用於金屬-氧化物-金屬電容器的高電容絕緣體的選擇性製造技術
2023-05-29 18:52:11 1
專利名稱：用於金屬-氧化物-金屬電容器的高電容絕緣體的選擇性製造技術
方法
技術領域：
本發明一般涉及在半導體裝置上製造電容器。
背景技術：
增加晶片上系統半導體裝置中的存儲器容量可用以(例如)增加晶片上高速緩衝存儲器容量或提供其它晶片上存儲器設施。舉例來說，增加存儲器容量可涉及增加晶片尺寸以產生用於額外存儲器裝置的空間。然而，增加晶片尺寸可導致成本增加。代替增加晶片尺寸以增加存儲器容量，可通過增加存儲器裝置密度來增加存儲器容量。可能難以使用靜態隨機存取存儲器(SRAM)裝置來增加存儲器密度，因為許多電晶體裝置用於單一存儲器單元中，且其將涉及將許多裝置顯著地小型化以可觀地減小個別存儲器單元的尺寸。另一方面，可能難以通過增加存儲器密度來增加使用嵌入式動態隨機存取存儲器(eDRAM)裝置的存儲器單元中的存儲器密度，因為減小用以存儲存儲器數據位的電容器的尺寸會減少存儲器單元的保持時間。補償減小的保持時間將涉及更頻繁地刷新存儲器單元，此可阻礙存儲器存取、增加功率消耗且增加熱輸出。通過(例如)將電容器的板定向成平行於晶片的主體(而非垂直於晶片)來重新對準存儲器單元電容器實現在小空間中製造較高電容的裝置。然而，重新對準存儲器單元電容器涉及在製造晶片時產生額外層，此又涉及產生額外掩模和執行額外光刻步驟，其會增加使用重新對準的電容器來製造裝置的成本。
發明內容
在一特定實施例中，揭示一種形成電容器的方法。移除在第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料的一區段以形成一溝道。將第二絕緣材料沉積於所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述溝道中。在另一特定實施例中，揭示另一種形成電容器的方法。所述方法包括敞開光致抗蝕劑層的一部分，以暴露第一金屬接觸元件的第一部分、第二金屬接觸元件的第二部分，和所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料。蝕刻掉定位於所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述第一絕緣材料的至少部分，以在所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間產生一溝道。沉積第二絕緣材料，以在所述第一金屬接觸元件上、在所述第二金屬接觸元件上且在所述第一溝道中形成第二絕緣材料的層。所述第二絕緣材料的所述層不完全填充所述溝道。將金屬沉積於所述第一溝道中以形成金屬板。在另一特定實施例中，揭示一種設備，所述設備包括半導體裝置。所述半導體裝置具有界定第一溝槽的電介質層。所述半導體裝置還具有定位於所述第一溝槽的第一末端處的第一電接觸元件，和定位於所述第一溝槽的第二末端處的第二電接觸元件。所述半導體裝置還具有定位於所述第一電接觸件與所述第二電接觸件之間的電介質材料。所述電介質材料界定第二溝槽。所述半導體裝置進一步具有定位於所述第二溝槽內的第三電接觸元件。由本文中所揭示的實施例提供的一個特定優點使得能夠在先前由具有較低電容的電容器佔用的半導體裝置的一位置中產生具有較高電容的電容器。在一個實施例中，移除在第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的具有相對較低介電常數的第一絕緣材料的一區段且利用具有較高介電常數的第二絕緣材料來替換所述區段會產生具有較高電容的電容器，而不增加使用所述電容器的裝置的尺寸，且所述電容器不佔用所述裝置上的額外空間。由本文中所揭示的實施例提供的另一特定優點得自在所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的第二絕緣材料的一層內形成金屬板。在所述第二絕緣材料的所述層內形成所述金屬板會形成一對電容器。所述對電容器包括在所述第一金屬接觸元件與所述金屬板之間的第一電容器，和在所述金屬板與所述第二金屬接觸元件之間的第二電容器。通過並聯耦合所述第一電容器與所述第二電容器，形成具有比所述第一電容器或所述第二電容器大的電容的組合型電容器。由本文中所揭示的實施例所提供的另一特定優點在於可通過應用單一掩模來形成較高電容的電容器。根據本文中所描述的實施例，通過以下方式來形成較高電容的電容器移除第一絕緣材料、沉積第二絕緣材料，和在一些實施例中沉積金屬層以形成金屬板。 僅使用單一掩模來執行這些過程。因此，可在沒有在應用多個掩模中所涉及的時間和成本的情況下形成較高電容的電容器。在審閱本申請案後，本發明的其它方面、優點和特徵將變得顯而易見，本申請案包括以下章節
具體實施方式
和權利要求書。
圖1為掩模的特定說明性實施例的俯視圖，掩模將應用於在半導體裝置上產生增加的密度的電容器，半導體裝置在半導體裝置的層上具有金屬接觸元件和低介電常數絕緣材料；圖2A和圖2B分別為圖1的半導體裝置的俯視圖和側面橫截面圖，已使用圖1的掩模選擇性地移除了半導體裝置上方的光致抗蝕劑材料；圖3為圖2A和圖2B的半導體裝置的側面橫截面圖，從已被移除光致抗蝕劑材料的半導體裝置的一部分移除了低介電常數(低K)材料；圖4為圖3的半導體裝置的側面橫截面圖，已從半導體裝置移除了光致抗蝕劑材料；圖5為圖4的半導體裝置的側面橫截面圖，高介電常數(高K)材料已沉積於半導體裝置上；圖6為圖5的半導體裝置的側面橫截面圖，已從半導體裝置移除了高介電常數材料的未用部分；圖7為圖4的半導體裝置的側面橫截面圖，高介電常數材料沉積於半導體裝置中， 其部分地填充金屬接觸元件之間的溝道；圖8為圖7的半導體裝置的側面橫截面圖，在半導體裝置中金屬沉積於高介電常數材料的層上方；圖9A和圖9B分別為圖8的半導體裝置的側面橫截面圖和俯視圖，已從半導體裝置移除了高介電常數材料層的未用部分和金屬層；圖IOA和圖IOB分別為圖9A到圖9B的半導體裝置的方框圖和示意圖，半導體裝置經電耦合以形成並聯連接的一對電容器；圖11為圖2A和圖2B的半導體裝置的側面橫截面圖，從半導體裝置的一部分移除了低介電常數材料的一部分；圖12為圖11的半導體裝置的側面橫截面圖，高介電常數材料已沉積於半導體裝
置上；圖13A和圖1 分別為圖12的半導體裝置的側面橫截面圖和俯視圖，已從半導體裝置移除了高介電常數材料的未用部分；圖14為在半導體裝置中形成具有增加的電容的電容器的方法的特定說明性實施例的流程圖；圖15為在半導體裝置中形成具有增加的電容的電容器的方法的另一特定說明性實施例的流程圖；以及圖16為用以製造電子裝置的製造工藝的特定說明性實施例的數據流程圖，電子裝置包括高介電常數單層半導體電容器裝置。
具體實施例方式圖1到圖6說明用於在半導體裝置中形成具有較高電容的電容器的方法的特定說明性實施例。圖1為掩模100的特定說明性實施例的俯視圖，掩模100將應用於在半導體裝置110上產生增加的密度的電容器，半導體裝置110具有沉積於半導體裝置110的層上的金屬接觸元件112到118和122到128，以及包括低介電常數(低K)絕緣材料120的第一絕緣材料。金屬接觸元件112到118和122到128以及低介電常數絕緣材料120定位於襯底層與光致抗蝕劑材料層之間的半導體裝置110的當前層上，如參看圖2A和圖2B進一步描述。襯底層可被視為第一層，經顯影的層可被視為第二層，且光致抗蝕劑層可被視為第三層。第一組金屬接觸元件112到118包括將用於存儲裝置中的接觸元件。因此，金屬接觸元件112到118可被視為金屬存儲節點。第二組金屬接觸元件122到1 包括將用於邏輯裝置中的接觸元件。根據在半導體裝置110中形成增加的密度的電容器的特定說明性實施例，工藝是針對於更改圍繞第一組金屬接觸元件112到118的區域，而不改變圍繞第二組金屬接觸元件122到128的區域。為此，掩模100包括兩個開口 102和104。掩模100中的開口 102和104經配置以使得能夠移除在金屬接觸元件112與金屬接觸元件114之間和在金屬接觸元件116與金屬接觸元件118之間的低介電常數絕緣材料120。具體來說，如以下進一步描述，掩模100中的開口 102和104使得能夠暴露定位於半導體裝置110的層上方的光致抗蝕劑層(圖1中未展示)。暴露光致抗蝕劑材料使得能夠蝕刻掉通過移除光致抗蝕劑層而暴露的低介電常數絕緣材料120。如以下進一步描述，移除低介電常數絕緣材料120使得能夠利用一種或一種以上其它材料來替換低介電常數絕緣材料120，以在已被移除低介電常數絕緣材料120的空間中產生具有較高電容的電容器。
圖2A和圖2B分別為圖1的半導體裝置110的俯視圖和側面橫截面圖，已使用圖1 的掩模100選擇性地移除了半導體裝置110上方的光致抗蝕劑材料210。圖1的掩模100 中的開口 102和104使得能夠(例如)通過光刻來暴露光致抗蝕劑材料210，從而在光致抗蝕劑材料210中產生敞開區域230和M0。敞開區域230至少暴露金屬接觸元件112和 114的部分，和在金屬接觸元件112與金屬接觸元件114之間的低介電常數絕緣材料220的暴露部分。敞開區域240至少包括金屬接觸元件116和118的部分，和低介電常數絕緣材料222的暴露部分。如以下將進一步描述，將通過例如蝕刻等工藝移除低介電常數絕緣材料220和222的暴露部分，金屬接觸元件112到118實際上不受所述工藝影響。為了移除低介電常數絕緣材料220和222的暴露部分，因此不需要將金屬接觸元件112到118的部分作為敞開區域230和MO的一部分來暴露。然而，因為可暴露金屬接觸元件112到118 的部分，所以掩蔽工藝可具足夠耐受性以準許暴露金屬接觸元件112到118的部分，因此允許掩蔽工藝中的某種不精確性。然而，應注意，掩蔽工藝可足夠精確以便僅允許暴露金屬接觸元件112到118的部分，使得光致抗蝕劑材料繼續覆蓋低介電常數絕緣材料120，其將不會被移除來作為如目前所揭示的工藝的特定實施例的一部分。圖2B為沿著圖2A的區段250所取得的半導體裝置110的側面橫截面圖。半導體裝置Iio的側面橫截面圖展示光致抗蝕劑材料210中的敞開區域240在金屬接觸元件116 和118的部分和低介電常數絕緣材料222的暴露部分上方。光致抗蝕劑材料210中的敞開區域240準許(例如)通過蝕刻來移除低介電常數絕緣材料222的暴露部分，而光致抗蝕劑材料210繼續覆蓋低介電常數絕緣材料120的其它部分且保護所述其它部分不被移除。 為了參考，第一金屬接觸元件116和第二金屬接觸元件118可被視為形成於半導體裝置110 的第二層四2中，第二層292處於相對於襯底的表面(例如蝕刻終止層260或位於同一位置的另一層)的第一層四0與包括光致抗蝕劑層210的層294之間。在半導體裝置110的側面橫截面圖中，應注意，包括金屬接觸元件112到118和 122到128以及低介電常數絕緣材料120的先前所描述的元件為半導體裝置110的一層的一部分，所述層駐留於光致抗蝕劑材料210與半導體裝置110的另一層之間。根據本發明的方法的特定說明性實施例，與光致抗蝕劑材料210相對的層可包括蝕刻終止層沈0，蝕刻終止層260包含耐蝕刻的材料以防止對當前層的蝕刻影響下伏層270。或者，如參看圖11 所描述，可省略蝕刻終止層沈0。下伏層270或蝕刻終止層260可表示上面沉積有金屬接觸元件112到118和122到128以及低介電常數絕緣材料120的襯底。圖3為半導體裝置110的側面橫截面圖，其展示在圖2A到圖2B的低介電常數絕緣材料222的暴露部分經移除以形成溝道310的情況下的半導體裝置110。溝道310是由第一金屬接觸元件的第一表面216、第二金屬接觸元件118的第二表面218和與光致抗蝕劑層相對的層(例如由蝕刻終止層260呈現)的表面320界定。圖4為半導體裝置110的側面橫截面圖，其展示已在形成溝道310之後移除的光致抗蝕劑材料210的剩餘部分。一旦已在需要時蝕刻半導體裝置110的部分(例如溝道 310)，便不再需要光致抗蝕劑材料210來保護半導體110的部分，且因此，光致抗蝕劑材料 210不再是必要的。圖5為側面橫截面圖，其展示在將包括高介電常數(高K)絕緣材料510的第二絕緣材料沉積於半導體裝置110上之後的半導體裝置110。高介電常數絕緣材料510的沉積使用高介電常數絕緣材料520的區段來填充圖3到圖4的溝道310。在溝道內，高介電常數絕緣材料520的區段具有等於或超過當前所配置的第二層的厚度MO的層厚度530。圖6為側面橫截面圖，其展示根據如目前所揭示的方法的特定說明性實施例而形成的所得半導體裝置600。所得半導體裝置600通過以下操作生產使用平坦化工藝以移除沉積於半導體裝置110上的高介電常數絕緣材料510，除了填充圖3到圖4的溝道310的高介電常數絕緣材料520的區段之外。半導體裝置600的特徵為具有較高電容且因此具有較長保持時間的電容器，所述電容器包括金屬接觸元件116、高介電常數絕緣材料520的區段，和金屬接觸元件118。較高電容的裝置通過以下操作形成使用單一掩模以選擇性地移除低介電常數絕緣材料的一部分，從而使得能夠沉積高介電常數絕緣材料以形成具有較高電容的電容器。圖7到圖9B說明用於在半導體裝置中形成具有較高電容的電容器的目前所揭示的方法的另一特定說明性實施例的步驟。所描述的方法具有與先前關於圖1到圖6所描述的方法的步驟相同的初始步驟。具體來說，圖7到圖9B的方法還始於選擇性地移除低介電常數絕緣材料的一部分，如參看圖1到圖4所描述。因此，在一方法的此第二特定說明性實施例中，圖7可被視為在半導體裝置110中形成溝道310 (如圖4所示)之後繼續所述方法。圖7為側面橫截面圖，其展示在將高介電常數絕緣材料710沉積於半導體裝置110 上之後的半導體裝置110。然而，與圖5的高介電常數絕緣材料510的沉積相比，高介電常數絕緣材料710的沉積經配置以將高介電常數材料720的層沉積於溝道310內，而非填充溝道310(如在圖5的實例中)。換句話說，沉積於溝道內的高介電常數材料720的所得層的厚度730小於當前所配置的第二層的層厚度740。圖8為側面橫截面圖，其展示在將金屬材料810沉積於高介電常數材料710的層上方之後的半導體裝置110。金屬材料810的沉積經配置以沉積金屬820的區段以填充溝道310的剩餘部分。圖9A為側面橫截面圖，其展示根據如目前所揭示的方法的特定說明性實施例而形成的所得半導體裝置900。所得半導體裝置900是通過以下操作生產使用平坦化工藝以移除沉積於半導體裝置110上的高介電常數絕緣材料710和金屬810，除了填充圖3到圖4 的溝道310的高介電常數絕緣材料720的層和金屬820的區段之外。如以下將參看圖IOA 到圖IOB所描述，將金屬820引入於高介電常數絕緣材料720的層中會提供一對電容器，所述對電容器可並聯耦合以產生具有高電容的電容器。圖9B為展示所得半導體裝置900的俯視圖，其中圖9A的側面橫截面圖為沿著區段950的視圖。如圖9B所示，先前形成的溝道310現在用金屬來填充，以便在金屬接觸元件116與金屬接觸元件118之間產生金屬板820，金屬板820被囊封於高介電常數絕緣材料 720的層中。在使用相同工藝的情況下，可得到多個類似構造，例如在金屬接觸元件112與金屬接觸元件114之間的金屬板822，金屬板822被囊封於高介電常數絕緣材料722的層中。圖IOA和圖IOB分別為圖9A到圖9B的半導體裝置的方框圖和示意圖，半導體裝置經電耦合以形成並聯連接的一對電容器。圖IOA為圖9A的側面橫截面圖的一部分，其展示環繞高介電常數絕緣材料720的層的金屬接觸元件116和118，以及金屬板820。第一電容器1030包括環繞高介電常數絕緣材料720的層的一部分的金屬接觸元件116和金屬板820。第二電容器1040包括環繞高介電常數絕緣材料720的層的另一部分的金屬板820和金屬接觸元件118。將第一接觸件1020電耦合到金屬接觸元件116和118兩者且將第二接觸件1010電耦合到金屬板820會並聯耦合第一電容器1030和第二電容器1040，如由圖 IOB的示意圖所表示。將電容器並聯耦合於兩個接觸件之間具有如下效應組合兩個接觸件之間的電容器中的每一者的電容以形成增強型電容器1050，其中第一接觸件1020為增強型電容器的第一電容器接觸件，且其中第二接觸件1010為增強型電容器的第二電容器接觸件。因此，如所展示來連接圖IOA的電容器會使電容器1030和1040的電容值相加以得到增強型電容器1050的電容。假定電容器1030和1040的電容值大致相等，則組合電容器1030和1040的電容值會大致單獨地使電容器1030和1040中的任一者的電容值加倍。因此，圖9A到圖9B的半導體裝置900的特徵為具有較高電容且因此具有較長保持時間的電容器，所述電容器包括金屬接觸元件116、高介電常數絕緣材料720的層、金屬接觸元件118，和金屬板820。較高電容的裝置是通過以下操作形成使用單一掩模以選擇性地移除低介電常數絕緣材料的一部分，從而使得能夠沉積高介電常數絕緣材料和金屬材料以形成兩個電容器，所述兩個電容器可並聯耦合以形成具有較高電容的電容器。圖11到圖13B說明用於在半導體裝置中形成具有較高電容的電容器的目前所揭示的方法的另一特定說明性實施例的步驟。所描述的方法具有與先前關於圖1到圖6所描述的方法的步驟相同的初始步驟。然而，與如圖4所說明的方法(其中移除了在金屬接觸元件116與金屬接觸元件118之間的低介電常數絕緣材料222的所有暴露區段)相比，使低介電常數絕緣材料222的一些暴露部分留在適當地方，如圖11所示。因此，低介電常數絕緣材料1116的層形成於第一金屬接觸元件116的第一表面216上，且低介電常數絕緣材料1118的另一層形成於第二金屬接觸元件118的第二表面218上。低介電常數絕緣材料 1116和1118的層以及與以前由光致抗蝕劑層佔用的位置相對的層的表面1120界定溝道 1120。舉例來說，與圖4的半導體裝置相比，圖11的半導體裝置1102不包括如在圖4中所包括的蝕刻終止層260。而是，用於正被修改的層中的金屬接觸元件116和118以及低介電常數絕緣材料120直接沉積於半導體裝置1102的相鄰層1104上。如果使用乾式蝕刻或另外注意不移除需要被留在適當地方的材料，則可在無蝕刻終止層260的情況下執行所述工藝。圖12為半導體裝置1202的側面橫截面圖，高介電常數材料1210已沉積於半導體裝置1202上。高介電常數材料1210經沉積以使用高介電常數絕緣材料1220的區段來填充圖11的溝道1110。圖13A為側面橫截面圖，其展示根據如目前所揭示的方法的特定說明性實施例而形成的所得半導體裝置1300。所得半導體裝置1300是通過以下操作產生使用平坦化工藝以移除高介電常數絕緣材料1210，除了填充溝道1110的高介電常數絕緣材料1220的區段之外。插入高介電常數絕緣材料1220的區段會增加形成於金屬接觸元件116與金屬接觸元件118之間的電容器的電容且因此增加其保持時間。圖13B為展示所得半導體裝置1300的俯視圖，其中圖13A的側面橫截面圖為沿著區段1350的視圖。如圖1 所示，圖11的先前形成的溝道1110現在用在金屬接觸元件 116與金屬接觸元件118之間的高介電常數絕緣材料1220的區段1120來填充。
圖14為在半導體裝置中形成具有增加的電容的電容器的方法的特定說明性實施例的流程圖1400。在1402處，移除定位於第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料的區段以形成溝道。在1404處，將第二絕緣材料沉積於第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的溝道中。第一金屬接觸元件116與第二金屬接觸元件118之間的溝道中的高介電常數絕緣材料分別在溝道310和1110中形成層520、720和1120，如參看圖5、圖7和圖12所描述。 如先前所描述，高介電常數絕緣材料具有比低介電常數絕緣材料120高的介電常數。通過蝕刻低介電常數絕緣材料222的區段而移除低介電常數絕緣材料，如參看圖2A到圖2B、圖 3和圖11所描述。第一金屬接觸元件116和第二金屬接觸元件118可被視為形成於半導體裝置的第二層中，所述第二層處於相對於襯底的表面的第一層四0與光致抗蝕劑層210之間，如參看圖2B、圖3和圖4所描述。第一層290可包括蝕刻終止層，如參看圖3所描述。在第一金屬接觸元件116與第二金屬接觸元件118之間暴露低介電常數絕緣材料 222的一區段，如參看圖1到圖3所描述。暴露在第一金屬接觸元件116與第二金屬接觸元件118之間的低介電常數絕緣材料的部分包含敞開光致抗蝕劑層210的在第一金屬接觸元件116與第二金屬接觸元件118之間的低介電常數絕緣材料222的所述區段上延伸的一部分，如參看圖2A到圖2B所描述。還如先前參看圖2A到圖2B所描述，可在第一金屬接觸元件116和第二金屬接觸元件118中的至少一者的一區段上敞開光致抗蝕劑層210的額外部分。暴露低介電常數絕緣材料222的部分包括應用掩模100以界定將在光刻工藝期間移除的光致抗蝕劑層210的部分，如參看圖1到圖3所描述。將移除的低介電常數絕緣材料222的區段可包括在第一金屬接觸元件116與第二金屬接觸元件118之間的大體上所有低介電常數絕緣材料222，如參看圖3所描述。高介電常數絕緣材料可覆蓋第一金屬接觸元件116與第二金屬接觸元件118之間的第一層，如參看圖5所描述。高介電常數絕緣材料520可具有至少等於第二層四2的層厚度540的厚度530，如參看圖2和圖5所描述。或者，高介電常數絕緣材料520可具有小於第二層四2的層厚度740的厚度730，如參看圖2 和圖7所描述。可沉積金屬810以在高介電常數絕緣材料710的層上方形成金屬層820，如參看圖7所描述。移除低介電常數絕緣材料222可留下分別覆蓋第一金屬接觸元件116和第二金屬接觸元件118的第一絕緣材料1116和1118的層，如參看圖11所描述。如先前參看圖1所描述，第一金屬接觸元件116可被視為包含第一金屬存儲節點，且第二金屬接觸元件118可被視為包含第二金屬存儲節點。圖15為在半導體裝置中形成具有增加的電容的電容器的方法的另一特定說明性實施例的流程圖。在1502處，敞開光致抗蝕劑層的一部分，以暴露第一金屬接觸元件的第一部分、第二金屬接觸元件的第二部分，和第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料。在1504處，蝕刻掉定位於第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料的至少一部分，以在第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間產生溝道。在 1506處，沉積第二絕緣材料，以在第一金屬接觸元件上、在第二金屬接觸元件上且在第一溝道中形成第二絕緣材料的層，其中第二絕緣材料的層不完全填充溝道。在1508處，將金屬沉積於第一溝道中以形成金屬板。
可執行平坦化工藝以移除多餘材料，包括高介電常數絕緣材料710的多餘部分和金屬810的多餘部分，如參看圖7、圖8和圖9A所描述。沉積於第一溝道中的金屬820形成金屬板，其中通過高介電常數絕緣材料720的層而與金屬板820分離的第一金屬接觸元件116包含第一電容器1030，且通過高介電常數絕緣材料720的層而與金屬板820分離的第二金屬接觸元件118包含第二電容器1040，如參看圖9和圖IOA所描述。將第一電容器 1030與第二電容器1040並聯電耦合會形成增強型電容器1050，如參看圖IOA到圖IOB所描述。具體來說，將第一電容器1030與第二電容器1040並聯電耦合包含將第一金屬接觸元件116電耦合到第二金屬接觸元件118以形成增強型電容器1050的第一接觸件1020，且金屬板820包含增強型電容器1050的第二接觸件1010，如參看圖IOA所描述。以上所揭示的裝置和功能性可經設計且配置為存儲於計算機可讀媒體上的計算機文件(例如，RTL、⑶SII、GERBER，等等)。可將一些或所有此些文件提供到基於此些文件來製造裝置的製造處置者。所得產品包括半導體晶片，所述半導體晶片隨後被切割為半導體裸片且被封裝到半導體晶片中。晶片隨後用於以上所描述的裝置中。圖16描繪電子裝置製造工藝1600的特定說明性實施例。在製造過程1600中(例如)在研究計算機1606處接收物理裝置信息1602。物理裝置信息1602可包括表示半導體裝置的至少一個物理性質的設計信息，所述半導體裝置例如為根據圖1到圖6所形成的較高電容的裝置、根據圖7到圖9B所形成的具有較高電容的電容器、圖IOA到圖IOB中所描繪的電容器結構、根據圖11到圖1 所形成的具有較高電容的電容器、根據圖14的方法或圖15的方法所形成的電容器，或其任何組合。舉例來說， 物理裝置信息1602可包括物理參數、材料特性和結構信息，其經由耦合到研究計算機1606 的用戶接口 1604而鍵入。研究計算機1606包括耦合到例如存儲器1610的計算機可讀媒體的處理器1608，例如一個或一個以上處理核心。存儲器1610可存儲計算機可讀指令，計算機可讀指令可執行以致使處理器1608轉換物理裝置信息1602，以遵照文件格式且產生庫文件1612。在一特定實施例中，庫文件1612包括至少一個數據文件，其包括經轉換的設計信息。舉例來說，庫文件1612可包括半導體裝置的庫，所述半導體裝置包括高介電常數單層半導體電容器裝置，例如為根據圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B、 圖14的方法、圖15的方法或其任何組合而形成的裝置，所述庫經提供以與電子設計自動化 (EDA)工具1620 一起使用。可結合EDA工具1620而在設計計算機1614處使用庫文件1612，設計計算機1614 包括耦合到存儲器1618的處理器1616，例如一個或一個以上處理核心。EDA工具1620可作為處理器可執行指令而存儲於存儲器1618處，以使設計計算機1614的用戶能夠設計包括庫文件1612的高介電常數單層半導體電容器裝置的電路，所述高介電常數單層半導體電容器裝置例如為根據圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B、圖14的方法、圖15的方法或其任何組合而形成的裝置。舉例來說，設計計算機1614的用戶可經由耦合到設計計算機1614的用戶接口 16M而鍵入電路設計信息1622。電路設計信息1622可包括表示半導體裝置的至少一個物理性質的設計信息，所述半導體裝置例如為根據圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B、圖14的方法、圖15的方法或其任何組合而形成的裝置。為了說明，電路設計性質可包括特定電路和與電路設計中的其它元件的關
13系的識別、定位信息、特徵尺寸信息、互連信息，或表示半導體裝置的物理性質的其它信息。設計計算機1614可經配置以轉換包括電路設計信息1622的設計信息以遵照文件格式。為了說明，文件構成可包括資料庫二進位文件格式，其表示平面幾何形狀、文本標記， 和呈例如圖形數據系統(GDSII)文件格式等階層格式的關於電路布局的其它信息。設計計算機1614可經配置以產生包括經轉換的設計信息的數據文件，例如⑶SII文件1626，除了其它電路或信息以外，GDSII文件16 還包括描述高介電常數單層半導體電容器裝置的信息，所述高介電常數單層半導體電容器裝置例如為根據圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B、圖14的方法、圖15的方法或其任何組合而形成的裝置。為了說明， 數據文件可包括對應於晶片上系統(SOC)的信息，所述SOC包括圖6中所描繪的電容器且還包括在所述SOC內的額外電子電路和組件。可在製造過程16 處接收⑶SII文件1626，以根據⑶SII文件16 中的經轉換信息來製造圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B中所描繪、(例如)通過併入圖14的方法、圖15的方法或其任何組合的電容器裝置。舉例來說，裝置製造過程可包括將⑶SII文件16 提供到掩模製造商1630以產生例如將用於光刻處理的掩模的一個或一個以上掩模，所述掩模經說明為代表性掩模1632。可在製造過程期間使用掩模1632以產生一個或一個以上晶片1634，所述一個或一個以上晶片1634可經測試且分離成例如代表性裸片1636的裸片。裸片1636包括電路，所述電路包括圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA 到圖10B、圖11到圖13B中所描繪、(例如)併入圖14的方法、圖15的方法或其任何組合的電容器裝置。可將裸片1636提供到封裝過程1638，其中將裸片1636併入到代表性封裝1640 中。舉例來說，封裝1640可包括單一裸片1636或多個裸片，例如系統級封裝(SiP)布置。封裝1640可經配置以符合一個或一個以上標準或規格，例如電子裝置工程設計聯合會 (JEDEC)標準。關於封裝1640的信息可(例如)經由存儲於計算機1646處的組件庫而分布到各種產品設計者。計算機1646可包括耦合到存儲器1650的處理器1648，例如一個或一個以上處理核心。印刷電路板(PCB)工具可作為處理器可執行指令而存儲於存儲器1650處，以處理經由用戶接口 1644而從計算機1646的用戶接收的PCB設計信息1642。PCB設計信息 1642可包括電路板上的經封裝半導體裝置的物理定位信息，經封裝半導體裝置對應於封裝 1640，封裝1640包括圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B中所描繪或根據圖14的方法、圖15的方法或其任何組合而形成的電容器裝置。計算機1646可經配置以轉換PCB設計信息1642以產生數據文件，例如具有包括以下各者的GERBER文件1652 電路板上的經封裝半導體裝置的物理定位信息，以及例如跡線和通路等電連接件的布局，其中經封裝半導體裝置對應於封裝1640，封裝1640包括圖1 到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B中所描繪或根據圖14的方法、圖15的方法或其任何組合而形成的電容器裝置。在其它實施例中，通過經轉換的PCB設計信息而產生的數據文件可具有不同於GERBER格式的格式。GERBER文件1652可在板組裝過程16M處被接收且用以產生根據存儲於GERBER 文件1652內的設計信息而製造的PCB，例如代表性PCB 1656。舉例來說，可將GERBER文件 1652上載到用於執行PCB生產過程的各種步驟的一個或一個以上機器。PCB 1656可填入
14有包括封裝1640的電子組件以形成所表示的印刷電路組合件(PCA) 1658。PCA 1658可在產品製造過程1660處被接納且集成到例如第一代表性電子裝置 1662和第二代表性電子裝置1664的一個或一個以上電子裝置中。作為一說明性、非限制實例，第一代表性電子裝置1662、第二代表性電子裝置1664或此兩者可選自機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理(PDA)、固定位置數據單元和計算機的群組。作為另一說明性、非限制實例，電子裝置1662和1664中的一者或一者以上可為遠程單元，例如行動電話、手持式個人通信系統(PCQ單元、例如個人數據助理的可攜式數據單元、具備全球定位系統(GPQ功能的裝置、導航裝置、例如儀表讀取設備的固定位置數據單元，或存儲或檢索數據或計算機指令的任何其它裝置，或其任何組合。雖然圖 16可說明根據本發明的教示的遠程單元，但本發明不限於這些示範性說明的單元。本發明的實施例可合適地用於任何裝置中，所述裝置包括用於測試和表徵的包括存儲器的有源集成電路和晶片上電路。因此，圖1到圖6、圖7到圖9B、圖IOA到圖10B、圖11到圖13B中所描繪、(例如) 併入圖14的方法、圖15的方法或其任何組合的電容器裝置可被製造、處理且併入到電子裝置中，如說明性過程1600中所描述。關於圖1到圖15所揭示的實施例的一個或一個以上方面可包括於(例如)庫文件1612、⑶SII文件16 和GERBER文件1652內的各種處理階段處，以及存儲於研究計算機1606的存儲器1610、設計計算機1614的存儲器1618、計算機1646的存儲器1650、用於(例如)板組裝過程16M處的各種階段處的一個或一個以上其它計算機或處理器(未圖示)的存儲器處；併入到例如掩模1632、裸片1636、封裝1640、 PCA 1658、例如原型電路或裝置(未圖示)的其它產品等一個或一個以上其它物理實施例中；或其任何組合。雖然描繪從物理裝置設計到最終產品的各種代表性生產階段，但在其它實施例中，可使用較少階段或可包括額外階段。類似地，過程1600可由單一實體執行，或由執行過程1600的各種階段的一個或一個以上實體執行。提供對所揭示的實施例的先前描述以使所屬領域的技術人員能夠製造或使用所揭示的實施例。在不脫離本發明的範圍的情況下，所屬領域的技術人員將容易明白對這些實施例的各種修改，且可將本文中所界定的原理應用於其它實施例。因此，本發明無意限於本文中所展示的實施例，而是將賦予本發明與如由所附權利要求書所界定的原理和新穎特徵一致的最廣的可能範圍。
權利要求
1.一種形成電容器的方法，其包含移除定位於第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料的一區段以形成一溝道；以及將第二絕緣材料沉積於所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述溝道中。
2.根據權利要求1所述的方法，其中將所述第二絕緣材料沉積於所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述溝道中會在所述溝道中形成所述第二絕緣材料的層。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二絕緣材料具有大於所述第一絕緣材料的第一介電常數值的第二介電常數值。
4.根據權利要求1所述的方法，其中移除所述第一絕緣材料的所述區段包含蝕刻所述第一絕緣材料。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一金屬接觸元件和所述第二金屬接觸元件形成於半導體裝置的第二層中，所述第二層處於相對於襯底的表面的第一層與光致抗蝕劑層之間。
6.根據權利要求5所述的方法，其進一步包含暴露在所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述第一絕緣材料的一區域。
7.根據權利要求6所述的方法，其中暴露所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述區域包含敞開所述光致抗蝕劑層的在所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述第一絕緣材料的所述區段上延伸的一部分。
8.根據權利要求7所述的方法，其進一步包含敞開所述光致抗蝕劑層區域的在所述第一金屬接觸元件和所述第二金屬接觸元件中的至少一者的一部分上的額外部分。
9.根據權利要求6所述的方法，其中暴露所述第一絕緣材料的所述區域包括應用掩模以界定將在光刻工藝期間移除的所述光致抗蝕劑層的所述部分。
10.根據權利要求5所述的方法，其中所述第一層包含蝕刻終止層。
11.根據權利要求5所述的方法，其中所述第一絕緣材料的所述區段包括在所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的大體上所有所述第一絕緣材料。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述第二絕緣材料覆蓋所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述第一層。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述第二絕緣材料具有至少等於所述第二層的層厚度的厚度。
14.根據權利要求11所述的方法，其中所述第二絕緣材料具有小於所述第二層的層厚度的厚度。
15.根據權利要求14所述的方法，其進一步包含沉積金屬以在所述第二絕緣層上方形成金屬層。
16.根據權利要求1所述的方法，其中移除所述第一絕緣材料的所述區段留下覆蓋所述第一金屬接觸元件和所述第二金屬接觸元件的所述第一絕緣材料的層。
17.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一金屬接觸元件包含第一金屬存儲節點， 且所述第二金屬接觸元件包含第二金屬存儲節點。
18.一種形成電容器的方法，其包含敞開光致抗蝕劑層的一部分，以暴露第一金屬接觸元件的第一部分、第二金屬接觸元件的第二部分，和所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料；蝕刻掉定位於所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述第一絕緣材料的至少一部分，以在所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間產生一溝道；沉積第二絕緣材料，以在所述第一金屬接觸元件上、在所述第二金屬接觸元件上且在第一溝道中形成第二絕緣材料的層，其中所述第二絕緣材料的所述層不完全填充所述溝道；以及將金屬沉積於所述第一溝道中。
19.根據權利要求18所述的方法，其進一步包含執行平坦化工藝以移除在所述溝道外部延伸的多餘材料，其中所述多餘材料包含所述第二絕緣材料和所述金屬層中的至少一者ο
20.根據權利要求18所述的方法，其中沉積於所述第一溝道中的所述金屬形成金屬板，其中通過第二絕緣材料的所述層而與所述金屬板分離的所述第一金屬接觸元件包含第一電容器，且其中通過所述第二絕緣材料的所述層而與所述金屬板分離的所述第二金屬接觸元件包含第二電容器。
21.根據權利要求20所述的方法，其進一步包含將所述第一電容器與所述第二電容器並聯電耦合以形成增強型電容器。
22.根據權利要求21所述的方法，其中將所述第一電容器與所述第二電容器並聯電耦合包含將所述第一金屬接觸元件電耦合到所述第二金屬接觸元件以形成所述增強型電容器的第一接觸件，且所述金屬板包含所述增強型電容器的第二接觸件。
23.一種設備，其包含 半導體裝置，其包含電介質層，其界定第一溝槽；第一電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第一末端處； 第二電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第二末端處；電介質材料，其定位於所述第一電接觸件與所述第二電接觸件之間，所述電介質材料界定第二溝槽；以及第三電接觸元件，其定位於所述第二溝槽內。
24.根據權利要求23所述的設備，其中所述電介質材料包含高介電常數絕緣材料，且其中所述電介質層包含低介電常數絕緣材料。
25.根據權利要求23所述的設備，其中所述第一電接觸元件和所述第三電接觸元件形成第一電容器，且其中所述第二電接觸元件和所述第三電接觸元件形成第二電容器。
26.根據權利要求23所述的設備，其中所述半導體裝置集成於至少一個半導體裸片中。
27.根據權利要求23所述的設備，其進一步包含所述半導體裝置集成到其中的裝置， 所述裝置選自由機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理(PDA)、固定位置數據單元和計算機組成的群組。
28.一種設備，其包含用於存儲電荷的第一裝置，所述第一裝置定位於電介質層的第一溝槽的第一末端處； 用於存儲電荷的第二裝置，所述第二裝置定位於所述第一溝槽的第二末端處； 用於使所述第一裝置與所述第二裝置電隔離的隔離裝置，所述隔離裝置包括第二溝槽；以及用於存儲電荷的第三裝置，所述第三裝置定位於所述第二溝槽內。
29.根據權利要求觀所述的設備，其中所述第一裝置、第二裝置、第三裝置和隔離裝置集成於至少一個半導體裸片中。
30.根據權利要求觀所述的設備，其進一步包含所述第一裝置、第二裝置、第三裝置和隔離裝置集成到其中的裝置，所述裝置選自由機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、 導航裝置、通信裝置、個人數字助理(PDA)、固定位置數據單元和計算機組成的群組。
31.一種形成電容器的方法，其包含移除步驟，其用於移除定位於第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料的一區段以形成一溝道；以及沉積步驟，其用於將第二絕緣材料沉積於所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述溝道中。
32.根據權利要求31所述的方法，其中所述沉積步驟在所述溝道中形成所述第二絕緣材料的層。
33.根據權利要求31所述的方法，其中所述第二絕緣材料具有大於所述第一絕緣材料的第一介電常數值的第二介電常數值。
34.一種方法，其包含接收表示半導體裝置的至少一個物理性質的設計信息，所述半導體裝置包括 電介質層，其界定第一溝槽；第一電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第一末端處； 第二電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第二末端處；電介質材料，其定位於所述第一電接觸件與所述第二電接觸件之間，所述電介質材料界定第二溝槽；以及第三電接觸元件，其定位於所述第二溝槽內； 轉換所述設計信息以遵照一文件格式；以及產生包括所述經轉換的設計信息的數據文件。
35.根據權利要求34所述的方法，其中所述數據文件包括於半導體裝置的庫中。
36.根據權利要求35所述的方法，其進一步包含提供半導體裝置的所述庫以與電子設計自動化工具一起使用。
37.根據權利要求34所述的方法，其中所述文件格式包括GDSII格式。
38.根據權利要求37所述的方法，其進一步包含根據來自所述數據文件的所述經轉換的設計信息來製造所述半導體電容器裝置。
39.一種方法，其包含接收包括對應於半導體裝置的設計信息的數據文件；以及根據所述設計信息來製造所述半導體裝置，其中所述半導體裝置包括電介質層，其界定第一溝槽；第一電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第一末端處； 第二電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第二末端處；電介質材料，其定位於所述第一電接觸件與所述第二電接觸件之間，所述電介質材料界定第二溝槽；以及第三電接觸元件，其定位於所述第二溝槽內。
40.根據權利要求39所述的方法，其中所述數據文件包括GDSII格式。
41.一種方法，其包含接收包括電路板上的經封裝半導體裝置的物理定位信息的設計信息，所述經封裝半導體裝置包括一半導體結構，所述半導體結構包含 電介質層，其界定第一溝槽；第一電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第一末端處； 第二電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第二末端處；電介質材料，其定位於所述第一電接觸件與所述第二電接觸件之間，所述電介質材料界定第二溝槽；以及第三電接觸元件，其定位於所述第二溝槽內；以及轉換所述設計信息以產生數據文件。
42.根據權利要求41所述的方法，其中所述數據文件具有GERBER格式。
43.一種方法，其包含接收包括設計信息的數據文件，所述設計信息包括電路板上的經封裝半導體裝置的物理定位信息；以及根據所述設計信息來製造經配置以接納所述經封裝半導體裝置的所述電路板，其中所述經封裝半導體裝置包括一半導體電容器結構，所述半導體電容器結構包含 電介質層，其界定第一溝槽；第一電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第一末端處； 第二電接觸元件，其定位於所述第一溝槽的第二末端處；電介質材料，其定位於所述第一電接觸件與所述第二電接觸件之間，所述電介質材料界定第二溝槽；以及第三電接觸元件，其定位於所述第二溝槽內。
44.根據權利要求43所述的方法，其中所述數據文件具有GERBER格式。
45.根據權利要求43所述的方法，其進一步包含將所述電路板集成到一裝置中，所述裝置選自由機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理(PDA)、固定位置數據單元和計算機組成的群組。
全文摘要
本發明揭示半導體裝置中的具有增加的電容的電容器的方法和裝置。在一特定實施例中，揭示一種形成電容器的方法。移除在第一金屬接觸元件與第二金屬接觸元件之間的第一絕緣材料的一區段以形成一溝道。將第二絕緣材料沉積於所述第一金屬接觸元件與所述第二金屬接觸元件之間的所述溝道中。
文檔編號H01L27/108GK102341910SQ201080010983
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月16日 優先權日2009年3月17日
發明者徐鍾元, 武·泰格·康, 金鄭海 申請人:高通股份有限公司