形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器及方法技术

实施例包含制造具有多个金属接触件的金属‑铁电金属电容器的结构和方法。实施例可包含：第一金属条带，设置在衬底上且在第一方向上延伸；铁电毯覆层，设置在第一金属条带上；第二金属条带，设置在铁电毯覆层上且在不同于第一方向的第二方向上延伸；以及多个金属接触件，设置在第一金属条带与第二金属条带之间且位于第一金属条带与第二金属条带的相交区内。

【技术实现步骤摘要】
形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器及方法
本专利技术实施例涉及形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器及其制造方法。
技术介绍
铁电电容器为基于铁电(ferroelectric；FE)材料的电容器。相反，传统电容器是基于介电材料。铁电器件在数字电子件中用作铁电RAM的一部分，或在模拟电子件中用作可调谐电容器(变容器)。铁电电容器具有非易失性存储单元所需的两个特性，也就是说，其具有对应于数字存储器中的两个二进制级的两种稳定状态，且其无需电力即可维持其状态。尽管类似特性存在于核心存储器的铁磁性核心中，但铁电电容器切换较快且其也可在单一VLSI芯片上制造。在存储器应用中，通过施加电场来读取铁电电容器的存储值。测量将存储单元翻转到相对状态所需的电荷量，且显示所述单元的先前状态。这意味着读取操作破坏存储单元状态且必须紧接着进行对应的写入操作以回写位。这使其类似于铁氧体核心存储器。
技术实现思路
在一些实施例中，一种形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属(MFM)电容器，包括：底部金属接触件，设置在衬底上且在第一方向上延伸；铁电毯覆层，设置在所述底部金属接触件上；交错结构，设置在所述铁电毯覆层上且在不同于所述第一方向的第二方向上延伸；以及多个中间金属接触件的阵列，设置在所述底部金属接触件与所述交错结构之间且位于所述底部金属接触件与所述交错结构的相交区内。在一些实施例中，一种形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属(MFM)电容器结构，包括：底部金属接触件，设置在衬底上且在第一方向上延伸；铁电毯覆层，设置在所述底部金属接触件上；交错结构，设置在所述铁电毯覆层上，其中所述交错结构为晶格，所述晶格具有在所述第一方向上延伸的金属部分和在不同于所述第一方向的第二方向上延伸的金属部分；钝化层，设置于在所述第一方向上延伸的所述金属部分与在所述第二方向上延伸的所述金属部分之间；以及中间金属接触件的多个阵列，设置在所述底部金属接触件与所述交错结构之间，其中所述中间金属接触件的每一阵列位于所述底部金属接触件与所述交错结构的相应相交区内。在一些实施例中，一种在半导体管芯上制造铁电金属-铁电金属(MFM)电容器的方法，包括：在衬底上方沉积第一钝化层；图案化所述第一钝化层，以在所述第一钝化层中形成沟槽；在所述第一钝化层上方且在图案化沟槽中沉积底部金属接触材料；执行化学机械抛光工艺，以平坦化所述底部金属接触材料和所述第一钝化层，从而形成所述底部金属接触件和所述第一钝化层的共面顶表面；在所述底部金属接触层和所述第一钝化层上方沉积铁电毯覆层；在所述铁电毯覆层上方沉积中间金属接触层；在所述中间金属接触层上方沉积第一预蚀刻层和第二预蚀刻层；执行离子束蚀刻工艺，以形成多个中间金属接触件的阵列；在所述多个中间金属接触件的所述阵列和所述铁电毯覆层上方沉积第二钝化层；执行化学机械抛光工艺，以平坦化所述第二钝化层和所述多个中间金属接触件的所述阵列，从而形成所述多个中间金属接触件和所述第二钝化层的共面顶表面；在所述第二钝化层和所述第一钝化层上方沉积金属交错结构层；图案化所述金属交错结构层，以在所述金属交错结构层中形成具有空腔的金属交错结构，从而暴露出所述第二钝化层；在所述金属交错结构和所述第二钝化层上方沉积第三钝化层；以及执行化学机械抛光工艺，以平坦化所述第三钝化层和所述金属交错结构，从而形成所述金属交错结构和所述第三钝化层的共面顶表面。附图说明结合附图阅读以下详细描述会最好地理解本公开的各方面。应注意，根据业界中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，出于论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。图1A为穿过图1B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中形成底部金属接触层104的步骤。图1B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中形成底部金属接触层104的步骤的自上而下的透视图。图2A为穿过图2B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积铁电(FE)毯覆层106的步骤。图2B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积FE毯覆层106的步骤的自上而下的透视图。图3A为穿过图3B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积中间金属接触层108L的步骤。图3B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积中间金属接触层108L的步骤的自上而下的透视图。图4A为穿过图4B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积预蚀刻层的步骤。图4B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积预蚀刻层的步骤的自上而下的透视图。图5A为穿过图5B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积光刻胶层114的步骤。图5B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积光刻胶层114的步骤的自上而下的透视图。图6A为穿过图6B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中蚀刻硬掩模部分112的步骤。图6B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中蚀刻硬掩模部分112的步骤的自上而下的透视图。图7A为穿过图7B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中蚀刻硬掩模部分110的步骤。图7B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中蚀刻硬掩模部分110的步骤的自上而下的透视图。图8A为穿过图8B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中执行离子束蚀刻的步骤。图8B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中执行离子束蚀刻的步骤的自上而下的透视图。图9A为穿过图9B的竖直平面AA'的第一示例性结构的竖直横截面图，示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积第二钝化层116的步骤。图9B为示出根据本公开的一些实施例的用于制造MFM电容器的方法中的在半导体管芯10中沉积第二钝化层116的步骤的自上而下的透视图。图10A为穿过图10B的竖直平面AA'的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中，包括：/n底部金属接触件，设置在衬底上且在第一方向上延伸；/n铁电毯覆层，设置在所述底部金属接触件上；/n交错结构，设置在所述铁电毯覆层上且在不同于所述第一方向的第二方向上延伸；以及/n多个中间金属接触件的阵列，设置在所述底部金属接触件与所述交错结构之间且位于所述底部金属接触件与所述交错结构的相交区内。/n

【技术特征摘要】
20200529 US 63/031,732;20210405 US 17/222,1931.一种形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中，包括：
底部金属接触件，设置在衬底上且在第一方向上延伸；
铁电毯覆层，设置在所述底部金属接触件上；
交错结构，设置在所述铁电毯覆层上且在不同于所述第一方向的第二方向上延伸；以及
多个中间金属接触件的阵列，设置在所述底部金属接触件与所述交错结构之间且位于所述底部金属接触件与所述交错结构的相交区内。


2.根据权利要求1所述的形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中所述多个中间金属接触件的所述阵列内的每一中间金属接触件具有50纳米至80纳米的宽度。


3.根据权利要求1所述的形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，
其中所述交错结构包括形成金属交错结构的多个金属条带，
其中所述金属交错结构包含在所述第一方向上延伸的一或多个金属条带，以及
其中所述一或多个金属条带与第二金属条带接触以形成晶格。


4.根据权利要求1所述的形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中所述多个中间金属接触件的所述阵列是使用离子束蚀刻来形成。


5.根据权利要求3所述的形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中所述第二金属条带为具有第三金属条带的交错结构的一部分，所述第三金属条带在与所述第一方向相同的方向上延伸。


6.根据权利要求1所述的形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中所述相交区为800纳米乘800纳米的区域。


7.根据权利要求1所述的形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中所述铁电毯覆层由氧化铪锆、氧化铪铝、氧化铪镧(HfLaO)、氧化铪铈、氧化铪、氧化铪钆或氧化铪硅中的一种制成。


8.根据权利要求1所述的形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器，其中所述底部金属接触件和所述交错结构由氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钨(W)、钌(Ru)或铝(Al)中的一种制成，且其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕俊颉，马礼修，马可·范·达尔，张志宇，杨世海，林佑明，乔治奥斯·韦理安尼堤斯，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71