，以從所述邏輯區(qū)中將所述犧牲填充材料去除； 通過使在所述電容器單元空腔中的所述犧牲填充材料凹進(jìn)，來將所述底電極從所述第一高度類似凹進(jìn)至第二高度，以形成邊框； 從所述電容器單元空腔去除剩余的犧牲填充材料； 在所述底電極之上形成電容器電介質(zhì)層，其中所述電容器電介質(zhì)層在所述邊框處呈現(xiàn)出肩部形狀因數(shù)； 在所述電容器單元空腔中且在所述電容器電介質(zhì)層之上形成電容器頂電極；以及 將所述電容器頂電極向下拋光到高于所述邊框的水平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，進(jìn)一步包括使所述電容器頂電極在與所述邊框?qū)?zhǔn)的位置與頂部觸點接 觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中形成所述底電極包括將銅膜共形地沉積到所述電容器單元空腔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中形成所述底電極包括: 將銅膜共形地沉積到所述電容器單元空腔中；以及 將選自鉭、氮化鉭、氧化銅以及電介質(zhì)的底電極阻擋層共形地沉積到所述銅膜上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝,其中所述犧牲填充材料是選擇性光吸收材料(SLAM)，并且其中平坦化所述犧牲填充材料包括機(jī)械拋光至蝕刻停止層，所述犧牲填充材料被設(shè)置在所述蝕刻停止層之上，并且其中將所述底電極凹進(jìn)至所述第一高度包括在以與所述底電極的速率相類似的速率進(jìn)行SLAM蝕刻的條件下進(jìn)行蝕刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中將所述底電極凹進(jìn)至所述第一高度包括在以與所述底電極的速率相類似的速率進(jìn)行所述犧牲填充材料蝕刻的條件下進(jìn)行蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中將所述底電極凹進(jìn)至所述第一高度包括在以與所述底電極的速率相類似的速率進(jìn)行所述犧牲填充材料蝕刻的條件下進(jìn)行蝕刻，從而使所述犧牲填充材料在所述電容器單元空腔中形成凹進(jìn)彎月面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中將所述底電極凹進(jìn)至所述第一高度包括在以與所述底電極的速率相類似的速率進(jìn)行所述犧牲填充材料蝕刻的條件下進(jìn)行蝕刻，從而使所述犧牲填充材料在所述電容器單元空腔中形成凸出彎月面。
9.一種在觸點之上形成電容器單元的工藝，包括: 在設(shè)置于半導(dǎo)體襯底之上的層間電介質(zhì)(ILD)結(jié)構(gòu)中形成電容器單元空腔，其中所述電容器單元空腔具有底部和側(cè)壁，并且其中，所述半導(dǎo)體襯底包括存儲區(qū)和邏輯區(qū)； 在所述電容器單元空腔中將底電極形成至第一高度，其中所述底電極耦合在所述電容器單元空腔的底部處的位線觸點；通過凹進(jìn)設(shè)置在所述電容器單元空腔中的犧牲填充材料，將所述底電極從所述第一高度類似凹進(jìn)至第二高度，以形成邊框； 在所述底電極之上形成電容器電介質(zhì)層，其中所述電容器電介質(zhì)層在所述邊框處呈現(xiàn)出肩部形狀因數(shù)；以及 在所述電容器單元空腔中且在所述電容器電介質(zhì)層之上形成電容器頂電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中形成所述底電極包括: 將銅膜共形地沉積到所述電容器單元空腔中；以及 將選自鉭、氮化鉭、氧化銅和電介質(zhì)的底電極阻擋層共形地沉積到所述銅膜上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，進(jìn)一步包括將所述頂電極拋光到高于所述邊框的理論上的水平面。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，進(jìn)一步包括: 將所述頂電極拋光到高于所述邊框的理論上的水平面；以及 使所述電容器頂電極在與所述邊框?qū)?zhǔn)的位置與所述頂部觸點接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中將所述犧牲填充材料形成在所述底電極上并且形成在所述半導(dǎo)體襯底的存儲區(qū)和邏輯區(qū)之上，所述工藝進(jìn)一步包括拋光所述犧牲填充材料以基本上僅在所述電容 器單元空腔中留下材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中將所述犧牲填充材料形成在所述底電極上并且形成在所述半導(dǎo)體襯底的存儲區(qū)和邏輯區(qū)之上，所述工藝進(jìn)一步包括: 拋光所述犧牲填充材料以基本上僅在所述電容器單元空腔中留下材料；并且在形成所述電容器頂電極之后， 將所述頂電極拋光到高于所述邊框的理論上的水平面；并且 使所述電容器頂電極在與所述邊框?qū)?zhǔn)的位置與頂部觸點接觸。
15.一種位線上電容器(COB)裝置，包括: 設(shè)置在后端(BE)金屬化體中的底電極，所述后端(BE)金屬化體設(shè)置在半導(dǎo)體襯底之上，其中所述底電極具有具備底板和多個直線側(cè)壁的開口容器式形狀因數(shù)； 位線觸點，在源/漏(S/D)區(qū)處接觸所述半導(dǎo)體襯底，其中所述位線觸點與所述底電極相奉禹合； 電容器電介質(zhì)層，其被設(shè)置在所述底電極的底板、側(cè)壁以及邊框之上，并且還被設(shè)置在至所述BE金屬化體的頂部的后繼層間電介質(zhì)(ILD)層之上，并且其中，所述底電極的邊框終止在所述BE金屬化體的頂部之下；以及 設(shè)置在所述電容器電介質(zhì)層之上的頂電極，其中所述頂電極呈現(xiàn)出反映所述底電極的邊框的形狀因數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，其中所述位線觸點在所述底板處接觸所述底電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，其中所述位線觸點耦合至接觸所述底板的位線耦合體。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，其中所述BE金屬化體包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底之上的金屬-1 (Ml)，其中所述邊框設(shè)置在第Mn ILD層中，其中η等于2與12之間的數(shù)字，并且其中所述第n ILD層是所述BE金屬化體的頂部。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，其中所述BE金屬化體包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底之上的金屬-1 (M1)，并且其中，所述底電極的底板設(shè)置在Ml之上的ILD層中。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述底電極的底板和側(cè)壁上的底電極阻擋層，其中所述底電極阻擋層的形狀因數(shù)與所述底電極的形狀因數(shù)相匹配。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述底電極的底板和側(cè)壁上的底電極阻擋層，其中所述底電極阻擋層的形狀因數(shù)與所述底電極的形狀因數(shù)相匹配，其中所述電容器電介質(zhì)層設(shè)置在處于所述底板和所述側(cè)壁處的所述底電極阻擋層之上、以及所述底電極的邊框之上。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述底電極的底板和側(cè)壁上的底電極阻擋層，其中所述底電極阻擋層的形狀因數(shù)與所述底電極的形狀因數(shù)相匹配，其中所述電容器電介質(zhì)層設(shè)置在處于所述底板和所述側(cè)壁處的所述底電極阻擋層之上、以及所述底電極的邊框之上，并且其中，所述電容器電介質(zhì)層設(shè)置在所述底電極的邊框上。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，其中所述電容器電介質(zhì)層設(shè)置在所述底板和所述側(cè)壁處的所述底電極之上、以及所述底電極的邊框之上，并且其中，設(shè)置在所述底電極的邊框上的所述電容器電介質(zhì)層具有在所述BE金屬化體的頂部之下的邊框平行表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的COB裝置，其中所述電容器電介質(zhì)層設(shè)置在所述底板和所述側(cè)壁處的所述底電極之上、以及所述底電極的邊框之上，其中設(shè)置在所述底電極的邊框上的所述電容器電介質(zhì)層也終止在所述BE金屬化體的頂部之下，并且其中，所述電容器電介質(zhì)層終止在所述BE金屬化體的頂部。
25.一種計算機(jī)系 統(tǒng)，包括: 設(shè)置于后端(BE)金屬化體中的底電極，所述后端(BE)金屬化體設(shè)置在管芯的半導(dǎo)體襯底之上，其中所述底電極具有具備底板和多個直線側(cè)壁的開口容器式形狀因數(shù)； 設(shè)置在所述底電極之上的底電極阻擋層； 接觸在源/漏(S/D)區(qū)處的所述半導(dǎo)體襯底的位線觸點，其中所述位線觸點與所述底電極相稱合； 電容器電介質(zhì)層，其被設(shè)置在所述底電極的底板、側(cè)壁以及邊框之上，并且還被設(shè)置在后繼層間電介質(zhì)(ILD)層至所述BE金屬化體的頂部之上，并且其中，所述底電極的邊框終止在所述BE金屬化體的頂部之下；以及 頂電極，設(shè)置在所述電容器電介質(zhì)層之上，其中所述頂電極呈現(xiàn)出反映所述底電極的邊框的形狀因數(shù)；以及 支撐所述半導(dǎo)體襯底的基礎(chǔ)襯底。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的計算機(jī)系統(tǒng)，其中所述基礎(chǔ)襯底是選自移動設(shè)備、智能手機(jī)設(shè)備、平板計算機(jī)設(shè)備、車輛和電視所構(gòu)成的組中的設(shè)備的一部分。
【文檔編號】H01L27/108GK104054169SQ201180074793
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月10日
【發(fā)明者】R·A·布雷恩, J·M·施泰格瓦爾德 申請人:英特爾公司