JP2013539915A - 改善された信頼性のためにフローティング導電性プレートを備える3dビア・コンデンサ - Google Patents
改善された信頼性のためにフローティング導電性プレートを備える3dビア・コンデンサ Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】コンデンサは、基板の上に絶縁層を含む。絶縁層は、側壁および底部を有するビアを有する。第1の電極が、ビアの側壁と、底部の少なくとも一部とに重なる。第1のhigh−k誘電体材料層が、第1の電極に重なる。第1の導電性プレートが、第1のhigh−k誘電体材料層上にある。第2のhigh−k誘電体材料層が、第1の導電性プレートに重なり、ビアの残りの部分は未充填のままにする。第2の電極が、ビアの残りの部分に形成される。第1の導電性プレートは、第1の電極に対して実質的に平行であり、第1および第2の電極に接触していない。上記の3Dビア・コンデンサの配列も提供される。
【選択図】図14
Description
Claims (32)
- 基板の上の絶縁層であって、側壁および底部を有するビアを含む、前記絶縁層と、
前記ビアの前記側壁と、前記底部の少なくとも一部とに重なる第1の電極と、
前記第1の電極に重なる第1のhigh−k誘電体材料層と、
前記第1のhigh−k誘電体材料層上の第1の導電性プレートと、
前記第1の導電性プレートに重なり、前記ビアの残りの部分は未充填のままにするよう形成された第2のhigh−k誘電体材料層と、
前記ビアの前記残りの部分に形成された第2の電極であって、前記第1の導電性プレートは、前記第1の電極に対して実質的に平行であり、前記第1および第2の電極に接触していない、前記第2の電極と、
を含むコンデンサ。 - 前記第2のhigh−k誘電体材料層と、前記第2の電極との間に、第2の導電性プレートおよび第3のhigh−k誘電体材料層をさらに含み、前記第2の導電性プレートは、前記第1の電極に対して実質的に平行であり、前記第1および第2の電極ならびに前記第1の導電性プレートに接触していない、請求項1に記載のコンデンサ。
- 前記基板と、前記絶縁層との間の下部相互接続レベルであって、中に埋め込まれた第1の導電性機構を有する第1の誘電体層を含む、前記下部相互接続レベルと、
前記絶縁層の上方にある上部相互接続レベルであって、中に埋め込まれた第2の導電性機構を有する第2の誘電体層を含む、前記上部相互接続レベルであって、前記第1の電極は、前記第2の導電性機構に接触し、前記第2の電極は、前記第1の導電性機構に接触している、前記上部相互接続レベルと、
をさらに含む、請求項1に記載のコンデンサ。 - 前記ビアは、前記第1の導電性機構の一部まで延在するビア・ガウジングを有し、前記ビア・ガウジングは、前記第2の電極の材料で充填されている、請求項3に記載のコンデンサ。
- 前記下部相互接続レベルと、前記絶縁層との間に位置する第1の誘電被覆層をさらに含む、請求項3に記載のコンデンサ。
- 前記上部相互接続レベルと、前記第2の電極との間に位置する第2の誘電被覆層をさらに含む、請求項3に記載のコンデンサ。
- 前記上部相互接続レベルと、前記絶縁層との間に位置するハードマスク層をさらに含む、請求項3に記載のコンデンサ。
- 前記第1の電極と、前記絶縁層との間に位置する障壁ライナ層をさらに含む、請求項1に記載のコンデンサ。
- 前記第1の電極は、前記基板に対して実質的に垂直な第1の部分と、前記基板に対して実質的に平行な第2の部分とを有する、請求項1に記載のコンデンサ。
- 前記第1の部分の高さの、前記第2の部分の長さに対する比は、2倍より大きい、請求項9に記載のコンデンサ。
- 前記第1の電極は、Ta、Ru、Co、Pt、W、Rh、Ir、Au、AlもしくはTiまたは前述の材料のうちの2つ以上の合金を含む、請求項1に記載のコンデンサ。
- 前記第1および第2のhigh−k誘電体材料層は、同じ誘電体材料から形成され、前記誘電体材料は、酸化物−窒化物−酸化物、SiO2、TaO5、PSiNx、Si3N4、SiON、SiC、TaO2、ZrO2、HfO2、HfSiO2もしくはAl2O3または前述の材料のうちの2つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
- 前記誘電体材料は、5〜60の範囲の誘電率を有する、請求項12に記載のコンデンサ。
- 前記第2の電極は、Cu、Al、W、Ru、Rh、IrもしくはCoまたは前述の材料のうちの2つ以上を含む合金を含む、請求項1に記載のコンデンサ。
- 前記第1の導電性プレートは、Ta、Ru、Co、Pt、W、Rh、Ir、Au、AlもしくはTiまたは前述の材料のうちの2つ以上の合金を含む、請求項1に記載のコンデンサ。
- 請求項3に記載の第1のコンデンサを有する第1のチップの上に結合された第2のチップであって、請求項3に記載の第2のコンデンサを有する、前記第2のチップを含む、コンデンサの配列。
- 前記配列は、前記第2のチップの上に結合され第3のコンデンサを有する第3のチップをさらに含み、前記第3のコンデンサは、前記第1および第2のコンデンサと実質的に同じ構造を有し、前記第3のコンデンサの前記第1の導電性機構は、前記第2のコンデンサの前記第2の導電性機構に接触し、前記第3のコンデンサの前記第2の導電性機構は、第2の導体により前記第2のコンデンサの前記第1の導電性機構に接続されている、請求項16に記載の配列。
- コンデンサを形成する方法であって、
中に埋め込まれた第1の導電性機構を有する第1の誘電体層を含む下部相互接続レベルと、前記下部相互接続レベルの上の第1の誘電被覆層と、前記第1の誘電被覆層の上の絶縁層と、前記絶縁層の上にあり上面を有する、パターニングされたハードマスク層とを有する基板を準備するステップであって、前記絶縁層は、前記第1の誘電被覆層の一部まで延在するビアを有し、前記ビアは、側壁および底部を有する、前記ステップと、
前記ビアの前記側壁および前記底部ならびに前記ハードマスク層の前記上面上に第1の電極層を形成するステップと、
前記第1の電極層上に第1のhigh−k誘電体材料層を形成するステップと、
前記第1のhigh−k誘電体材料層上に第1の導電性プレート層を形成するステップと、
前記第1の導電性プレート層の一部、前記第1のhigh−k誘電体材料層の一部、前記第1の電極層の一部、前記第1の誘電被覆層の一部および前記第1の導電性機構の一部を除去することによって、前記ビアの前記底部にビア・ガウジングを形成するステップであって、前記ビア・ガウジングは、側壁および底部を有し、前記第1の導電性機構の一部まで延在する、前記ステップと、
前記第1の導電性プレート層上ならびに前記ビア・ガウジングの前記側壁および前記底部上に、第2のhigh−k誘電体材料層を形成するステップと、
前記ビア・ガウジングの前記底部と、側壁の下部とにある前記第2のhigh−k誘電体材料層を選択的に除去するステップと、
前記ビアおよび前記ビア・ガウジングを第2の電極材料で充填するステップと、
前記ビアの上端に凹部を形成するために、前記第2の電極材料を一部除去するステップと、
前記凹部内に第2の誘電被覆層を形成するステップと、
中に埋め込まれた第2の導電性機構を有する第2の誘電体層を含む上部相互接続レベルを、前記絶縁層上に形成するステップであって、第2の導電性機構は、前記第1の導電性プレート層に接触する、前記ステップと、
を含む方法。 - 前記基板を準備する前記ステップは、
前記下部相互接続レベルを形成するために、前記第1の誘電体層内に前記第1の導電性機構を形成するステップと、
前記下部相互接続レベルの上に前記第1の誘電被覆層を形成するステップと、
前記第1の誘電被覆層の上に前記絶縁層を形成するステップと、
ビア・パターンを有するパターニングされたハードマスク層を前記絶縁層の上に形成するステップと、
前記ビア・パターンを、前記絶縁層と、前記第1の誘電被覆層の一部とに転写するステップと、
を含む、請求項18に記載の方法。 - 前記第1の電極層を形成する前記ステップより前に、前記ビアの前記側壁および前記底部ならびに前記ハードマスク層の前記上面上に障壁ライナ層を形成するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記ビア・ガウジングを形成する前記ステップは、ガス源を用いた指向性スパッタリングを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記ガス源は、Ar、He、Xe、Ne、Kr、Rn、N2、NH3またはH2を含む、請求項21に記載の方法。
- 前記第1の電極層を形成する前記ステップは、物理気相堆積(PVD)、化学気相堆積(CVD)、プラズマ強化化学気相堆積(PECVD)、原子層堆積(ALD)プロセスまたはプラズマ強化原子層堆積(PEALD)を含む、請求項18に記載の方法。
- 前記第1の電極層は、Ta、Ru、Co、Pt、W、Rh、Ir、Au、Al、Tiまたは前述の材料のうちの2つ以上の合金を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記第1のhigh−k誘電体材料層を形成する前記ステップおよび前記第2のhigh−k誘電体材料層を形成する前記ステップは、化学気相堆積(CVD)、プラズマ強化化学気相堆積(PECVD)、原子層堆積(ALD)プロセスまたはプラズマ強化原子層堆積(PEALD)を含む、請求項18に記載の方法。
- 前記第1のhigh−k誘電体材料層および前記第2のhigh−k誘電体材料層は、同じ誘電体材料から形成され、前記誘電体材料は、酸化物−窒化物−酸化物、SiO2、TaO5、PSiNx、Si3N4、SiON、SiC、TaO2、ZrO2、HfO2、Al2O3または前述の材料のうちの2つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記第1の導電性プレート層を形成する前記ステップは、物理気相堆積(PVD)、化学気相堆積(CVD)、プラズマ強化化学気相堆積(PECVD)、原子層堆積(ALD)プロセスまたはプラズマ強化原子層堆積(PEALD)を含む、請求項18に記載の方法。
- 前記第1の導電性プレート層は、Ta、Ru、Co、Pt、W、Rh、Ir、Au、Al、Tiまたは前述の材料のうちの2つ以上の合金を含む、請求項27に記載の方法。
- 前記ビアおよび前記ビア・ガウジングを前記第2の電極材料で充填する前記ステップは、化学気相堆積(CVD)、プラズマ強化化学気相堆積(PECVD)、スパッタリング、化学溶液堆積またはめっきを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記第2の電極材料は、Cu、Al、W、Ru、Rh、Ir、Coまたは前述の材料のうちの2つ以上を含む合金を含む、請求項29に記載の方法。
- 前記第2の電極材料を一部除去する前記ステップは、ウェット・エッチング・プロセスを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記ウェット・エッチング・プロセスは、HF、HCl、H2SO4または前述の材料のうちの2つ以上の任意の組み合わせを含む薬品を使用して実行される、請求項31に記載の方法。
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