DE102019118100A1

DE102019118100A1 - VERFAHREN UND STRUKTUREN BEZÜGLICH VERBESSERTEN FERROELEKTRISCHEN DIREKTZUGRIFFSSPEICHERS (FeRAM)

Info

Publication number: DE102019118100A1
Application number: DE102019118100.3A
Authority: DE
Inventors: Tzu-Yu Chen; Kuo-Chi Tu; Sheng-Hung SHIH; Wen-Ting Chu; Yong-Shiuan Tsai
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Einige Ausführungsformen beziehen sich auf eine ferroelektrische Direktzugriffsspeicher- (FeRAM) Vorrichtung. Die FeRAM-Vorrichtung umfasst eine untere Elektrodenstruktur und eine obere Elektrode, die die ferroelektrischen Struktur überlagert. Die obere Elektrode weist eine erste Breite zwischen äußersten Seitenwänden der oberen Elektrode gemessen auf. Eine ferroelektrische Struktur trennt die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode. Die ferroelektrische Struktur weist eine zweite Breite zwischen äußersten Seitenwänden der ferroelektrischen Struktur gemessen auf. Die zweite Breite ist größer als die erste Breite, sodass die ferroelektrische Struktur einen Vorsprung umfasst, der eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite widerspiegelt. Eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur ist auf dem Vorsprung angeordnet und deckt die äußersten Seitenwände der oberen Elektrode ab.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen U.S.-Anmeldung Nr. 62/738,604 , eingereicht am 28. September 2018, deren Inhalte hierin durch Verweis vollständig eingeschlossen sind.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele moderne elektronische Vorrichtungen umfassen nichtflüchtigen Speicher. Nichtflüchtiger Speicher ist ein elektronischer Speicher, der ohne Energieversorgung Daten speichern kann. Ein vielversprechender Kandidat für die nächste Generation von nichtflüchtigem Speicher ist der ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (FeRAM). FeRAM weist eine relativ einfache Struktur auf und ist mit komplementären Metalloxidhalbleiter- (CMOS) Logikherstellungsprozessen kompatibel.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind am besten über die folgende ausführliche Beschreibung zu verstehen, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird angemerkt, dass dem Standardverfahren der Branche entsprechend verschiedene Eigenschaften nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Eigenschaften können tatsächlich willkürlich vergrößert oder verkleinert werden, um die Erklärung klarer zu machen.

1A illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen einer integrierten Schaltung (IC), die eine FeRAM-Zelle umfasst.
1B illustriert eine Draufsicht einiger Ausführungsformen einer integrierten Schaltung (IC), die eine FeRAM-Zelle umfasst, die mit 1A übereinstimmt.
2 illustriert Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen einer IC, die einen Speicherbereich mit einer oder mehreren FeRAM-Zellen umfasst, und einen Peripheriebereich, der eine Logikschaltung umfasst, die in einem Abstand von dem Speicherbereich angeordnet ist.
3 bis 13 illustrieren eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer IC, die eine FeRAM-Zelle umfasst.
14 illustriert einige Ausführungsformen eines Verfahrens im Format eines Ablaufdiagramms zum Bilden einer IC, die eine FeRAM-Zelle umfasst.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Umsetzung verschiedener Funktionen dieser Offenbarung bereit. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachfolgend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sind nicht als einschränkend vorgesehen. Beispielsweise kann die Bildung eines ersten Merkmals oder eines zweiten Merkmals in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, bei denen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt ausgebildet sind, und sie kann außerdem Ausführungsformen enthalten, in denen weitere Merkmale zwischen dem ersten und zweiten Merkmal ausgebildet werden können, sodass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Weiterhin kann die vorliegende Offenbarung Referenzziffern und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und diktiert nicht für sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Ferner können räumlich relative Begriffe wie „unter“, „darunter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und ähnliches hierin für eine einfachere Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) wie in den Figuren illustriert zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollten zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren dargestellt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung in Verwendung oder Betrieb umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die räumlich relativen Bezeichner, die hierin verwendet werden, können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.
Eine Ein-Transistor-Ein-Kondensator- (1T1C) Speicherzelle ist eine Art von Speicher, der einen Kondensator und einen Transistor umfasst. Der Kondensator speichert verschiedene Ladungsmengen, die einem einzelnen Bit Daten entsprechen, die in dem Kondensator gespeichert sind, und der Transistor erleichtert den Zugriff auf den Kondensator für Lese- und Schreibvorgänge. Die relativ einfache Struktur der 1T1C-Speicherzelle erlaubt eine hohe Speicherdichte, die zu einer hohen Speicherkapazität und geringen Kosten pro Bit führt. 1T1C-Speicherzellen werden typischerweise mit dynamischem Direktzugriffsspeicher (DRAM) verwendet. DRAM erreicht jedoch Leistungsgrenzen, ist flüchtig, weist einen hohen Energieverbrauch auf und ist von komplexen Aktualisierungsschaltungen abhängig. Flüchtiger Speicher ist ein elektronischer Speicher, der ohne Energieversorgung keine Daten speichern kann. Eine vielversprechende Alternative für DRAM ist ferroelektrischer Direktzugriffsspeicher (FeRAM). Im Gegensatz zu DRAM weist FeRAM einen geringeren Energieverbrauch auf, hat das Potenzial für bessere Leistung, hängt nicht von komplexen Aktualisierungsschaltungen ab und ist nicht flüchtig.
FeRAM-Speicherzellen umfasst einen Transistor und eine ferroelektrische Kondensatorstruktur, was eine ferroelektrische Struktur umfasst, die zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode eingesetzt ist. Die FeRAM-Speicherzelle ist konfiguriert ein Datenbit davon abhängig zu speichern, wie Atome relativ zueinander in der ferroelektrischen Kondensatorstruktur ausgerichtet sind. Beispielsweise kann ein erster Zustand der FeRAM-Speicherzelle, in der Atome in der ferroelektrischen Struktur in einer „Aufwärts“-Richtung polarisiert werden, einen binären Wert „1“ darstellen, während ein zweiter Zustand der FeRAM-Speicherzelle, in der Atome in der ferroelektrischen Struktur in einer „Abwärts“-Richtung polarisiert werden, einen binären Wert „0“ darstellen kann, oder umgekehrt.
Wie in einigen Aspekten dieser Offenbarung zu verstehen ist, kann jedoch während der Herstellung einiger FeRAM-Zellen ein Ätzprozess zu Zuverlässigkeitsproblemen führen. Insbesondere wird während der Herstellung eine untere Elektrodenschicht ausgebildet, eine ferroelektrische Schicht wird über der unteren Elektrodenschicht ausgebildet, und eine obere Elektrodenschicht wird über der ferroelektrischen Schicht ausgebildet; und eine Maske wird über der oberen Elektrodenschicht ausgebildet. Dann, wenn die Maske angebracht ist, wird eine Ätzung ausgeführt, um durch die obere Elektrodenschicht, die ferroelektrische Schicht und die untere Elektrodenschicht zu ätzen, um die obere Elektrode, die ferroelektrische Struktur und die untere Elektrode zu bilden. Wie die Erfinder verstanden haben, kann diese Ätzung dazu führen, dass Atome, die beim Ätzfortschritt aus diesen Schichten entfernt werden, sich unvermeidbar wieder als leitfähige Überreste an den Seitenwänden der ferroelektrischen Struktur wieder ablagern. Diese leitfähigen Überreste können schließlich einen Kurzschluss zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode verursachen, was zum Ausfall und/oder der Funktionsunfähigkeit der FeRAM-Vorrichtung führt.
Daher verwendet diese Offenbarung eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur, die entlang äußerer Seitenwände der oberen Elektrode angeordnet ist. Diese dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur wirkt als elektrische Barriere, um zu verhindern, dass leitfähige Überreste, die bei der Herstellung der Vorrichtung entstehen, einen Kurzschluss zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode auslösen. So helfen der dielektrische Seitenwandabstandhalter und der entsprechende Herstellungsprozess bei der Verbesserung des Ertrags für FeRAM-Vorrichtungen.
Mit Verweis auf 1A ist eine Querschnittsansicht 100 einiger Ausführungsformen einer IC, die eine ferroelektrische Kondensatorstruktur 102 umfasst, bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst die ferroelektrische Kondensatorstruktur 102 eine ferroelektrische Struktur 112, die zwischen einer unteren Elektrodenstruktur 104 und einer oberen Elektrode 114 angeordnet ist. Mit dieser Struktur ist die ferroelektrische Kondensatorstruktur 102 konfiguriert, ein Datenbit zu speichern. Beispielsweise kann ein erster Zustand der ferroelektrischen Kondensatorstruktur 102, in der Atome in der ferroelektrischen Struktur 112 in einer „Aufwärts“-Richtung polarisiert werden, einen binären Wert „1“ darstellen, während ein zweiter Zustand der ferroelektrischen Kondensatorstruktur 102, in der Atome in der ferroelektrischen Struktur 112 in einer „Abwärts“-Richtung polarisiert werden, einen binären Wert „0“ darstellen kann, oder umgekehrt.
Die untere Elektrodenstruktur 104 auf einem unteren Elektrodendraht 106be ist überlagert und elektrisch damit gekoppelt. Der untere Elektrodendraht 106be kann beispielsweise aus Aluminiumkupfer, Kupfer, Aluminium, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Material(ien) oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Wie hierin verwendet, kann ein Begriff beispielsweise mit dem Suffix „(ien)“ für den Singular oder Plural stehen. In einigen Ausführungsformen weist die untere Elektrodenstruktur 104 ein T-förmiges Profil oder ein anderes geeignetes Profil auf. In einigen Ausführungsformen ist die untere Elektrodenstruktur 104 homogen (z. B. wenn der gesamte Körper der unteren Elektrodenstruktur 104 ein einziges Material ist). In anderen Ausführungsformen ist die untere Elektrodenstruktur 104 heterogen (z. B. wenn der Körper der unteren Elektrodenstruktur 104 mehrere Schichten und/oder Materialien umfasst). Die untere Elektrodenstruktur 104 kann beispielsweise aus Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Material(ien), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die untere Elektrodenstruktur 104 umfasst eine untere Elektrode 108 und eine untere Elektrodendurchkontaktierung 110. Beispielsweise können die untere Elektrode 108 und die untere Elektrodendurchkontaktierung 110 individuelle Regionen der unteren Elektrodenstruktur 104 sein.
Die untere Elektrode 108 ist elektrisch durch die untere Elektrodendurchkontaktierung 110, die sich von der unteren Elektrode 108 zum unteren Elektrodendraht 106be erstreckt, mit dem unteren Elektrodendraht 106be gekoppelt. In einigen Ausführungsformen umfasst die ferroelektrische Struktur einen oberen ferroelektrischen Abschnitt 112A, der die erste Breite aufweist, einen unteren ferroelektrischen Abschnitt 112B, der die zweite Breite aufweist, und einen Vorsprung 119, der einer Höhe entspricht, auf der der oberen ferroelektrischen Abschnitt 112A auf den unteren ferroelektrischen Abschnitt 112B trifft. So illustriert 1A ein Beispiel, in dem die untere Elektrode 108 und die ferroelektrische Struktur 112 je eine erste Breite, w1, aufweisen und die obere Elektrode eine zweite Breite, w2, aufweist, wobei w2 größer ist als w1. In einigen Ausführungsformen beträgt die erste Breite etwa 10 nm, und die zweite Breite beträgt etwa 12 nm. In verschiedenen Ausführungsformen reicht die erste Breite von etwa 50 % bis etwa 95 % der zweiten Breite. Ferner ist in einigen Fällen die Breite der unteren Elektrode 108 einheitlich oder im Wesentlichen einheitlich, und/oder die Breite der unteren Elektrodendurchkontaktierung 110 ist einheitlich oder im Wesentlichen einheitlich. In einigen Ausführungsformen bestehen die untere Elektrode 108 und die untere Elektrodendurchkontaktierung 110 aus dem-/denselben Material(ien) oder umfassen diese. In anderen Ausführungsformen bestehen die untere Elektrode 108 und die untere Elektrodendurchkontaktierung 110 aus unterschiedlichen Materialien. In einigen Ausführungsformen sind die untere Elektrode 108 und die untere Elektrodendurchkontaktierung 110 zusammen integriert und/oder fortlaufend zueinander. In anderen Ausführungsformen sind die untere Elektrode 108 und die untere Elektrodendurchkontaktierung 110 unabhängig und/oder getrennt voneinander.
Die ferroelektrische Struktur 112 überlagert die untere Elektrodenstruktur 104. Die ferroelektrische Struktur 112 kann beispielsweise aus Strontiumwismuttantalit (z. B. SBT), Bleizirconattitanat (z. B. PZT), Hafniumzirconiumoxid (z. B. HZO), dotiertes Hafniumoxid (z. B. Si:HfO2), ein oder mehrere andere geeignete ferroelektrische Material(ien) oder eine Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Das dotierte Hafniumoxid kann beispielsweise mit Zirconium, Silizium, Yttrium, Aluminium, Gadolinium, Lanthan, Strontium, einem oder mehreren anderen geeigneten Element(en) oder einer Kombination der obigen dotiert sein. Die ferroelektrische Struktur 112 ist konfiguriert, ein Datenbit zu speichern. Beispielsweise werden in einem ersten Zustand Atome in der ferroelektrischen Struktur 112 in einer „Aufwärts“-Richtung polarisiert werden, einen binären Wert „1“ darstellen, während in einem zweiten Zustand Atome in der ferroelektrischen Struktur 112 in einer „Abwärts“-Richtung polarisiert werden, einen binären Wert „0“ darstellen kann, oder umgekehrt.
Eine obere Elektrode 114 überlagert die ferroelektrische Struktur 112. Die obere Elektrode 114 kann beispielsweise aus Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Material(ien), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die obere Elektrode weist eine erste Breite w₁ auf, gemessen zwischen ihren äußersten Seitenwänden, und die ferroelektrische Struktur weist eine zweite Breite w₂ , gemessen zwischen ihren äußersten Seitenwänden auf. Die zweite Breite ist größer als die erste Breite, sodass die ferroelektrische Struktur einen Vorsprung 119 umfasst, der eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite widerspiegelt.
In einigen Ausführungsformen überlagert eine Hartmaske 116 die obere Elektrode 114. Die Hartmaske 116 kann beispielsweise bei der Bildung der oberen Elektrode 114, der ferroelektrischen Struktur 112 und der unteren Elektrode 108 als eine Maske dienen. Ferner kann die Hartmaske 116 beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, einem oder mehreren anderen geeigneten Dielektrikum (Dielektrika), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 befindet sich an äußeren Seitenwänden der ferroelektrischen Struktur 112 und kann sich teilweise in eine obere Fläche der ferroelektrischen Struktur 112 erstrecken. Eine untere Fläche der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur ruht auf dem Vorsprung 119 und hat einen Abstand von einer oberen Fläche der unteren Elektrode 108. Im Querschnitt betrachtet, umfasst die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 ein Paar Abstandhaltersegmente und die Abstandhaltersegmente befinden sich jeweils an gegenüberliegenden äußeren Seiten der ferroelektrischen Struktur 112. Die Abstandhaltersegmente weisen gebogene obere Seitenwände auf. Im Querschnitt von 1A ist zu sehen, dass die Abstandhaltersegmente innere Seitenwänden aufweisen, die vertikal sind, und äußere Seitenwände, die abgerundet und/oder konisch sind. Die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 kann eine Höhe, h_s , von etwa 50 Ångstrom bis etwa 500 Ångstrom aufweisen und kann eine untere Fläche an Vorsprung 119 aufweisen, die der unteren Fläche von 114 entsprechen kann oder sich unter der unteren Fläche von 114 und innerhalb der ferroelektrischen Struktur 112 befinden kann. Jedes Abstandhaltersegment der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur 118 kann eine Breite, w_s , von etwa 50 Ångstrom bis etwa 500 Ångstrom aufweisen, und das Verhältnis der Breite, w_s , zur Breite, w₁ , (w_s:w₁) in einigen Ausführungsformen kann von 1:20 bis 2:1 reichen, wobei jedoch auch andere Werte für dieses Beispiel und andere Beispiele in dieser Anmeldung in den Umfang dieser Offenbarung fallen. Wie in der Draufsicht aus 1B zu sehen ist, kann von oben betrachtet in einigen Ausführungsformen die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 ein fortlaufender Abstandhalter sein, der lateral eine äußere Seitenwand der oberen Elektrode 114 umgibt. Die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 kann beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. In einigen Ausführungsformen bestehen die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 und die Hartmaske 116 aus dem-/denselben Material(ien) oder umfassen diese.
Wie in 1A dargestellt können in einigen Ausführungsformen leitfähige Überreste 117 an äußeren Seitenwänden der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur 118 ausgebildet sein und in direktem physischem und elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode 108 stehen. Die leitfähigen Überreste 117 haben einen Abstand von äußeren Seitenwänden der oberen Elektrode 114 und sind von diesen durch die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 isoliert, sodass die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 verhindert, dass die leitfähigen Überreste 117, wenn vorhanden, einen Kurzschluss der oberen Elektrode 114 mit der unteren Elektrodenstruktur 104 auslösen. So umfassen die leitfähigen Überreste 117 chemische Spezies, die in der ferroelektrischen Schicht und/oder der unteren Elektrodenschicht enthalten sind, die bei der Herstellung entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur erneut abgelagert wurden. Die leitfähigen Überreste 117 können in einigen Fällen eine fortlaufende Schicht sein, können jedoch in anderen Fällen auch „fleckig“ oder über den darunterliegenden Flächen unterbrochen sein. Beispielsweise können in einigen Fällen die leitfähigen Überreste 117 eine vollständig ausgebildete Decke mit einer gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Dicke sein, die die obere Fläche der Maske 116, die oberen und Seitenwandflächen der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur 118, die äußeren Seitenwände der ferroelektrischen Struktur 112, und die äußeren Seitenwänden der unteren Elektrode 108 abdeckt. In anderen Ausführungsformen können die leitfähigen Überreste 117 fleckig sein, indem die leitfähigen Überreste 117 einige, aber nicht alle Abschnitte der oberen Fläche der Maske 116, der oberen und Seitenwandflächen der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur 118, der äußeren Seitenwände der ferroelektrischen Struktur 112 und der äußeren Seitenwände der unteren Elektrode 108 abdeckt; beispielsweise können sie mehr als 1 % aber weniger als 100 % der darunterliegenden Flächen abdecken, wobei jedoch auch andere Werte für dieses Beispiel und andere Beispiele in dieser Anmeldung in den Umfang dieser Offenbarung fallen.
In einigen Ausführungsformen umgeben eine erste dielektrische Auskleidung 128 und/oder eine zweite dielektrische Auskleidung 130 lateral die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118, die ferroelektrische Struktur 112 und die untere Elektrode 108. Die erste dielektrische Auskleidung 128 kann beispielsweise bei der Bildung aneinander angrenzender Durchkontaktierungen als Ätzstopp dienen und/oder beispielsweise aus Siliziumkarbid, ein anderes geeignetes Dielektrikum (oder andere geeignete Dielektrika) oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die zweite dielektrische Auskleidung 130 kann beispielsweise aus TEOS-Siliziumdioxid, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Ein oberer Elektrodendraht 106te und eine obere Elektrodendurchkontaktierung 120te überlagern die obere Elektrode 114. Die obere Elektrodendurchkontaktierung 120te erstreckt sich von dem oberen Elektrodendraht 106te zu der oberen Elektrode 114 zum elektrischen Koppeln des oberen Elektrodendrahts 106te mit der oberen Elektrode 114. In einigen Ausführungsformen bestehen der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektrodendurchkontaktierung 120te aus demselben Material. In anderen Ausführungsformen bestehen der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektrodendurchkontaktierung 120te aus verschiedenen Materialien. In einigen Ausführungsformen sind der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektrodendurchkontaktierung 120te miteinander integriert und/oder zueinander fortlaufend. In anderen Ausführungsformen sind der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektrodendurchkontaktierung 120te voneinander unabhängig und/oder getrennt.
Die unteren und oberen Elektrodendrähte 106be, 106te, die obere Elektrodendurchkontaktierung 120te, und die ferroelektrische Kondensatorstruktur 102 sind durch eine dielektrische Struktur umgeben. Die dielektrische Struktur umfasst eine untere dielektrische Verbindungsschicht 122, eine dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124, die über der unteren dielektrischen Verbindungsschicht 122 liegt, und eine obere dielektrische Verbindungsschicht 126, die über der dielektrischen Durchkontaktierungsschicht 124 liegt. Die dielektrische Struktur kann beispielsweise aus Tetraethylorthosilicat- (TEOS) Siliziumdioxid, ein anderes geeignetes Siliziumdioxid, Siliziumoxynitrid, ein Dielektrikum mit niedrigem κ-Wert, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Wie hierin verwendet, kann ein Dielektrikum mit niedrigem κ-Wert beispielsweise ein Dielektrikum mit einer dielektrischen Konstante κ von weniger als etwa 3,9, 3, 2, oder 1 sein. In einigen Ausführungsformen bestehen die unteren und oberen dielektrischen Verbindungsschichten 122, 126 aus Siliziumoxid, einem Dielektrikum mit niedrigem κ-Wert, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen oder umfasst diese, und/oder die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 besteht aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen, oder umfasst diese.
Mit Verweis auf 2 ist eine Querschnittsansicht 200 einiger Ausführungsformen einer IC bereitgestellt. Die IC umfasst eine Speicherregion 402, die eine oder mehrere ferroelektrische Kondensatorstrukturen umfasst, sowie eine Peripherieregion 404, die eine oder mehr Logikvorrichtungen umfasst.
Innerhalb der Speicherregion 402 definiert der ferroelektrische Kondensatorstruktur 102 aus 1 eine erste Speicherkondensatorstruktur 102a und eine zweite Speicherkondensatorstruktur 102b. Die erste Speicher Kondensatorstruktur 102a überlagert einen Zugriffstransistor 304 und ist mit diesem elektrisch gekoppelt durch eine Verbindungsstruktur 306 gekoppelt. So ist dies eine Beispielkonfiguration einer ferroelektrischen Direktzugriffsspeicher- (FeRAM) Vorrichtung. Der Zugriffstransistor 304 überlagert ein Halbleitersubstrat 308 und kann beispielsweise ein Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET), ein bipolarer Verbindungstransistor (BJT), Finnenfeldeffekttransistor (FinFET), ein anderer geeigneter isolierter Gate-Feldeffekttransistor (IGFET), oder ein anderer geeigneter Transistor sein. Das Halbleitersubstrat 308 kann beispielsweise ein monokristallines Bulk-Siliziumsubstrat, ein Silizium-auf-Isolator- (SOI) Substrat oder ein anderes geeignetes Halbleitersubstrat sein.
Der Zugriffstransistor 304 umfasst ein Paar Speicher-Source/Drain-Regionen 310, einen selektiv leitfähigen Speicherkanal 312, eine Speicher-Gate-Dielektrikumsschicht 314 und eine Speicher-Gate-Elektrode 316. Die Speicher-Source/Drain-Regionen 310 und der selektiv leitfähige Speicherkanal 312 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 308 angeordnet und der selektiv leitfähige Speicherkanal 312 erstreckt sich lateral von einer der Speicher-Source/Drain-Regionen 310 zu einer anderen der Speicher-Source/Drain-Regionen 310. Die Speicher-Gate-Dielektrikumsschicht 314 und die Speicher-Gate-Elektrode 316 sind über dem Halbleitersubstrat 308 gestapelt und zwischen den Speicher-Source/Drain-Regionen 310 eingesetzt. Die Speicher-Gate-Dielektrikumsschicht 314 kann beispielsweise aus Siliziumoxid, einer Dielektrikumsschicht mit hohem k-Wert, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die Speicher-Gate-Elektrode 316 kann beispielsweise aus dotiertem Polysilizium, Metall, einem oder mehreren anderen leitfähigen Material(ien) oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich eine Isolierungsstruktur 318 in die obere Fläche des Halbleitersubstrats 308, um eine elektrische Isolierung zwischen dem Zugriffstransistor 304 und anderen Halbleitervorrichtungen in dem Halbleitersubstrat 308 bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen umgeben die Isolierungsstruktur 318 lateral einen aktiven Bereich des Zugriffstransistors 304. Die Isolierungsstruktur 318 kann beispielsweise aus einer „Shallow Trench Isolation“- (STI) Struktur, einer „Deep Trench Isolation“- (DTI) Struktur einer oder mehreren anderen geeigneten Isolierungsstruktur(en), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Die Verbindungsstruktur 306 überlagert den Zugriffstransistor 304 und das Halbleitersubstrat 308. Die Verbindungsstruktur 306 umfasst eine dielektrische Struktur, und umfasst ferner mehrere Drähte 106 und mehrere Durchkontaktierungen 120. Für einfachere Illustration sind nur einige der Drähte 106 und Durchkontaktierungen 120 beschriftet, während andere nicht beschriftete sind. Die dielektrische Struktur umfasst die untere dielektrische Verbindungsschicht 122, die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124, die über der unteren dielektrischen Verbindungsschicht 122 liegt, und die obere dielektrische Verbindungsschicht 126, die über der dielektrischen Durchkontaktierungsschicht 124 liegt. In einigen Ausführungsformen umfasst die dielektrische Struktur ferner eine erste dielektrische Auskleidung 128 und/oder eine zweite dielektrische Auskleidung 130. Die erste und/oder zweite dielektrische Auskleidungen 128, 130 trennen ferner die ferroelektrische Struktur 112 und die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 von der oberen dielektrischen Verbindungsschicht 126. Die erste dielektrische Auskleidung 128 kann beispielsweise bei der Bildung aneinander angrenzender Durchkontaktierungen als Ätzstopp dienen und/oder beispielsweise aus Siliziumkarbid, ein anderes geeignetes Dielektrikum (oder andere geeignete Dielektrika) oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die zweite dielektrische Auskleidung 130 kann beispielsweise aus TEOS-Siliziumdioxid, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Die mehreren Drähte 106 umfassen die unteren und oberen Elektrodendrähte 106be, 106te, und die mehreren Durchkontaktierungen 120 umfassen die obere Elektrodendurchkontaktierung 120te. Die Drähte 106 und die Durchkontaktierungen 120 sind abwechselnd in der dielektrischen Struktur gestapelt, um leitfähige Pfade zu definieren, von denen einer elektrisch den unteren Elektrodendraht 106be mit einer der Speicher-Source/Drain-Regionen 310 koppelt. Ferner sind die Drähte 106 und die Durchkontaktierungen 120 jeweils in Drahtebenen und Durchkontaktierungsebenen gruppiert. Eine Drahtebene ist ein Satz Drähte mit einer gemeinsamen Höhe über dem Halbleitersubstrat 308, und eine Durchkontaktierungsebene ist ein Satz Durchkontaktierungen mit einer gemeinsamen Höhe über dem Halbleitersubstrat 308. Der obere Elektrodendraht 106te befindet sich in der Drahtebene direkt über der Drahtebene, die den unteren Elektrodendraht 106be aufnimmt. In einigen Ausführungsformen befindet sich, wie illustriert, der untere Elektrodendraht 106be in der Drahtebene 4, die in einigen Zusammenhängen auch als Metall4 (M4) bezeichnet werden kann. Der untere Elektrodendraht 106be kann sich jedoch in anderen Ausführungsformen auch in allen anderen Drahtebenen/Metallschichten befinden. Beispielsweise kann der untere Elektrodendraht 106be sich in anderen Ausführungsformen in Drahtebene 1 befinden.
Die erste Speicherkondensatorstruktur 102a, der Zugriffstransistor 304 und die elektrischen Zwischenverbindungen zwischen der ersten Speicherkondensatorstruktur 102a und dem Zugriffstransistor 304 definieren eine erste 1T1C FeRAM-Speicherzelle. Es ist zu beachten, dass die elektrischen Zwischenverbindungen zwischen der ersten Speicherkondensatorstruktur 102a und dem Zugriffstransistor 304 durch die Drähte 106 und die Durchkontaktierungen 120 definiert sind. In einigen Ausführungsformen ist die erste 1T1C FeRAM-Speicherzelle eine von vielen 1T1C FeRAM-Speicherzellen, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, um ein Speicherarray zu definieren. In einigen solchen Ausführungsformen umfassen die mehreren Drähte 106 einen Source-Zeilendraht 106sl, der eine Source-Zeile des Speicherarrays definiert, wobei die Speicher-Gate-Elektrode 316 eine Wortzeile des Speicherarrays definiert, der obere Elektrodendraht 106te eine Bitzeile des Speicherarrays definiert, oder eine Kombination der obigen. Der untere Elektrodendraht 106be und der Source-Zeilendraht 106sl können beispielsweise jeweils elektrisch mit den Speicher-Source/Drain-Regionen 310 gekoppelt sein.
In der peripheren Region 404 der IC sind die Metallschichten der Verbindungsstruktur in denselben Abständen oder Höhen wie in der Speicherregion 402 in Abständen angeordnet. Die Peripherieregion 404 umfasst einen Logiktransistor 408, der ein Paar Logik-Source/Drain-Regionen 410, einen selektiv leitfähigen Logikkanal 412, eine Logik-Gate-Dielektrikumsschicht 414, und eine Logik-Gate-Elektrode 416 umfasst. Die Logik-Source/Drain-Regionen 410 und der selektiv leitfähige Logikkanal 412 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 308 angeordnet und der selektiv leitfähige Logikkanal 412 erstreckt sich lateral von einer der Logik-Source/Drain-Regionen 410 zu einer anderen der Logik-Source/Drain-Regionen 410. Die Logik-Gate-Dielektrikumsschicht 414 und die Logik-Gate-Elektrode 416 sind über dem Halbleitersubstrat 308 gestapelt und zwischen den Logik-Source/Drain-Regionen 410 eingesetzt. Die Logik-Gate-Dielektrikumsschicht 414 kann beispielsweise aus Siliziumoxid, einer Dielektrikumsschicht mit hohem k-Wert, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die Logik-Gate-Elektrode 416 kann beispielsweise aus dotiertem Polysilizium, Metall, einem oder mehreren anderen leitfähigen Material(ien) oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Mit Verweis auf 3 bis 13 illustriert eine Reihe von Querschnittsansichten 300 bis 1300 einige Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer IC, die eine ferroelektrische Kondensatorstruktur umfasst, wobei die ferroelektrische Kondensatorstruktur ein Abschnitt einer 1T1C-Speicherzelle ist. Das Verfahren kann beispielsweise eingesetzt werden, um eine IC in einer der 1 bis 2 zu bilden. Während die Querschnittsansichten 300 bis 1300, die in 3 bis 13 dargestellt sind, mit Verweis auf ein Verfahren beschrieben sind, ist zu verstehen, dass die Strukturen aus 3 bis 13 nicht auf das Verfahren beschränkt sind, und ohne das Verfahren alleine genommen werden können.
Wie durch die Querschnittsansicht 300 in 3 illustriert, umfasst die IC eine Speicherregion 402, die einer oder mehreren ferroelektrische Kondensatorstrukturen entspricht, sowie eine Peripherieregion 404, die einer oder mehreren Logikvorrichtungen entspricht. Es ist zu beachten, dass für eine kompaktere Zeichnung ein unterer Abschnitt der IC (dargestellt in 2) in 3 bis 13 weggelassen wurde. Eine Planarisierung wird in die obere Fläche der unteren dielektrischen Verbindungsschicht 122 bzw. der oberen Flächen der Drähte (z. B. 106be in 1) entlang der oberen Fläche der unteren dielektrischen Verbindungsschicht 122 ausgeführt, sodass die obere Fläche der unteren dielektrischen Verbindungsschicht 122 gleich oder etwa gleich wie die oberen Flächen der jeweiligen Drähte entlang der oberen Fläche der unteren dielektrischen Verbindungsschicht 122 ist. Die Planarisierung kann beispielsweise durch CMP, einen oder mehrere andere geeignete Planarisierungsprozess(e) oder eine Kombination der obigen ausgeführt werden.
Wie durch die Querschnittsansicht 400 aus 4 illustriert ist, wird eine dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 ausgebildet, die die untere dielektrische Verbindungsschicht 122 abdeckt. Die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 kann aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese zum Umfassen umfassen. Die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 kann beispielsweise durch chemische Dampfphasenabscheidung (CVD), physische Dampfphasenabscheidung (PVD), einen oder mehrere geeignete andere geeigneten Abscheidungsprozess(e), oder eine Kombination der obigen ausgebildet werden.
Wie durch die Querschnittsansicht 500 aus 5 illustriert, ist die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 strukturiert, um mehrere Speicheröffnungen 502 auszubilden. Die Speicheröffnungen 502 überlagern jeweils die unteren Elektrodendrähte 106be und legen diese frei. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Strukturierung durch einen Ätzprozess, einen oder mehrere andere geeignete Strukturierungsprozess(e), oder eine Kombination der obigen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Ätzprozess das Ausbilden einer Maske 506 auf der dielektrischen Durchkontaktierungsschicht 124, das Durchführen einer Ätzung in die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 mit der aufgebrachten Maske 506 und das Entfernen der Maske 506 nach dem Ätzen. Die Maske 506 kann beispielsweise aus Photoresist, Siliziumnitrid, einem oder mehreren anderen geeigneten Maskenmaterial(ien) oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Wie durch die Querschnittsansicht 600 aus 6 illustriert, wird eine leitfähige Auskleidungsschicht 602 ausgebildet, die die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 abdeckt und die Speicheröffnungen 502 auskleidet (siehe 5). Ferner ist eine untere leitfähige Körperschicht 604 ausgebildet, die die leitfähige Auskleidungsschicht 602 abdeckt und die Speicheröffnungen 502 füllt. Die leitfähige Auskleidungsschicht 602 und die untere leitfähige Körperschicht 604 definieren ganz oder teilweise die unteren Elektrodendurchkontaktierungen 110 in den Speicheröffnungen 502. Ferner ist die leitfähige Auskleidungsschicht 602 konfiguriert, zu verhindern, dass Material aus der unteren leitfähigen Körperschicht 604 sich von der unteren leitfähigen Körperschicht 604 weg zu der umgebenden Struktur hin bewegt. Die leitfähige Auskleidungsschicht 602 kann beispielsweise aus Titannitrid, Titan, Tantalnitrid, Tantal, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Barrierematerial(ien) für die untere leitfähige Körperschicht 604 oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die untere leitfähige Körperschicht 604 kann beispielsweise aus Titannitrid, Tantalnitrid, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Material(ien), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die leitfähige Auskleidungsschicht 602 und die untere leitfähige Körperschicht 604 beispielsweise durch CVD, PVD, elektrolose Plattierung, Elektroplattierung, Sputtering, einen oder mehrere andere geeignete Abscheidungsprozess(e) oder eine Kombination der obigen ausgebildet werden.
Wie durch die Querschnittsansicht 700 aus 7 illustriert, wird eine Planarisierung jeweils in die oberen Flächen der leitfähigen Auskleidungsschicht 602 (siehe 6) und der unteren leitfähigen Körperschicht 604 (siehe 6) ausgeführt, bis eine obere Fläche der dielektrischen Durchkontaktierungsschicht 124 erreicht wird. Die Planarisierung kann beispielsweise durch CMP, einen oder mehrere andere geeignete Planarisierungsprozess(e) oder eine Kombination der obigen ausgeführt werden.
Wie durch die Querschnittsansicht 800 aus 8 illustriert, werden eine obere leitfähige Körperschicht 802, eine ferroelektrische Schicht 804, eine obere Elektrodenschicht 806 und eine Hartmaskenschicht 808 auf der dielektrischen Durchkontaktierungsschicht 124 und der unteren leitfähigen Körperschicht 604 ausgebildet. Die obere leitfähige Körperschicht 802 kann beispielsweise aus Titannitrid, Tantalnitrid, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Material(ien), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Oft besteht die obere leitfähige Körperschicht 802 aus demselben Material wie die untere leitfähige Körperschicht 604, diese können jedoch in alternativen Ausführungsformen auch aus verschiedenen Materialien bestehen. Die ferroelektrische Schicht 804 kann beispielsweise Strontiumwismuttantalit, Bleizirconattitanat, Hafniumzirconiumoxid, dotiertes Hafniumoxid, ein oder mehrere andere geeignete ferroelektrische Material(ien) oder eine Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die obere Elektrodenschicht 806 kann beispielsweise aus Titannitrid, Tantalnitrid, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Material(ien), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. Die Hartmaskenschicht 808 kann beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxid, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Ein Prozess zum Bilden des Stapels kann beispielsweise das Abscheiden der oberen leitfähigen Körperschicht 802, das nachfolgende Abscheiden der ferroelektrischen Schicht 804, das nachfolgende Abscheiden der oberen Elektrodenschicht 806, und das nachfolgende Abscheiden der Hartmaskenschicht 808 umfassen. Die obere leitfähige Körperschicht 802, die ferroelektrische Schicht 804, die obere Elektrodenschicht 806 und die Hartmaskenschicht 808 können beispielsweise durch CVD, PVD, ALD, elektrolose Plattierung, Elektroplattierung, einen oder mehrere andere geeigneten Abscheidungsprozess(e) oder eine Kombination der obigen ausgebildet werden.
Wie durch die Querschnittsansicht 900 aus 9 illustriert, sind die obere Elektrodenschicht 806 (siehe 8), und die Hartmaskenschicht 808 (siehe 8) strukturiert, um die oberen Elektroden 114 und Hartmasken 116 zu bilden. Diese Ätzung kann sich in die obere Fläche der ferroelektrischen Schicht 804 erstrecken, in einigen Ausführungsformen beispielsweise von 5 % bis etwa 30 % in die Tiefe der ferroelektrischen Schicht 804 reichend, um einen Vorsprung aufzubauen (siehe z. B. Vorsprung 119 in 1).
Die Strukturierung kann beispielsweise durch einen Ätzprozess, einen oder mehrere andere geeignete Strukturierungsprozess(e) oder eine Kombination der obigen ausgeführt werden. Der Ätzprozess kann beispielsweise umfasst: Ausbilden einer Maske 902 auf der Hartmaskenschicht 116; Durchführen einer Ätzung in die obere Elektrodenschicht und die Hartmaskenschicht mit der aufgebrachten Maske 902; dadurch Ausbilden oberer Elektroden 114 und der Hartmaske 116. Die Maske 902 kann nach dem Ätzen entfernt werden. Die Maske 902 kann beispielsweise aus Photoresist, eine Hartmaske und/oder einem oder mehreren anderen geeigneten Maskenmaterial(ien) oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Wie durch die Querschnittsansicht 1000 aus 10 illustriert, ist eine dielektrische Abstandhalterschicht 1002, wie etwa Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid, über einer oberen Fläche der ferroelektrischen Struktur 112 entlang von Seitenwänden oberer Elektroden 114 und entlang von Seitenwänden und ober oberen Flächen von Hartmasken 116 ausgebildet. Die dielektrische Abstandhalterschicht 1002 ist daher eine fortlaufende Dielektrikumsschicht über der Struktur aus 9, und ist allgemein konform.
Wie durch die Querschnittsansicht 1100 aus 11 illustriert, ist die dielektrische Abstandhalterschicht (siehe z. B. 1002 in 10) unter Verwendung einer ersten Ätzung zurückgeätzt, wie etwa einer Trockenätzung oder Plasmaätzung mit einer starken vertikalen Komponente, typischerweise ohne, dass eine weitere Maske ausgebildet wird, nachdem die dielektrische Abstandhalterschicht ausgebildet wurde. So entfernt die Ätzung laterale Abschnitte der dielektrischen Abstandhalterschicht (siehe z. B. 1002 in 10), wodurch die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 nach der Ätzung zurückbleibt. Die zweite Ätzung wird dann mit der vorhandenen dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur 118 durchgeführt, um offenliegende Abschnitte der ferroelektrischen Schicht (siehe z. B. 804 in 8) und der oberen leitfähigen Körperschicht (siehe z. B. 802 in 8) zu entfernen. Diese Ätzung kann dazu führen, dass leitfähige Überreste 117, was chemische Spezies umfasst, die von der ferroelektrischen Schicht 804 und/oder dem oberen leitfähige Körper 802 geätzt/entfernt werden, sich an äußeren Seitenwänden der unteren Elektrode, äußeren Seitenwänden der ferroelektrischen Schicht, und/oder äußeren Seitenwänden der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur 118, sowie an der oberen Fläche der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur 118 und der oberen Fläche der Hartmaske 116 auszubilden. Für die dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur 118 können diese leitfähigen Überreste jedoch die obere Elektrode und die untere Elektrode miteinander kurzschließen, was zu einer Funktionsunfähigkeit der Vorrichtung führt. In einigen Fällen können die leitfähigen Überreste 117, statt eine fortlaufende Schicht darzustellen, „fleckig“ oder „stückhaft“ sein und einige Abschnitte der offenliegenden Struktur abdecken, nicht aber andere Abschnitte der offenliegenden Struktur abdecken. Ferner können die leitfähigen Überreste 117 aufgrund der Art, in der die Ätzung und Neuabscheidung der leitfähigen Überreste von der Oberseite der Struktur zur Unterseite der Struktur fortschreitet, zur Oberseite der dielektrischen Abstandhalterstruktur 118 hin dicker und zur unteren Elektrode hin dünner sein, wobei jedoch auch andere Strukturen für dieses Beispiel und andere Beispiele in dieser Anmeldung in den Umfang dieser Offenbarung fallen.
Wie durch die Querschnittsansicht 1200 aus 12 illustriert, sind eine erste dielektrische Auskleidung 128 und eine zweite dielektrische Auskleidung 130 ausgebildet, die die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 und die Speicherstrukturen abdecken. Die erste dielektrische Auskleidung 128 kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen aus Siliziumkarbid bestehen oder dieses umfassen, und die zweite dielektrische Auskleidung 130 kann aus TEOS-Siliziumdioxid umfassen. Eine obere dielektrische Verbindungsschicht 126 wird dann ausgebildet, um die erste dielektrische Auskleidung 128 und die zweite dielektrische Auskleidung 130 abzudecken und kann beispielsweise aus Siliziumoxid, einem Dielektrikum mit niedrigem κ-Wert, einem anderen geeigneten Dielektrikum oder mehreren anderen geeigneten Dielektrika, oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen.
Wie durch die Querschnittsansicht 1300 aus 13 illustriert, erfolgt eine Planarisierung in eine obere Fläche der oberen dielektrischen Verbindungsschicht 126 zum Glätten der oberen Fläche. Die Planarisierung kann beispielsweise durch CMP, einen oder mehrere andere geeignete Planarisierungsprozess(e) oder eine Kombination der obigen ausgeführt werden. Dann werden Öffnungen in der oberen dielektrischen Verbindungsschicht 126 ausgebildet und Durchkontaktierungen (z. B. 120te und 120) und Metalldrähte (z. B. 106te, 1304) werden in den Öffnungen ausgebildet. Die Durchkontaktierungen und Metalldrähte können beispielsweise durch einen Damascene-Prozess oder einen Dual-Damascene-Prozess ausgebildet werden. Die Durchkontaktierungen und Metalldrähte können beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, einem oder mehreren anderen geeigneten leitfähigen Material(ien), oder einer Kombination der obigen bestehen oder diese umfassen. In der Peripherieregion 404 der IC, können die Metallschichten der Verbindungsstruktur in denselben Abständen oder Höhen wie in der Speicherregion 402 in Abständen angeordnet sein, was die Integration der Speicherregion 402 und der Peripherieregion 404 vereinfacht. Beispielsweise können die Metallschichten 1302, 1304 in der Peripherieregion 404, denselben vertikalen Abstand aufweisen wie 106be und 106te in der Speicherregion 402.
14 illustriert ein Verfahren im Ablaufdiagrammformat 1400 nach einigen Ausführungsformen.
In Handlung 1402 wird eine untere Elektrodenschicht ausgebildet und eine ferroelektrische Schicht wird über der unteren Elektrodenschicht ausgebildet. Eine obere Elektrodenschicht ist über der ferroelektrischen Schicht ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 3 bis 8 konsistent sein.
In Handlung 1404 wird eine Maske über der oberen Elektrodenschicht ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 9. konsistent sein.
In Handlung 1406 wird mit der vorhandenen Maske eine Ätzung ausgeführt, um einen Abschnitt der oberen Elektrodenschicht zu entfernen, um eine obere Elektrodenstruktur zurückzulassen. Die Ätzung wird in einer Höhe unterbrochen, die einer Fläche der ferroelektrischen Schicht entspricht. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 9. konsistent sein.
In Handlung 1408 wird eine konforme Dielektrikumsschicht entlang über der Fläche der ferroelektrischen Schicht, entlang von Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur, und über einer oberen Fläche der oberen Elektrodenstruktur ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 10. konsistent sein.
In Handlung 1410 wird die konforme Dielektrikumsschicht zurückgeätzt, um eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur auf der Fläche der ferroelektrischen Schicht und entlang von Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur und entlang von Seitenwänden der Maske auszubilden. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 11. konsistent sein.
Bei 1412 werden mit der vorhandenen Maske und dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur ein Abschnitt der ferroelektrischen Schicht und ein Abschnitt der unteren Elektrodenschicht entfernt. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 11. konsistent sein.
In 1414 wird eine erste Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur und über einer oberen Fläche der Hartmaske ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 12. konsistent sein.
In 1416 wird eine zweite Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der ersten Auskleidung und über einer oberen Fläche der ersten Auskleidung ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 12. konsistent sein.
In 1418 wird eine Durchkontaktierung durch die erste Auskleidung und durch die zweite Auskleidung ausgebildet, um elektrischen Kontakt mit der oberen Elektrode herzustellen. In einigen Ausführungsformen kann diese Handlung beispielsweise mit allem oder Abschnitten aus 13. konsistent sein.
So beziehen sich einige Ausführungsformen auf eine Speichervorrichtung. Die Speichervorrichtung umfasst eine untere Elektrodenstruktur und eine obere Elektrode, die die untere Elektrodenstruktur überlagert. Die obere Elektrode weist eine erste Breite auf. Eine ferroelektrische Struktur trennt die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode, und die ferroelektrische Struktur weist eine zweite Breite auf, die größer als die erste Breite ist, sodass die ferroelektrische Struktur einen Vorsprung umfasst, der eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite widerspiegelt. Eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur ist auf dem Vorsprung angeordnet und deckt äußerste Seitenwände der oberen Elektrode ab.
Andere Ausführungsformen beziehen sich auf das Verfahren. In diesem Verfahren wird eine untere Elektrodenschicht ausgebildet, eine ferroelektrische Schicht wird über der unteren Elektrodenschicht ausgebildet, und eine obere Elektrodenschicht wird über der ferroelektrischen Schicht ausgebildet. Eine Maske wird über der oberen Elektrodenschicht ausgebildet. Mit der vorhandenen Maske wird eine Ätzung ausgeführt, um einen Abschnitt der oberen Elektrodenschicht zu entfernen, um eine obere Elektrodenstruktur zurückzulassen. Die Ätzung endet in einer Höhe, die einer Fläche der ferroelektrischen Schicht entspricht. Eine konforme Dielektrikumsschicht wird über der Fläche der ferroelektrischen Schicht, entlang von Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur, und über einer oberen Fläche der oberen Elektrodenstruktur ausgebildet. Die konforme Dielektrikumsschicht wird zurückgeätzt, um eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur auf der Fläche der ferroelektrischen Schicht und entlang von Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur auszubilden. Mit der vorhandenen Maske und dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur werden ein Abschnitt der ferroelektrischen Schicht und ein Abschnitt der unteren Elektrodenschicht entfernt.
Ferner beziehen sich andere Ausführungsformen auf eine Speichervorrichtung, die eine untere Elektrodenstruktur und eine obere Elektrode, die die untere Elektrodenstruktur überlagert, umfasst. Die obere Elektrode weist eine erste Breite zwischen äußersten Seitenwänden der oberen Elektrode gemessen auf. Eine ferroelektrische Struktur trennt die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode. Die ferroelektrische Struktur umfasst einen oberen ferroelektrischen Abschnitt, der die erste Breite aufweist, und einen unteren ferroelektrischen Abschnitt, der eine zweite Breite aufweist, die größer als die erste Breite ist, sodass ein Vorsprung einer Höhe entspricht, in der der obere ferroelektrische Abschnitt auf den unteren ferroelektrischen Abschnitt trifft. Eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur ist auf dem Vorsprung angeordnet und deckt äußerste Seitenwände der oberen Elektrode ab.
Obiges umschreibt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen. Fachleuten sollte bekannt sein, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Grundlage für den Entwurf oder die Modifizierung anderer Verfahren und Strukturen verwenden können, um dieselben Zwecke zu erfüllen und/oder dieselben Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute sollten außerdem verstehen, dass solche entsprechenden Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hieran vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62738604 [0001]

Claims

Beansprucht wird:
Speichervorrichtung, umfassend: eine untere Elektrodenstruktur; eine obere Elektrode, die über der unteren Elektrodenstruktur liegt, wobei die obere Elektrode eine erste Breite aufweist; eine ferroelektrische Struktur, die die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode trennt, wobei die ferroelektrische Struktur eine zweite Breite aufweist, die größer als die erste Breite ist, sodass die ferroelektrische Struktur einen Vorsprung umfasst, der eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite widerspiegelt; und eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur, die auf dem Vorsprung angeordnet ist und die äußersten Seitenwände der oberen Elektrode abdeckt.
Speichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ferroelektrische Struktur einen oberen ferroelektrischen Abschnitt, der die erste Breite aufweist, und einen unteren ferroelektrischen Abschnitt, der die zweite Breite aufweist, umfasst, und der Vorsprung einer Höhe entspricht, in der der obere ferroelektrische Abschnitt auf den unteren ferroelektrischen Abschnitt trifft.
Speichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Vorsprung von einer obersten Fläche der ferroelektrischen Struktur durch einen Abstand getrennt ist, der etwa 5 % bis etwa 30 % einer Gesamthöhe der ferroelektrischen Struktur aufweist.
Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen leitfähigen Überrest, der entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur, entlang der äußersten Seitenwände der ferroelektrischen Struktur, und entlang äußerster Seitenwände der unteren Elektrodenstruktur angeordnet ist.
Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Hartmaske über einer oberen Fläche der oberen Elektrode.
Speichervorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend: eine erste dielektrische Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur und über einer oberen Fläche der Hartmaske.
Speichervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste dielektrische Auskleidung Siliziumkarbid umfasst.
Speichervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend: eine zweite dielektrische Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der ersten dielektrischen Auskleidung und über einer oberen Fläche der ersten dielektrischen Auskleidung.
Speichervorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine Metallleitung, die sich über der oberen Elektrode erstreckt; und eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch die Hartmaske, die erste dielektrische Auskleidung und die zweite dielektrische Auskleidung erstreckt, um elektrisch die Metallleitung mit der oberen Elektrode zu koppeln.
Verfahren, umfassend: Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht, einer ferroelektrischen Schicht über der unteren Elektrodenschicht und einer oberen Elektrodenschicht über der ferroelektrischen Schicht; Ausbilden einer Maske über der oberen Elektrodenschicht; mit der vorhandenen Maske, Ausführen eines Ätzens zum Entfernen eines Abschnitts der oberen Elektrodenschicht, um eine obere Elektrodenstruktur zurückzulassen, und Unterbrechen des Ätzens in einer Höhe, die einer Fläche der ferroelektrischen Schicht entspricht; Ausbilden einer konformen Dielektrikumsschicht über der Fläche der ferroelektrischen Schicht, entlang von Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur und über einer oberen Fläche der oberen Elektrodenstruktur; Zurückätzen der konformen Dielektrikumsschicht, um eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur auf der Fläche der ferroelektrischen Schicht und entlang von Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur auszubilden; und mit der vorhandenen Maske und dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur, Entfernen eines Abschnitts der ferroelektrischen Schicht und Entfernen eines Abschnitts der unteren Elektrodenschicht.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten SiC-Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur und über einer oberen Fläche der Maske.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Ausbilden einer TEOS-Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der SiC-Auskleidung und über einer oberen Fläche der SiC-Auskleidung.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Ausbilden einer Durchkontaktierung durch die SiC-Auskleidung und durch die TEOS-Auskleidung, um elektrischen Kontakt mit der oberen Elektrodenstruktur herzustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei das Entfernen des Abschnitts der ferroelektrischen Schicht und das Entfernen des Abschnitts der unteren Elektrodenschicht dazu führt, dass chemische Spezies von der ferroelektrischen Schicht und der unteren Elektrodenschicht entfernt werden, um sich entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur wieder abzulagern.
Speichervorrichtung, umfassend: eine untere Elektrodenstruktur; eine obere Elektrode, die über der unteren Elektrodenstruktur liegt, wobei die obere Elektrode eine erste Breite als Maß zwischen äußersten Seitenwänden der oberen Elektrode aufweist; eine ferroelektrische Struktur, die die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode trennt, wobei die ferroelektrische Struktur einen oberen ferroelektrischen Abschnitt, der die erste Breite aufweist, und einen unteren ferroelektrischen Abschnitt, der eine zweite Breite aufweist, die größer als die erste Breite ist, umfasst, sodass ein Vorsprung einer Höhe entspricht, in der der obere ferroelektrische Abschnitt auf den unteren ferroelektrischen Abschnitt trifft; und eine dielektrische Seitenwandabstandhalterstruktur, die auf dem Vorsprung angeordnet ist und die äußersten Seitenwände der oberen Elektrode abdeckt.
Speichervorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend: eine dielektrische Hartmaske, die über der oberen Elektrode angeordnet und innerhalb innerer Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur angeordnet ist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 16, ferner umfassend: eine erste Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur und über einer oberen Fläche der dielektrischen Hartmaske; eine zweite Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der ersten Auskleidung und über einer oberen Fläche der ersten Auskleidung, wobei die zweite Auskleidung eine zweite Zusammensetzung aufweist, die sich von einer ersten Zusammensetzung der ersten Auskleidung unterscheidet; und eine Durchkontaktierung, die sich durch die dielektrische Hartmaske, durch die erste Auskleidung und durch die zweite Auskleidung erstreckt, um elektrischen Kontakt mit der oberen Elektrode herzustellen.
Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, wobei der Vorsprung von einer obersten Fläche der ferroelektrischen Struktur durch einen Abstand getrennt ist, der etwa 5 % bis etwa 30 % einer Gesamthöhe der ferroelektrischen Struktur aufweist.
Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, ferner umfassend: einen leitfähigen Überrest, der entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwandabstandhalterstruktur, entlang äußerster Seitenwände der ferroelektrischen Struktur und entlang äußerster Seitenwände der unteren Elektrodenstruktur angeordnet ist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 19, wobei der leitfähige Überrest eine chemische Spezies umfasst und die ferroelektrische Struktur die chemische Spezies umfasst.