用於抑制鐵電電容器器件中的接觸插頭中的氧化的裝置和方法
2023-07-19 03:38:06
專利名稱：用於抑制鐵電電容器器件中的接觸插頭中的氧化的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及用於抑制例如鐵電電容器器件中的接觸插頭的氧化的方法和系統。
背景技術：
在傳統的電容器上插頭(COP)器件中，常常將接觸插頭用作多級互連方案中的金屬導線之間的垂直互連件。在使用氧化物反應離子蝕刻(RIE)處理接觸窗(CW)孔口期間，氧氣形成在覆蓋電容器的原矽酸四乙酯(TEOS)硬模中。銥(Ir)基屏障(barrier)常常設置在底部電極(BE)和TEOS基板之間，以阻止氧氣擴散到插頭時造成損壞。然而，蝕刻工藝的TEOS殘留物(「柵欄(fence)」)可在底部電極的RIE處理期間形成。在接觸窗孔RIE處理期間，這些柵欄允許氧氣從TEOS硬模擴散到插頭。氧氣與插頭的材料(例如，多晶矽或鎢)反應，對插頭結構造成功能損壞，特別是造成接觸變差。
避免所述插頭氧化問題的一種方法是進行底部電極RIE處理，使得沒有允許氧氣擴散的柵欄形成。然而，這難以在底部電極RIE處理期間覆蓋底部電極的硬模具有陡的錐角的典型工藝中獲得。
避免此插頭氧化問題的另一方法是在TEOS柵欄形成後去除它們。然而，這是艱難而複雜的工藝。
鑑於上述傳統工藝和裝置的上述問題，需要一種用於在電容器的製造期間抑制插頭氧化的方法。
發明內容
在一般的意義上，本發明提出用於製造例如鐵電電容器等器件的方法，其中在形成所述器件後形成與插頭的接觸。這被認為是特別有利的，因為可以避免或減少處理期間氧化對插頭的損壞。並且，有鑑於此，不需要包括在基板和底部電極之間的厚的單層或多層氧屏障(barrier)。在一般的意義上，本發明也提出電絕緣層位於基板和底部電極之間，這可充分抵抗氧擴散，從而保護插頭。由於所述層是電絕緣的，從而通過所述層形成孔，並且通過底部電極和插頭之間的孔形成電接觸。絕緣層阻擋圍繞底部電極的側的氧擴散路徑的至少一些。
根據本發明的第一方面，提供了一種用於製造器件的方法，包括以下步驟形成基板；形成穿過所述基板的接觸插頭；在所述基板上形成電絕緣層；在所述電絕緣層上形成第一電極；在所述第一電極上形成介電層；在所述介電層上形成第二電極；以及通過所述電絕緣層使所述第一電極電連接至所述插頭。
根據本發明的第二方面，提供了一種根據上面定義的方法形成的器件。
根據本發明的第三方面，提供了一種根據上面定義的方法的鐵電電容器器件。
根據本發明的第四方面，提供了一種包括根據上面定義的方法形成的一個或多個器件的隨機存取存儲器器件。
根據本發明的第五方面，提供了一種器件，包括基板；穿過所述基板的接觸插頭；在所述基板上形成的電絕緣層；在所述電絕緣層上形成的第一電極，所述第一電極通過所述電絕緣層電連接至所述插頭；在所述第一電極上形成的介電層；以及在所述介電層上形成的第二電極。
僅為了例示目的，現在將參看附圖描述本發明的優選特性，其中在附圖中圖1a是根據本發明的一個實施例的第一形成階段中的電容器的示意性截面圖；圖1b是根據本發明的一個實施例的第二形成階段中的電容器的示意性截面圖；圖1c是根據本發明的一個實施例的第三形成階段中的電容器的示意性截面圖；圖2a是根據本發明的一個實施例的在形成與底部電極接觸的第一階段中的電容器的示意性截面圖；圖2b是根據本發明的一個實施例的在形成與底部電極接觸的第二階段中的電容器的示意性截面圖；圖3是根據本發明的一個實施例的在最終製造階段中的電容器的示意性截面圖，其中示出密封劑(encapsulant)和蓋。
具體實施例方式
傳統的鐵電電容器包括由例如PZT等材料製成的鐵電層，具有高於和低於所述層的電極。在電極的圖案化期間使用例如TEOS等多種硬模層，並且添加了密封劑層和蓋層，以保護所形成的電容器。
附圖示出根據本發明的優選實施例的例如鐵電電容器等器件的多個處理階段，形成圖3的處理過的器件。
圖1a示出用於抑制插頭4的氧化的裝置2的製造工藝中的第一階段，其中插頭4穿過基板5形成。電絕緣材料形成的層6沉積在基板5的表面上，在所述層6上沉積底部電極材料8。下一應用的層是介電層10，例如PZT等鐵電材料形成的層，在所述介電層10上沉積頂部電極12。絕緣層6優選抗氧擴散，以防止氧氣透入基板5。
圖1b示出製造工藝的下一階段，包括例如根據可作為層應用於頂部電極12的硬模(未示出)對頂部電極12和鐵電材料10進行RIE(reactive ionetch，反應離子蝕刻)。RIE工藝也用於將所述材料分成具有公共的底部電極8的單獨的電容器14、16。為了進行保護，接著應用封裝的多個層18(例如，兩個層)。
圖1c示出其中硬模20應用於封裝層18上的底部電極8的製造工藝中的另一階段。接著根據硬模20蝕刻底部電極8，並且將多個蓋層22(例如，兩個層)沉積在電容器14、16上。
圖2a示出在底部電極8和插頭4之間形成接觸的第一階段，包括沉積間層電介質24、使間層電介質24平坦化、和在分離的電容器14、16之間打開從間層電介質24的頂部延伸到插頭4的接觸窗26。
圖2b示出形成插頭4和底部電極8之間的接觸的最後階段，其中接觸襯墊28設置在接觸窗26中，以覆蓋限定接觸窗26的周緣壁。接著用接觸金屬30填充接觸窗26，以形成底部電極8和插頭4之間的接觸。接著，深腐蝕插在接觸窗26中的接觸金屬30和襯墊28，以僅留下底部電極8和插頭4之間的金屬接觸區。
圖3示出在裝置2的製造中的最後階段。第一步驟是在從沉積在基板5的表面上的絕緣層6延伸到覆蓋頂部電極12的第一蓋層32的單獨的電容器14、16上沉積另一蓋層32。接著在另一蓋層32上沉積另一間層介電層34。接著例如通過化學金屬拋光(CMP)使間層介電層34平坦化。用於每個電容器14、16的接觸窗36穿過另一間層電介質34、蓋層32和22、硬模20、封裝層18，並且進入頂部電極12形成。
根據上述說明，將看到，連接至底部電極8的插頭4在RIE工藝期間被保護。當延伸到頂部電極12的接觸窗36形成時，從底部電極8到插頭4的接觸由蓋層32和間層電介質34保護，從而氧氣不能損壞插頭4。當底部電極8被蝕刻時，在電容器14、16上存在一個或多個封裝層18，用於進一步防止插頭4氧化。並且，當至頂部電極12的接觸窗36形成時，底部電極8及其接觸由間層介電層覆蓋，進一步防止插頭4氧化(氧化作用)。
根據本發明的系統和方法在舉例來說用作鐵電隨機存取存儲器的器件的製造中是特別有用的。
應指出，在本說明書中可互換地使用了術語氧化作用(oxidation)和氧化(oxidization)。
可對上述本發明的實施例做出多種修改。例如，可添加其它材料和方法步驟，或用其它材料和方法步驟代替上述材料和方法步驟。因此，儘管上面已經使用具體實施例描述了本發明，但對於本領域的技術人員來說顯然的是，在權利要求書的範圍內許多修改是可能的，而不偏離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種製造器件的方法，包括以下步驟形成基板；形成穿過所述基板的接觸插頭；在所述基板上形成電絕緣層；在所述電絕緣層上形成第一電極；在所述第一電極上形成介電層；在所述介電層上形成第二電極；以及接著通過電絕緣層使所述第一電極電連接至所述插頭。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述形成電絕緣層的步驟包括形成抗氧擴散的電絕緣層。
3.根據權利要求1所述的方法，進一步包括下述步驟蝕刻所述第二電極和所述介電層，以在將所述第一電極電連接至所述插頭之前將所述器件分成多個具有公共第一電極的器件。
4.根據權利要求3所述的方法，進一步包括在蝕刻所述第二電極和所述介電層的步驟之後在所述第二電極和介電層上形成一個或多個封裝層的步驟。
5.根據權利要求4所述的方法，進一步包括在所述一個或多個封裝層上形成硬模以限定所述第一電極的步驟。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括在形成所述硬模的步驟之後根據所述硬模蝕刻所述第一電極的步驟。
7.根據權利要求6所述的方法，進一步包括在蝕刻所述第一電極的步驟之後在所述硬模上形成一個或多個蓋層的步驟，所述一個或多個蓋層延伸到所述電絕緣層。
8.根據權利要求6所述的方法，進一步包括在所述一個或多個蓋層上形成間層介電層的步驟。
9.根據權利要求8所述的方法，進一步包括使所述間層介電層平面化的步驟。
10.根據權利要求9所述的方法，進一步包括在使間層介電層平面化的步驟後形成至所述第一電極的接觸窗的步驟。
11.根據權利要求10所述的方法，進一步包括在所述接觸窗中沉積接觸襯墊的步驟。
12.根據權利要求11所述的方法，進一步包括在所述接觸窗中沉積所述接觸襯墊的步驟之後在所述接觸窗中沉積金屬嵌件以建立所述第一電極和所述插頭之間的電接觸的步驟。
13.根據權利要求12所述的方法，進一步包括從所述間層電介質到所述第一電極蝕刻所述接觸襯墊和所述金屬嵌件的步驟。
14.根據權利要求13所述的方法，進一步包括在蝕刻所述接觸襯墊和所述金屬嵌件的步驟之後沉積另一蓋層以使所述接觸窗和所述金屬嵌件的表面排成一行(line)的步驟。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包括在沉積所述另一蓋層的步驟之後在所述另一蓋層上施加另一間層介電層的步驟。
16.根據權利要求15所述的方法，進一步包括使所述另一間層介電層平面化的步驟。
17.根據權利要求16所述的方法，進一步包括在使所述另一間層介電層平面化的步驟之後形成至第二電極的一個或多個接觸窗的步驟。
18.根據權利要求1所述的方法，其中所述在所述第一電極上形成介電層的步驟包括在所述第一電極上形成鐵電層。
19.根據權利要求1所述的方法形成的器件。
20.根據權利要求1所述的方法形成的鐵電電容器器件。
21.一種包括根據權利要求1所述的方法形成的一個或多個器件的隨機存取存儲器器件。
22.一種器件，包括基板；穿過所述基板的接觸插頭；在所述基板上形成的電絕緣層；在所述電絕緣層上形成的第一電極，所述第一電極通過所述電絕緣層電連接至所述插頭；在所述第一電極上形成的介電層；以及在所述介電層上形成的第二電極。
23.根據權利要求22所述的器件，進一步包括在所述第二電極上形成的一個或多個封裝層。
24.根據權利要求23所述的器件，進一步包括在所述一個或多個封裝層上形成的硬模。
25.根據權利要求24所述的器件，進一步包括在所述硬模上形成的一個或多個第一蓋層。
26.根據權利要求25所述的器件，進一步包括在所述一個或多個第一蓋層上形成的間層介電層。
27.根據權利要求26所述的器件，進一步包括在所述一個或多個第一蓋層上形成的一個或多個第二蓋層，所述一個或多個第二蓋層延伸到所述接觸插頭。
28.根據權利要求27所述的器件，進一步包括在所述一個或多個第二蓋層上形成的第二間層介電層。
29.根據權利要求28所述的器件，進一步包括從所述第二間層介電層延伸到所述第二電極的一個或多個接觸窗。
30.根據權利要求22所述的器件，其中所述介電層由鐵電材料形成。
全文摘要
鐵電電容器器件及其製造方法，包括形成基板和形成穿過基板的接觸插頭。電絕緣層形成在基板上，且第一電極形成在電絕緣層上。鐵電層形成在第一電極上，且第二電極形成在鐵電層上。接著，第一電極通過電絕緣層電連接至插頭。
文檔編號H01L21/8246GK1875459SQ200480032560
公開日2006年12月6日 申請日期2004年9月9日 優先權日2003年11月3日
發明者連靜宇 申請人:因芬奈昂技術股份有限公司