薄膜電介質(zhì)疊層的制作方法
【專利摘要】一種包含本公開的教導(dǎo)的系統(tǒng)可包括例如通過如下操作形成的制造的薄膜電容器：利用在第一溫度執(zhí)行的第一工藝將第一電介質(zhì)層沉積在第一電極層上；利用第二工藝將第二電介質(zhì)層沉積在第一電介質(zhì)層上，其中，第二工藝針對第二電介質(zhì)層形成隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)；利用在第二溫度執(zhí)行的第三工藝將第三電介質(zhì)層沉積在第二電介質(zhì)層上，其中，第三工藝針對第三電介質(zhì)層形成列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)，其中，第二溫度高于第一溫度；以及將第二電極層沉積在第三電介質(zhì)層上以形成薄膜電容器。還公開了其他實施例。
【專利說明】
薄膜電介質(zhì)疊層
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明總體上涉及一種薄膜電介質(zhì)疊層，更具體地講，涉及用于制造薄膜多層可 調(diào)諧電介質(zhì)疊層的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵電電容器在RF系統(tǒng)中具有各種用途，包括作為電壓可調(diào)諧器件。鐵電電容器的 一些好處是尺寸小，電容的不同值和功能相集成以及成本低。鐵電電容器的應(yīng)用可包括可 調(diào)諧濾波器、壓控振蕩器、可調(diào)諧移相器、可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)、低阻抗電源、在1C鍵合焊盤處對 高頻信號進行去耦等。包括鐵電電容器的集成電路可例如用在用于低功率無線通信的便攜 式電子設(shè)備(例如，蜂窩電話、尋呼機、PDA等）、定向天線系統(tǒng)、高時鐘速率麥克風(fēng)、小型DC至 DC轉(zhuǎn)換器等設(shè)備中。
[0003] 可調(diào)諧鐵電電容器的制造有時可導(dǎo)致不期望的狀況。例如，如圖1中所示，形成在 底部電極上的突起(hillock)可引起缺陷和形變，從而導(dǎo)致電介質(zhì)膜的擊穿電壓減小。作為 圖2中示出的另一示例，豎直枝晶生長(vertical dendrite growth)可在使用期間引起現(xiàn) 場的電容器故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本公開的一個方面，一種用于制造薄膜電容器的方法包括:利用在第一溫度 執(zhí)行的第一工藝將第一電介質(zhì)層沉積在第一電極層上;利用第二工藝將第二電介質(zhì)層沉積 在第一電介質(zhì)層上，其中，第二工藝針對第二電介質(zhì)層形成隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu);利用在第 二溫度執(zhí)行的第三工藝將第三電介質(zhì)層沉積在第二電介質(zhì)層上，其中，第三工藝針對第三 電介質(zhì)層形成列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)，其中，第二溫度高于第一溫度；以及將第二電極層沉積 在第三電介質(zhì)層上以形成薄膜電容器。
[0005] 根據(jù)本公開的另一方面，一種薄膜電容器包括:襯底;在襯底上的第一電極層;在 第一電極層上的第一電介質(zhì)層，其中，第一電介質(zhì)層具有列式取向的晶粒結(jié)構(gòu);在第一電介 質(zhì)層上的第二電介質(zhì)層，其中，第二電介質(zhì)層具有隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu);在第二電介質(zhì)層上 的第三電介質(zhì)層，其中，第三電介質(zhì)層具有列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)；以及在第三電介質(zhì)層上的 第二電極層，其中，第一電介質(zhì)層的平均晶粒大小小于第三電介質(zhì)層的平均晶粒大小。
【附圖說明】
[0006] 現(xiàn)在將參照附圖，附圖不必按比例繪制，其中：
[0007] 圖1示出了具有突起形成的現(xiàn)有技術(shù)鐵電電容器的圖像。
[0008] 圖2示出了具有枝晶形成的現(xiàn)有技術(shù)鐵電電容器的圖像。
[0009] 圖3示出了具有多個電介質(zhì)層的薄膜電容器的示例性實施例。
[0010] 圖4示出了具有多個電介質(zhì)層的薄膜電容器的另一示例性實施例。
[0011] 圖5示出了制造薄膜電容器以減少或消除突起形成和/或枝晶形成和/或改善隨時 間的電介質(zhì)擊穿性能的方法的示例性實施例。
[0012] 圖6示出了具有多個電介質(zhì)層的薄膜電容器的另一示例性實施例。
【具體實施方式】
[0013] 本公開并非排他性地描述了薄膜電容器和制造具有多個堆疊的電介質(zhì)層的薄膜 電容器的方法的說明性實施例。堆疊的電介質(zhì)層提供不同電介質(zhì)層中晶粒結(jié)構(gòu)的變化以減 少或消除枝晶形成，同時在電極界面處保持相同或相似的組成和晶粒結(jié)構(gòu)以減少或消除電 荷俘獲。在一個或多個實施例中，電介質(zhì)層中某一層或某些層的低溫沉積可減少或消除會 導(dǎo)致低擊穿電壓的突起在電極上形成。本文所描述的系統(tǒng)和方法提供了一種復(fù)合高k薄膜 疊層，該復(fù)合高k薄膜疊層改善了薄膜電容器隨時間的電介質(zhì)擊穿性能。通過本公開來描述 其他實施例。代替本文所描述的針對示例性實施例的一個或多個特征和/或處理步驟，或者 除了本文所描述的針對示例性實施例的一個或多個特征和/或處理步驟之外，可利用在美 國專利No. 8，154，850中描述的一個或多個特征和/或處理步驟。該美國專利No. 8，154，850 的公開通過引用完整地合并于此。
[0014] 本公開的一個實施例包括一種用于制造薄膜電容器的方法。該方法包括:利用在 第一溫度執(zhí)行的第一工藝將第一電介質(zhì)層沉積在第一電極層上，并利用第二工藝將第二電 介質(zhì)層沉積在第一電介質(zhì)層上，其中，第二工藝針對第二電介質(zhì)層形成隨機取向的晶粒結(jié) 構(gòu)。該方法包括:利用在第二溫度執(zhí)行的第三工藝將第三電介質(zhì)層沉積在第二電介質(zhì)層上， 其中，第三工藝針對第三電介質(zhì)層形成列式取向（columnar-oriented)的晶粒結(jié)構(gòu)，其中， 第二溫度高于第一溫度。該方法包括:將第二電極層沉積在第三電介質(zhì)層上以形成薄膜電 容器。
[0015] 本公開的一個實施例包括一種方法，該方法包括:經(jīng)由第一工藝，在第一溫度將第 一電介質(zhì)層沉積在第一電極層上，其中，第一溫度被選擇為在突起溫度之下，其中，確定在 突起溫度之上突起形成在第一電極層上。該方法可包括:經(jīng)由第二工藝，將第二電介質(zhì)層沉 積在第一電介質(zhì)層上以針對第二電介質(zhì)層形成隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)。該方法可包括:經(jīng)由 第三工藝，將第三電介質(zhì)層沉積在第二電介質(zhì)層上以針對第三電介質(zhì)層形成列式取向的晶 粒結(jié)構(gòu)。該方法可包括:將第二電極層沉積在第三電介質(zhì)層上以形成薄膜電容器。
[0016] 本公開的一個實施例包括一種薄膜電容器，該薄膜電容器包括襯底、位于襯底上 的第一電極層以及位于第一電極層上的第一電介質(zhì)層，其中，第一電介質(zhì)層具有列式取向 的晶粒結(jié)構(gòu)。該薄膜電容器可包括位于第一電介質(zhì)層上的第二電介質(zhì)層，其中，第二電介質(zhì) 層具有隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)。該薄膜電容器可包括位于第二電介質(zhì)層上的第三電介質(zhì)層， 其中，第三電介質(zhì)層具有列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)。該薄膜電容器可包括位于第三電介質(zhì)層上 的第二電極層，其中，第一電介質(zhì)層的平均晶粒大小小于第三電介質(zhì)層的平均晶粒大小。
[0017] 參照圖3,示出了鐵電電容器300,鐵電電容器300可減少或消除枝晶形成并改善隨 時間的電介質(zhì)擊穿性能，同時還減少或消除沿電極的突起形成并且減少或消除電荷俘獲。 電容器300可包括第一電介質(zhì)層312、第二電介質(zhì)層313和第三電介質(zhì)層316。電介質(zhì)層312、 313、316可彼此直接疊置形成。電介質(zhì)層312、313、316可在電極層314和電極層318之間形 成。
[0018] 第一電介質(zhì)層312可由各種材料形成，其中包括鈦酸鍶鋇(BST)、鉭酸鍶鉍（SBT)、 鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鑭鉛(PLZT)、任何其他鈣鈦礦或燒綠石相鐵電薄膜或者它們的組 合。第一電介質(zhì)層312可通過這樣的工藝和/或材料來形成，其中，所述工藝和/或材料使第 一電介質(zhì)層能夠抑制沿電極層314的表面形成突起。第一電介質(zhì)層312可通過這樣的工藝 和/或材料來形成，其中，所述工藝和/或材料在第一電介質(zhì)層中提供特定晶粒習(xí)性，諸如豎 直取向的列式晶粒結(jié)構(gòu)。
[0019]第二電介質(zhì)層313可由各種材料形成，其中包括851\581'、？21'、？1^1'、任何其他鈣鈦 礦或燒綠石相鐵電薄膜或者它們的組合。第二電介質(zhì)層313可通過這樣的工藝和/或材料來 形成，其中，所述工藝和/或材料抑制枝晶形成和/或扭曲第一層的結(jié)晶柱狀的方向，同時在 電容器的豎直取向的晶粒邊界提供中斷，從而導(dǎo)致電容器隨時間的電介質(zhì)擊穿行為的改 善。在一個實施例中，第二電介質(zhì)層313可通過在第二電介質(zhì)層中提供隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu) 的工藝和/或材料來形成。
[0020] 第三電介質(zhì)層316可由各種材料形成，其中包括851\581'、？21'、？1^1'、任何其他鈣鈦 礦或燒綠石相鐵電薄膜或者它們的組合。第三電介質(zhì)層316可通過這樣的工藝和/或材料來 形成，其中，所述工藝和/或材料在第三電介質(zhì)層中提供列式豎直取向的晶粒結(jié)構(gòu)。第三電 介質(zhì)層316可通過能夠?qū)崿F(xiàn)電容器300的期望介電特性的工藝和/或材料來形成。
[0021] 電極314、318可由各種材料形成，其中包括鉑、鉑合金、與氧化銥結(jié)合的或單獨的 銥、氧化釕或者氧化鍶釕（SR0)、任何金屬或?qū)щ娧趸锘蛘哌@些材料的任何組合。電極 314、318可由其他導(dǎo)電材料形成，其中包括非金屬導(dǎo)電材料。電極314、318可由相同材料形 成或者可由不同材料形成。
[0022] 具有多個電介質(zhì)層312、313、316的電容器結(jié)構(gòu)可形成在襯底320上。襯底320可由 各種材料形成，其中包括硅、氧化鋁(包括釉面的和氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA))、藍寶石、藍寶 石上硅(S0S )、碳化硅、硅酸鎂(包括鎂橄欖石）以及任何其他類型的絕緣、半絕緣或半傳導(dǎo) 材料或者它們的任何組合。還可在電容器300中包括其他層，諸如絕緣層(例如，Si0 2)和/或 密封絕緣層(Si3N4)。
[0023] 在一個實施例中，第一電介質(zhì)層312和第三電介質(zhì)層316可具有相同或相似的晶粒 結(jié)構(gòu)和/或相同或相似的電介質(zhì)組成。電介質(zhì)材料中的空間電荷效應(yīng)可在產(chǎn)品生命周期期 間在偏置下造成電容失控以及在高頻應(yīng)用中造成損耗。當電介質(zhì)組成和/或晶體結(jié)構(gòu)特性 在與電容器的上電極和下電極的界面上不同時，電荷俘獲可更加明顯。在電容器300的電極 界面處使用相同或相似的電介質(zhì)組成和/或相同或相似的晶體特性(例如，列式豎直取向的 晶粒結(jié)構(gòu))可減少或消除電荷俘獲，從而為調(diào)諧周期的充電部分和放電部分提供相同的路 徑。
[0024]在一個實施例中，第一層312、第二層313和第三層316可利用非摻雜的BST和摻雜 的BST配方的組合或者不同鐵電材料的組合以便于減小空間電荷效應(yīng)和/或改善電容器300 的介電特性的溫度依賴性。例如，第一層312和第三層316可使用摻雜的或非摻雜的BST材料 中的一種，而第二電介質(zhì)層313使用摻雜的或非摻雜的BST材料中的另一種。
[0025]在一個實施例中，第一電介質(zhì)層312和/或第二電介質(zhì)層313的厚度可被選擇為使 得其足夠薄而不會不利地影響電容器300的操作，但是足夠厚而能夠如本文所述抑制突起 形成、抑制枝晶形成和/或避免或減少電荷俘獲。例如，第一電介質(zhì)層312和第二電介質(zhì)層 313的組合的整體厚度可小于300/\。在一個實施例中，第一電介質(zhì)層312的厚度可不同于第 二電介質(zhì)層313的厚度。在另一實施例中，第一電介質(zhì)層312和第二電介質(zhì)層313的厚度可以 相同。在又一實施例中，第三電介質(zhì)層316的厚度可以是第一電介質(zhì)層312和第二電介質(zhì)層 313的組合的厚度的至少兩倍。為第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層和第三電介質(zhì)層選擇的厚度 可以基于各種因素，包括:所使用的電介質(zhì)材料、所使用的電極材料、電容器的期望特性、電 容器的期望大小和/或形狀、電容器的操作環(huán)境等。
[0026] 參照圖4,示出了鐵電電容器400,其中，鐵電電容器400包括第一電介質(zhì)層312、第 二電介質(zhì)層313和第三電介質(zhì)層316。如上所述的電介質(zhì)層312、313、316的形成工藝、形成材 料和/或所具有的特定晶粒結(jié)構(gòu)向電容器400提供期望特性，其中包括抑制枝晶形成、抑制 突起形成和/或改善隨時間的電介質(zhì)擊穿性能。電容器400示出了堆疊在一起共享中間電極 318并進一步具有頂部電極418的第一電容器450和第二電容器475。
[0027]電容器400可具有任意數(shù)量的堆疊的均由電介質(zhì)層312、313、316形成的電容器。可 使用堆疊電介質(zhì)層312、313、316的任意數(shù)量的組，并且可實現(xiàn)多種其他連接。在一個實施例 中，分別形成電容器450、475的電介質(zhì)層的組可以相同或相似(例如，具有相同數(shù)量的層，其 中，不同組中的相應(yīng)層具有相同的厚度、材料和/或晶粒結(jié)構(gòu)）。在另一實施例中，電介質(zhì)層 的組可具有相同數(shù)量的層，但是不同組中的相應(yīng)層可具有相同或不同的厚度、材料和/或晶 粒結(jié)構(gòu)。例如，堆疊在一起的不同電容器可具有不同的期望特性，使得形成不同組中的相應(yīng) 層的厚度和/或材料可以不同。在該示例中，每個堆疊的電容器中的第一電介質(zhì)層312和第 三電介質(zhì)層316可具有相同的晶粒結(jié)構(gòu)。在另一實施例中，電介質(zhì)層的組可具有不同數(shù)量的 層，諸如底部電容器具有三個電介質(zhì)層(例如，電介質(zhì)層316沉積在電介質(zhì)層313上，電介質(zhì) 層313沉積在電介質(zhì)層312上），中間電容器具有五個電介質(zhì)層(例如，電介質(zhì)層312沉積在電 介質(zhì)層313上，電介質(zhì)層313沉積在電介質(zhì)層316上，電介質(zhì)層316沉積在電介質(zhì)層313上，電 介質(zhì)層313沉積在電介質(zhì)層312上），頂部電容器具有三個電介質(zhì)層(例如，電介質(zhì)層316沉積 在電介質(zhì)層313上，電介質(zhì)層313沉積在電介質(zhì)層312上）。
[0028] 在一個實施例中，電容器組(例如，電容器450、475)中的每個電容器的制造可以相 同或相似(例如，對于不同組中的各個相應(yīng)層使用相同的工藝）。在另一實施例中，電容器組 中的每個電容器的制造可以不同（例如，對于不同組中的相應(yīng)層使用不同的工藝，諸如在第 一低溫下濺射底部電容器中的第一電介質(zhì)層312,在第二低溫下濺射中間電容器中的第一 電介質(zhì)層312)。使用不同的工藝來制造不同電容器組中的相應(yīng)層可以基于各種因素，包括： 堆疊的不同電容器(例如，電容器450、475)的期望特性。
[0029]圖5示出了用于制造多層電容器結(jié)構(gòu)的示例性方法500。在502,可沉積或以其他方 式形成導(dǎo)電材料的第一電極層314。例如，可將第一電極層314直接沉積到襯底320上，或者 可將第一電極層314沉積到已預(yù)先沉積有絕緣層的襯底上。第一電極層314可由各種材料形 成，其中包括鉑、鉑合金、與氧化銥結(jié)合的或單獨的銥、氧化釕或者SR0、任何金屬或?qū)щ娧?化物或者這些材料的任何組合。
[0030]在504,可在第一電極層314上沉積或以其他方式形成鐵電材料的第一電介質(zhì)層 312。在一個實施例中，可將第一電介質(zhì)層312直接沉積到第一電極層314上。在另一實施例 中，可沉積第一電介質(zhì)層312以覆蓋第一電極層314的整個頂部表面。第一電介質(zhì)層312可由 各種材料形成，其中包括BST、SBT、BZN、PZT、PLZT、任何其他鈣鈦礦或燒綠石相鐵電薄膜或 者它們的組合。
[0031 ]第一電介質(zhì)層312可具有50人和200人之間以及200A和700A之間的厚度。然 而，諸如基于電介質(zhì)材料的類型、所形成電容器的參數(shù)等，對于第一電介質(zhì)層312可利用其 他厚度。在一個實施例中，第一電介質(zhì)層312的厚度可被選擇為使得其足夠薄而不會不利地 影響電容器的操作，但是足夠厚而能夠如本文所述抑制突起形成和/或避免或減少電荷俘 獲。
[0032] 第一電介質(zhì)層312可以是抑制沿第一電極層314的表面形成突起的層。例如，可在 足夠低以防止或減少突起形成的溫度下沉積第一電介質(zhì)層312。在一個實施例中，可針對第 一電極層314確定突起溫度，其中，突起溫度對應(yīng)于在其以上會形成突起(例如，在測試期間 已觀察到突起形成）的溫度。在該實施例中，于是可選擇第一電介質(zhì)層312的沉積溫度在突 起溫度以下。
[0033] 在一個實施例中，可使用能夠形成列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)的工藝(諸如經(jīng)由濺射工 藝)來沉積第一電介質(zhì)層312。在沉積第一電介質(zhì)層312的另一實施例中，與高溫濺射工藝相 比，可在突起溫度以下執(zhí)行濺射處理，從而防止或減少突起形成，同時還減少晶粒生長。在 一個實施例中，第一電介質(zhì)層312可在被直接應(yīng)用到第一電極層時消除并平整第一電極層 314中可能的缺陷和粗糙。
[0034]在506,可在第一電介質(zhì)層312上沉積或以其他方式形成鐵電材料的第二電介質(zhì)層 313。在一個實施例中，可將第二電介質(zhì)層313直接沉積到第一電介質(zhì)層312上。在另一實施 例中，可沉積第二電介質(zhì)層313以覆蓋第一電介質(zhì)層312的整個頂部表面。第二電介質(zhì)層313 可由各種材料形成，其中包括831\581'、821?21'、？1^1'、任何其他鈣鈦礦或燒綠石相鐵電薄 膜或者它們的組合。
[0035] 第二電介質(zhì)層313可具有300A和500人之間以及50:〇A和800A之間的厚度。然 而，諸如基于電介質(zhì)材料的類型、所形成電容器的參數(shù)等，對于第二電介質(zhì)層313可利用其 他厚度。在一個實施例中，第二電介質(zhì)層313的厚度可被選擇為使得其足夠薄而不會不利地 影響電容器的操作，但是足夠厚而能夠抑制枝晶形成和/或改善電容器隨時間的電介質(zhì)擊 穿性能。
[0036] 第二電介質(zhì)層313可以是如下層，該層扭曲電容器的結(jié)晶柱狀的方向，同時在電容 器的豎直取向的晶粒邊界提供中斷，從而導(dǎo)致電容器隨時間的電介質(zhì)擊穿行為的改善。例 如，第二電介質(zhì)層313可利用如下工藝來沉積，所述工藝在第二電介質(zhì)層中形成隨機取向的 晶粒結(jié)構(gòu)。例如，可利用金屬有機沉積(MOD)或化學(xué)溶液沉積(CSD)工藝如旋涂沉積或霧化 沉積來沉積第二電介質(zhì)層313。在一個實施例中，可在諸如400°C或更低的低溫下執(zhí)行第二 電介質(zhì)層313的沉積。在另一實施例中，可使用沉積溫度在突起溫度以下的沉積工藝來沉積 第二電介質(zhì)層313,從而防止或減少突起形成，同時還允許第二電介質(zhì)層中隨機取向的晶粒 結(jié)構(gòu)。
[0037]在一個實施例中，可在沉積第二電介質(zhì)層313之后應(yīng)用熱處理，諸如熱板烘烤、烤 箱烘烤、快速熱處理、真空烘烤(例如，濺射同時原位烘烤)和/或高溫退火。在一個實施例 中，可使用能夠形成隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)的其他工藝來沉積第二電介質(zhì)層313。
[0038]在508,可在第二電介質(zhì)層313上沉積或以其他方式形成鐵電材料的第三電介質(zhì)層 316。在一個實施例中，可將第三電介質(zhì)層316直接沉積到第二電介質(zhì)層313上。在另一實施 例中，可沉積第三電介質(zhì)層316以覆蓋第二電介質(zhì)層313的整個頂部表面。第三電介質(zhì)層316 可由各種材料形成，其中包括BST、SBT、PZT、PLZT、任何其他鈣鈦礦或燒綠石相鐵電薄膜或 者它們的組合。
[0039] 第三電介質(zhì)層316可具有300A和600A之間以及600A和2000A之間的厚度。然 而，諸如基于電介質(zhì)材料的類型、所形成電容器的參數(shù)等，對于第三電介質(zhì)層316可利用其 他厚度。在一個實施例中，第三電介質(zhì)層316的厚度可被選擇為使得其為電容器提供期望參 數(shù)，其中包括可調(diào)諧性、傳導(dǎo)性、電荷保持、晶粒大小等。
[0040] 在一個實施例中，可使用能夠形成列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)的工藝(諸如經(jīng)由濺射工 藝，諸如使用用于等離子體約束的磁控型陰極、利用RF、DC或RF/DC電源進行的濺射)來沉積 第三電介質(zhì)層316。沉積工藝可以是化學(xué)氣相沉積(CVD)或脈沖激光沉積(PLD)工藝。濺射工 藝可以是諸如400°C或更高溫度的高溫濺射。可在反應(yīng)環(huán)境中（諸如在存在包括0 2、N20或氟 離子在內(nèi)的氧化劑時)執(zhí)行濺射。
[0041] 在510,可在第三電介質(zhì)層316上沉積或以其他方式形成導(dǎo)電材料的第二電極層 318。例如，可將第二電極層318直接沉積到第三電介質(zhì)層316上。第二電極層318可由各種材 料形成，其中包括鉑、鉑合金、與氧化銥結(jié)合的或單獨的銥、氧化釕或者SR0、任何金屬或?qū)?電氧化物或者這些材料的任何組合。
[0042]在一個實施例中，第一電介質(zhì)層312和第三電介質(zhì)層316可具有相同或相似的晶粒 結(jié)構(gòu)和/或相同或相似的電介質(zhì)組成。方法500可通過提供具有相同或相似晶粒結(jié)構(gòu)和/或 相同或相似電介質(zhì)組成的第一電介質(zhì)層312和第三電介質(zhì)層316來克服或減少電荷俘獲。在 一個實施例中，可使用相同工藝(例如，相同的濺射工藝)來執(zhí)行第一電介質(zhì)層312和第三電 介質(zhì)層316的沉積，或者可使用針對兩個介質(zhì)層實現(xiàn)相同或相似晶體結(jié)構(gòu)(例如，列式豎直 取向的晶粒結(jié)構(gòu)）的不同工藝（例如，CVD和PLD)來執(zhí)行第一電介質(zhì)層312和第三電介質(zhì)層 316的沉積。
[0043]在一個實施例中，第一電介質(zhì)層312、第二電介質(zhì)層313和第三電介質(zhì)層316可利用 非摻雜的BST和摻雜的BST配方的組合或者不同鐵電材料的組合以便于減小空間電荷效應(yīng) 和/或改善電容器的介電特性的溫度依賴性。例如，第一層312和第三層316可使用摻雜的或 非摻雜的BST材料中的一種，而第二電介質(zhì)層313使用摻雜的或非摻雜的BST材料中的另一 種。
[0044] 在一個實施例中，與第一電介質(zhì)層312的沉積相比，可在更高的溫度下執(zhí)行第三電 介質(zhì)層316的沉積。例如，可在會形成突起的突起溫度之下的第一溫度下濺射第一電介質(zhì)層 312,而在促進第三電介質(zhì)層中晶粒生長的第二溫度下濺射第三電介質(zhì)層316。例如，在第一 電極層314是鉑的情況下，針對鉑電極層的突起溫度可被選擇為600 °C，并且可在600 °C或低 于600°C的第一溫度下濺射第一電介質(zhì)層312。可根據(jù)所使用的材料的類型和所采用的沉積 工藝來選擇其他溫度以減少或消除突起形成。
[0045] 在一個實施例中，第一電介質(zhì)層312的晶粒大小可小于第三電介質(zhì)層316的晶粒大 小，比如第一電介質(zhì)層的平均晶粒大小小于第三電介質(zhì)層的平均晶粒大小。例如，第一電介 質(zhì)層312和第三電介質(zhì)層316之間的晶粒大小的差別可以是所使用的不同沉積溫度的結(jié)果。
[0046] 在512,可重復(fù)之前的電介質(zhì)沉積和電極沉積的步驟以形成任意數(shù)量的堆疊電容 器。
[0047] 在一個實施例中，沉積的電容器層可被構(gòu)圖為臺式結(jié)構(gòu)(mesa structure)。將電 容器層構(gòu)圖為臺式結(jié)構(gòu)可提供對所有電極層和電容器層的訪問以在之后進行互連。
[0048] 在一個實施例中，可將平坦化和/或絕緣層沉積到之前沉積的層的頂部上，比如第 二電極層318之上或者第三電介質(zhì)層316之上。平坦化和/或絕緣層可被蝕刻以在電容器結(jié) 構(gòu)中形成一組通道或過孔。這些蝕刻的過孔可為將要沉積的金屬互連材料提供管道。
[0049] 在一個實施例中，諸如在平坦化和/或絕緣層(如果沉積這些層的話）的沉積和蝕 刻之后，可沉積一個或多個金屬互連層。金屬互連層可創(chuàng)建用于薄膜電容器的電連接。
[0050] 在一個實施例中，電極可以是圖案化電極，并且第一電介質(zhì)層312、第二電介質(zhì)層 313和第三電介質(zhì)層316形成在圖案化電極上。例如，由于襯底上的電極層的構(gòu)圖，電極層 314可僅部分地覆蓋襯底320。在一個實施例中，電介質(zhì)層電極層314仍可完全覆蓋圖案化電 極層。
[00511在一個實施例中，在沉積金屬互連層之后，可在金屬互連層的頂部上沉積保護材 料的附加層(諸如氮化硅涂層），和/或可將金隆起焊盤(gold bump)附接到金屬連接以幫助 保護之前沉積的結(jié)構(gòu)。
[0052]圖6示出了包括兩組堆疊的電介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)600,在該示例中，堆疊的電介質(zhì)層是 電介質(zhì)層312、313、316?？墒褂枚询B電介質(zhì)層312、313、316的任意數(shù)量的組，并且可實現(xiàn)多 種其他連接。在一個實施例中，將具有隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層313沉積在具有列式 取向的晶粒結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層312、316之間。電介質(zhì)層312和電介質(zhì)層316的沉積工藝可以不 同，比如在低于發(fā)生突起形成的溫度的低溫下沉積電介質(zhì)層312,而在高溫下沉積電介質(zhì)層 316。與圖4的電容器400類似，圖6中的堆疊電容器共享中間電極318。
[0053] 在一個實施例中，將一個或多個絕緣層660沉積在襯底320上。絕緣層660可由Si02 和/或Si3N4形成。電介質(zhì)層312、313、316的組和電極層314、318、418被構(gòu)圖以形成臺式結(jié)構(gòu)， 從而便于提供到每個電極層的電連接。
[0054]在一個實施例中，平坦化和絕緣層672 (例如，ILD玻璃層)可被沉積、構(gòu)圖并蝕刻， 以形成過孔674。金屬互連層676可被沉積在平坦化和絕緣層672之上并被沉積到過孔674 中，以提供到電極314、318、418的電連接。在一個實施例中，可沉積氮化物涂層678以保護金 屬互連層676,并且可沉積金隆起焊盤680以提供用于最終封裝的電接觸。
[0055] 在閱讀上述實施例時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚，在不脫離所描述的權(quán)利要求 的范圍的情況下，可以對所述實施例進行修改、簡化或增強。例如，可將附加電介質(zhì)層添加 到疊層，同時配置疊層使得在與電極的界面處存在相同或相似的晶粒結(jié)構(gòu)和/或相同或相 似的電介質(zhì)組成。例如，可形成如下配置的疊層:第一電介質(zhì)層313沉積在第二電介質(zhì)層314 上，第二電介質(zhì)層314沉積在第三電介質(zhì)層316上，第三電介質(zhì)層316沉積在第二電介質(zhì)層 314上，第二電介質(zhì)層314沉積在第一電介質(zhì)層313上。在該示例中，由于相同的第一電介質(zhì) 層313與相對的電極進行接觸，因此在電極界面處存在相同的晶粒結(jié)構(gòu)（列式)和相同的電 介質(zhì)組成(例如，BST)。
[0056] 對于電介質(zhì)層可使用各種沉積工藝，以實現(xiàn)期望晶粒結(jié)構(gòu)、期望突起抑制、期望枝 晶抑制和/或期望電容器特性。例如，沉積技術(shù)可以是濺射、CVD、原子層沉積(ALD)、燃燒化 學(xué)氣相沉積(CCVD)、PLD、物理氣相沉積(PVD)等。在一個實施例中，可根據(jù)美國專利公開 No. 20140216921的特征或處理步驟中的一個或多個來選擇或制造（以及在一個或多個示例 性實施例中使用)濺射靶，該美國專利公開No.20140216921的公開內(nèi)容通過引用合并于此。
[0057] 針對示例性實施例描述的薄膜電容器中的一個或多個可用在各種組件中，其中包 括:可調(diào)諧濾波器、壓控振蕩器、可調(diào)諧移相器、可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)、低阻抗電源、在1C鍵合焊 盤處對高頻信號進行去耦、移動電話組件(在移動電話包括天線和收發(fā)器的情況下）等。包 括針對示例性實施例描述的鐵電電容器的集成電路可例如用在用于低功率無線通信的便 攜式電子設(shè)備(例如，蜂窩電話、尋呼機、PDA等）、定向天線系統(tǒng)、高時鐘速率麥克風(fēng)、小型DC 至DC轉(zhuǎn)換器等設(shè)備中。
[0058] 在不脫離所描述的權(quán)利要求的范圍的情況下，其他實施例可應(yīng)用于本公開。
[0059] 這里所描述的實施例的說明意在提供對各種實施例的結(jié)構(gòu)的一般性理解，并不意 在用作對于可以利用這里所描述的結(jié)構(gòu)的設(shè)備和系統(tǒng)的所有元件和特征的完整描述。本領(lǐng) 域技術(shù)人員在閱讀以上描述時將清楚很多其他實施例。可以利用并得出其它實施例，從而 可以在不偏離本公開的范圍的情況下做出結(jié)構(gòu)和邏輯上的替換和改變。附圖也僅是代表性 的，并且可能未按比例繪制。其中的一些部分可放大，而其他部分可最小化。因此，說明書和 附圖應(yīng)當被看做說明性的而不是限制意義的。
[0060] 盡管這里示出并描述了具體實施例，但是應(yīng)當理解，旨在實現(xiàn)相同目的的任何設(shè) 置都可以用于替換所示出的具體實施例。本公開意在覆蓋各種實施例的任意和所有改編和 變體。以上實施例的組合以及這里未具體描述的其他實施例在本公開的構(gòu)思內(nèi)。
[0061] 本公開的摘要應(yīng)當被理解為并非用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。此外， 在上文的"【具體實施方式】"中，可以看出，出于簡化本公開的目的，將各種特征組合在一起形 成單個實施例。這種公開方式不應(yīng)被解釋為體現(xiàn)了所聲明的實施例需要比各權(quán)利要求中明 確列舉的特征更多特征的意圖。事實上，如以下權(quán)利要求所反映的那樣，發(fā)明主題具有比所 公開的單個實施例的所有特征少的特征。因此，所附權(quán)利要求被并入【具體實施方式】中，每個 權(quán)利要求作為單獨要求保護的主題獨立存在。
【主權(quán)項】
1. 一種用于制造薄膜電容器的方法，所述方法包括： 利用在第一溫度執(zhí)行的第一工藝將第一電介質(zhì)層沉積在第一電極層上； 利用第二工藝將第二電介質(zhì)層沉積在第一電介質(zhì)層上，其中，第二工藝針對第二電介 質(zhì)層形成隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)； 利用在第二溫度執(zhí)行的第三工藝將第三電介質(zhì)層沉積在第二電介質(zhì)層上，其中，第三 工藝針對第三電介質(zhì)層形成列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)，其中，第二溫度高于第一溫度；以及 將第二電極層沉積在第三電介質(zhì)層上以形成薄膜電容器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一工藝針對第一電介質(zhì)層形成列式取向的晶粒 結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一電介質(zhì)層和第三電介質(zhì)層由相同材料形成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一電介質(zhì)層的平均晶粒大小小于第三電介質(zhì)層 的平均晶粒大小。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第二溫度大于400°C，所述方法還包括： 根據(jù)第一電極層的材料并根據(jù)對突起溫度的確定，來確定第一溫度，其中，在所述突起 溫度以上在所述材料上形成突起，第一溫度在突起溫度以下。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一工藝和第三工藝是濺射工藝。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第二工藝是金屬有機沉積工藝或化學(xué)溶液沉積工 藝之一。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一電極層是僅部分地覆蓋襯底的圖案化電極。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:重復(fù)第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層和第三電介 質(zhì)層的沉積，并重復(fù)第二電極層的沉積，以形成多堆疊電容器。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 將第一電極層沉積在襯底上；以及 沉積金屬互連層以提供用于薄膜電容器的電連接。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層和第三電介質(zhì)層包 括鈦酸鍶鋇。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在對第一層、第二層和第三層構(gòu)圖之后，沉積平坦化和絕緣層；以及 對平坦化和絕緣層進行蝕刻以形成過孔。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一溫度被選擇為在突起溫度之下，其中確定在 所述突起溫度以上突起形成在第一電極層上。14. 一種薄膜電容器，包括： 襯底； 在襯底上的第一電極層； 在第一電極層上的第一電介質(zhì)層，其中，第一電介質(zhì)層具有列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)； 在第一電介質(zhì)層上的第二電介質(zhì)層，其中，第二電介質(zhì)層具有隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)； 在第二電介質(zhì)層上的第三電介質(zhì)層，其中，第三電介質(zhì)層具有列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)；以 及 在第三電介質(zhì)層上的第二電極層，其中，第一電介質(zhì)層的平均晶粒大小小于第三電介 質(zhì)層的平均晶粒大小。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜電容器，還包括： 在第二電極層上的第四電介質(zhì)層，其中，第四電介質(zhì)層具有列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)； 在第四電介質(zhì)層上的第五電介質(zhì)層，其中，第五電介質(zhì)層具有隨機取向的晶粒結(jié)構(gòu)； 在第五電介質(zhì)層上的第六電介質(zhì)層，其中，第六電介質(zhì)層具有列式取向的晶粒結(jié)構(gòu)；以 及 在第六電介質(zhì)層上的第三電極層， 其中，第一電介質(zhì)層、第二電介質(zhì)層、第三電介質(zhì)層、第四電介質(zhì)層、第五電介質(zhì)層和第 六電介質(zhì)層包括鈦酸鍶鋇。
【文檔編號】H01G4/33GK105957714SQ201610133072
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】瑪麗娜·澤爾納, 蘇珊·納吉, 安德魯·弗拉基米爾·克勞德·塞爾溫
【申請人】黑莓有限公司