[发明专利]形成于半导体管芯上的铁电金属-铁电金属电容器及方法

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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。