[发明专利]具有逻辑件和嵌入式MIM电容器的系统

说明书

相关申请的交叉引用

此申请主张2010年7月30日提出申请的序号为12/804,855，名称为“形成MIM电容器的方法”的美国发明专利的优先权，此申请通过引用的方式整体并入本文。

技术领域

本揭露与包含具有嵌入式存储器的逻辑器件的半导体结构，和用于形成此结构的方法有关。更具体来说，本揭露进一步与使用改良的常用逻辑工艺所制成的RAM系统有关。

背景技术

不同的功能模块，诸如逻辑件(logic)和存储器(memory)，可组合在一单一的IC芯片上。存储器和逻辑组件通常使用不同的工艺技术来形成以增强每一个个别组件的性能。为了使不同的功能模块有效地集成，整个制造过程中尽量避免非常复杂的修改。

一种嵌入式存储器是嵌入式动态随机存取存储器(eDRAM)，与逻辑电路集成到同一裸片上的基于电容器的动态随机存取存储器。虽然eDRAM的每位成本可能高于独立式DRAM的每位成本，但是eDRAM在许多应用中提供胜过外部存储器的改良性能。在具有逻辑件，或更具体来说，具有一处理器的一裸片上使用嵌入式存储器，允许有更宽的总线和更高的运行速度。此外，与常用的SRAM相比，嵌入式存储器可具有较高的密度。由于eDRAM与嵌入式SRAM相比有额外的工艺步骤，所以潜在的较高成本通过节省大量面积来补偿。若挥发性DRAM所需的存储器刷新控制器与eDRAM存储器一起嵌入，则此存储器系统看起来像是一个具有逻辑器件的简单的SRAM型存储器，且有时被称作1T-SRAM。

由于使用了一单一晶体管存储单元(位单元)，与动态随机存取存储器(DRAM)类似，但是在位单元周围具有使存储器在功能上等效于常用的SRAM的控制电路，故命名为1T-SRAM。也就是说，控制器隐藏了所有DRAM特有的操作，诸如，预充电和刷新。

一电容器是由被一非导体或电介质隔开的两个导体组成，用于储存电荷的器件。分立式电容器器件经常由被一层绝缘膜隔开的金属箔片构成。当一电位差(电压)存在于导体两端时，一静电场在电介质两端产生，使得正电荷聚集在一极板上，且负电荷聚集在另一极板上。能量被储存在静电场中。当导体的大片区域之间有较窄间距时，电容最大。通常，一分立式器件被制造成具有最理想的电容特性。然而，在其他情况下，如果具有被一绝缘电介质材料隔开的导电金属的正常电路的几何形状和配置接近上文所定义的电容器的几何形状和配置，例如，被一绝缘体隔开的导体的大片区域之间有较窄间距，则它们也会起电容器的作用。这些非计划中的电容特性可被称作寄生电容，它影响信号等级、信号速度，和信号完整性，这并不理想。

虽然一eDRAM系统利用半导体结构中所内置的一特定电容器器件，诸如沟槽式电容器(trench capacitor)，或金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，来储存对应于一逻辑电平的所需电量，但是控制eDRAM的逻辑电路可能有计划外的寄生电容效应。就关键时序路径和可靠切换而言，逻辑电路对速度和信号完整性更加敏感。

发明内容

本揭露实现一种关于具有一金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的一嵌入式随机存取存储器(RAM)系统的改良方法和设备。本揭露中的RAM系统具有在同一基板上的一嵌入式存储器和一逻辑电路。所述RAM可以是动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM)，例如，6-晶体管(6-T)单元。特别是MIM电容器可在一DRAM单元中用作存储电容器而在SRAM单元中用以改良软错误率(SER)。

在一特定实施例中，本揭露与具有减少的寄生电阻及/或电容的一半导体结构有关。所述结构包括一半导体基板，此半导体基板被划分为具有一MIM电容器的一存储区域，和一逻辑区域，其中一或更多个金属层，例如第一金属层，被配置在存储区域及/或逻辑区域中且在半导体结构中处在与MIM电容器之顶面与底面之间的一位置相对应的高度上。因此，MIM电容器与一或更多个金属层共存于距离半导体基板相同范围的高度，或层上。在另一实施例中，特定金属层仅存在于逻辑区域中。

包含一MIM电容器的一电介质层被配置在存储或者说DRAM区域上。电介质层，也出现在逻辑区域中，起层间电介层的作用，两个金属层使用填充有一导电材料的介层窗(via)穿过所述电介质层来电连接。出现在DRAM区域中作为第一金属层和逻辑区域中作为第二金属层的同一金属层被耦合到下方基板。仅出现在存储区域中的一耦合介层窗使MIM电容器与紧邻所述耦合介层窗的金属层电耦合。