高密度線性電容器的制造方法
【專利說明】高密度線性電容器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本公開要求于2013年11月20日提交的題為“HIGH DENSITY LINEAR CAPACITOR(高密度線性電容器)”的美國臨時專利申請N0.61/906,834的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過援引全部明確納入于此。
【背景技術(shù)】
[0003]領(lǐng)域
[0004]本公開的諸方面涉及半導(dǎo)體器件，并且尤其涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的電容器。
【背景技術(shù)】
[0005]
[0006]在混頻信號/射頻(RF)電路中，期望具有增大的密度的線性電容器以減少面積?？墒褂媒饘匐娙萜?，諸如旋轉(zhuǎn)式金屬-氧化物-金屬(RTMOM)和叉指金屬-氧化物-金屬(FMOM)。然而，其密度比非線性的金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)電容器低得多。
[0007]概述
[0008]一種用于制造電容器結(jié)構(gòu)的方法包括在半導(dǎo)體基板上制造多晶硅結(jié)構(gòu)。該方法進一步包括在半導(dǎo)體基板上制造Ml至擴散(MD)互連。多晶硅結(jié)構(gòu)被置于具有MD互連的交織式布局中。該方法還包括選擇性地連接MD互連的交織式布局和/或多晶硅結(jié)構(gòu)作為電容器結(jié)構(gòu)。
[0009]—種電容器結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基板上的多晶硅結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)還包括半導(dǎo)體基板上的Ml至擴散(MD)互連。多晶硅結(jié)構(gòu)被置于具有MD互連的交織式布局中。MD互連和/或多晶硅結(jié)構(gòu)被選擇性地在交織式布局中連接作為電容器結(jié)構(gòu)。
[0010]—種電容器結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基板上的多晶硅結(jié)構(gòu)。該電容器結(jié)構(gòu)包括用于將導(dǎo)電層互連至半導(dǎo)體基板上的氧化物擴散區(qū)域的裝置。多晶硅結(jié)構(gòu)被置于具有互連裝置的交織式布局中。多晶硅結(jié)構(gòu)和/或互連裝置被選擇性地在交織式布局中連接作為電容器結(jié)構(gòu)。
[0011]這已較寬泛地勾勒出本公開的特征和技術(shù)優(yōu)勢以便下面的詳細描述可以被更好地理解。本公開的附加特征和優(yōu)點將在下文描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該領(lǐng)會，本公開可容易地被用作修改或設(shè)計用于實施與本公開相同的目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認識到，這樣的等效構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求中所闡述的本公開的教導(dǎo)。被認為是本公開的特性的新穎特征在其組織和操作方法兩方面連同進一步的目的和優(yōu)點在結(jié)合附圖來考慮以下描述時將被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用于解說和描述目的，且無意作為對本公開的限定的定義。
[0012]附圖簡述
[0013]為了更全面地理解本公開，現(xiàn)在結(jié)合附圖參閱以下描述。
[0014]圖1解說了根據(jù)本公開的一方面的FinFET結(jié)構(gòu)。
[0015]圖2解說了根據(jù)本公開的一方面的電容器結(jié)構(gòu)。
[0016]圖3解說了根據(jù)本公開的另一方面的電容器結(jié)構(gòu)。
[0017]圖4是解說根據(jù)本公開的一方面的用于制造電容器結(jié)構(gòu)的方法的過程流程圖。
[0018]圖5是示出其中可有利地采用本公開的配置的示例性無線通信系統(tǒng)的框圖。
[0019]圖6是解說根據(jù)一種配置的用于半導(dǎo)體組件的電路、布局、以及邏輯設(shè)計的設(shè)計工作站的框圖。
[0020]詳細描述
[0021]以下結(jié)合附圖闡述的詳細描述旨在作為各種配置的描述，而無意表示可實踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細描述包括具體細節(jié)以便提供對各種概念的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，沒有這些具體細節(jié)也可實踐這些概念。在一些實例中，以框圖形式示出眾所周知的結(jié)構(gòu)和組件以避免煙沒此類概念。如本文所述的，術(shù)語“和/或”的使用旨在代表“可兼性或”，而術(shù)語“或”的使用旨在代表“排他性或”。
[0022]電容器是在集成電路中用于存儲電荷的無源元件。通常使用板之間具有絕緣材料的導(dǎo)電板或?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)來制造電容器。給定電容器的存儲量或電容量取決于用于制造板和絕緣體的材料、板的面積、以及板之間的間距。絕緣材料通常是電介質(zhì)材料。
[0023]電容器能消耗半導(dǎo)體芯片上的大面積，因為許多設(shè)計在芯片的基板上放置電容器。該辦法占據(jù)大量的基板面積，這減少了有源器件的可用面積。另一辦法是創(chuàng)建垂直結(jié)構(gòu)，這可被稱為垂直平行板(VPP)電容器。VPP電容器結(jié)構(gòu)可通過在芯片上堆疊金屬層來創(chuàng)建。然而，VPP結(jié)構(gòu)具有較低的電容存儲，或較低的“密度”，因為這些結(jié)構(gòu)不存儲大量的電荷?；ミB和通孔層導(dǎo)電跡線在尺寸上是非常小的。VPP結(jié)構(gòu)中的互連和通孔層導(dǎo)電跡線之間的間距由設(shè)計規(guī)則來限制，這通常導(dǎo)致大面積以達成此類結(jié)構(gòu)的某個期望電容。盡管被描述為“垂直”，但這些結(jié)構(gòu)可使用半導(dǎo)體制造工藝而處于基本上垂直于基板表面的任何方向上，或在基本上不平行于基板的其他角度。
[0024]半導(dǎo)體制造工藝通常被分為三個部分:前端制程(FEOL)、中間制程(MOL)和后端制程(BE0L)。前端制程工藝包括晶片制備、隔離、阱形成、柵極圖案化、間隔物、和摻雜植入。中間制程包括柵極和端子觸點形成。然而，中間制程的柵極和端子觸點形成是制造流程的日益具有挑戰(zhàn)性的部分，特別是對于光刻圖案化來說。后端制程包括形成互連和電介質(zhì)層以用于耦合至FEOL器件。這些互連可使用通過等離子體增強型化學(xué)氣相沉積(PECVD)所沉積的層間電介質(zhì)(ILD)材料、用雙鑲嵌工藝來制造。
[0025 ]最近，用于電路系統(tǒng)的互連級的數(shù)量已經(jīng)由于現(xiàn)在在現(xiàn)代微處理器中互連的大量晶體管而顯著增加。用于支持增加數(shù)量的晶體管的互連級的增加數(shù)量涉及更復(fù)雜的中間制程以執(zhí)行柵極和端子觸點形成。
[0026]具體地，光刻的進步已經(jīng)將集成電路芯片上的線間距減小至小于二十(20)納米。使用這些減小的線間距增加了用于電容的可用面積，因為相同材料體積中可放置更多的電荷存儲線。進一步，如本公開的一個方面中所述，使用中間制程互連結(jié)構(gòu)允許改善的電容器結(jié)構(gòu)。
[0027]如本文所述，中間制程互連層可指代用于將集成電路的第一導(dǎo)電層(例如，金屬I(Ml))連接至氧化物擴散(OD)層以及用于將集成電路的Ml連接至有源器件的導(dǎo)電互連。用于將集成電路的Ml連接至OD層的中間制程互連層可被稱為“MD1”和“MD2”，本文統(tǒng)稱為“MD互連”。用于將集成電路的Ml連接至多晶硅柵極的中間制程互連層可被稱為“MP”或“MP互連”。
[0028]本公開的一個方面描述了用于使用FinET技術(shù)來構(gòu)造線性電容器的方法。在一種配置中，通過使用Ml至擴散(MD)互連和多晶硅結(jié)構(gòu)兩者來增加線性電容器的電容密度。本公開的一個方面描述了在MD互連之間具有浮置的多晶硅結(jié)構(gòu)的MD-MD電容器。該MD-MD電容器具有比RTM0M/FM0M結(jié)構(gòu)更高的密度，并且還可具有更高的電壓容限和Q因子。本公開的另一方面描述了可具有甚至比本公開的MD-MD電容器更高密度、但可能具有較低的電壓容限和較低的Q因子的MD-多晶硅電容器。本公開的這些方面在布局設(shè)計約束內(nèi)利用MD互連和多晶硅結(jié)構(gòu)，而同時滿足針對減小的線間距(〈20納米)的較高密度規(guī)范。
[0029]在本公開中，術(shù)語多晶硅旨在描述任何類型的柵極材料，包括H1-K電介質(zhì)金屬柵極，以及任何其他導(dǎo)電柵極。在參照柵極時使用“多晶娃”以易于解釋。
[0030]圖1解說了根據(jù)本公開的一方面的FinFET結(jié)構(gòu)。FinFET結(jié)構(gòu)100包括基板102和氧化物擴散(OD) 104的有源區(qū)域。在基板上，金屬至擴散(MD)互連106可以是OD 104上的第一導(dǎo)電(例如，金屬、多晶硅、或其他導(dǎo)電)層。另外，淺溝槽隔離(STI)層110上的MD互連108通過FinFET結(jié)構(gòu)110的其他層中的蝕刻區(qū)域來沉積。MD互連106和108可以是鎢(W)、銅(Cu)、或其他導(dǎo)電金屬。多晶硅結(jié)構(gòu)(P01) 112還可被沉積在STI層110上，如圖1中所示。通過控制MD互連106、108和多晶硅結(jié)構(gòu)112上的電壓，電路被控制。通孔或觸點(VO) 114實現(xiàn)對多晶硅結(jié)構(gòu)112和MD互連106、108的訪問。
[0031]圖2解說了根據(jù)本公開的一方面的電容器結(jié)構(gòu)200JD互連108在STI層110上，并與多晶硅結(jié)構(gòu)112交織。第一導(dǎo)電層202(例如，Ml)通過通孔/觸點VO 114被耦合至MD互連108。第一導(dǎo)電層202可使用每隔一個導(dǎo)電層連接作為電容器端子204和206地來耦合，或者可用期望創(chuàng)建電容器結(jié)構(gòu)200的任何方式來耦合。電容器端子204和206是電容器結(jié)構(gòu)200的端子。
[0032]MD互連108之間的多晶硅結(jié)構(gòu)112提供附加相對介電常