CN117999871A - 具有电介质侧壁间隔件的金属-绝缘体-金属（mim）电容器模块 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种金属‑绝缘体‑金属(MIM)电容器，该MIM电容器包括底部电极杯、绝缘体杯和顶部电极。该底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基部，以及从该横向延伸的底部电极杯基部向上延伸的底部电极杯侧壁。该绝缘体杯形成在由该底部电极杯限定的开口中，并且包括形成在该横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的绝缘体杯基部，以及从该横向延伸的绝缘体杯基部向上延伸的绝缘体杯侧壁。电介质侧壁间隔件位于该绝缘体杯侧壁和该底部电极杯侧壁之间。该顶部电极形成在由该绝缘体杯限定的开口中。

Description

具有电介质侧壁间隔件的金属-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23日提交的共同拥有的美国临时专利申请63/312,917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本文。

技术领域

本公开涉及集成电路部件，并且更具体地涉及形成在集成电路中的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。

背景技术

金属-绝缘体-金属(MIM)电容器是由金属顶部电极、金属底部电极和夹置在两个电极之间的绝缘体(电介质)构造的电容器。

MIM电容器是许多电路、例如许多模拟、混合信号和射频互补金属氧化物半导体(RF CMOS)电路中的重要部件。MIM电容器通常提供比替代物诸如POP(聚合-氧化物-聚合)电容器和MOM(金属-氧化物-金属横向通量)电容器更好的性能，这是由于较低电阻、对模拟电路的更好的匹配(例如，匹配器件特性，诸如电阻和电容)和/或更好的信号/噪声特性。

MIM电容器通常构造在称为金属层M_x和M_x+1的两个互连金属层(例如，铝层)之间。例如，MIM电容器可通过以下步骤形成：使用现有金属层M_x作为底板(底部电极)；在底部电极上方构造绝缘体和顶板(顶部电极)；以及通过相应的通孔将上覆金属层M_x+1连接到顶板和底板。在两个金属层M_x与M_x+1之间形成的顶板可由与金属层M_x和M_x+1不同的金属形成。例如，金属层M_x和M_x+1可由铝形成，而顶板可例如由钛/氮化钛(Ti/TiN)、钽/氮化钽(Ta/TaN)或钨(W)形成。

顶部电极通常具有比底部电极高的电阻，例如因为顶部电极可能受到厚度约束和材料选择的限制，由此限制了常规MIM电容器的性能。MIM电容器通常具有非常窄的工艺裕度(process margin)，特别是对于用于形成顶部电极的金属蚀刻而言。

常规的MIM电容器的制造成本通常也非常高昂。例如，MIM电容器通常需要多个额外的掩模层和许多额外的工艺步骤。

另外，对于形成在铝互连件中的MIM电容器(即，其中金属层M_x和M_x+1包括铝互连层)，铝底部电极可易于在底部电极的顶侧处形成凸丘(hillock)，例如，由铝(低熔点金属)的高温处理引起。在底部电极上形成的凸丘可能不利地或不可预见地影响MIM电容器的击穿电压。

需要能够以较低成本制造、添加较少掩模层或不添加掩模层、并且/或者具有改进的击穿电压的MIM电容器。

发明内容

MIM电容器模块包括：底部电极，该底部电极包括底部电极杯；绝缘体杯，该绝缘体杯形成在底部电极杯中；以及顶部电极，该顶部电极形成在绝缘体杯中。该底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基部和从该底部电极杯基部向上延伸的底部电极杯侧壁。绝缘体杯包括形成在底部电极杯基部上方的横向延伸的绝缘体杯基部，以及从绝缘体杯基部向上延伸的绝缘体杯侧壁。MIM电容器模块包括横向地位于绝缘体杯侧壁和底部电极杯侧壁之间的电介质侧壁间隔件。电介质侧壁间隔件减小顶部电极与底部电极杯侧壁之间(例如，在横向方向上)的电容耦合。因此，MIM电容器模块有效地起到平面电容器的作用，该平面电容器由顶部电极和横向延伸的底部电极杯基部之间的通过横向延伸的绝缘体杯基部的电容耦合限定。例如，与利用顶部电极与杯状底部电极的横向基部和垂直侧壁两者之间的电容耦合的″3D″MIM电容器相比，本公开的MIM电容器模块可因此提供与平面电容器相关联的某些特性和/或优点。例如，本发明的MIM电容器模块可以为模拟电路提供更好的匹配(例如，匹配的器件特性，诸如电阻和电容)，以及/或者提供更高的击穿电压，而不遭受拐角处增强的电场的影响。

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)，并且还可以包括某些相关元件，例如，提供与导电电极的电接触的导电元件，以及在本文所公开的示例中的电介质侧壁间隔件。

另外，底部电极杯侧壁与顶部电极的横向间隔(由电介质侧壁间隔件提供)允许在共用(即，相同)的金属层中形成顶部电极连接焊盘(形成在顶部电极的顶表面上)和底部电极连接焊盘(形成在底部电极杯侧壁的顶表面上)两者，而不需要额外的掩模层。

在一些示例中，MIM电容器模块可同时构造有互连结构。在一些示例中，与背景IC制造工艺相比，可以使用不添加光掩模层的镶嵌工艺来构造MIM电容器模块。

在一些示例中，MIM电容器模块提供一致的击穿电压。例如，所公开的用于形成MIM电容器模块的工艺可避免底部电极上出现凸丘。另外，顶部电极和上覆盖的顶部电极连接焊盘(例如，两者均可以由铝形成)的厚度可能较大，从而提供了极低的串联电阻。

在一些示例中，MIM电容器模块可以构造在两个金属互连层之间或者构造在硅化多晶硅层和金属-1金属层之间。

一方面提供了一种MIM电容器模块，该MIM电容器模块包括底部电极杯、绝缘体杯和顶部电极。该底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基部，以及从该横向延伸的底部电极杯基部向上延伸的底部电极杯侧壁。该绝缘体杯形成在由该底部电极杯限定的开口中，并且包括形成在横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的绝缘体杯基部，以及从横向延伸的绝缘体杯基部向上延伸的绝缘体杯侧壁。电介质侧壁间隔件位于绝缘体杯侧壁和底部电极杯侧壁之间。该顶部电极形成在由该绝缘体杯限定的开口中。

在一些示例中，由于电介质侧壁间隔件的存在，横向延伸的绝缘体杯基部仅覆盖横向延伸的底部电极杯基部的部分区域。

在一些示例中，MIM电容器模块包括(a)在下部金属层中形成的底部电极基部，其中底部电极杯在底部电极基部上形成，以及(b)在上部金属层中形成并且导电地连接到顶部电极的顶部电极连接焊盘。

在一些示例中，下部金属层和上部金属层包括相应的互连金属层。在其他示例中，底部电极基部包括形成在多晶硅结构上的金属硅化物层。

在一些示例中，MIM电容器模块包括在上部金属层中形成的顶部电极连接焊盘和底部电极连接焊盘，其中顶部电极连接焊盘导电地连接到顶部电极，并且其中底部电极连接焊盘与顶部电极连接焊盘横向地间隔开并且导电地连接到底部电极杯。

在一些示例中，底部电极连接焊盘限定围绕顶部电极连接焊盘的闭环形状。

在一些示例中，电介质侧壁间隔件包括氧化硅、氟硅酸盐玻璃(FSG)、有机硅酸盐玻璃(OSG)或多孔OSG。

在一些示例中，电介质侧壁间隔件具有在至/>的范围内的横向厚度。

另一方面提供了一种集成电路结构，该集成电路结构包括互连结构和MIM电容器模块。该互连结构包括形成在下部金属层中的下部互连元件、形成在上部金属层中的上部互连元件，以及形成在下部金属层和上部金属层之间的电介质区中的互连通孔。MIM电容器模块包括底部电极杯基部、底部电极杯、绝缘体杯、电介质侧壁间隔件和顶部电极。底部电极杯基部形成在下部金属层中。底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基部，以及从横向延伸的底部电极杯基部向上延伸的底部电极杯侧壁。绝缘体杯形成在由底部电极杯限定的开口中，并且包括形成在横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的绝缘体杯基部，以及从横向延伸的绝缘体杯基部向上延伸的绝缘体杯侧壁。电介质侧壁间隔件位于绝缘体杯侧壁和底部电极杯侧壁之间。该顶部电极形成在由该绝缘体杯限定的开口中。

在一些示例中，集成电路结构包括形成在上部金属层中并且导电地连接到顶部电极的顶部电极连接焊盘。

在一些示例中，集成电路结构包括形成在上部金属层中并且与顶部电极连接焊盘间隔开的底部电极连接焊盘，其中底部电极连接焊盘导电地连接到底部电极杯。

在一些示例中，下部金属层和上部金属层分别包括互连金属层。

在一些示例中，下部金属层包括硅化多晶硅层，其中下部互连元件和底部电极基部包括形成在相应的多晶硅结构上的相应的金属硅化物层。

另一方面提供了一种方法，包括在电介质区中形成桶开口；沉积共形金属层以在桶开口中形成底部电极杯，该底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基部和从横向延伸的底部电极杯基部向上延伸的底部电极杯侧壁；沉积延伸到由底部电极杯限定的开口中的电介质间隔层；去除电介质间隔层的部分以限定横向相邻于底部电极杯侧壁的电介质侧壁间隔件；沉积绝缘体层以形成绝缘体杯，该绝缘体杯包括在横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的绝缘体杯基部和横向相邻于电介质侧壁间隔件的绝缘体杯侧壁，其中电介质侧壁间隔件横向定位在绝缘体杯侧壁和底部电极杯侧壁之间；在绝缘体层上方沉积顶部电极层，顶部电极层延伸到由绝缘体杯限定的开口中；以及执行平坦化工艺以部分地去除顶部电极层，其中顶部电极层的剩余部分限定顶部电极。

在一些示例中，该方法包括在下部金属层中形成底部电极基部，在下部金属层上方形成电介质区，在底部电极基部上方形成桶开口，以及在上部金属层中形成顶部电极连接焊盘，其中顶部电极连接焊盘导电地连接到顶部电极。

在一些示例中，该方法包括在上部金属层中形成底部电极连接焊盘，该底部电极连接焊盘与顶部电极连接焊盘间隔开并且导电地连接到底部电极杯。

在一些示例中，下部金属层和上部金属层包括相应的互连金属层。在其他示例中，下部金属层包括硅化多晶硅层，其中底部电极基部包括形成在多晶硅结构上的金属硅化物层。

在一些示例中，该方法包括在下部金属层中形成下部互连元件，在电介质区中形成互连通孔开口，以及沉积共形金属层以形成(a)桶开口中的底部电极杯和(b)互连通孔开口中的互连通孔。

在一些示例中，所沉积的电介质间隔层限定杯状电介质间隔层结构，该杯状电介质间隔层结构包括(a)在横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的电介质间隔层区和(b)从横向延伸的电介质间隔层区向上延伸的电介质间隔层侧壁；以及选择性地去除电介质间隔层的部分包括执行各向异性蚀刻以去除横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的电介质间隔层区。

在一些示例中，执行平坦化工艺包括执行化学机械平坦化(CMP)工艺以去除顶部电极层、绝缘体层、电介质间隔层和共形金属层的上部部分。

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电容器模块的顶视图，并且图1B是示例性MIM电容器模块的侧向截面图；

图2是示出了根据一个示例的包括可以同时形成的MIM电容器模块和互连结构的示例性IC结构的侧向截面图；

图3A至图3J示出了图2中所示的包括MIM电容器模块和互连结构的示例性IC结构的示例性形成方法；并且

图4是示出了包括形成在包括硅化多晶硅层的下部金属层上的MIM电容器模块和互连结构的示例性IC结构的侧向截面图。

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和图1B示出了根据本公开的示例性MIM电容器模块100。具体地，图1A示出了MIM电容器模块100的顶视图，并且图1B示出了沿图1A中所示的切割线1B-1B截取的MIM电容器模块100的侧向截面图。如图所示，MIM电容器模块100包括：(a)底部电极102，该底部电极包括底部电极基部104和形成在底部电极基部104上方的底部电极杯106；(b)绝缘体杯108，该绝缘体杯形成在由底部电极杯106限定的开口中；(c)顶部电极110，该顶部电极形成在由绝缘体杯108限定的开口中；(d)顶部电极连接焊盘112，该顶部电极连接焊盘与顶部电极110导电地连接；以及(e)底部电极连接焊盘114，该底部电极连接焊盘与底部电极杯106导电地连接。

在另一示例中，可以省略底部电极基部104；在这样的示例中，底部电极杯106可以形成在下方的电介质区上，而不是如图1A和图1B中所示形成在底部电极基部104上。例如，可以使用合适的蚀刻停止层在氧化物区上形成底部电极杯106，以控制可以形成底部电极杯106的桶开口的桶开口蚀刻的深度。

底部电极基部104可以形成在下部金属层M_x中，例如下部金属互连层(例如，铝互连层)或硅化多晶硅层中，如下文更详细论述的。

底部电极杯106可以形成在电介质区116(例如，金属间电介质(IMD)区或多金属电介质(PMD)区)中，并且包括(a)横向延伸的底部电极杯基部120和(b)从横向延伸的底部电极杯基部120向上延伸的底部电极杯侧壁122。在该示例中，底部电极杯侧壁122从横向延伸的底部电极杯基部120的横向周边边缘向上延伸。在一些示例中，底部电极杯106由钨(W)或其他保形金属形成。在一些示例中，底部电极杯106形成在例如包括TiN的衬垫107上。

绝缘体杯108形成在由底部电极杯106限定的开口中，并且包括(a)形成在横向延伸的底部电极杯基部120的至少一部分上的横向延伸的绝缘体杯基部130和(b)从横向延伸的绝缘杯基部130向上延伸的绝缘体杯侧壁132。在该示例中，绝缘体杯侧壁132从横向延伸的绝缘体杯基部130的横向周边边缘向上延伸。在一些示例中，绝缘体杯108包括例如厚度在至/>的范围内的氮化硅(SiN)。另选地，绝缘体杯108可包括Al₂O₃、ZrO₂、HfO₂、ZrSiO_x、HfSiO_x、HfAlOx或Ta2O₅，或其他合适的电容器绝缘体材料。

如图1A至图1B中所示，电介质侧壁间隔件136可形成在绝缘体杯侧壁132和底部电极杯侧壁122之间，以明显地减少顶部电极110和底部电极杯侧壁122之间(在x轴方向上)的电容耦合。在一些示例中，电介质侧壁间隔件136包括氧化硅、氟硅酸盐玻璃(FSG)、有机硅酸盐玻璃(OSG)、多孔OSG或其他低k电介质(例如，具有小于4.0的介电常数k)，并且(在x方向上)可具有在至/>的范围内的厚度。本领域的技术人员将认识到，上述厚度可同样适用于y轴，如图1A中所示。

顶部电极110填充由绝缘体杯108限定的内部开口，并且可包括Al、Ti、TiN、W或它们的组合，例如TiN和Al的组合，并且可以例如通过物理气相沉积(PVD)工艺来沉积。

顶部电极连接焊盘112和底部电极连接焊盘114可以形成在上部金属层M_x+1中，例如形成在金属互连层或接合层中。顶部电极连接焊盘112和底部电极连接焊盘114可具有任何合适的形状和尺寸。例如，顶部电极连接焊盘160和底部电极连接焊盘162可以分别在x-y平面中具有正方形或矩形形状，例如，如图1A中所示。在另一示例(未示出)中，顶部电极连接焊盘112和底部电极连接焊盘114可分别在x-y平面中具有大致圆形的形状。又如，顶部电极连接焊盘112和/或底部电极连接焊盘114可以分别是明显伸长的，例如，在x方向和/或y方向上横向穿过晶片。在一些示例中，顶部电极连接焊盘112和/或底部电极连接焊盘114可以被省略，并且因此可以是任选的。例如，可以省略底部电极连接焊盘114，其中底部电极杯106或底部电极基部104可以从下面或从侧面横向地接触，而不是从上面接触。

顶部电极110通过横向延伸的绝缘体杯基部130(在x轴方向和y轴方向上横向延伸)电容耦合到横向延伸的底部电极杯基部120(在x轴方向和y轴方向上横向延伸)。如上所述，电介质侧壁间隔件136明显减少了顶部电极110和底部电极杯侧壁122之间的侧壁电容耦合。因此，MIM电容器模块100的结构通过绝缘体杯基部130有效地限定了顶部电极110和底部电极杯基部120之间的平面电容器，通常由虚线PC表示。例如与其中绝缘体杯侧壁132直接相邻于底部电极杯侧壁122形成(即，省略电介质侧壁间隔件136)的3D MIM电容器相比，由MIM电容器模块100的结构限定的该平面电容器对于特定应用可能是合适的或有利的，从而导致通过绝缘体杯基部130和绝缘体杯侧壁132两者的电容耦合。例如，由MIM电容器模块100的结构限定的平面电容器可以为模拟电路提供更好的匹配(例如，匹配的器件特性，诸如电阻和电容)，以及/或者提供更高的击穿电压，而不会遭受拐角处增强的电场的影响。

另外，在一些示例中，电介质侧壁间隔件136在顶部电极110和底部电极杯侧壁122之间提供足够的横向间隔，以允许在相同的金属层M_x+1中形成顶部电极连接焊盘112(直接接触顶部电极110的顶部表面)和底部电极连接焊盘114(直接接触底部电极杯侧壁122的顶面)，而不需要额外的掩模层。

在一些示例中，例如，如下面所讨论的，MIM电容器模块100使用镶嵌工艺来构造，该镶嵌工艺不向背景集成电路制造工艺添加额外的光掩模操作。

在一些示例中，顶部电极110和底部电极基部104两者很厚，例如在z方向上具有至少的厚度，从而提供低电阻。另外，底部电极杯106可以由钨或其他共形难熔的金属形成，因此没有凸丘，这可以为MIM电容器模块100提供一致且高的击穿电压。

图2是示出了根据一个示例的包括同时形成的图1A至图1B中所示的MIM电容器模块100和互连结构202的示例性IC结构200的侧向截面图。如上所述，可在不在背景集成电路制造工艺(例如，用于形成互连结构202和/或其他IC元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：底部电极102，该底部电极包括底部电极基部104和底部电极杯106，该底部电极杯包括底部电极杯基部120和底部电极杯侧壁122；绝缘体杯108，该绝缘体杯包括绝缘体杯基部130和绝缘体杯侧壁132；位于底部电极杯侧壁122和绝缘体杯侧壁132之间的电介质侧壁间隔件136；顶部电极110；顶部电极连接焊盘112；以及底部电极连接焊盘114。如上所述，MIM电容器模块100的结构(在绝缘体杯侧壁132和底部电极杯侧壁122之间包括电介质侧壁间隔件136)通过绝缘体杯基部130有效地限定了顶部电极110和底部电极杯基部120之间的平面电容器，通常由虚线PC指示。

如图2中所示，互连结构202可包括形成在下部金属层M_x中的下部互连元件204和形成在上部金属层M_x+1中并且通过形成在通孔层V_x中的互连通孔206连接至下部互连元件204的上部互连元件210，互连通孔206可通过将共形通孔材料(例如，钨)沉积到相应的通孔开口中来形成。在一些示例中，互连通孔206形成在例如包括TiN的衬垫107上。

下部互连元件204和上部互连元件210中的每一者可包括：导线或其他横向伸长的结构、或离散焊盘(例如，从顶视图看具有正方形或基本上正方形形状)、或任何其他合适的形状和结构。

如图所示，下部互连元件204和底部电极基部104可以形成在下部金属层M_x中。上部互连元件210、顶部电极连接焊盘112和底部电极连接焊盘114可以形成在上部金属层M_x+1中。底部电极杯106、绝缘体杯108、电介质侧壁间隔件136和顶部电极110可以例如使用下面参考图3A至图3H讨论的镶嵌工艺形成在下部金属层M_x和上部金属层M_x+1之间的通孔层V_x中。

如本文所用，例如在下部金属层M_x和上部金属层M_x+1的上下文中，″金属层″可包括任何金属层或一个或多个金属化层，包括：(a)金属互连层，例如，包括通过减成图案化工艺(例如，金属层的沉积、图案化和蚀刻)或使用镶嵌工艺沉积的铜、铝或其他金属，或(b)硅化多晶硅层，包括例如许多多晶硅区，每个多晶硅区上都形成有金属硅化物层或金属硅化物区。例如，在一些示例中，下部金属层M_x可以是硅化多晶硅层，并且上部金属层M_x+1可包括常称为金属-1的第一金属互连层。在这类示例中，x＝0，使得下部金属层M_x＝M₀，并且上部金属层M_x+1＝M₁(即，金属-1)。另外，如本文所用，例如在下文所讨论的互连结构202的上下文中，″互连结构″可包括如上文所定义的任何类型的金属层。

图3A至图3J示出了形成图2中所示的包括MIM电容器模块100和互连结构202的示例性IC结构200的示例性方法。如上所述，在其他示例中，互连结构202可以是任选的，使得MIM电容器模块100可以通过下文所述的工艺形成，而无需互连结构202的元件。

如图3A所示，下部互连元件204和底部电极基部104形成在下部金属层M_x中。在该示例中，下部金属层M_x可包括金属互连层，其中下部互连元件204和底部电极基部104分别形成为金属元件(例如，铝元件)。在另一示例中，例如，如下文所讨论的图4所示，下部金属层M_x可包括硅化多晶硅层，其中下部互连元件204和底部电极基部104分别包括形成在相应的多晶硅结构上的硅化物区。

电介质区116(例如，金属间电介质(IMD)区或多金属电介质(PMD)区)形成在下部互连元件204和底部电极基部104上方，其中下部互连元件204和基部电极基部104形成在下部金属层M_x中。电介质区116可包括一种或多种电介质材料，例如，氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)或掺氟玻璃(FSG)或它们的组合。

包括互连通孔开口302和桶开口304的通孔层开口300可在电介质区116中被图案化(使用光掩模)和蚀刻。通孔层开口300可使用等离子蚀刻或其他合适的蚀刻来形成，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。形成通孔层开口300的蚀刻工艺可以为在下部互连元件204和底部电极基部104(例如，包括铝或其他金属)上停止的选择性蚀刻。

互连通孔开口302可以是在x方向和y方向上具有例如在0.1μm至0.5μm的范围内的宽度(或直径或关键尺寸(CD))W_通孔的通孔开口。

相比之下，桶开口304相比于互连通孔开口302在x方向(W_{桶_x})和/或y方向(W_{桶_y})上可具有明显更大的宽度。桶开口304的形状和尺寸可以基于各种参数来选择，例如，为了MIM电容器模块100(例如，在桶开口304中有效地形成底部电极杯106、绝缘体杯108、电介质侧壁间隔件136和顶部电极110)的有效制造以及/或者为了所得的MIM电容器模块100的期望的性能特性。在一个示例中，例如，如图3A中所示，从顶视图来看，桶开口304可具有正方形或矩形形状。在其他示例中，从顶视图来看，桶开口304可具有圆形或椭圆形形状。

如上文所述，桶开口304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})可明显大于互连通孔开口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_通孔。例如，在一些示例中，桶开口304的宽度W_{桶_x}和W_{桶_y}分别是互连通孔开口302的宽度W_通孔的至少两倍。在特定示例中，桶开口304的宽度W_{桶_x}和W_{桶_y}分别是互连通孔开口302的宽度W_通孔的至少五倍或至少十倍。在一些示例中，W_{桶_x}和W_{桶_y}分别在1μm至100μm的范围内。

另外，桶开口304可形成为在x方向和y方向两者上具有小于或等于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304。例如，桶开口304可形成为具有分别在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，用于通过各种材料有效地填充桶开口304以在桶开口304中形成底部电极杯106、绝缘体杯108、电介质侧壁间隔件136和顶部电极110。例如，桶开口304可形成为具有分别在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}。

接下来，如图3B中所示，在结构上方沉积衬垫(或″胶层″)107，例如包含厚度在至/>的范围内的TiN，并且延伸到相应的通孔层开口300中。共形金属层310沉积在衬垫107上方并且延伸到相应的通孔层开口300中以(a)填充互连通孔开口302以形成相应的互连通孔206，并且(b)在桶开口304中形成底部电极杯106，其中底部电极杯106包含横向延伸的底部电极杯基部120以及从横向延伸的底部电极杯基部120的横向周边边缘向上(在z方向上)延伸的底部电极杯侧壁122。在一个示例中，共形金属层310包括沉积厚度在至/>的范围内的钨。在其他示例中，共形金属层310可包含Co、TiN或其他共形金属。共形金属层310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。

接下来，如图3C中所示，电介质间隔层320沉积在共形金属层310上方并且延伸到由底部电极杯106限定的开口322中，以在开口322中形成杯状电介质间隔层结构324。杯状电介质间隔层结构324包括(a)横向延伸的电介质间隔层基部326(形成在横向延伸的底部电极杯基部120上)和(b)从横向延伸的电介质间隔层基部326向上延伸的电介质间隔层侧壁328(相邻于底部电极杯侧壁122形成)。在一些示例中，电介质间隔层320包括氧化硅、氟硅酸盐玻璃(FSG)、有机硅酸盐玻璃(OSG)、多孔OSG或其他低k电介质(例如，具有小于4.0的介电常数k)、沉积厚度在至/>的范围内，即，其中电介质间隔层基部326具有在/>至/>的范围内的z方向厚度，并且电介质间隔层侧壁328具有在/>至的范围内的x方向厚度和y方向厚度。

接下来，如图3D所示，电介质间隔层320的部分被蚀刻或以其他方式被去除，以限定与底部电极杯侧壁122横向相邻地形成的电介质侧壁间隔件136。在一个示例中，执行没有图案化的各向异性(定向)等离子蚀刻(例如，覆盖等离子蚀刻)以去除电介质间隔层320的部分，包括横向延伸的电介质间隔层基部326和电介质间隔层320在桶开口304外部(上方)的部分，从而在底部电极杯侧壁122上留下电介质侧壁间隔件136。

接下来，如图3E中所示，绝缘体层330被沉积在结构上方并且向下延伸到开口332(由底部电极杯基部120和电介质侧壁间隔件136限定)中以形成绝缘体杯108。绝缘体杯108包括(a)形成在横向延伸的底部电极杯基部120上的横向延伸的绝缘体杯基部130，以及(b)从横向延伸的绝缘体杯基部130向上延伸并且与电介质侧壁间隔件136横向相邻地形成的绝缘体杯侧壁132。在该示例中，绝缘体杯侧壁132从横向延伸的绝缘体杯基部130的横向周边边缘向上延伸。由于电介质侧壁间隔件136的存在，横向延伸的绝缘体杯基部130仅覆盖横向延伸的底部电极杯基部120的部分区域。在一些示例中，绝缘体层330包含通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积有在至/>的范围内的厚度的氮化硅(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。

接下来，如图3F中所示，顶部电极层340沉积在绝缘体层330上方，并且延伸到由绝缘体杯108限定的开口342中并且填充该开口。在一些示例中，顶部电极层340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。

接下来，如图3G和图3H中所示，执行平坦化工艺，例如化学机械平坦化(CMP)工艺，以去除顶部电极层340、绝缘体层330和共形金属层310，以及电介质侧壁间隔件136的上部部分。图3G示出了平坦化工艺之后所得结构的顶视图，并且图3H示出了沿图3G中所示的线3H-3H截取的侧向截面图。平坦化工艺限定底部电极杯106、绝缘体杯108、电介质侧壁间隔件136和顶部电极110的最终形式。平坦化工艺限定平坦化的顶表面350，该平坦化的顶表面包括顶部电极110的平坦化顶表面352和底部电极杯侧壁122的平坦化的顶表面354。

如图3G中所示，底部电极杯侧壁122、电介质侧壁间隔件136和绝缘体杯侧壁132在x-y平面中具有相应的闭环矩形周边。电介质侧壁间隔件136围绕绝缘体杯侧壁132的闭环矩形周边将绝缘体杯侧壁132与底部电极杯侧壁122物理地分离。

还如图3G中所示，互连通孔206可在x-y平面中具有圆形形状。在其他示例中，互连通孔206可在x-y平面中具有任何其他的形状，例如正方形或矩形形状。

接下来，如图3I和图3J中所示，可在通孔层V_x的平坦化的上表面350上形成上部金属层(M_x+1层)。图3I示出了在形成上部金属层之后所得的结构的顶视图，并且图3J示出了沿图3I中所示的线3J-3J截取的侧向截面图。(例如，通过金属沉积、图案化和蚀刻工艺)在上部金属层M_x+1中形成各个金属元件，包括(a)连接到互连通孔206的上部互连元件210、(b)连接到顶部电极110的顶部电极连接焊盘112和(c)连接到底部电极接触件106的底部电极连接焊盘114。上部金属层M_x+1可包含铝或其他合适的金属。

如图所示，顶部电极连接焊盘112可以直接形成在顶部电极110的平坦化的顶表面352上，并且底部电极连接焊盘114可以直接形成在底部电极杯侧壁122的平坦化的顶表面354上。在该示例中，如图3G中所示，底部电极连接焊盘114具有在x-y平面中围绕顶部电极连接焊盘112的周边延伸的闭环矩形形状，并且通过电介质侧壁间隔件136与顶部电极连接焊盘112的周边分开，该电介质侧壁间隔件类似地具有在x-y平面中围绕顶部电极连接焊盘112的周边延伸的闭环矩形形状。如上所述，将绝缘体杯侧壁132与底部电极杯侧壁122(在x-y平面中)间隔开的电介质侧壁间隔件136的存在允许顶部电极连接焊盘112和底部电极连接焊盘114两者分别形成在相同的上部金属层(M_x+1层)中并且直接形成在顶部电极110和底部电极杯侧壁122的顶部上。

图4是示出了包括形成在包括硅化多晶硅层的下部金属层M_x上的MIM电容器模块402和互连结构404的示例性IC结构400的侧向截面图。在该示例中，互连结构404的下部互连元件408和MIM电容器模块402的底部电极基部406各自可包括形成在相应的多晶硅区上的金属硅化物区。特别地，下部互连元件408包括形成在第一多晶硅区420a上的第一金属硅化物区422a，并且底部电极基部406包括形成在第二多晶硅区420b上的第二金属硅化物区422b。

Claims (20)

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：

底部电极杯，所述底部电极杯包括：

横向延伸的底部电极杯基部；和

底部电极杯侧壁，所述底部电极杯侧壁从所述横向延伸的底部电极杯基部向上延伸；

绝缘体杯，所述绝缘体杯形成在由所述底部电极杯限定的开口中，所述绝缘体杯包括：

横向延伸的绝缘体杯基部，所述横向延伸的绝缘体杯基部形成在所述横向延伸的底部电极杯基部上方；和

绝缘体杯侧壁，所述绝缘体杯侧壁从所述横向延伸的绝缘体杯基部向上延伸；

电介质侧壁间隔件，所述电介质侧壁间隔件位于所述绝缘体杯侧壁和所述底部电极杯侧壁之间；和

顶部电极，所述顶部电极形成在由所述绝缘体杯限定的开口中。

2.根据权利要求1所述的MIM电容器模块，其中所述横向延伸的绝缘体杯基部仅覆盖所述横向延伸的底部电极杯基部的部分区域。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的MIM电容器模块，所述MIM电容器模块包括：

底部电极基部，所述底部电极基部形成在下部金属层中，其中所述底部电极杯形成在所述底部电极基部上；和

顶部电极连接焊盘，所述顶部电极连接焊盘形成在上部金属层中并且导电地连接到所述顶部电极。

4.根据权利要求3所述的MIM电容器模块，其中所述下部金属层和所述上部金属层包括相应的互连金属层。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的MIM电容器模块，其中所述底部电极基部包括形成在多晶硅结构上的金属硅化物层。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的MIM电容器模块，所述MIM电容器模块包括形成在上部金属层中的顶部电极连接焊盘和底部电极连接焊盘；

其中所述顶部电极连接焊盘导电地连接到所述顶部电极；并且

其中所述底部电极连接焊盘与所述顶部电极连接焊盘横向间隔开并且导电地连接到所述底部电极杯。

7.根据权利要求6所述的MIM电容器模块，其中所述底部电极连接焊盘限定围绕所述顶部电极连接焊盘的闭环形状。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的MIM电容器模块，其中所述电介质侧壁间隔件包括氧化物、氟硅酸盐玻璃(FSG)、有机硅酸盐玻璃(OSG)或多孔OSG。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的MIM电容器模块，其中所述电介质侧壁间隔件的横向厚度在至/>的范围内。

10.一种集成电路结构，所述集成电路结构包括：

互连结构，所述互连结构包括：

下部互连元件，所述下部互连元件形成在下部金属层中；

上部互连元件，所述上部互连元件形成在上部金属层中；和

互连通孔，所述互连通孔形成在所述下部金属层和所述上部金属层之间的电介质区中；和

金属-绝缘体-金属(MIM)电容器模块，所述MIM电容器模块包括根据权利要求1至9所述的MIM电容器模块中的任一者，其中所述MIM电容器模块的所述底部电极杯形成在所述电介质区中。

11.根据权利要求10所述的集成电路结构，所述集成电路结构包括形成在所述下部金属层中的底部电极基部；

其中所述下部金属层包括硅化多晶硅层，其中所述下部互连元件和所述底部电极基部包括形成在相应的多晶硅结构上的相应的金属硅化物层。

12.一种方法，所述方法包括：

在电介质区中形成桶开口；

沉积共形金属层以在所述桶开口中形成底部电极杯，所述底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基部和从所述横向延伸的底部电极杯基部向上延伸的底部电极杯侧壁；

沉积电介质间隔层以延伸到由所述底部电极杯限定的开口中；

去除所述电介质间隔层的部分以限定横向相邻于所述底部电极杯侧壁的电介质侧壁间隔件；

沉积绝缘体层以形成绝缘体杯，所述绝缘体杯包括在所述横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的绝缘体杯基部和从所述横向延伸的绝缘体杯基部向上延伸的绝缘体杯侧壁，所述绝缘体杯侧壁横向相邻于所述电介质侧壁间隔件，其中所述电介质侧壁间隔件横向定位在所述绝缘体杯侧壁和所述底部电极杯侧壁之间；

在所述绝缘体层上方沉积顶部电极层，所述顶部电极层延伸到由所述绝缘体杯结构限定的开口中；以及

执行平坦化工艺，所述平坦化工艺部分地去除所述顶部电极层，其中所述顶部电极层的剩余部分限定顶部电极。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括：

在下部金属层中形成底部电极基部，

在所述下部金属层上方形成所述电介质区；

在所述底部电极基部上方形成所述桶开口；以及

在上部金属层中形成顶部电极连接焊盘，其中所述顶部电极连接焊盘导电地连接到所述顶部电极。

14.根据权利要求13所述的方法，包括在所述上部金属层中形成底部电极连接焊盘，所述底部电极连接焊盘与所述顶部电极连接焊盘间隔开并且导电地连接到所述底部电极杯。

15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，其中所述下部金属层和所述上部金属层包括相应的互连金属层。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述下部金属层包括硅化多晶硅层，其中所述底部电极基部包括形成在多晶硅结构上的金属硅化物层。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，所述方法包括：

在所述下部金属层中形成下部互连元件；

在所述电介质区中形成互连通孔开口；以及

沉积所述共形金属层以形成(a)所述桶开口中的所述底部电极杯和(b)所述互连通孔开口中的互连通孔。

18.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中：

所沉积的电介质间隔层限定杯状电介质间隔层结构，所述杯状电介质间隔层结构包括(a)在所述横向延伸的底部电极杯基部上方的横向延伸的电介质间隔层区和(b)从所述横向延伸的电介质间隔层区向上延伸的电介质间隔层侧壁；并且

去除所述电介质间隔层的部分包括执行各向异性蚀刻以去除所述横向延伸的底部电极杯基部上方的所述横向延伸的电介质间隔层区。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中执行所述平坦化工艺包括执行化学机械平坦化(CMP)工艺以去除所述顶部电极层、绝缘体层、电介质间隔层和共形金属层的上部部分。

20.一种装置，所述装置通过根据权利要求12至19所述的方法中的任一种方法形成。