CN117941063A - 具有外电极延伸部的金属-绝缘体-金属(mim)电容器模块 - Google Patents

Abstract

一种金属‑绝缘体‑金属(MIM)电容器模块包括外电极、绝缘体、内电极、外电极延伸结构、内电极接触元件和外电极接触元件。该外电极包括多个竖直延伸的外电极侧壁。该绝缘体形成在由该竖直延伸的外电极侧壁限定的开口中，并且包括多个竖直延伸的绝缘体侧壁。该内电极形成在由该绝缘体限定的内部开口中。该外电极延伸结构从特定的竖直延伸的外电极侧壁侧向延伸。该内电极接触元件和该外电极接触元件形成在金属层中。该内电极接触元件电连接到该内电极，并且该外电极接触元件电连接到该外电极延伸结构。

Description

具有外电极延伸部的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器模块

相关专利申请

本申请要求2022年2月24日提交的共同拥有的美国临时专利申请63/313,410号的优先权，该美国临时专利申请的全部内容据此出于所有目的以引用方式并入。

技术领域

本公开涉及在集成电路(IC)器件中形成的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，并且更具体地涉及具有外电极延伸部的MIM电容器模块。

背景技术

集成电容器是模拟/混合信号/RF-CMOS电路中的关键模拟部件。两种类型的集成电容器是MOM(金属-氧化物-金属侧向通量)电容器和MIM(金属-绝缘体-金属)电容器，每种类型的集成电容器都具有各自的优点和缺点。

在典型的MOM电容器中，电容器板(电极)由形成在一个或多个金属层(例如，多个互连层)上的侧向相邻的金属线限定，这些电容器板限定侧向电场(因此称为侧向通量电容器)。MOM电容器可相对于背景集成电路结构以低(或无)附加成本来形成，因为它们常常利用现有互连布线。然而，MOM电容器可能较不稳健且可展现与模拟电路的不良匹配(例如，与其它类型的电容器相比，匹配器件特性，诸如电阻和电容)，且通常与低k电介质不兼容。

相反，典型的MIM电容器包括水平延伸(即平行于器件基板(例如硅基板))的电容器板(电极)，从而限定竖直电场。MIM电容器通常由于较低电阻、与模拟电路的较好匹配及/或较好信号/噪声特性而展现比MOM电容器更好的性能。然而，MIM电容器通常比MOM电容器更昂贵，因为MIM电容器的构造通常对于背景IC制造工艺需要至少一个附加的光掩模工艺。

需要改进的MIM电容器，例如构造成不具有添加到相应的背景集成电路制造工艺的附加掩模的MIM电容器。

发明内容

公开了改进的MIM电容器模块。如本文所用，″MIM电容器模块″包括MIM电容器的基本元件，例如，布置在导电电极(例如，导电板)之间的绝缘体(电介质)，并且还可包括某些相关元件，例如，提供与导电电极的电接触的导电元件。

在一些示例中，MIM电容器模块包括外电极、绝缘体、内电极、外电极延伸结构、内电极接触元件和外电极接触元件。外电极包括多个竖直延伸的外电极侧壁。绝缘体形成在由多个竖直延伸的外电极侧壁限定的开口中，并且包括多个竖直延伸的绝缘体侧壁。内电极形成在由绝缘体限定的内部开口中，使得相应的竖直延伸的绝缘体侧壁布置在内电极和相应的竖直延伸的外电极侧壁之间。

外电极延伸结构在远离内电极的侧向方向上从特定的竖直延伸的外电极侧壁侧向延伸。内电极接触元件电连接到内电极，并且外电极接触元件电连接到外电极延伸结构。在一些示例中，内电极接触元件和外电极接触元件形成在公共(即，相同)金属层中，例如金属-1互连层。

内电极通过相应的竖直延伸的绝缘体侧壁电容式联接到每个竖直延伸的外电极侧壁，以有效地限定多个(例如，四个)竖直板电容器单元，每个竖直板电容器单元包括(a)由相应的竖直延伸的绝缘体侧壁限定的竖直延伸的介电区域、(b)由内电极和相应的竖直延伸的外电极侧壁限定的一对竖直延伸的电容器板，竖直延伸的介电区域布置在这对竖直延伸的电容器板之间，使得每个竖直板电容器单元产生水平延伸的电场(E场)，例如，平行于器件基板(例如，硅晶片基板)延伸。

在一些示例中，MIM电容器模块被形成为没有有效地限定水平板电容器单元的结构，即，产生竖直延伸的电场的结构。例如，外电极可以包括多个竖直延伸的外电极侧壁，有效地限定多个竖直延伸的电容器板，但是可以基本上省略可以充当水平延伸的电容器板的任何侧向延伸的元件。在一些示例中，通过包括以下步骤的工艺构造外电极：沉积形成外电极杯的共形金属层，该外电极杯包括从侧向延伸的外电极杯基部向上延伸的多个竖直延伸的外电极侧壁；以及随后去除(例如，蚀刻)共形金属层的侧向延伸的外电极杯基部和其他侧向延伸的部分，留下竖直延伸的外电极侧壁。

在一些示例中，通过去除侧向延伸的外电极杯基部以形成有效地包括竖直板电容器单元但不包括水平板电容器单元的MIM电容器模块，例如与包括杯形外电极(即，其中水平板电容器单元有效地限定在侧向延伸的外电极杯基部与内电极的底表面之间)的MIM电容器模块相比，可以简化MIM电容器模块的所得电场特性。MIM电容器模块的电场特性的这种简化在模拟电路中可能是期望的或有利的，例如，其中构造具有精确匹配的电特性的成对MIM电容器模块可能是重要的或有利的。

另外，通过去除侧向延伸的外电极杯基部，可以减少或消除不期望的电场角效应(在侧向延伸的外电极杯基部和竖直延伸的外电极侧壁之间的角处)，这可以增加MIM电容器模块的击穿电压。

在一些示例中，与背景IC制造工艺相比，可使用不添加光掩模层的镶嵌工艺构造MIM电容器模块。

在一些示例中，MIM电容器模块可与IC部件结构的元件(例如，用于提供到有源部件(例如，晶体管)的电接触的接触结构)同时构造，并且允许紧凑器件设计。

一个方面提供一种MIM电容器模块，该MIM电容器模块包括外电极、绝缘体、内电极、外电极延伸结构、内电极接触元件和外电极接触元件。外电极包括多个竖直延伸的外电极侧壁。绝缘体形成在由多个竖直延伸的外电极侧壁限定的开口中，绝缘体包括多个竖直延伸的绝缘体侧壁。内电极形成在由多个竖直延伸的绝缘体侧壁限定的内部开口中。多个竖直延伸的绝缘体侧壁中的相应绝缘体侧壁设置在内电极和多个竖直延伸的外电极侧壁中相应的一个外电极侧壁之间。外电极延伸结构从多个竖直延伸的外电极侧壁中的特定的竖直延伸的外电极侧壁侧向延伸。内电极接触元件和外电极接触元件形成在金属层中，其中内电极接触元件电连接到内电极，并且外电极接触元件电连接到外电极延伸结构。

在一些示例中，特定的竖直延伸的外电极侧壁在第一侧向方向上伸长，并且外电极延伸结构在与第一侧向方向垂直的第二侧向方向上伸长。

在一些示例中，外电极具有由多个竖直延伸的外电极侧壁限定的闭环周边，并且绝缘体具有由多个竖直延伸的绝缘体侧壁限定的闭环周边。

在一些示例中，绝缘体具有杯形结构，该杯形结构包括从侧向延伸的绝缘体基部向上延伸的多个竖直延伸的绝缘体侧壁。

在一些示例中，侧向延伸的绝缘体基部直接位于介电区域上。

另一方面提供了一种包括MIM电容器模块和IC部件结构的器件。MIM电容器模块包括外电极、绝缘体、内电极、外电极延伸结构、内电极接触元件和外电极接触元件。外电极包括由共形金属形成的多个竖直延伸的外电极侧壁。绝缘体形成在由多个竖直延伸的外电极侧壁限定的开口中，并且包括多个竖直延伸的绝缘体侧壁。内电极形成在由多个竖直延伸的绝缘体侧壁限定的内部开口中。多个竖直延伸的绝缘体侧壁中的相应绝缘体侧壁设置在内电极和多个竖直延伸的外电极侧壁中的相应的一个外电极侧壁之间。外电极延伸结构从多个竖直延伸的外电极侧壁中的特定的竖直延伸的外电极侧壁侧向延伸。内电极接触元件和外电极接触元件形成在金属层中，其中内电极接触元件电连接到内电极，并且外电极接触元件电连接到外电极延伸结构。IC部件结构包括：IC部件；竖直延伸的IC部件接触件，该竖直延伸的IC部件接触件由共形金属形成，该竖直延伸的IC部件接触件形成于IC部件上方且电连接到IC部件；和IC部件连接元件，该IC部件连接元件形成在金属层中并且电连接到竖直延伸的IC部件接触件。

在一些示例中，IC部件包括硅化多晶硅结构。

在一些示例中，IC部件包括晶体管部件。

在一些示例中，特定的竖直延伸的外电极侧壁在第一侧向方向上伸长，并且外电极延伸结构在与第一侧向方向垂直的第二侧向方向上伸长。

在一些示例中，外电极具有由多个竖直延伸的外电极侧壁限定的闭环周边，并且绝缘体具有由多个竖直延伸的绝缘体侧壁限定的闭环周边。

在一些示例中，绝缘体具有杯形结构，该杯形结构包括从侧向延伸的绝缘体基部向上延伸的多个竖直延伸的绝缘体侧壁。

在一些示例中，侧向延伸的绝缘体基部直接位于介电区域上。

另一个方面提供了一种方法。该方法包括在介电区域中形成外电极开口，该外电极开口包括桶开口区域和从桶开口区域侧向延伸的延伸部开口区域。该方法还包括将共形金属层沉积在介电区域之上并向下延伸到外电极开口中，以形成(a)桶开口区域中的外电极杯和(b)延伸部开口区域中的外电极延伸结构。外电极杯包括侧向延伸的外电极杯基部和从侧向延伸的外电极杯基部向上延伸的多个竖直延伸的外电极侧壁。外电极延伸结构从多个竖直延伸的外电极侧壁中的特定的竖直延伸的外电极侧壁侧向延伸。该方法还包括在由多个竖直延伸的外电极侧壁限定的开口中沉积形成杯形绝缘体的绝缘体层，杯形绝缘体包括侧向延伸的绝缘体基部和从侧向延伸的绝缘体基部向上延伸的多个竖直延伸的绝缘体侧壁。该方法还包括在绝缘体层之上沉积内电极层并延伸到由杯形绝缘体限定的开口中；该方法还包括执行平面化工艺以去除绝缘体层的上部部分和内电极层的上部部分，其中内电极层的剩余部分限定内电极。该方法还包括形成金属层，该金属层包括(a)电连接到内电极的内电极接触元件和(b)电连接到外电极延伸结构的外电极接触元件。

在一些示例中，该方法包括在沉积绝缘体层之前执行蚀刻工艺以去除侧向延伸的外电极杯基部。

在一些示例中，在介电区域中形成外电极开口使所述桶开口区域的底部的介电表面露出，并且沉积形成杯形绝缘体的绝缘体层包括在桶开口区域的底部处的露出介电表面上沉积侧向延伸的绝缘体基部。

在一些示例中，该方法包括：在形成金属层之前，在由平面化工艺限定的平面化表面上沉积蚀刻停止层。

在一些示例中，该方法包括在介电区域中形成集成电路(IC)部件接触件开口，该IC部件接触件开口与外电极开口侧向间隔开，该IC部件接触件开口使下面的IC部件露出，其中沉积的共形金属层向下延伸到IC部件接触件开口中以形成竖直延伸的IC部件接触，并且其中金属层包括(a)电连接到内电极的内电极接触元件、(b)电连接到外电极延伸结构的外电极接触元件、以及(c)电连接到IC部件接触件的IC部件连接元件。

在一些示例中，IC部件包括硅化多晶硅结构。

在一些示例中，IC部件包括晶体管部件。

附图说明

下文结合附图描述了本公开的示例性方面，其中：

图1A是示例性MIM电容器模块的俯视图，图1B和图1C是两个侧视横截面视图；

图2A是根据一个示例的示出示例性IC结构的俯视图并且图2B是该IC结构的侧视横截面视图，该IC结构包括图1A至图2B的示例性MIM电容器模块和示例性IC部件结构；并且

图3A至图3J示出了图2A和图2B所示的形成包括示例性MIM电容器模块和示例性IC部件结构的示例性IC结构的示例性方法。

应当理解，出现在多个不同附图中的任何所示元件的参考标号在多个附图中具有相同含义，并且本文在任何特定附图的上下文中提及或讨论任何所示元件也适用于每个其他附图(如果有的话)，其中示出了相同的所示元件。

具体实施方式

图1A至图1C示出了根据本公开的示例性MIM电容器模块100。特别地，图1A示出MIM电容器模块100的俯视图，图1B示出穿过图1A中示出的切割线1B-1B的MIM电容器模块100的第一横截面侧视图，并且图1C示出沿图1A所示的切割线1C-1C的MIM电容器模块100的第二横截面侧视图。如图所示，MIM电容器模块100包括(a)外电极102、(b)绝缘体104、(c)内电极106、(d)外电极延伸结构108、(e)内电极接触元件110和(f)外电极接触元件112。

外电极102包括多个竖直延伸的外电极侧壁114a-114d，例如，从下部介电区域120(例如，形成在硅基板上的氧化物区域)向上延伸。在该示例中，竖直延伸的外电极侧壁114a-114d在水平(x-y)平面中限定闭环周边。外电极102可包括共形金属(例如钨)，该共形金属可沉积在衬里103(例如包括TiN)上，如下文参考图3C所论述的。外电极延伸结构108从特定的竖直延伸的外电极侧壁114a-114d(在该示例中为竖直延伸的外电极侧壁114a)侧向延伸。在一些示例中，外电极延伸结构108在x-y平面中从特定的竖直延伸的外电极侧壁114a垂直延伸。在图1A所示的示例中，外电极侧壁114a在y方向上侧向伸长，并且外电极延伸结构108在x方向上(即垂直于外电极侧壁114a的y方向伸长)伸长。

应当理解，在″特定的竖直延伸的外电极侧壁″的上下文中的术语″特定″仅用于参考，并不意味着特定的竖直延伸的外电极侧壁相对于其他竖直延伸的外电极侧壁的任何截然不同的特性。

绝缘体104形成在由竖直延伸的外电极侧壁114a-114d限定的闭环周边内。绝缘体104包括多个竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d，这些绝缘体侧壁从形成在介电区域120上的侧向延伸的绝缘体基部118向上延伸。在此示例中，竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d也在水平(x-y)平面中限定闭环周边。在一些示例中，绝缘体104包含SiN、SiO2或高k电介质(例如，具有大于7的介电常数)，例如Al₂O₃、Ta₂O₅、HfO₂或ZrO₂。衬里103、外电极102以及绝缘体104可形成于在介电区域124(例如，金属前介电区域(PMD))中形成的桶开口122中。在一些示例中，介电区域124可包括氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)。如下文所论述，桶开口122可延伸穿过形成于下部介电区域120上的(任选的)蚀刻停止层126，例如氮化硅蚀刻停止层。

在其它示例中，绝缘体104可省略侧向延伸的绝缘体基部118。因此，绝缘体104可以包括从介电区域120向上延伸的竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d，而没有侧向延伸的绝缘体基部118。例如，可通过任选的蚀刻工艺(例如，如下文关于图3F所论述的)来移除侧向延伸的绝缘体基部118。

内电极106形成在由多个竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d限定的内部开口中。在一些示例中，内电极106可包含Al、Ti、TiN、W、TiW、Co、Ta、TaN、Cu或它们的任何组合，例如TiN和Al、TiN和W或者Ta/TaN双层和Cu。

内电极接触元件110和外电极接触元件112可以形成在例如包括阻挡层(例如，TaN/Ta双层)的导电阻挡层130上。内电极接触元件110(通过直接接触或通过导电阻挡层130，如果存在的话)电连接到内电极106，并且外电极接触元件112(通过直接接触或通过导电阻挡层130，如果存在的话)电连接到外电极延伸结构108。内电极接触元件110和外电极接触元件112形成在公共(即，相同的)金属层Mx中，例如由铜形成的金属-1互连层。

如图1A至图1C所示，相应的竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d布置在内电极106和相应的竖直延伸的外电极侧壁114a-114d之间。因此，内电极106通过相应的竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d电容式联接到每个竖直延伸的外电极侧壁114a-114d，以有效地限定四个竖直板电容器单元(通常以VPC₁-VPC₄表示)，每个竖直板电容器单元具有布置在一对竖直延伸的电容器板(由内电极106和相应的竖直延伸的外电极侧壁114a-114d限定)之间的竖直延伸的电介质(由相应的竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d限定)，并且每个竖直板电容器单元产生在x方向或y方向上延伸的水平延伸的电场″E″。

在图1A至图1C所示的示例中，MIM电容器模块100包括产生相应的水平延伸(x方向或y方向)电场(图1A至图1C所示的电场E)的竖直板电容器单元VPC₁-VPC₄，并且不包括产生竖直延伸(z方向)电场的任何水平板电容器单元。

图2A和图2B示出根据一个示例的包括图1A至图1B中所示的MIM电容器模块100和同时形成的IC部件结构202的示例性IC结构200。特别地，图2A示出了示例性IC结构200的俯视图，并且图2B示出了穿过图2A所示的切割线2B-2B的示例性IC结构200的侧视横截面视图。

如上所述，可在不在背景集成电路制造工艺(例如，用于形成IC部件结构202和/或其他IC部件的背景集成电路制造工艺)中添加任何光掩模操作的情况下构造MIM电容器模块100。

如上所述，MIM电容器模块100包括：外电极102，该外电极包括竖直延伸的外电极侧壁114a-114d；绝缘体104，该绝缘体包括竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d；内电极106；外电极延伸结构108，该外电极延伸结构从竖直延伸的外电极侧壁114a侧向延伸；内电极接触元件110，该内电极接触元件电连接到内电极106；和外电极接触元件112，该外电极接触元件电连接到外电极延伸结构108。

如上所述，内电极106通过相应的竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d电容式联接到相应的竖直延伸的外电极侧壁114a-114d，以有效地限定四个竖直板电容器单元(通常以VPC₁-VPC₄表示)，每个竖直板电容器单元产生沿x方向或y方向延伸的水平延伸的电场″E″。

如图2B所示，IC部件结构202可包括IC部件204、(通过直接接触或通过衬里103，如果存在的话)电连接到IC部件204的至少一个竖直延伸的IC部件接触件206、以及(通过直接接触或通过阻挡层130，如果存在的话)电连接到至少一个竖直延伸的IC部件接触件206的IC部件连接元件208。IC部件204可为晶体管结构的一部分(例如源极或漏极区域)或任何其它类型的集成电路部件。

如图所示，IC部件204可形成于基板214(例如，硅基板)上或之上。在所示示例中，IC部件204包括形成于基板214之上邻近于浅沟槽隔离(STI)场氧化物区域120的硅化有源区域216。硅化有源区域216可以包括形成在有源硅区域222上的金属硅化物区域220。在另一示例中，IC部件204可包括硅化多晶硅区域，例如，晶体管的多晶硅栅极。

蚀刻停止层126可形成在下部介电区域120(例如，STI场氧化物)之上，并且介电区域124(例如，PMD区域)可形成在蚀刻停止层126之上。至少一个竖直延伸的IC部件接触件206连同MIM电容器模块100的外电极102、绝缘体104、内电极106和外电极延伸结构108可例如如下文关于图3A到图3H所论述的使用镶嵌工艺形成在介电区域124(例如，PMD区域)中。每个竖直延伸的IC部件接触件206及外电极102可沉积在衬里103(例如，包含TiN)之上，如下文参考图3C所论述的。

IC部件连接元件208连同MIM电容器模块100的内电极接触元件110和外电极接触元件112可以形成在金属层M_x中，例如包括铜、铝或其它金属的金属-1互连层。IC部件连接元件208、内电极接触元件110以及外电极接触元件112可如下文关于图3J所论述的使用镶嵌工艺形成于介电区域232中所形成(蚀刻)的相应开口中。介电区域232可包括氧化硅、氟硅酸盐玻璃(FSG)、有机硅酸盐玻璃(OSG)、多孔OSG或其它低k电介质(例如，具有小于4.0的介电常数k)。在介电区域124上形成的上部蚀刻停止层230可用于控制在介电区域232中蚀刻的开口的深度。IC部件连接元件208、内电极接触元件110和外电极接触元件112可各自形成在导电阻挡层130之上，该导电阻挡层形成在介电区域232中的相应开口中。

图3A至图3J示出了图2A和图2B所示的形成包括示例性MIM电容器模块100和示例性IC部件结构202的示例性IC结构200的示例性方法。在其他示例中，示例性IC部件结构202可以是任选的，使得MIM电容器模块100可通过下文所述的工艺形成，但没有IC部件结构202的元件。

如图3A(俯视图)和图3B(穿过图3A中所示的线3B-3B的横截面侧视图)中所示，在基板214(例如，硅基板)上形成示例性IC部件204和/或附加IC部件(未图示)。如上文所论述的，示例性IC部件204包括形成于基板214之上邻近于STI场氧化物区域120的硅化有源区域216。如上所述，硅化有源区域216可以包括形成在有源区域222上的金属硅化物区域220。

蚀刻停止层126可形成于下部介电区域120(例如，STI场氧化物)上，并且在示例性IC部件204的金属硅化物区域220的顶表面之上延伸。在一些示例中，蚀刻停止层126可包括氮化硅蚀刻停止层，例如，具有至/>范围的厚度。在其它示例中，可省略蚀刻停止层126。

介电区域124(例如，PMD区域)可形成在蚀刻停止层126之上(或在省略蚀刻停止层126的示例中直接形成在下部介电区域120以及金属硅化物区域220的顶表面之上)。在一些示例中，介电区域124可包括氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)。

包括IC部件接触件开口302和外电极开口304的多个开口300可以在介电区域124中被图案化(使用光掩模)和蚀刻。如图所示，IC部件接触件开口302与外电极开口304侧向间隔开。外电极开口304包括桶开口区域306和从桶开口区域306侧向延伸的延伸部开口区域308。

开口300可使用等离子蚀刻或其他合适蚀刻来形成，随后进行抗蚀剂剥离或其他合适的工艺以去除光致抗蚀剂材料的剩余部分。在包括蚀刻停止层126的示例中，开口300的深度可以由蚀刻停止层126控制，例如，停止在蚀刻停止层126正下方的深度处，从而(a)在每个IC部件接触件开口302的底部处露出金属硅化物区域220的相应顶表面区域，并且(b)在外电极开口304的底部处露出下部介电区域120(例如，氧化物区域)的顶表面区域。

IC部件接触件开口302可以在x方向和y方向上具有例如0.1μm至0.5μm范围中的宽度(或直径或关键尺寸(CD))W_接触件。

相反，外电极开口304的桶开口区域306可以在x方向(W_{桶_x})和/或y方向(W_{桶_y})上具有比IC部件接触件开口302大得多的宽度。桶开口区域306的形状和尺寸可基于各种参数来选择，这些参数例如用于有效制造MIM电容器模块100(例如，将外电极102、绝缘体104和内电极106有效形成到桶开口区域306中)以及/或者用于所得MIM电容器模块100的所需性能特性。在一个示例中，从俯视图来看，桶开口区域306可具有正方形或矩形形状。在其他示例中，从俯视图来看，桶开口区域306可具有圆形或椭圆形形状。

如上文所述，桶开口区域306在x方向上的宽度(W_{桶_x})、在y方向上的宽度(W_{桶_y})或者在x方向和y方向两者上的宽度(W_{桶_x}和W_{桶_y})可显著大于IC部件接触件开口302在x方向上、在_y方向上或者在x方向和_y方向两者上的宽度W_接触件。例如，在一些示例中，桶开口区域306的每个宽度W_{桶_x}和W_{桶_y}是IC部件接触件开口302的宽度W_接触件的至少两倍。在特定示例中，桶开口区域306的每个宽度W_{桶_x}和W_{桶_y}是IC部件接触件开口302的宽度W_接触件的至少五倍或至少10倍。在一些示例中，W_{桶_x}和W_{桶_y}各自在1μm至100μm的范围内。

另外，桶开口区域306可形成为在x方向和y方向两者上带有小于或等于1.0的高宽纵横比，例如，以允许通过共形材料有效地填充桶开口区域306。例如，桶开口区域306可形成为带有分别在0.01至1.0的范围内(例如在0.1至1.0的范围内)的纵横比H_桶/W_{桶_x}和H_桶/W_{桶_y}。在一些示例中，纵横比H_桶/W_{桶_x}和H_桶/W_{桶_y}分别小于或等于1.0，例如，用于通过共形材料(例如，钨或氮化硅)有效地填充桶开口区域306。例如，桶开口区域306可形成为带有分别在0.1至1.0的范围内(或更具体地在0.5至1.0的范围内)的纵横比H_桶/W_{桶_x}和H_桶/W_{桶_y}。

外电极开口304的延伸部开口区域308具有x方向宽度W_{ext_x}和y方向宽度W_{ext_y}。x方向宽度W_{ext_x}可以在1μm至10μm的范围内，并且y方向宽度W_{ext_y}可以在0.1μm至0.5μm的范围内。在一些示例中，W_{ext_y}可以与W_接触件相同。在其它示例中，W_{ext_y}可大于W_接触件。

接下来，如图3C所示，例如包含TiN的衬里(或″胶层″)103以至/>范围内的厚度被沉积在该结构之上并且向下延伸到相应的IC部件接触件开口302和外电极开口304(包括桶开口区域306和延伸部开口区域308)中。共形金属层320沉积在衬里103之上并向下延伸到相应的IC部件接触件开口302和外电极开口304(包括桶开口区域306和延伸部开口区域308)中。沉积的共形金属层320(a)填充相应的IC部件接触件开口302以形成相应的IC部件接触206，(b)部分地填充外电极开口304的桶开口区域306以在桶开口区域306中形成外电极杯324，以及(c)填充外电极开口304的延伸部开口区域308以在延伸部开口区域308中形成外电极延伸结构108(在图3D中更清楚地示出，下面讨论)。

外电极杯324包括侧向延伸的外电极杯基部326和从侧向延伸的外电极杯基部326的侧向周边边缘向上(在z方向上)延伸的多个竖直延伸的外电极侧壁114。外电极延伸结构108从竖直延伸的外电极侧壁114侧向(在x方向上)延伸。

在一些示例中，共形金属层320包含沉积为在至/>的范围内的厚度的钨。在其他示例中，共形金属层320可包含Co、TiN或其他共形金属。共形金属层320可通过共形化学气相沉积(CVD)工艺或其他合适的沉积工艺来沉积。

如图3D(俯视图)和图3E(穿过图3D中所示的线3E-3E的横截面侧视图)中所示，执行蚀刻工艺以去除侧向延伸的外电极杯基部326(和下面的衬里103)连同在IC部件接触件开口302和外电极开口304外部(即上方)的共形金属层320的部分(和下面的衬里103)。在一些示例中，蚀刻工艺可以包括各向异性干法蚀刻。蚀刻工艺可露出下部介电区域120(例如，STI场氧化物区域)的上表面330。

如图3D和图3E中所示，在蚀刻工艺之后，保留在桶开口区域306中的共形金属层320限定外电极102，该外电极包括从下部介电区域120(例如，STI场氧化区域)向上延伸的多个竖直延伸的外电极侧壁114a-114d。在该示例中，竖直延伸的外电极侧壁114a-114d在水平(x-y)平面中限定闭环周边，如图3D所示。外电极延伸结构108从竖直延伸的外电极侧壁114a侧向(在x方向上)延伸。

如图3F所示，绝缘体层340沉积在该结构之上并向下延伸到由外电极侧壁114a-114d限定的开口342中以形成绝缘体104，该绝缘体可以是杯形的。绝缘体104包括(a)形成在下部介电区域120的上表面330上的侧向延伸的绝缘体基部118，以及(b)从侧向延伸的绝缘体基部118向上延伸的竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d。在这个示例中，绝缘体侧壁116a-116d从侧向延伸的绝缘体基部118的侧向周边边缘向上延伸。在一些示例中，绝缘体层340可包含通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积有在至/>的范围中的厚度的氮化硅(SiN)。另选地，绝缘体层330可包含Al₂O₃、ZrO₂、HfO₂、ZrSiO_x、HfSiO_x、HfAlOx或Ta2O₅，或使用原子层沉积(ALD)工艺沉积的其他合适的电容器绝缘体材料。

在另一示例中，可移除侧向延伸绝缘体基部118，同时使竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d基本完整，使得所得绝缘体104包括从介电区域120向上延伸的竖直延伸绝缘体侧壁116a-116d，而不具有侧向延伸的绝缘体基部118。例如，可通过各向异性蚀刻移除侧向延伸的绝缘体基部118，该各向异性蚀刻使竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d基本完整。

如图3G所示，内电极层350沉积在绝缘体层340之上并延伸进入并填充由绝缘体104限定的开口352，该开口如上所述是杯形的，内电极层350由此在开口352内形成内电极106。在一些示例中，内电极层350可包含Al、Ti、TiN、W或它们的组合，例如TiN和Al，并且可通过物理气相沉积(PVD)工艺来沉积。

如图3H所示，执行平面化工艺，例如化学机械平面化(CMP)工艺，以移除内电极层350和绝缘体层340的上部部分。平面化工艺限定了平面化的上表面356，并且限定了竖直延伸的IC部件接触件206、外电极102、绝缘体104、内电极106和外电极延伸结构108的最终形式。

如图3I所示，蚀刻停止层230沉积在由平面化工艺限定的平面化上表面356上。在一些示例中，蚀刻停止层230可包括SiN、SiC或合适的高k介电膜(例如，具有高于7.0的介电常数)，并且可以以至/>的范围内的厚度沉积。蚀刻停止层230可用于终止由MIM电容器模块100产生的电场的边缘。结果，包括蚀刻停止层230可以减轻平面化的上表面356附近的不期望的电场边缘效应，并且由此增加MIM电容器模块100的击穿电压。另外，蚀刻停止层230可用作扩散阻挡件以减少来自内电极106的扩散，例如，其中内电极106由铜或其它易扩散金属形成。

接下来，如图3J所示，例如通过镶嵌工艺形成包括IC部件连接元件208、内电极接触元件110和外电极接触元件112的上部金属层M_x。在一个示例中，上部金属层M_x包括通过铜镶嵌工艺形成的铜互连层。

为了形成上部金属层M_x，在蚀刻停止层230之上沉积介电层232。在一些示例中，介电层232可包括氧化硅、FSG(氟硅酸盐玻璃)、OSG(有机硅酸盐玻璃)或多孔OSG。介电层232可被图案化和蚀刻以形成(a)IC部件接触件206上方的IC部件连接元件开口360(例如，沟槽开口)，(b)内电极106上方的内电极接触件开口362，以及(c)外电极延伸结构108上方的外电极接触件开口364。

开口360、362和364可使用等离子蚀刻或其他合适蚀刻来形成，随后进行抗蚀剂剥离或其他合适的工艺以去除光致抗蚀剂材料的剩余部分。开口360、362和364的深度可由蚀刻停止层230控制，例如，停止在蚀刻停止层230正下方的深度处，从而露出(a)每个IC部件接触件206的相应顶表面区域，(b)露出内电极106的顶表面区域，以及(c)外电极延伸结构108的顶表面区域。

阻挡层130(例如，TaN/Ta双层)和铜种晶层可沉积在介电层232之上，并且向下延伸到开口360、362和364中。然后可执行镀铜过程，其用铜填充开口360、362和364。可执行铜退火，接着执行铜CMP工艺以移除开口360、362和364上方的部分铜，从而限定(a)电连接到IC部件接触件206的IC部件连接元件208，(b)电连接到内电极106的内电极接触元件110，以及(c)电连接到外电极延伸结构108的外电极接触元件112。在其它示例中，适于镶嵌处理的其它金属(除了铜之外)可用于形成IC部件连接元件208、内电极接触元件110和外电极接触元件112，例如钨(W)、钴(Co)或铝(A1)。

在形成如上文所讨论的上部金属层M_x之后，可继续该过程以构造附加互连结构，例如，通过构造由相应介电层分离的附加金属层。

参考图3J中所示的完成的MIM电容器模块100，如上所述(例如，关于图1A至图1C和图2A至图2B)，内电极106通过相应的竖直延伸的绝缘体侧壁116a-116d电容式联接到相应的竖直延伸的外电极侧壁114a-114d，以有效地限定四个竖直板电容器单元(通常以VPC₁-VPC₄表示)，每个竖直板电容器单元产生在x方向或y方向上延伸的水平延伸的电场″E″。

Claims (16)

1.一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器模块，所述MIM电容器模块包括：

外电极，所述外电极包括多个竖直延伸的外电极侧壁；

绝缘体，所述绝缘体形成在由所述多个竖直延伸的外电极侧壁限定的开口中，所述绝缘体包括多个竖直延伸的绝缘体侧壁；

内电极，所述内电极形成在由所述多个竖直延伸的绝缘体侧壁限定的内部开口中；

其中所述多个竖直延伸的绝缘体侧壁中的相应绝缘体侧壁布置在所述内电极与所述多个竖直延伸的外电极侧壁中的相应一个外电极侧壁之间；

外电极延伸结构，所述外电极延伸结构从所述多个竖直延伸的外电极侧壁中的特定的竖直延伸的外电极侧壁侧向延伸；和

内电极接触元件和外电极接触元件，所述内电极接触元件和所述外电极接触元件形成在金属层中，其中所述内电极接触元件电连接到所述内电极，并且所述外电极接触元件电连接到所述外电极延伸结构。

2.根据权利要求1所述的MIM电容器模块，其中：

所述特定的外电极侧壁在第一侧向方向上伸长；并且

所述外电极延伸结构在与所述第一侧向方向垂直的第二侧向方向上伸长。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的MIM电容器模块，其中：

所述外电极具有由所述多个竖直延伸的外电极侧壁限定的闭环周边；并且

所述绝缘体具有由所述多个竖直延伸的绝缘体侧壁限定的闭环周边。

4.根据权利要求3所述的MIM电容器模块，其中所述绝缘体具有杯形结构，所述杯形结构包括从侧向延伸的绝缘体基部向上延伸的所述多个竖直延伸的绝缘体侧壁。

5.根据权利要求4所述的MIM电容器模块，其中所述侧向延伸的绝缘体基部直接位于介电区域上。

6.一种器件，所述器件包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器模块，其中所述外电极由共形金属形成；和

集成电路(IC)部件结构，所述IC部件结构包括：

IC部件；

竖直延伸的IC部件接触件，所述竖直延伸的IC部件接触件由所述共形金属形成，所述竖直延伸的IC部件接触件形成于所述IC部件上方并且电连接到所述IC部件；和

IC部件连接元件，所述IC部件连接元件形成在所述金属层中并且电连接到所述竖直延伸的IC部件接触件。

7.根据权利要求6所述的器件，其中所述IC部件包括硅化多晶硅结构。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的器件，其中所述IC部件包括晶体管结构。

9.一种方法，所述方法包括：

在介电区域中形成外电极开口，所述外电极开口包括桶开口区域和从所述桶开口区域侧向延伸的延伸部开口区域；

将共形金属层沉积在所述介电区域之上并向下延伸到所述外电极开口中，以形成(a)所述桶开口区域中的外电极杯和(b)所述延伸部开口区域中的外电极延伸结构；

其中所述外电极杯包括侧向延伸的外电极杯基部和从所述侧向延伸的外电极杯基部向上延伸的多个竖直延伸的外电极侧壁；

其中所述外电极延伸结构从所述多个竖直延伸的外电极侧壁中的特定的竖直延伸的外电极侧壁侧向延伸；

在由所述多个竖直延伸的外电极侧壁限定的开口中沉积形成杯形绝缘体的绝缘体层，所述杯形绝缘体包括侧向延伸的绝缘体基部和从所述侧向延伸的绝缘体基部向上延伸的多个竖直延伸的绝缘体侧壁；

在所述绝缘体层之上沉积内电极层并延伸到由所述杯形绝缘体限定的开口中；

执行平面化工艺以去除所述绝缘体层的上部部分和所述内电极层的上部部分，其中所述内电极层的剩余部分限定内电极；以及

形成金属层，所述金属层包括(a)电连接到所述内电极的内电极接触元件和(b)电连接到所述外电极延伸结构的外电极接触元件。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法包括在沉积所述绝缘体层之前执行蚀刻工艺以去除所述侧向延伸的外电极杯基部。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

在所述介电区域中形成所述外电极开口使所述桶开口区域的底部的介电表面露出；并且

沉积形成所述杯形绝缘体的所述绝缘体层包括在所述桶开口区域的所述底部处的所述露出介电表面上沉积所述侧向延伸的绝缘体基部。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，所述方法包括：在形成所述金属层之前，在由所述平面化工艺限定的平面化表面上沉积蚀刻停止层。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，所述方法包括：

在所述介电区域中形成集成电路(IC)部件接触件开口，所述IC部件接触件开口与所述外电极开口侧向间隔开，所述IC部件接触件开口使下面的IC部件露出；

其中所述沉积的共形金属层向下延伸到所述IC部件接触件开口中以形成竖直延伸的IC部件接触件；并且

其中所述金属层包括(a)电连接到所述内电极的所述内电极接触元件、(b)电连接到所述外电极延伸结构的所述外电极接触元件、以及(c)电连接到所述IC部件接触件的IC部件连接元件。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述IC部件包括硅化多晶硅结构。

15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，其中所述IC部件包括晶体管部件。

16.一种通过根据权利要求9至15所述的方法中的任一种方法形成的器件。