DE102019118369A1 - Kappenstruktur für grabenkondensatoren - Google Patents

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Abstract

Verschiedenartige Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betreffen einen Grabenkondensator mit einer leitfähigen Kappenstruktur. In einigen Ausführungsformen weist der Grabenkondensator eine untere Kondensatorelektrode, eine Kondensatordielektrikumschicht, die über der unteren Kondensatorelektrode liegt, und eine obere Kondensatorelektrode auf, die über der Kondensatordielektrikumschicht liegt. Die Kondensatordielektrikumschicht und die obere Kondensatorelektrode sind in das Substrat hineingedrückt und legen einen Spalt fest, der in das Substrat hinein abgesenkt ist. Die leitfähige Kappenstruktur liegt über dem Spalt auf der oberen Kondensatorelektrode und dichtet ihn ab. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Kappenstruktur eine Metallschicht auf, die mittels der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) ausgebildet wurde, und sie weist ferner eine über der Metallschicht liegende Metallnitrid-Schicht auf, die mittels der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) ausgebildet wurde. In anderen Ausführungsformen besteht die leitfähige Kappenstruktur aus anderen geeigneten Materialien oder weist sie auf und/oder wird durch andere Abscheidungsprozesse ausgebildet.

Description

  • VERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Vorläufigen US-Patentanmeldung 62/773,345 , eingereicht am 30. November 2018. Die Inhalte der genannten Anmeldung werden hier durch Nennung insgesamt als aufgenommen angesehen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Mobiltelefone und andere mobile Vorrichtungen stützen sich oft auf keramische Kondensatoren und andere passive Bauelemente, die einzeln auf Leiterplatten (PCB) der mobilen Vorrichtungen befestigt sind. Dabei werden jedoch große Teile der Oberfläche auf den PCB belegt, und somit werden die Abmessung der mobilen Vorrichtung und/oder der Funktionsumfang der mobilen Vorrichtung eingeschränkt. Ferner erhöht die Einzelbefestigung der passiven Bauelemente die Herstellungskosten. Dementsprechend erfolgt in den mobilen Vorrichtungen zunehmend ein Übergang zu integrierten passiven Bauelementen (IPD), um die Abmessung zu verkleinern, die Kosten zu verringern und den Funktionsumfang zu erhöhen. Ein IPD ist eine Zusammenstellung von einem oder mehreren passiven Bauelemente, die in eine einzige monolithische Vorrichtung eingebettet und als eine integrierte Schaltung (IC) gepackt sind.
  • Figurenliste
  • Ausbildungen der vorliegenden Offenbarung sind am besten anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zu verstehen, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird angemerkt, dass im Einklang mit der üblichen Vorgehensweise in der Industrie die verschiedenen Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale aus Gründen der Verständlichkeit der Darlegung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 stellt eine Querschnittsansicht von einigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators dar, der eine leitfähige Kappenstruktur aufweist.
    • Die 2A-2E stellen Querschnittsansichten von verschiedenartigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 1 dar.
    • Die 3A-3C stellen Querschnittsansichten von verschiedenartigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators dar, der mehrere leitfähige Kappenstrukturen einzeln zugeordnet zu mehreren Grabensegmenten aufweist.
    • Die 4A und 4B stellen Oberseiten-Layouts verschiedenartiger Ausführungsformen des Grabenkondensators in einer der 3A-3C dar.
    • 5 zeigt ein detailliertes Oberseiten-Layout des Grabenkondensators von 4A, bei welchem die Im-Graben-Kondensatorelektroden dargestellt sind.
    • 6 stellt eine Querschnittsansicht von einigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators dar, der eine einzige leitfähige Kappenstruktur aufweist, die mehreren Grabensegmenten gemeinsam genutzt wird.
    • 7 stellt ein Oberseiten-Layout von einigen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 6 dar.
    • Die 8A und 8B stellen Querschnittsansichten von verschiedenartigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators dar, der mehrere leitfähige Kappenstrukturen aufweist, die einzeln mehreren Grabengruppen zugeordnet sind.
    • Die 9A und 9B stellen Oberseiten-Layouts von verschiedenartigen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 8A dar.
    • 10 stellen eine Querschnittsansicht von einigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators dar, der elektrisch an einen Transistor gekoppelt ist und mehrere leitfähige Kappenstrukturen aufweist, die einzeln mehreren Grabensegmenten zugeordnet sind.
    • Die 11-22 stellen eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zur Ausbildung eines Grabenkondensators dar, der eine leitfähige Kappenstruktur aufweist.
    • 23 stellt ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens von den 11-22 dar.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung liefert viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele für die Realisierung unterschiedlicher Merkmale dieser Offenbarung. Nachfolgend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Selbstverständlich sind das nur Beispiele, und sie sind nicht zur Einschränkung vorgesehen. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Merkmal in einem direkten Kontakt ausgebildet sind, und es kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Merkmale derart zwischen dem ersten und zweiten Merkmal ausgebildet sein können, dass das erste und zweite Merkmal nicht in einem direkten Kontakt stehen können. Außerdem können in der vorliegenden Offenbarung Bezugsziffern und/oder Buchstaben in den verschiedenartigen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und gibt von sich aus keine Beziehung zwischen den erörterten verschiedenartigen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Ferner können hier räumliche Relationsbegriffe, wie z.B. „unterhalb“, „unten“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem weiteren Element oder Merkmal (weiteren Elementen oder Merkmalen) zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt ist. Die räumlichen Relationsbegriffe sind dazu gedacht, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Einsatz oder beim Betrieb zusätzlich zu der Ausrichtung zu umfassen, die in den Figuren wiedergegeben ist. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet (90 Grad oder in andere Richtungen gedreht) werden, und die hier verwendeten räumlichen Kennzeichnungen können ebenso dementsprechend interpretiert werden.
  • Grabenkondensatoren können zum Beispiel in integrierte passive Bauelemente (IPD) eingebettet und anstelle keramischer Kondensatoren verwendet werden, um die Abmessungen der mobilen Vorrichtungen zu verkleinern, die Kosten der mobilen Vorrichtungen zu verringern, den Funktionsumfang der mobilen Vorrichtungen zu vergrößern oder das vorige beliebig zu kombinieren. Während des Ausbildens eines Grabenkondensators wird ein Graben in einem Substrat ausgebildet. Dann werden abwechselnd mehrere Elektroden und eine oder mehrere dielektrische Schichten ausgebildet, die den Graben innen belegen. Eine Herausforderung bei dem Verfahren ist, dass sich in der oberseitigen Elektrode ein Spalt bilden kann. Bei den Grabenkondensatoren an einem Rand eines Substrats können die entsprechenden Spalte Fotoresist auffangen, der beim Ausbilden (z.B. Strukturieren) der Elektroden verwendet wird, weil der Fotoresist tendenziell am Rand des Substrats dicker ausfällt, wenn er durch Aufschleuderbeschichtung ausgebildet wird. Der aufgefangene Fotoresist kann zu einer Rissbildung und/oder Ablösung von Schichten eines intermetallischen Dielektrikums (IMD) führen und somit eine niedrige Ausbeute zur Folge haben.
  • Um zu verhindern, dass Fotoresist in einem Spalt eines Grabenkondensators aufgefangen wird, kann eine dielektrische (z.B. Oxid) Kappenstruktur ausgebildet werden, die den Spalt füllt und abdichtet. Die dielektrische Kappenstruktur ist jedoch problematisch. Die dielektrische Kappenstruktur kann zum Beispiel durch eine Atomlagenabscheidung (ALD) ausgebildet werden. Die ALD ist aufwändig, und es werden Vorprodukte verwendet. Die Vorprodukte können im Spalt aufgefangen werden und können für die vollständige Reaktion ausfallen (z.B. wegen eines hohen Längenverhältnisses des Spaltes). Die aufgefangenen Vorprodukte gasen aus, was zu einer Rissbildung und/oder Ablösung der Kappenstruktur und/oder anderer Strukturen führen kann. Die dielektrische Abdichtstruktur überträgt auch eine mechanische Spannung auf das Substrat und/oder wirkt als eine elektrische Sperre für Kontaktdurchführungen, die sich von einem aufliegenden Draht zur oberseitigen Elektrode hin erstrecken. Mit Bezug darauf kann dann, wenn der Grabenkondensator in einer kompakten Form über einem großen Teil des Substrats ausgebildet wird, die mechanische Spannung ausreichen, um eine Verformung und/oder eine Rissbildung des Substrats und/oder anderer Strukturen auf dem Substrat zu verursachen.
  • Verschiedenartige Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betreffen einen Grabenkondensator, der eine leitfähige Kappenstruktur aufweist, und ein zugehöriges Verfahren. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Strukturieren eines Substrats, um einen Graben auszubilden, und das anschließende Ausbilden einer Dielektrikumschicht, die über dem Substrat liegt und einen Belag im Graben bildet. Es wird eine Elektrodenschicht ausgebildet, die auf der Dielektrikumschicht aufliegt und einen Belag des Grabens über der Dielektrikumschicht bildet. Die Elektrodenschicht bildet sich mit einem Spalt aus. Über der Elektrodenschicht wird eine leitfähige Kappenschicht ausgebildet, und sie wird so ausgebildet, dass sie den Spalt bedeckt und abdichtet, ohne den Spalt zu füllen. Die leitfähige Kappenschicht wird strukturiert, um eine leitfähige Kappenstruktur auszubilden, die über dem Spalt liegt und ihn abdichtet. Die Elektrodenschicht wird dann strukturiert, um eine obere Kondensatorelektrode auszubilden, die unter der leitfähigen Kappenstruktur liegt.
  • Da die leitfähige Kappenstruktur leitfähig ist, dient die leitfähige Kappenstruktur nicht als eine elektrische Sperre für eine Kontaktdurchführung, die dich von einem aufliegenden Draht aus zu der oberen Kondensatorelektrode hin erstreckt. Da die leitfähige Kappenstruktur den Spalt nur zum Teil füllt, ist die mechanische Spannung am Substrat von der leitfähigen Kappenstruktur her minimal, und der Spalt kann sich verformen, um die mechanische Spannung am Substrat zu absorbieren. Folglich ist eine Verformung und/oder Rissbildung des Substrats weniger wahrscheinlich, und/oder die Verformung und/oder Rissbildung von Schichten (z.B. IMD-Schichten) auf dem Substrat ist weniger wahrscheinlich. Da die leitfähige Kappenstruktur den Spalt abdichtet, verhindert die leitfähige Kappenstruktur, dass sich der Fotoresist im Spalt ansammelt. Da es schwierig wäre, den Fotoresist aus dem Spalt zu entfernen, wenn der Spalt mit dem Fotoresist gefüllt ist, kann es vorkommen, dass der Spalt nicht in der Lage ist, die mechanische Spannung am Substrat zu absorbieren, und/oder dass er eine mechanische Spannung auf das Substrat (z.B. infolge eines hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten) übertragen kann. Da die leitfähige Kappenstruktur verhindert, dass sich Fotoresist im Spalt ansammelt, kann die leitfähige Kappenstruktur folglich die Verformung und/oder Rissbildung des Substrats verringern und/oder die Verformung und/oder Rissbildung von Schichten auf dem Substrat verringern.
  • Die leitfähige Kappenschicht kann zum Beispiel durch Abscheiden einer ersten leitfähigen Schicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) und anschließendes Abscheiden einer zweiten leitfähigen Schicht mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) ausgebildet werden. Die erste leitfähige Schicht dichtet den Spalt ab, und weil die PVD nicht von Vorprodukten abhängt, werden keine Vorprodukte im Spalt aufgefangen. Da es keine im Spalt aufgefangenen Vorprodukte gibt, wird das Ausgasen aus dem Spalt reduziert und folglich werden die Rissbildung und/oder Ablösung von Schichten auf dem Substrat verringert. Die zweite leitfähige Schicht kann zum Beispiel widerstandsfähig gegen Oxidation sein und/oder kann zum Beispiel die erste leitfähige Schicht vor einer Oxidation schützen, sodass sich keine Oxide ausbilden und als eine elektrische Sperre für eine Kontaktdurchführung dienen, die sich von einem aufliegenden Draht aus zur oberen Kondensatorelektrode erstreckt.
  • Dadurch dass die erste leitfähige Schicht mittels PVD ausgebildet wird, ist die erste leitfähige Schicht nicht dem „Substrat“-Effekt unterworfen. Der Substrateffekt bezieht sich auf die Abscheidung mit unterschiedlichen Raten für unterschiedliche Substrate. Bei unterschiedlichen Abscheideraten wird eine Schicht dicker ausgebildet, als es sonst nötig wäre, um einen Ausgleich für den ungünstigsten Fall zu schaffen, wodurch Material und Geld vergeudet werden. Durch das Ausbilden der ersten leitfähigen Schicht und der zweiten leitfähigen Schicht aus Titan bzw. Titannitrid kann die erste leitfähige Schicht als eine Benetzungsschicht für die zweite leitfähige Schicht während der MOCVD dienen. Im Ergebnis ist die zweite leitfähige Schicht auch nicht dem Substrateffekt unterworfen, und die Materialkosten können verringert werden. Es wird angemerkt, dass in alternativen Ausführungsformen auf andere Materialien und/oder Abscheidungsprozesse zugegriffen werden kann.
  • Mit Bezugnahme auf 1 wird eine Querschnittsansicht 100 von einigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators mit einer leitfähigen Kappenstruktur 102 zur Verfügung gestellt. Der Grabenkondensator kann eine integrierte Schaltung (IC), ein IPD oder irgendeine andere Halbleiterstruktur oder ein Teil davon sein. Der Grabenkondensator liegt über einem Substrat 104 und weist ein Grabensegment 106 auf, der sich in eine Oberseite des Substrats 104 hinein erstreckt. Das Grabensegment 106 füllt einen Graben 104t aus, der durch das Substrat 104 festgelegt ist, und legt einen Spalt 108 fest, der in das Substrat 104 eingesenkt ist. Der Graben 104t kann zum Beispiel ein hohes Seitenverhältnis (d.h. ein hohes Verhältnis der Höhe zur Breite) aufweisen. Das hohe Seitenverhältnis kann zum Beispiel größer als circa 25:1, circa 30:1, circa 20:1 bis 40:1 oder irgendein anderer geeigneter Wert sein. Das Substrat 104 kann zum Beispiel ein Volumensiliziumsubstrat, ein Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substrat oder irgendein anderes geeignetes Halbleitersubstrat sein.
  • Der Spalt 108 liegt unter der leitfähigen Kappenstruktur 102 und wird durch sie abgedichtet und kann zum Beispiel auch als ein Hohlraum, Luftspalt, gasgefüllter Spalt, Leerraum oder mit irgendeinem anderen geeigneten Namen bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen ist der Spalt 108 mittels der leitfähigen Kappenstruktur 102 vakuumdicht verschlossen und/oder hermetisch abgedichtet. In einigen Ausführungsformen ist der Spalt 108 mit einem Gas gefüllt, das Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, irgendwelche anderen geeigneten Gase oder eine beliebige Kombination der vorigen aufweist. Die leitfähige Kappenstruktur 102 ist leitfähig und kann ein zum Beispiel ein einziges Material oder mehrere Materialien sein oder sie aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist oder weist die leitfähige Kappenstruktur 102 auf: reines/elementares Titan, irgendwelche anderen geeigneten Metalle, ein metallisches Material, Titannitrid, Tantalnitrid, irgendwelche anderen geeigneten Metallnitride, irgendwelche anderen geeigneten leitfähigen Materialien oder eine beliebige Kombination der vorigen. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Kappenstruktur 102 eine untere leitfähige Kappenschicht (nicht dargestellt) auf und weist außerdem eine obere leitfähige Kappenschicht (nicht dargestellt) auf, die über der unteren leitfähigen Kappenschicht liegt. Die obere leitfähige Kappenschicht kann zum Beispiel als eine Sauerstoffsperre dienen, um zu verhindern, dass Sauerstoff die untere leitfähige Kappenschicht erreicht und sie oxydiert. Die untere leitfähige Kappenschicht kann zum Beispiel reines/elementares Titan oder irgendein anderes geeignetes leitfähiges Material sein oder aufweisen. Die obere leitfähige Kappenschicht kann zum Beispiel Titannitrid oder irgendein anderes geeignetes leitfähiges Sauerstoffsperrmaterial sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Kappenstruktur 102 ein T-förmiges Profil oder irgendein anderes geeignetes Profil auf.
  • Durch Abdichten des Spaltes 108, ohne dass der Spalt 108 gefüllt wird, kann sich der Spalt 108 verformen, um die mechanische Spannung am Substrat 104 aufzunehmen. So kann die Verformung und/oder Rissbildung des Substrats 104 und/oder die Verformung und/oder Rissbildung von Schichten auf dem Substrat 104 verringert werden. Außerdem verhindert die leitfähige Kappenstruktur 102 durch das Abdichten des Spaltes 108, dass sich Fotoresist während der Ausbildung des Grabenkondensators im Spalt 108 ansammelt. Es ist schwierig, den Fotoresist aus dem Spalt 108 zu entfernen. Außerdem verhindert der Fotoresist im Spalt 108, dass sich der Spalt 108 verformt, um die mechanische Spannung am Substrat 104 aufzunehmen, und/oder er kann zum Beispiel wegen eines hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten selbst eine mechanische Spannung auf das Substrat 104 ausüben. Folglich kann die leitfähige Kappenstruktur 102 dadurch, dass das Ansammeln von Fotoresist im Spalt 108 verhindert wird, die mechanische Spannung am Substrat 104 verringern. Das kann wiederum die Verformung und/oder Rissbildung des Substrats 104 und/oder die Verformung und/oder Rissbildung von Schichten auf dem Substrat 104 verringern.
  • Der Grabenkondensator weist eine Dielektrikumbelagschicht 110, mehrere Kondensatordielektrikumschichten 112 und mehrere Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 auf. Die Dielektrikumbelagschicht 110 bildet einen Belag auf einer Unterseite des Grabensegments 106. Die Kondensatordielektrikumschichten 112 und die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 sind abwechselnd derart über der Dielektrikumbelagschicht 110 gestapelt, dass jede der Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 von der benachbarten Im-Graben-Kondensatorelektrode 114 durch eine zugehörige Kondensatordielektrikumschicht 112 getrennt ist. Außerdem nimmt die Breite Wtce der Kondensatordielektrikumschichten 112 und der Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 von einer Unterseite des Grabenkondensators zu einer Oberseite des Grabenkondensators hin ab. In einigen Ausführungsformen weist jede Kondensatordielektrikumschicht 112 die gleiche Breite wie eine unmittelbar darunterliegende von den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 auf. In alternativen Ausführungsformen weist jede der Kondensatordielektrikumschichten 112 die gleiche Breite wie eine unmittelbar darüber liegende von den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 auf.
  • Die Dielektrikumbelagschicht 110 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika sein oder aufweisen. Die Kondensatordielektrikumschichten 112 können zum Beispiel Siliziumoxid, ein High-κ-Dielektrikum, irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Das High-κ-Dielektrikum weist eine Dielektrizitätskonstante κ auf, die größer als die von Siliziumnitrid und/oder größer als circa 10, 20 oder 50 ist. Andere Werte sind jedoch erreichbar. Das High-κ-Dielektrikum kann zum Beispiel Hafniumoxid (z.B. HfO2), Zirkonoxid (z.B. ZrO2), Aluminiumoxid (z.B. Al2O3), Tantaloxid (z.B. Ta2O5), Titanoxid (z.B. TiO2), irgendwelche anderen geeigneten High-κ-Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 können zum Beispiel dotiertes Polysilizium, Titannitrid (z.B. TiN), Tantalnitrid (z.B. TaN), Aluminium-Kupfer (z.B. AlCu), irgendwelche anderen geeigneten Metallen und/oder Materialien oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 jeweils eine Tantalnitrid-Schicht und eine Aluminium-Kupfer Schicht auf, die aufeinander gestapelt sind. In einigen Ausführungsformen sind die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und die leitfähigen Kappenstruktur 102 alle aus dem gleichen Material, so wie zum Beispiel aus Titannitrid, oder aus irgendeinem anderen geeigneten Material oder weisen es auf.
  • Der Grabenkondensator weist einen ersten Anschluss T1 und einen zweiten Anschluss T2 auf. Der erste Anschluss T1 ist von einer Unterseite des Grabenkondensators bis zu einer Oberseite des Grabenkondensators elektrisch mit jeder anderen Elektrode von den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 verbunden. Ferner ist der zweite Anschluss T2 elektrisch mit der (den) restlichen Im-Graben-Kondensatorelektrode(n) 114 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Anschluss T2 elektrisch mit einer oberseitigen Elektrode von den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 verbunden. Eine solche elektrische Verbindung kann zum Beispiel durch die leitfähige Kappenstruktur 102 hindurch oder unabhängig von der leitfähigen Kappenstruktur 102 erfolgen. In anderen Ausführungsformen ist der zweite Anschluss T2 nicht elektrisch mit der oberseitigen Elektrode verbunden. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Anschluss T2 elektrisch mit dem Substrat 104 verbunden. In derartigen Ausführungsformen dient ein dotierter Bereich des Substrat 104, mit dem der zweite Anschluss T2 elektrisch verbunden ist, als eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode (z.B. eine untere oder unterseitige Kondensatorelektrode), und die Dielektrikumbelagschicht 110 dient als eine Kondensatordielektrikumschicht. Zum Beispiel kann ein (nicht dargestellter) Topfbereich im Substrat 104 als eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode dienen, und er kann zum Beispiel einen entgegengesetzten Dotierungstyp (z.B. P-Typ oder N-Typ) zum Volumen des Substrats 104 aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann ein Volumenbereich 104b des Substrats 104 als eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode dienen. In anderen Ausführungsformen ist der zweite Anschluss T2 nicht elektrisch mit dem Substrat 104 verbunden.
  • Mit Bezugnahme auf 2A wird eine Querschnittsansicht 200A von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 1 zur Verfügung gestellt, in denen die leitfähige Kappenstruktur 102 eine untere leitfähige Kappenschicht 102a und eine obere leitfähige Kappenschicht 102b aufweist. Die obere leitfähige Kappenschicht 102b kann zum Beispiel im Vergleich zu der unteren leitfähigen Kappenschicht 102a widerstandsfähig gegen Oxidation sein, derart dass die obere leitfähige Kappenschicht 102b im Vergleich zu der unteren leitfähigen Kappenschicht 102a von einer höheren Oxidationsenergie abhängt. Darüber hinaus oder alternativ kann die obere leitfähige Kappenschicht 102b zum Beispiel die Diffusion oder anderweitige Bewegung von Sauerstoff durch die obere leitfähige Kappenschicht 102b hindurch zur unteren leitfähigen Kappenschicht 102a hin blockieren. Folglich kann die obere leitfähige Kappenschicht 102b zum Beispiel als eine Sperre dienen, um die Oxidation der unteren leitfähigen Kappenschicht 102a zu verhindern.
  • In einigen Ausführungsformen ist die untere leitfähige Kappenschicht 102a reines/elementares Titan oder irgendein anderes geeignetes Metall, und/oder die obere leitfähige Kappenschicht 102b ist oder umfasst Titannitrid, Tantalnitrid, irgendein anderes geeignetes Sauerstoffsperrmaterial oder eine beliebige Kombination der vorigen. In einigen Ausführungsformen sind die obere leitfähige Kappenschicht 102b und die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 aus dem gleichen Material, wie zum Beispiel Titannitrid, oder aus irgendeinem anderen geeigneten Material oder weisen es auf. In einigen Ausführungsformen ist die obere leitfähige Kappenschicht 102b ein Metallnitrid und/oder ein metallisches Material oder weist es auf, während die untere leitfähige Kappenschicht 102a ein Metall ist oder aufweist. In einigen Ausführungsformen nutzen die obere leitfähige Kappenschicht 102b und die untere leitfähige Kappenschicht 102a ein Metallelement, wie zum Beispiel Titan, Tantal oder irgendein anderes geeignetes Metallelement, gemeinsam. In einigen Ausführungsformen weist die untere leitfähige Kappenschicht 102a ein T-förmiges Profil oder irgendein anderes geeignetes Profil auf, und/oder die obere leitfähige Kappenschicht 102b weist ein Rechteckprofil oder irgendein anderes geeignetes Profil auf.
  • In einigen Ausführungsformen weist die untere leitfähige Kappenschicht 102a eine erste Dicke Th1 auf, die bei circa 400 Angström, zwischen circa 350-450 Angström, zwischen circa 350-400 Angström oder zwischen circa 400-450 Angström liegt. Andere Werte sind jedoch erreichbar. Ist die erste Dicke Th1 zu klein (z.B. kleiner als circa 350 Angström oder irgendein anderer geeigneter Wert), dann kann es sein, dass die untere leitfähige Kappenschicht 102a nicht in der Lage ist, den Spalt 108 hermetisch abzudichten, und/oder dass sie gefährdet ist, in den Spalt 108 hinein zusammenzubrechen. Ist die erste Dicke Th1 ist zu groß (z.B. mehr als circa 450 Angström oder irgendein anderer geeigneter Wert), dann kann es zu einer Materialvergeudung kommen. In einigen Ausführungsformen weist die obere leitfähige Kappenschicht 102b eine zweite Dicke Th2 auf, die bei circa 100 Angström, zwischen circa 50-150 Angström, zwischen circa 50-100 Angström oder zwischen circa 100-150 Angström liegt. Andere Werte sind jedoch erreichbar. Ist die zweite Dicke Th2 zu klein (z.B. kleiner als circa 50 Angström oder irgendein anderer geeigneter Wert), dann kann es sein, dass die obere leitfähige Kappenschicht 102b nicht in der Lage ist, die untere leitfähige Kappenschicht 102a vor Oxidation zu schützen. Zum Beispiel kann Sauerstoff durch die obere leitfähige Kappenschicht 102b hindurch zur unteren leitfähigen Kappenschicht 102a gelangen. Ist die zweite Dicke Th2 zu groß (z.B. mehr als circa 150 Angström oder irgendein anderer geeigneter Wert), dann kann es zu einer Materialvergeudung kommen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Breite W des Grabensegments 106 circa 0,2-0,6 Mikrometer, circa 0,2-0,4 Mikrometer, circa 0,4-0,6 Mikrometer, circa 0,4 Mikrometer oder circa 0,3 Mikrometer. In einigen Ausführungsformen ist eine Breite W des Grabensegments das circa 4- bis 8-fache, circa 4- bis 6-fache, circa 6- bis 8-fache, circa 6-fache oder circa 8-fache von einer Gesamtdicke der leitfähigen Kappenstrukturen 102. Die Gesamtdicke der leitfähigen Kappenstrukturen 102 kann zum Beispiel der Summe der ersten und zweiten Dicke Th1 , Th2 entsprechen.
  • Mit Bezugnahme auf 2B wird eine Querschnittsansicht 200B von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 2A zur Verfügung gestellt, in denen die Seitenwände des Grabens 104t und die Seitenwände des Grabensegments 106 abgewinkelt sind. Außerdem sind die Dielektrikumbelagschicht 110, die Kondensatordielektrikumschichten 112, die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und die leitfähige Kappenstruktur 102 jeweils um die Ecken der darunterliegenden Schichten und/oder Strukturen herum gekrümmt. In einigen Ausführungsformen weist eine Unterseitenfläche der leitfähigen Kappenstruktur 102 wegen der abgewinkelten Seitenwände und/oder der Art und Weise, wie die leitfähige Kappenstruktur 102 ausgebildet wird, eine Kerbe auf.
  • Mit Bezugnahme auf 2C wird eine Querschnittsansicht 200C von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 2A zur Verfügung gestellt, in denen die Kondensatordielektrikumschichten 112 jeweils eine Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs und eine High-κ-Kondensatordielektrikumschicht 112hk aufweisen. Es wird angemerkt, dass die Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs nur für eine der Kondensatordielektrikumschichten 112 gekennzeichnet ist, und ebenso ist die High-κ-Kondensatordielektrikumschicht 112hk nur für eine der Kondensatordielektrikumschichten 112 gekennzeichnet. Die High-κ-Kondensatordielektrikumschicht 112hk liegt über der Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs und berührt sie, und sie ist ein High-κ-Dielektrikum oder weist es auf. Das High-κ-Dielektrikum weist eine Dielektrizitätskonstante κ auf, die größer als die von Siliziumnitrid und/oder größer als circa 10, 20 oder 50 ist. Das High-κ-Dielektrikum kann zum Beispiel Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Titanoxid, irgendwelche von den anderen geeigneten High-κ-Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen.
  • Die Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs ist oder umfasst ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante κ, die kleiner als circa 10, 6 oder 3,9 ist. Zum Beispiel kann die Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs Siliziumoxid, Siliziumnitrid, irgendein anderes geeignetes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Außerdem weist die Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs eine Dielektrizitätskonstante κ auf, die kleiner als die der High-κ-Kondensatordielektrikumschicht 112hk ist. Die Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs liefert eine verstärkte elektrische Isolation zwischen den entsprechenden Elektroden, um den Kriechstrom zu verringern, wodurch das Leistungsvermögen und die Energieeffizienz erhöht werden.
  • Obwohl in 2C nicht beschrieben wird, dass die Dielektrikumbelagschicht 110 ein High-κ-Dielektrikummaterial ist oder es aufweist, kann die Dielektrikumbelagschicht 110 in einigen Ausführungsformen ein High-κ-Dielektrikummaterial sein oder aufweisen. Die Dielektrikumbelagschicht 110 kann zum Beispiel eine Basis-Dielektrikumbelagschicht (nicht dargestellt) und eine High-κ-Dielektrikumbelagschicht (nicht dargestellt) umfassen. Die High-κ-Dielektrikumbelagschicht und die Basis-Dielektrikumbelagschicht können zum Beispiel jeweils so sein, wie die High-κ-Kondensatordielektrikumschicht 112hk und die Basis-Kondensatordielektrikumschicht 112bs dargestellt und/oder beschrieben sind. Diese Ausführungsformen können zum Beispiel entstehen, wenn der zweite Anschluss T2 elektrisch mit dem Substrat 104 verbunden ist und folglich die Dielektrikumbelagschicht 110 als eine Kondensatordielektrikumschicht für eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode dient.
  • Mit Bezugnahme auf 2D wird eine Querschnittsansicht 200D von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 2A zur Verfügung gestellt, in denen das Substrat 104 einen Topfbereich 104W aufweist. Der Topfbereich 104W legt eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode (z.B. eine untere oder unterseitige Kondensatorelektrode) fest und ist elektrisch mit dem zweiten Anschluss T2 verbunden. Außerdem liegt der Topfbereich 104W über einem Volumenbereich 104b des Substrats 104. Der Topfbereich 104W weist einen anderen Dotierungstyp und/oder eine andere Dotierungskonzentration als der Volumenbereich 104b auf. Zum Beispiel können der Volumenbereich 104b und der Topfbereich 104W entsprechend vom p-Typ und n-Typ oder umgekehrt sein.
  • Obwohl die 1 und 2A-2D mit vier Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 dargestellt sind, die auf dem Substrat 104 gestapelt sind, können alternativ mehr oder weniger Im-Graben-Kondensatorelektroden auf dem Substrat 104 gestapelt werden. Zum Beispiel wird mit Bezugnahme auf 2E eine Querschnittsansicht 200E von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 2D zur Verfügung gestellt, in denen der Grabenkondensator eine einzige Im-Graben-Kondensatorelektrode 114 auf dem Substrat 104 aufweist. In den alternativen Ausführungsformen von 2E legt der Topfbereich 104W eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode (z.B. eine untere oder unterseitige Kondensatorelektrode) fest, und die Dielektrikumbelagschicht 110 dient als eine Kondensatordielektrikumschicht.
  • Obwohl die Kondensatordielektrikumschichten 112 in den 1, 2A, 2B, 2D und 2E als einlagige Kondensatordielektrikumschichten dargestellt sind, können die Kondensatordielektrikumschichten 112 mehrlagige Kondensatordielektrikumschichten sein, wie in alternativen Ausführungsformen in 2C in dargestellt und beschrieben ist. Obwohl die Dielektrikumbelagschicht 110, die Kondensatordielektrikumschichten 112, die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und die leitfähige Kappenstruktur 102 in den 1, 2A und 2C-2E als geradlinig ausgeführt dargestellt sind, können derartige Komponenten in alternativen Ausführungsformen gekrümmt sein, wie in 2B dargestellt ist. Obwohl das Substrat 104 in den 1 und 2A-2C ohne einen Topfbereich dargestellt ist, kann das Substrat 104 in alternativen Ausführungsformen den Topfbereich 104W der 2D und 2E aufweisen. In derartigen alternativen Ausführungsformen können der Topfbereich 104W und die Dielektrikumbelagschicht 110 als eine Kondensatorelektrode (d.h. eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode) bzw. eine Kondensatordielektrikumschicht dienen.
  • Mit Bezugnahme auf 3A wird eine Querschnittsansicht 300A von einigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators zur Verfügung gestellt, der mehrere leitfähige Kappenstrukturen 102 aufweist. Die leitfähigen Kappenstrukturen 102 sind den mehreren Grabensegmenten 106 einzeln zugeordnet und liegen jeweils über ihnen. Die Grabensegmente 106 erstrecken sich in den Topfbereich 104W des Substrats 104 hinein und füllen einzeln die Gräben aus 104t, die durch das Substrat 104 festgelegt sind. Außerdem legen die Grabensegmente 106 einzeln Spalte 108 fest, die in das Substrat 104 eindringen und jeweils durch die leitfähigen Kappenstrukturen 102 abgedichtet werden. Die leitfähigen Kappenstrukturen 102, die Gräben 104t, die Grabensegmente 106 und die Spalte 108 können zum Beispiel wie ihre Gegenstücke sein, die in einer beliebigen von den 1 und 2A-2E oder in deren Kombination dargestellt und/oder beschrieben sind.
  • Die Grabensegmente 106 werden durch die Dielektrikumbelagschicht 110, die mehreren Kondensatordielektrikumschichten 112 und die mehreren Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 festgelegt. Es wird angemerkt, dass nur einige von den Kondensatordielektrikumschichten 112 und nur einige von den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 gekennzeichnet sind. Die Dielektrikumbelagschicht 110, eine unterseitige Kondensatordielektrikumschicht 112b und eine unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektrode 114b werden von den Grabensegmenten 106 gemeinsam genutzt. Ferner sind ein Rest der Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und ein Rest der Kondensatordielektrikumschichten 112 den Grabensegmenten 106 einzeln zugeordnet. Zum Beispiel sind die oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t den Grabensegmenten 106 einzeln zugeordnet. Der Topfbereich 104W wird von den Grabensegmenten 106 gemeinsam genutzt und dient als eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode (z.B. eine unterseitige oder untere Kondensatorelektrode). Ferner dient die Dielektrikumbelagschicht 110 als eine Kondensatordielektrikumschicht.
  • Über den Grabensegmenten 106 sind mehrere Drähte der ersten Ebene 302f und mehrere Kontaktdurchführungen 304c gestapelt. Es wird angemerkt, dass nur einige von den Kontaktdurchführungen 304c gekennzeichnet sind. Die Drähte der ersten Ebene 302f und die Kontaktdurchführungen 304c können zum Beispiel Kupfer, Aluminium-Kupfer, Aluminium, Wolfram, irgendwelche anderen geeigneten Metalle, irgendwelche anderen geeigneten leitfähigen Materialien oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Die Drähte der ersten Ebene 302f weisen einen ersten Kondensatordraht 306 und einen zweiten Kondensatordraht 308 auf. Der erste Kondensatordraht 306 kann zum Beispiel als ein erster Anschluss des Grabenkondensators dienen, und/oder der zweite Kondensatordraht 308 kann zum Beispiel als ein zweiter Anschluss des Grabenkondensators dienen. Alternativ können zum Beispiel (nicht dargestellte) darüber liegende Drähte als der erste und zweite Anschluss dienen.
  • Der erste und zweite Kondensatordraht 306, 308 sind durch mindestens einige Kontaktdurchführungen 304c elektrisch mit den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und dem Topfbereich 104W verbunden. Zum Beispiel ist der zweite Kondensatordraht 308 durch eine oder mehrere von den Kontaktdurchführungen 304c elektrisch mit einer darunterliegenden von den oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t verbunden. Die Kontaktdurchführungen schließen die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 elektrisch unmittelbar an, wobei die oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t ausgenommen sind. Bei den oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t sind die Kontaktdurchführungen elektrisch über die leitfähigen Kappenstrukturen 102 mit den oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t verbunden. Da die leitfähigen Kappenstrukturen 102 leitfähig sind, werden die leitfähigen Kappenstrukturen 102 nicht als elektrische Sperren wirksam. Folglich weist ein Übergang zwischen einer leitfähigen Kappenstruktur und einer Kontaktdurchführung einen niedrigen Widerstand auf, der die Energieeffizienz der elektrischen Ankopplung und die Zuverlässigkeit der elektrischen Ankopplung verbessert.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Im-Graben-Kondensatorelektroden, bei denen eine elektrische Verbindung mit dem ersten und zweiten Kondensatordraht 306, 308 nicht dargestellt ist, außerhalb der Querschnittsansicht 300A elektrisch mit den Kondensatordrähten (z.B. dem ersten und zweiten Kondensatordraht 306, 308) verbunden, die elektrisch mit den Anschlüssen des Grabenkondensators verbunden sind. Ferner sind in einigen Ausführungsformen die Im-Graben-Kondensatorelektroden bei jedem von den Grabensegmenten 106 von einer Unterseite des Grabenkondensators aus zu einer Oberseite des Grabenkondensators hin durch mindestens einige von den Kontaktdurchführungen 304c abwechselnd mit dem ersten und zweiten Kondensatordraht 306, 308 elektrisch verbunden.
  • Mit Bezugnahme auf 3B wird eine Querschnittsansicht 300B einiger alternativer Ausführungsformen des Grabenkondensators von 3A zur Verfügung gestellt, in denen es keine Kontaktdurchführung gibt, die sich von dem zweiten Kondensatordraht 308 aus zu einer darunterliegenden von den leitfähigen Kappenstrukturen 102 hin erstreckt. In einigen Ausführungsformen sind eine oder beide von den leitfähigen Kappenstrukturen 102 und somit einer oder beide von den oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t elektrisch potentialfrei.
  • Mit Bezugnahme auf 3C wird eine Querschnittsansicht 300C einiger alternativer Ausführungsformen des Grabenkondensators von 3A zur Verfügung gestellt, in denen der Grabenkondensator mehrere unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektroden 114b aufweist, die einzeln den Grabensegmenten 106 zugeordnet sind. Außerdem weist der Grabenkondensator mehrere unterseitige Kondensatordielektrikumschichten 112b auf, die einzeln den Grabensegmenten 106 zugeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators ist die Kontaktdurchführung, die sich vom zweiten Kondensatordraht 308 aus zu einer darunterliegenden von den leitfähigen Kappenstrukturen 102 erstreckt, weggelassen worden, wie in 3B dargestellt ist.
  • Obwohl in den 3A und 3B eine einzige Im-Graben-Kondensatorelektrode (d.h. die unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektrode 114b) dargestellt ist, die von den Grabensegmenten 106 gemeinsam verwendet wird, können in alternativen Ausführungsformen eine oder mehrere Im-Graben-Kondensatorelektroden von den Grabensegmenten 106 gemeinsam verwendet werden. Zum Beispiel kann die Im-Graben-Kondensatorelektrode, die unmittelbar über der unterseitigen Im-Graben-Kondensatorelektrode 114b liegt, gemeinsam verwendet werden. Obwohl in den 3A-3C dargestellt ist, dass die Grabensegmente 106 gemäß den Ausführungsformen in 2A eingerichtet sind, können die Grabensegmente 106 ferner alternativ gemäß den Ausführungsformen in einer beliebigen der 1 und 2B-2E oder in einer Kombination davon eingerichtet sein.
  • Mit Bezugnahme auf 4A wird ein Oberseiten-Layout 400A von einigen Ausführungsformen des Grabenkondensators in einer beliebigen von den 3A-C zur Verfügung gestellt, in denen die Grabensegmente 106 in einer zweidimensionalen (2D) Grabenanordnung 402 angeordnet sind. Die Querschnittsansichten 300A-300C der 3A-3C können zum Beispiel entlang der Linie A genommen worden sein. Die 2D-Grabenanordnung 402 weist mehrere Zeilen und mehrere Spalten auf. In einigen Ausführungsformen weist die 2D-Grabenanordnung 402 zwei Spalten (z.B. in einer X-Ausdehnung) und zwei Zeilen (z.B. in einer Y-Ausdehnung) auf. In alternativen Ausführungsformen weist die 2D-Grabenanordnung 402 mehr oder weniger Zeilen und/oder mehr oder weniger Spalten auf.
  • In einigen Ausführungsformen weist die 2D-Grabenanordnung 402 eine Spiegelsymmetrie in beiden Richtungen der 2D-Grabenanordnung 402 auf. Zum Beispiel kann die 2D-Grabenanordnung 402 symmetrisch bezüglich einer ersten Achse sein, welche die 2D-Grabenanordnung 402 in der X-Ausdehnung in zwei Hälften teilt, und sie kann außerdem symmetrisch bezüglich einer zweiten Achse sein, welche die 2D-Grabenanordnung 402 in der Y-Ausdehnung in zwei Hälften teilt. In einigen Ausführungsformen teilen die Grabensegmente 106 ein gemeinsames Layout und/oder eine gemeinsame Ausrichtung. Das gemeinsame Layout kann zum Beispiel rechteckig, quadratisch, kreisförmig, ovalförmig oder in irgendeiner anderen geeigneten Form vorliegen. In einigen Ausführungsformen ist eine Länge L der Grabensegmente 106 circa 5-10 Mikrometer, circa 5-7,5 Mikrometer, circa 7,5-10 Mikrometer oder circa 6,5 Mikrometer. In einigen Ausführungsformen ist ein Abstand S zwischen den Grabensegmenten 106 circa 0,10-0,20 Mikrometer, circa 0,10-0,15 Mikrometer, circa 0,15-0,20 Mikrometer oder circa 0,13 Mikrometer. In einigen Ausführungsformen ist eine Breite W der Grabensegmente 106 circa 0,2-0,6 Mikrometer, circa 0,2-0,4 Mikrometer, circa 0,4-0,6 Mikrometer, circa o,4 Mikrometer oder circa 0,3 Mikrometer. In einigen Ausführungsformen ist die Breite W der Grabensegmente 106 das circa 4- bis 8-fache, circa 4- bis 6-fache, circa 6- bis 8-fache, circa 6-fache oder circa 8-fache von einer Gesamtdicke der leitfähigen Kappenstrukturen 102. Die Gesamtdicke der leitfähigen Kappenstrukturen 102 kann zum Beispiel der Summe der ersten und zweiten Dicke Th1 , Th2 in 2A entsprechen. Andere Werte für die Länge L, den Abstand S und die Breite W sind jedoch erreichbar.
  • Obwohl 4A mit zwei Zeilen und zwei Spalten dargestellt ist, sind mehr oder weniger Spalten und/oder mehr oder weniger Zeilen erreichbar. Zum Beispiel wird mit Bezugnahme auf 4B ein Oberseiten-Layout 400B von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 4A ausgeführt, in denen die 2D-Grabenanordnung 402 drei Zeilen und vier Spalten hat.
  • Mit Bezugnahme auf 5 wird ein Oberseiten-Layout 500 von einigen etwas detaillierteren Ausführungsformen des Grabenkondensators von 4A angegeben, in denen ferner die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und ein Topfbereich 104W dargestellt sind. Die Grabensegmente 106 nutzen gemeinsam eine unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektrode 114b und einen Topfbereich 104w. Ferner ist ein Rest der Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 einzeln den Grabensegmenten zugeordnet 106. Zum Beispiel sind die oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t einzeln den Grabensegmenten 106 zugeordnet.
  • Mit Bezugnahme auf 6 wird eine Querschnittsansicht 600 von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 3A zur Verfügung gestellt, in denen der Grabenkondensator eine einzige leitfähige Kappenstruktur 102 aufweist, die von den Grabensegmenten 106 gemeinsam genutzt wird. Ferner werden die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 von den Grabensegmenten 106 jeweils gemeinsam genutzt. Obwohl 6 dargestellt ist, dass der zweite Kondensatordraht 308 durch eine zugehörige von den Kontaktdurchführungen 304c elektrisch mit der leitfähigen Kappenstruktur 102 verbunden ist, kann diese Kontaktdurchführung in alternativen Ausführungsformen weggelassen werden. Ein Beispiel dafür wird zum Beispiel durch einen Vergleich von 3A mit 3B ersichtlich. Obwohl in 6 dargestellt ist, dass die Grabensegmente 106 gemäß den Ausführungsformen in 2A eingerichtet sind, können die Grabensegmente 106 ferner alternativ gemäß den Ausführungsformen in irgendeiner der 1 und 2B-2E oder deren Kombination eingerichtet. sein.
  • Mit Bezugnahme auf 7 wird ein Oberseiten-Layout 700 von einigen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 6 zur Verfügung gestellt, in denen die Grabensegmente 106 in einer 2D-Grabenanordnung 402 angeordnet sind. Die Querschnittsansichten 600 von 6 können zum Beispiel entlang der Linie B genommen worden sein. Das Oberseiten-Layout 700 von 7 kann zum Beispiel wie das in 5 dargestellte und beschriebene Oberseiten-Layout 500 sein, abgesehen davon, dass eine einzige leitfähige Kappenstruktur 102 von den Grabensegmenten 106 gemeinsam genutzt wird und dass die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 jeweils von den Grabensegmenten 106 gemeinsam genutzt werden. Obwohl in 7 eine 2D-Grabenanordnung dargestellt ist, die vier Zeilen und vier Spalten aufweist, sind mehr oder weniger Zeilen und/oder mehr oder weniger Spalten erreichbar.
  • Mit Bezugnahme auf 8A wird eine Querschnittsansicht 800A von einigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators zur Verfügung gestellt, in denen der Grabenkondensator mehrere leitfähige Kappenstrukturen 102 aufweist, die einzeln mehreren Gruppen 802 von Grabensegmenten 106 (nachstehend Grabengruppen 802) zugeordnet sind. In einigen Ausführungsformen weisen die Grabengruppen 802, wie dargestellt ist, eine gemeinsame Zahl von Grabensegmenten auf. Zum Beispiel können die Grabengruppen 802 jeweils zwei Grabensegmente oder irgendeine andere geeignete Zahl von Grabensegmenten aufweisen. In alternativen Ausführungsformen können die Grabengruppen 802 unterschiedliche Zahlen von Grabensegmenten aufweisen.
  • Die Grabengruppen 802 werden durch die Dielektrikumbelagschicht 110, die mehreren Kondensatordielektrikumschichten 112 und die mehreren In-Graben-Kondensatorelektroden 114 festgelegt. Es wird angemerkt, dass nur einige von den Kondensatordielektrikumschichten 112 und nur einige von den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 gekennzeichnet sind. Die Dielektrikumbelagschicht 110, eine unterseitige Kondensatordielektrikumschicht 112b und eine unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektrode 114b werden von den Grabengruppen 802 gemeinsam genutzt. Ferner werden ein Rest der Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und ein Rest der Kondensatordielektrikumschichten 112 einzeln den Grabengruppen 802 zugeordnet. Zum Beispiel werden die oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t einzeln den Grabengruppen 802 zugeordnet. Der Topfbereich 104W wird von den Grabengruppen 802 gemeinsam genutzt und dient als eine Im-Substrat-Kondensatorelektrode. Ferner dient die Dielektrikumbelagschicht 110 als eine Kondensatordielektrikumschicht.
  • Der erste und zweite Kondensatordraht 306, 308 sind durch mindestens einige von den Kontaktdurchführungen 304c elektrisch mit den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und dem Topfbereich 104W verbunden. Es wird angemerkt, dass nur einige von den Kontaktdurchführungen 304c gekennzeichnet sind. In einigen Ausführungsformen sind die Im-Graben-Kondensatorelektroden, bei denen eine elektrische Verbindung mit dem ersten und zweiten Kondensatordraht 306, 308 nicht dargestellt ist, außerhalb der Querschnittsansicht 800A mit den Kondensatordrähten elektrisch verbunden, die mit den Anschlüssen des Grabenkondensators elektrisch verbunden sind. Ferner sind in einigen Ausführungsformen die Im-Graben-Kondensatorelektroden bei jeder von den Grabengruppen 802 von einer Unterseite des Grabenkondensators aus zu einer Oberseite des Grabenkondensators hin durch mindestens einige von den Kontaktdurchführungen 304c abwechselnd mit dem ersten und zweiten Kondensatordraht 306, 308 elektrisch verbunden.
  • Mit Bezugnahme auf 8B wird eine Querschnittsansicht 800B von einigen alternativen Ausführungsformen des Grabenkondensators von 8A zur Verfügung gestellt, in denen der Grabenkondensator mehrere unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektroden 114b aufweist, die einzeln den Grabengruppen 802 zugeordnet sind. Außerdem weist der Grabenkondensator mehrere unterseitige Kondensatordielektrikumschichten 112b auf, die einzeln den Grabengruppen 802 zugeordnet sind.
  • In den 8A und 8B ist zwar dargestellt, dass der zweite Kondensatordraht 308 mittels einer zugehörigen von den Kontaktdurchführungen 304c mit einer darunterliegenden leitfähigen Kappenstruktur 102 elektrisch verbunden ist, in alternativen Ausführungsformen kann diese Kontaktdurchführung aber weggelassen werden. Ein Beispiel dafür kann beispielsweise aus einem Vergleich von 3A mit 3B ersichtlich werden. Außerdem wird in den 8A und 8B zwar dargestellt, dass die Grabensegmente 106 gemäß den Ausführungsformen in 2A eingerichtet sind, alternativ können die Grabensegmente 106 aber gemäß den Ausführungsformen in irgendeiner der 1 und 2B-2E oder in einer Kombination davon eingerichtet sein. Darüber hinaus wird in 8A zwar dargestellt, dass eine einzige Im-Graben-Kondensatorelektrode (d.h. die unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektrode 114b) von den Grabengruppen 802 gemeinsam genutzt wird, in alternativen Ausführungsformen können aber eine oder einige Im-Graben-Kondensatorelektroden von den Grabengruppen 802 gemeinsam genutzt werden.
  • Mit Bezugnahme auf 9A wird ein Oberseiten-Layout 900A von einigen Ausführungsformen des Grabenkondensators in irgendeiner der 8A und 8B zur Verfügung gestellt, in denen die Grabensegmente 106 in einer 2D-Grabenanordnung 402 angeordnet und in Grabengruppen 802 gruppiert sind. Die Querschnittsansichten 800A, 800B von den 8A und 8B können zum Beispiel entlang der Linie C genommen worden sein. Die Grabengruppen 802 entsprechen Quadranten der 2D-Grabenanordnung 402 und weisen jeweils die gleiche Zahl von Grabensegmenten auf. Eine unterseitige Im-Graben-Kondensatorelektrode 114b wird von den Grabengruppen 802 gemeinsam genutzt, während ein Rest der Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und die leitfähigen Kappenstrukturen 102 einzeln den Grabengruppen 802 zugeordnet ist.
  • Mit Bezugnahme auf 9B wird ein Oberseiten-Layout 900B einiger alternativer Ausführungsformen des Grabenkondensators von 9A zur Verfügung gestellt, in denen die 2D-Grabenanordnung 402 eine Drehsymmetrie aufweist. Die Grabengruppen 802 werden jeweils um 90 Grad mit Bezug auf eine benachbarte Grabengruppe 802 gedreht, wobei die Drehung um einen Mittelpunkt 902 der 2D-Grabenanordnung 402 erfolgt. Außerdem weisen die Grabengruppen 802 die gleiche Zahl von Grabensegmenten 106 auf und grenzen jeweils an eine Außenkante der 2D-Grabenanordnung 402 an. In einigen Ausführungsformen teilen die Grabengruppen 802 ein erstes gemeinsames Layout und/oder teilen eine gemeinsame Abmessung. In einigen Ausführungsformen haben die Grabensegmente 106 ferner teil an einem zweiten gemeinsamen Layout und/oder teilen eine gemeinsame Ausrichtung. Das erste gemeinsame Layout und/oder das zweite gemeinsame Layout können zum Beispiel jeweils rechteckig, quadratisch, kreisförmig, ovalförmig sein oder in irgendeiner anderen geeigneten Form vorliegen.
  • Die Grabensegmente 106 können zum Beispiel eine mechanische Spannung auf das Substrat 104 in den Richtungen senkrecht oder quer zu den jeweiligen Längen der Grabensegmente 106 ausüben. Eine derartige mechanische Spannung kann zum Beispiel eine Verformung, einen Bruch oder eine Rissbildung des Substrats 104 verursachen, wenn die von den Grabensegmenten 106 ausgehende mechanische Spannung nicht ausgeglichen wird. Zum Beispiel kann die von den Grabensegmenten 106 ausgehende mechanische Spannung unausgeglichen bleiben, wenn alle Grabensegmente 106 die gleiche Ausrichtung aufweisen. Die Drehsymmetrie liefert einen Ausgleich der von den Grabensegmenten 106 ausgehenden mechanischen Spannung, sodass die Wahrscheinlichkeit für eine Verformung, einen Bruch oder eine Rissbildung des Substrats 104 verringert wird.
  • Obwohl die 9A und 9B mit einer 2D-Grabenanordnung 402 dargestellt sind, die vier Zeilen und vier Spalten aufweist, sind mehr oder weniger Zeilen und/oder mehr oder weniger Spalten erreichbar. Obwohl 9B ferner mit vier Grabengruppen 802 dargestellt ist, sollte einzusehen sein, dass mehr oder weniger Grabengruppen 802 erreichbar sind. Zum Beispiel kann die 2D-Grabenanordnung 402 allgemeiner in N Grabengruppen 802 unterteilt werden, wobei N eine ganze Zahl größer als 1 ist. Außerdem können die Grabengruppen 802 jeweils um R Grad mit Bezug auf eine benachbarte Grabengruppe 802 gedreht werden, wenn die Drehung um den Mittelpunkt 902 der 2D-Grabenanordnung 402 ausgeführt wird, wobei R der Quotient von 360 geteilt durch N ist.
  • Mit Bezugnahme auf 10 wird eine Querschnittsansicht von einigen Ausführungsformen eines Grabenkondensators 1002 zur Verfügung gestellt, der elektrisch mit einem Transistor 1004 verbunden ist. Der Grabenkondensator 1002 und der Transistor 1004 befinden sich auf einem Substrat 104 und werden durch eine Zwischenverbindungsstruktur 1006 abgedeckt und sind elektrisch mit ihr verbunden. Der Grabenkondensator 1002 kann zum Beispiel so sein, wie es mit Bezug auf 3A dargestellt und beschrieben ist. Der Transistor 1004 kann zum Beispiel ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder irgendein anderer geeigneter Transistor sein.
  • Der Grabenkondensator 1002 weist mehrere leitfähige Kappenstrukturen 102 auf, die den mehreren Grabensegmenten 106 einzeln zugeordnet sind und jeweils über ihnen liegen. Ferner weist der Grabenkondensator 1002 mehrere Hartmasken 1008, die den leitfähigen Kappenstrukturen 102 einzeln zugeordnet sind und jeweils über ihnen liegen. Es wird angemerkt, dass nur eine von den leitfähigen Kappenstrukturen 102 und nur eine von den Hartmasken 1008 gekennzeichnet ist. Die Hartmasken 1008 können zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumoxid, ein Polymer, eine Antireflexionsbeschichtung (ARC), irgendwelche anderen geeigneten Hartmaskenmaterialien oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen deckt eine Ätzstoppstruktur 1010 die Grabensegmente 106 über den Hartmasken 1008 ab. Die Ätzstoppstruktur 1010 kann zum Beispiel Oxid, Siliziumnitrid, irgendeines von den anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist die Ätzstoppstruktur 1010 eine erste Ätzstoppschicht 1010a und eine zweite Ätzstoppschicht 1010b auf, die über der ersten Ätzstoppschicht 1010a liegt. Die erste Ätzstoppschicht 1010a kann zum Beispiel undotiertes Silikatglas(USG)-Oxid und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika sein oder aufweisen, und/die zweite Ätzstoppschicht 1010b kann zum Beispiel Siliziumnitrid und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika sein oder aufweisen.
  • Der Transistor 1004 weist ein Paar von Source/Drain-Bereichen 1012 im Substrat 104 auf und weist ferner eine Gate-Elektrode 1014 und eine Gate-Dielektrikumschicht 1016 auf, die auf dem Substrat 104 und zwischen den Source/Drain-Bereichen 1012 gestapelt sind. Es wird angemerkt, dass nur einer von den Source/Drain-Bereichen 1012 gekennzeichnet ist. Die Gate-Elektrode 1014 kann zum Beispiel dotiertes Polysilizium, Metall oder irgendein anderes geeignetes leitfähiges Material sein oder aufweisen. Die Gate-Dielektrikumschicht 1016 kann zum Beispiel Siliziumoxid und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist der Transistor 1004 von einer Grabenisolationsstruktur 1018 umgeben. Die Grabenisolationsstruktur 1018 kann zum Beispiel eine Flachgrabenisolations(STI)-Struktur oder irgendeine andere geeignete Grabenisolationsstruktur sein oder aufweisen.
  • Die Zwischenverbindungsstruktur 1006 weist eine Zwischenverbindungs-Dielektrikumschicht 1020 und eine Passivierungsschicht 1022 auf, die über der Zwischenverbindungs-Dielektrikumschicht 1020 liegt. Die Zwischenverbindungs-Dielektrikumschicht 1020 kann zum Beispiel Siliziumoxid, ein Low-k-Dielektrikum, irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Das Low-k-Dielektrikummaterial kann zum Beispiel ein dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstante k kleiner als circa 3,9, 2,0 oder irgendein anderer geeigneter Wert sein. Die Passivierungsschicht 1022 kann zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Die Zwischenverbindungsstruktur 1006 weist ferner mehrere Drähte 302 und mehrere Durchkontaktierungen 304 auf.
  • Die Drähte 302 und die Durchkontaktierungen 304 sind in der Zwischenverbindungs-Dielektrikumschicht 1020 und der Passivierungsschicht 1022 gestapelt, um leitfähige Pfade festzulegen. Zum Beispiel legen die Drähte 302 und die Durchkontaktierungen 304 einen leitfähigen Pfad zwischen dem Grabenkondensator 1002 und dem Transistor 1004 fest. Als ein weiteres Beispiel legen die Drähte 302 und die Durchkontaktierungen 304 einen leitfähigen Pfad vom Grabenkondensator 1002 zu einem obersten Draht fest, der mittels einer Kontaktstellenöffnung 1024 in der Passivierungsschicht 1022 freigelegt ist. Die Drähte 302 und die Durchkontaktierungen 304 können zum Beispiel Kupfer, Aluminium-Kupfer, Wolfram, irgendwelche anderen geeigneten Metalle oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen.
  • Obwohl 10 unter Verwendung der Ausführungsformen des Grabenkondensators in 3A dargestellt ist, können in alternativen Ausführungsformen die Ausführungsformen des Grabenkondensators in irgendeiner der 1, 2A-2E, 3B, 3C, 4A, 4B, 5-7, 8A, 8B, 9A und 9B verwendet werden.
  • Mit Bezugnahme auf die 11-22, wird eine Reihe von Querschnittsansichten 1100-2200 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines Grabenkondensators mit einer leitfähigen Kappenstruktur zur Verfügung gestellt. Das Verfahren wird unter Verwendung der Ausführungsformen des Grabenkondensators in 3A dargestellt, kann aber auch verwendet werden, um Ausführungsformen des Grabenkondensators in irgendeiner der 1, 2A-2E, 3B, 3C, 4A, 4B, 5-7, 8A, 8B, 9A und 9B auszubilden.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 1100 von 11 dargestellt ist, wird ein Substrat 104 strukturiert, um mehrere Gräben 104t auszubilden. In einigen Ausführungsformen sind die Gräben 104t bei einer Betrachtung von oben nach unten in einer Anordnung eingerichtet (aus der Querschnittsansicht 1100 von 11 nicht ersichtlich). Die Anordnung kann zum Beispiel das gleiche Layout wie die 2D-Grabenanordnung 402 in irgendeiner von den oder einer Kombination der 4A, 4B, 5, 7, 9A, und 9B aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen die Gräben 104t jeweils ein hohes Seitenverhältnis (d.h. ein hohes Verhältnis der Höhe Htr zur Breite Wtr ) auf. Das hohe Seitenverhältnis kann zum Beispiel größer als circa 25:1, circa 30:1, circa 20:1 bis 40:1 oder irgendein anderer geeigneter Wert sein. Das Substrat 104 kann zum Beispiel vom p-Typ oder n-Typ sein und/oder kann zum Beispiel ein Volumensiliziumsubstrat, ein SOI-Substrat oder irgendein anderes geeignetes Halbleitersubstrat sein.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Strukturieren des Substrats 104 das Ausbilden einer Maske 1102 über dem Substrat 104 und mit einem Layout der Gräben 104t sowie das anschließenden Ausführen eines Ätzvorgangs in das Substrat 104 hinein mit der Maske 1102 an Ort und Stelle. Es können jedoch andere Prozesse eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Strukturieren des Substrats 104 ferner das Beseitigen der Maske 1102 nach dem Ätzvorgang. Die Maske 1102 kann zum Beispiel Fotoresist, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, irgendein anderes Maskenmaterial oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen, in denen die Maske 1102 ein Hartmaskenmaterial ist, umfasst das Ausbilden der Maske 1102: 1) Abscheiden einer Hartmaskenschicht auf dem Substrat 104; 2) Ausbilden einer Fotoresist-Maske über der Hartmaskenschicht unter Verwendung der Fotolithografie; 3) Ausführen eines Ätzvorgangs in die Hartmasken-Schicht hinein mit der Fotoresist-Maske an Ort und Stelle; und 4) Beseitigen der Fotoresist-Maske nach dem Ätzvorgang. Es können jedoch andere Prozesse eingesetzt werden.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 1200 von 12 dargestellt ist, wird das Substrat 104 dotiert, um einen Topfbereich 104w auszubilden, der an den Gräben 104t anliegt. Der Topfbereich 104w liegt über einem Volumenbereich 104b des Substrats 104 und weist einen anderen Dotierungstyp und/oder eine andere Konzentration als der Volumenbereich 104b auf. Der Topfbereich 104w kann zum Beispiel durch Ionenimplantation oder irgendeinen anderen geeigneten Dotierungsprozess ausgebildet werden. In einigen alternativen Ausführungsformen des Verfahrens, die mittels der 11-22 beschrieben werden, wird der Topfbereich 104w vor dem Strukturieren in 11 ausgebildet oder nicht ausgebildet.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 1300 von 13 dargestellt ist, wird eine Dielektrikumbelagschicht 110 abgeschieden, die das Substrat 104 bedeckt und einen Belag der Gräben 104t ausbildet. In einigen Ausführungsformen ist die Dielektrikumbelagschicht 110 Siliziumoxid, ein High-k-Dielektrikum, irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen oder weist diese auf. In einigen Ausführungsformen weist die Dielektrikumbelagschicht 110 eine Dicke Thlnr zwischen circa 30-90 Angström, circa 30-50 Angström, circa 50-70 Angström oder circa 70-90 Angström auf. Andere Werte sind jedoch erreichbar. Die Dielektrikumbelagschicht 110 kann zum Beispiel durch Ausscheiden aus der Dampfphase, thermische Oxidation, irgendwelche anderen geeigneten Abscheidungsprozesse oder eine beliebige Kombination der vorigen erzeugt werden.
  • Wie auch mittels der Querschnittsansicht 1300 von 13 dargestellt ist, werden mehrere Elektrodendielektrikumschichten 1302 und mehrere Elektrodenschichten 1304 erzeugt, wobei sie abwechselnd über den Gräben 104t gestapelt werden und einen Belag ausbilden. Ferner legt eine oberseitige Elektrodenschicht 1304t von den mehreren Elektrodenschichten 1304 mehrere Spalte 108 fest, die den Gräben 104t einzeln zugeordnet sind und jeweils bei ihnen liegen. Die Spalte 108 können zum Beispiel auch als Leerräume, Hohlräume oder unter irgendeinem anderen geeigneten Namen bekannt sein. Die Elektrodendielektrikumschichten 1302 und die Elektrodenschichten 1304 können zum Beispiel durch Ausscheiden aus der Dampfphase und/oder irgendeinen der anderen geeigneten Abscheidungsprozesse oder eine beliebige Kombination der vorigen erzeugt werden.
  • Die Elektrodendielektrikumschichten 1302 sind in einigen Ausführungsformen Siliziumoxid, ein High-k-Dielektrikum, irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen oder weisen sie auf. Das High-k-Dielektrikum kann zum Beispiel Hafniumoxid (z.B. HfO2), Zirkonoxid (z.B. ZrO2), Aluminiumoxid (z.B. Al2O3), Tantaloxid (z.B. Ta2O5), Titanoxid (z.B. TiO2), irgendwelche anderen geeigneten High-κ-Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen sind die Elektrodendielektrikumschichten 1302 jeweils ein ZAZ - Mehrschichtfilm mit einem Paar von Zirkonoxidschichten und einer Aluminiumoxidschicht, die zwischen die Zirkonoxidschichten geschoben ist und sie berührt. In einigen Ausführungsformen weisen die Elektrodendielektrikumschichten 1302 eine Dicke Thed zwischen circa 30-90 Angström, circa 30-50 Angström, circa 50-70 Angström oder circa 70-90 Angström auf. Andere Werte sind jedoch erreichbar.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Elektrodenschichten 1304 Titannitrid, Tantalnitrid, Aluminium-Kupfer, irgendwelche anderen geeigneten leitfähigen Materialien und/oder Metalle oder eine beliebige Kombination der vorigen oder weisen diese auf. In einigen Ausführungsformen sind die Elektrodenschichten 1304 jeweils ein Mehrschichtfilm mit einer Aluminium-Kupfer-Schicht und einer Tantalnitridschicht, die über oder unter der Aluminium-Kupfer-Schicht liegt. In einigen Ausführungsformen weisen die Elektrodenschichten 1304 eine Dicke The zwischen circa 250-400 Angström, circa 200-500 Angström, circa 200-350 Angström oder circa 350-500 Angström auf. Andere Werte sind jedoch erreichbar.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 1400 von 14 dargestellt ist, wird eine leitfähige Kappenschicht 1402 ausgebildet, welche die oberseitige Elektrodenschicht 1304t bedeckt und die Spalte 108 abdichtet, ohne die Spalte 108 vollständig zu füllen. In einigen Ausführungsformen werden die Spalte 108 durch die leitfähige Kappenschicht 1402 vakuumdicht verschlossen und/oder hermetisch abgedichtet. In einigen Ausführungsformen sind die Spalte 108 mit einem Gas gefüllt, das Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, irgendwelche anderen geeigneten Gase oder eine beliebige Kombination der vorigen aufweist. Die leitfähige Kappenschicht 1402 weist eine untere leitfähige Schicht 1402a und außerdem eine obere leitfähige Schicht 1402b auf, die über der unteren leitfähigen Schicht liegt. Die obere leitfähige Schicht 1402b kann zum Beispiel als eine Sauerstoffsperre dienen, um zu verhindern, dass Sauerstoff die untere leitfähige Schicht 1402a erreicht und oxidiert. Die untere leitfähige Schicht 1402a kann zum Beispiel reines/elementares Titan oder irgendein anderes geeignetes leitfähiges Material sein. Die obere leitfähige Schicht 1402b kann zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid, irgendwelche anderen geeigneten leitfähigen Materialien, irgendwelche anderen geeigneten Sauerstoffsperrmaterialien oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist oder weist die obere leitfähige Schicht 1402b das gleiche Material wie die Elektrodenschichten 1304 auf. In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die obere leitfähige Schicht 1402b ein Metallnitrid, während die untere leitfähige Schicht 1402a ein Metall ist oder aufweist.
  • In einigen Ausführungsformen weist die untere leitfähige Schicht 1402a eine erste Dicke Th1 auf, die bei circa 400 Angström, zwischen circa 350-450 Angström, zwischen circa 350-400 Angström oder zwischen circa 400-450 Angström liegt. Andere Werte sind jedoch erreichbar. Ist die erste Dicke Th1 zu klein (z.B. kleiner als circa 350 Angström oder irgendwelche anderen geeigneten Werte), dann könnte die untere leitfähige Schicht 1402a nicht mehr in der Lage sein, die Spalte 108 hermetisch zu verschließen, und/oder sie könnte gefährdet sein, in die Spalte 108 hinein zusammenzubrechen. Ist die erste Dicke Th1 ist zu groß (z.B. mehr als circa 450 Angström oder irgendeiner der anderen geeigneten Werte), dann kann es zu einer Materialvergeudung kommen. In einigen Ausführungsformen weist die obere leitfähige Schicht 1402b eine zweite Dicke Th2 auf, die bei circa 100 Angström, zwischen circa 50-150 Angström, zwischen circa 50-100 Angström oder zwischen circa 100-150 Angström liegt. Andere Werte sind jedoch erreichbar. Ist die zweite Dicke Th2 zu klein (z.B. kleiner als circa 50 Angström oder irgendwelche anderen geeigneten Werte), dann könnte die obere leitfähige Schicht 1402b nicht mehr in der Lage sein, die untere leitfähige Schicht 1402a vor Oxidation zu schützen. Zum Beispiel kann Sauerstoff durch die obere leitfähige Schicht 1402b hindurch zur unteren leitfähigen Schicht 1402a gelangen. Ist die zweite Dicke Th2 zu groß (z.B. mehr als circa 150 Angström oder irgendeiner der anderen geeigneten Werte), dann kann es zu einer Materialvergeudung kommen.
  • In einigen Ausführungsformen werden die erste und zweite Dicke Th1 , Th2 so gewählt, dass eine Breite W der Gräben 104t das circa 4- bis 8-fache, circa 4- bis 6-fache, circa 6- bis 8-fache, circa 6-fache oder circa 8-fache einer Gesamtdicke (d.h. der Summe der ersten und zweiten Dicke Th1 , Th2 ) der leitfähigen Kappenschicht 1402 ist. Derartige Ausführungsformen können zum Beispiel entstehen, wenn : 1) die Grabensegmente mit vier Elektrodenschichten 1304 gefüllt werden; 2) die Elektrodenschichten 1304 eine Dicke The zwischen circa 250-400 Angström aufweisen; 3) die Dielektrikumschichten eine Dicke Thed zwischen circa 50-70 Angström aufweisen; und 4) die Dielektrikumbelagschicht 110 eine Dicke Thlnr zwischen circa 50-70 Angström aufweist. Ist die Gesamtdicke der leitfähigen Kappenschicht 1402 zu dünn (z.B. kleiner als circa 1/8 der Breite W oder irgendein anderer geeigneter Bruchteil der Breite W), dann können die Spalte 108 zu groß sein, und die leitfähige Kappenschicht 1402 kann in die Spalte 108 hinein zusammenbrechen. Ist die Gesamtdicke der leitfähigen Kappenschicht 1402 zu groß (z.B. größer als circa 1/4 der Breite W oder irgendein anderer geeigneter Bruchteil der Breite W), dann kann es zu einer Materialvergeudung kommen. Abweichend von den obigen Dicken und Vielfachen sind andere Dicken und Vielfache erreichbar.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der leitfähigen Kappenschicht 1402 Folgendes: 1) Abscheiden der unteren leitfähigen Schicht 1402a mittels PVD und 2) anschließendes Abscheiden der oberen leitfähigen Schicht 1402b mittels MOCVD. Andere Prozesse zum Abscheiden der leitfähigen Kappenschicht 1402 sind jedoch ausführbar. Die untere leitfähige Schicht 1402a dichtet die Spalte 108 ab, und weil die PVD nicht von Vorprodukten abhängt, werden keine Vorprodukte in den Spalten 108 aufgefangen. Da es keine in den Spalten 108 aufgefangenen Vorprodukte gibt, wird das Ausgasen aus den Spalten 108 reduziert. Das reduziert wiederum das Risiko einer Rissbildung und/oder Ablösung für Schichten, die bereits auf dem Substrat 104 ausgebildet wurden (z.B. die Dielektrikumbelagschicht 110), und für Schichten, die anschließend auf dem Substrat 104 ausgebildet werden (z.B. eine IMD-Schicht).
  • Außerdem wird zumindest in den Ausführungsformen, in denen die untere leitfähige Schicht 1402a mittels PVD abgeschiedenes reines/elementares Titan ist oder aufweist und die obere leitfähige Schicht 1402b mittels MOCVD abgeschiedenes Titannitrid ist oder aufweist, der „Substrat“-Effekt gemildert. Der Substrateffekt bezieht sich auf eine Abscheidung mit unterschiedlichen Raten für unterschiedliche Substrate. Bei unterschiedlichen Abscheideraten wird eine Schicht dicker ausgebildet, als es sonst nötig wäre, um einen Ausgleich für den ungünstigsten Fall zu schaffen, wodurch Material und Geld vergeudet werden. Die obere leitfähige Schicht 1402b würde dem Substrateffekt unterworfen sein, wenn sie direkt auf der oberseitigen Elektrodenschicht 1304t ausgebildet werden würde. Da jedoch die untere leitfähige Schicht 1402a zuerst ausgebildet wird, ist die obere leitfähige Kappenschicht 1402b nicht dem Substrateffekt unterworfen. Vielmehr dient die untere leitfähige Schicht 1402a als eine Benetzungsschicht für die obere leitfähige Schicht 1402b, sodass die obere leitfähige Schicht 1402b nicht dem Substrateffekt unterworfen ist. Außerdem ist untere leitfähige Schicht 1402a nicht dem Substrateffekt unterworfen, weil sie durch die PVD ausgebildet wird.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 1500 von 15 dargestellt ist, wird die leitfähige Kappenschicht 1402 (siehe 14) strukturiert, um mehrere leitfähige Kappenstrukturen 102 auszubilden. Die leitfähigen Kappenstrukturen 102 liegen jeweils über den Spalten 108 und dichten sie ab, und sie weisen einzeln zugeordnete untere leitfähige Kappenschichten 102a und einzeln zugeordnete obere leitfähige Schichten 102b auf. Die leitfähigen Kappenstrukturen 102 können zum Beispiel ein Oberseiten-Layout aufweisen, wie es in 4A und/oder 5 dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Strukturieren der leitfähigen Kappenschicht 1402 Folgendes: 1) Ausbilden einer Maske 1502 über der leitfähigen Kappenschicht 1402 und mit einem Layout der leitfähigen Kappenstrukturen 102; und 2) Ausführen eines Ätzvorgangs in die leitfähige Kappenschicht 1402 hinein mit der Maske 1502 an Ort und Stelle. Es sind jedoch andere Prozesse ausführbar. In einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Strukturieren der leitfähigen Kappenschicht 1402 ferner das Beseitigen der Maske 1502 nach dem Ätzvorgang. Die Maske 1502 kann zum Beispiel einen Fotoresist, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, irgendein anderes Maskenmaterial oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen.
  • Mittels Abdichten der Spalte 108 ohne ein Auffüllen der Spalte 108 können sich die Spalte 108 verformen, sodass die mechanische Spannung am Substrat 104 aufgenommen wird. Somit kann eine Verwerfung des Substrats 104 und/oder eine Rissbildung von Schichten auf dem Substrat 104 vermindert werden. Außerdem wird durch das Abdichten der Spalte 108 vermieden, dass sich Fotoresist in den Spalten 108 ansammelt. Es ist schwierig, den Fotoresist aus den Spalten 108 zu entfernen. Ferner verhindert der Fotoresist in den Spalten 108, dass sich die Spalte 108 verformen, um die mechanische Spannung am Substrat 104 zu absorbieren, und/oder er kann zum Beispiel wegen eines hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine mechanische Spannung auf das Substrat 104 übertragen . Folglich kann dadurch, dass das Ansammeln von Fotoresist in den Spalten verhindert wird 108, die mechanische Spannung am Substrat 104 reduziert werden.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 1600 von 16 dargestellt ist, wird eine Hartmaskenschicht 1602 über der oberseitigen Elektrodenschicht 1304t und den leitfähigen Kappenstrukturen 102 ausgebildet. Die Hartmaskenschicht 1602 kann zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumcarbid, ARC, irgendwelche anderen geeigneten Hartmaskenmaterialien oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Die Hartmaskenschicht 1602 kann zum Beispiel durch Dampfabscheidung, Aufschleuderbeschichtung oder irgendeinen anderen geeigneten Abscheidungsprozess ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Hartmaskenschicht 1602 eine unterseitige ARC (BARC) oder weist sie auf und/oder wird durch Aufschleuderbeschichtung abgeschieden.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 1700 von 17 dargestellt ist, werden die Hartmaskenschicht 1602 (siehe 16) und die oberseitige Elektrodenschicht 1304t (siehe 16) strukturiert. Mit dem Strukturieren werden mehrere Hartmasken 1008 und mehrere oberseitige Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t ausgebildet. Die Hartmasken 1008 sind einzeln den leitfähigen Kappenstrukturen 102 zugeordnet und liegen jeweils über ihnen, und die oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t sind einzeln den leitfähigen Kappenstrukturen 102 zugeordnet und liegen jeweils unter ihnen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Strukturieren der Hartmaskenschicht 1602 und der oberseitigen Elektrodenschicht 1304t Folgendes: 1) Ausbilden einer Fotoresist-Maske 1702 über der Hartmaskenschicht 1602 und mit einer oberseitigen Elektrodenstruktur unter Verwendung der Fotolithografie; 2) Ausführen eines Ätzvorgangs in die Hartmaskenschicht 1602 und die oberseitige Elektrodenschicht 1304t hinein mit der Fotoresist-Maske 1702 an Ort und Stelle; und 3) Beseitigen der Fotoresist-Maske 1702. In alternativen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Strukturieren der Hartmaskenschicht 1602 und der oberseitigen Elektrodenschicht 1304t Folgendes: 1) Ausbilden der Fotoresist-Maske 1702 über der Hartmaskenschicht 1602 und mit der oberseitigen Elektrodenstruktur unter Verwendung der Fotolithografie; 2) Ausführen eines ersten Ätzvorgangs in die Hartmaskenschicht 1602 hinein mit der Fotoresist-Maske 1702 an Ort und Stelle; 3) Beseitigen der Fotoresist-Maske 1702; und 4) Ausführen eines zweiten Ätzvorgangs in die oberseitige Elektrodenschicht 1304t hinein nach dem Beseitigen. Es sind jedoch andere Prozesse ausführbar.
  • Wie mittels der Querschnittsansichten 1800-2000 der 18-20 dargestellt ist, werden die Elektrodendielektrikumschichten 1302 (siehe 17) und ein Rest der Elektrodenschichten 1304 (siehe 17) nacheinander von den oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t aus bis zur Dielektrikumbelagschicht 110 strukturiert. In einigen Ausführungsformen werden jede restliche Elektrodenschicht und eine unmittelbar darüber liegende Elektrodendielektrikumschicht zusammen strukturiert. Beim Strukturieren werden die unteren Im-Graben-Kondensatorelektroden 114l und die Kondensatordielektrikumschichten 112 ausgebildet, die abwechselnd zwischen den oberseitigen Im-Graben-Kondensatorelektroden 114t und der Dielektrikumbelagschicht 110 gestapelt sind.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Strukturieren einer restlichen Elektrodenschicht und einer unmittelbar darüber liegenden Elektrodendielektrikumschicht Folgendes: 1) Ausbilden einer Fotoresist-Maske über der Elektrodendielektrikumschicht und mit einer Elektrodenstruktur unter Verwendung der Fotolithografie; 2) Ausführen eines Ätzvorgangs in die Elektrodendielektrikumschicht und die Elektrodenschicht hinein mit der Fotoresist-Maske an Ort und Stelle; und 3) Beseitigen der Fotoresist-Maske. Es sind jedoch andere Prozesse einsetzbar. Beispiele für die Fotoresist-Maske umfassen eine erste Fotoresist-Maske 1802 in 18, eine zweite Fotoresist-Maske 1902 in 19 und eine dritte Fotoresist-Maske 2002 in 20.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 2100 von 21 dargestellt ist, verbleiben nach dem Abschluss des Strukturierens der 18-20 mehrere Kondensatordielektrikumschichten 112 und mehrere Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 gestapelt über dem Substrat 104. Die Kondensatordielektrikumschichten 112 und die Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 sind abwechselnd gestapelt und legen die Grabensegmente 106 fest, die jeweils die Gräben 104t füllen. Es wird angemerkt, dass nur einige von den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 und einige von den Kondensatordielektrikumschichten 112 gekennzeichnet sind.
  • Mittels der Querschnittsansicht 2100 von 21 ist auch dargestellt, dass eine Ätzstoppstruktur 1010 über den Grabensegmenten 106 ausgebildet wird. Die Ätzstoppstruktur 1010 kann zum Beispiel ein Oxid, Siliziumnitrid, irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oderaufweisen. Ferner kann die Ätzstoppstruktur 1010 zum Beispiel durch Dampfabscheidung und/oder irgendwelche anderen geeigneten Abscheidungsprozesse abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen weist die Ätzstoppstruktur 1010 eine erste Ätzstoppschicht 1010a und eine zweite Ätzstoppschicht 1010b auf, die über der ersten Ätzstoppschicht 1010a liegt. Die erste Ätzstoppschicht 1010a kann zum Beispiel USG-Oxid und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika sein oder aufweisen. Die zweite Ätzstoppschicht 1010b kann zum Beispiel Siliziumnitrid und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika sein oder aufweisen.
  • Wie mittels der Querschnittsansicht 2200 von 22 dargestellt ist, werden die Ätzstoppstruktur 1010 und die Dielektrikumbelagschicht 110 strukturiert, um die Ätzstoppstruktur 1010 und die Dielektrikumbelagschicht 110 teilweise von einem Teil 104p des Substrat 104 zu entfernen. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Strukturieren der Ätzstoppstruktur 1010 und der Dielektrikumbelagschicht 110 Folgendes: 1) Ausbilden einer Maske (nicht dargestellt) über der Ätzstoppstruktur 1010; 2) Ausführen eines Ätzvorgangs in die Ätzstoppstruktur 1010 und die Dielektrikumbelagschicht 110 hinein mit der Maske an Ort und Stelle; und 3) Beseitigen der Maske. Es sind jedoch andere Prozesse ausführbar. Die Maske kann zum Beispiel Fotoresist, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, irgendein anderes geeignetes Maskenmaterial oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Außerdem kann die Maske zum Beispiel unter Verwendung der Fotolithografie oder einiger anderer geeigneter Prozesse ausgebildet werden.
  • Mittels der Querschnittsansicht 2200 von 22 ist auch dargestellt, dass eine Zwischenverbindungsstruktur 1006 über der Ätzstoppstruktur 1010 ausgebildet wird. Die Zwischenverbindungsstruktur 1006 weist eine Zwischenschichtdielektrikum(ILD)-Schicht 1020a und eine IMD-Schicht 1020b auf, die über der ILD-Schicht 1020a liegt. Die ILD-Schicht 1020a und/oder die IMD-Schicht 1020b können zum Beispiel Oxid, ein Low-k-Dielektrikummaterial, irgendwelche anderen geeigneten Dielektrika oder eine beliebige Kombination der vorigen sein oder aufweisen. Ferner weist die Zwischenverbindungsstruktur 1006 mehrere Drähte der ersten Ebene 302f und mehrere Kontaktdurchführungen 304c auf.
  • Die mehreren Drähte der ersten Ebene 302f und die mehreren Kontaktdurchführungen 304c sind abwechselnd jeweils in der IMD-Schicht 1020b und der ILD-Schicht 1020a gestapelt. Die mehreren Drähte der ersten Ebene 302f weisen einen ersten Kondensatordraht 306 und einen zweiten Kondensatordraht 308 auf. Die Kontaktdurchführungen 304c erstrecken sich jeweils von dem ersten und zweiten Kondensatordraht 306, 308 aus zu den Im-Graben-Kondensatorelektroden 114 bzw. dem Topfbereich 104w hin. Außerdem erstreckt sich mindestens eine der Kontaktdurchführungen 304c von dem zweiten Kondensatordraht 308 aus zu einer darunterliegenden von den leitfähigen Kappenstrukturen 102 hin. Es wird angemerkt, dass nur eine von den leitfähigen Kappenstrukturen 102 gekennzeichnet ist. Da die leitfähigen Kappenstrukturen 102 leitfähig sind, werden die leitfähigen Kappenstrukturen 102 nicht als elektrische Sperren wirksam. Folglich weist eine Verbindung zwischen einer leitfähigen Kappenstruktur und einer Kontaktdurchführung einen niedrigen Widerstand auf, was die Energieeffizienz der elektrischen Ankopplung und die Zuverlässigkeit der elektrischen Ankopplung verbessert.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausbilden der Zwischenverbindungsstruktur 1006 Folgendes: 1) Ausbilden der Kontaktdurchführungen 304c durch einen Einfach-Damascene-Prozess; und 2) anschließendes Ausbilden der Drähte der ersten Ebene 302f durch den Einfach-Damascene-Prozess. Es sind jedoch andere Prozesse zum Ausbilden der Zwischenverbindungsstruktur 1006 ausführbar. In einigen Ausführungsformen umfasst der Einfach-Damascene-Prozess Folgendes: 1) Abscheiden einer Dielektrikumschicht (z.B. der ILD-Schicht 1020a oder der IMD-Schicht 1020b); 2) Durchführen einer Planarisierung, um eine oberseitige Fläche der Dielektrikumschicht zu glätten; 3) Strukturieren der Dielektrikumschicht mit Öffnungen für eine einzige Ebene leitfähiger Merkmale (z.B. eine Ebene von Durchkontaktierungen oder eine Ebene von Drähten); 4) und Füllen der Öffnungen mit leitfähigem Material, um die einzige Ebene von leitfähigen Merkmalen auszubilden. Es sind jedoch andere Einfach-Damascene-Prozesse ausführbar. Das Strukturieren der Dielektrikumschicht kann zum Beispiel mittels eines Fotolithografie/Ätz-Prozesses oder irgendeines anderen geeigneten Strukturierungsprozesses ausgeführt werden. Das Füllen der Öffnungen kann zum Beispiel das Abscheiden einer leitfähigen Schicht in den Öffnungen und das Durchführen einer Planarisierung umfassen, bis die Dielektrikumschicht erreicht ist. Die Planarisierung für die Dielektrikumschicht und/oder die leitfähige Schicht kann zum Beispiel durch ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder irgendeinen anderen geeigneten Planarisierungsprozess ausgeführt werden.
  • Zwar werden die 11-22 mit Bezugnahme auf ein Verfahren beschrieben, aber es wird einzusehen sein, dass die in den 11-22 dargestellten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt, sondern vielmehr unabhängig vom Verfahren eigenständig sind. Außerdem werden die 11-22 zwar als eine Abfolge von Arbeitsgängen beschrieben, es wird aber einzusehen sein, dass diese Arbeitsgänge insofern keine Einschränkung darstellen, als die Reihenfolge der Arbeitsgänge in anderen Ausführungsformen verändert werden kann und die offenbarten Verfahren auch auf andere Strukturen anwendbar sind. In anderen Ausführungsformen können einige Arbeitsgänge, die dargestellt und/oder beschrieben wurden, ganz oder zum Teil weggelassen werden.
  • Mit Bezugnahme auf 23 wird ein Blockdiagramm 2300 von einigen Ausführungsformen des Verfahrens von den 11-22 angegeben.
  • In 2302 wird ein Substrat strukturiert, um einen Graben im Substrat auszubilden. Siehe zum Beispiel 11.
  • In 2304 wird das Substrat dotiert, um einen Topfbereich auszubilden, der den Graben umgibt. Siehe zum Beispiel 12.
  • In 2306 werden eine Dielektrikumbelagschicht, eine untere Elektrodenschicht, eine Zwischenelektroden-Dielektrikumschicht und eine obere Elektrodenschicht über dem Substrat gestapelt ausgebildet und bilden einen Belag des Grabens aus, wobei die obere Elektrodenschicht einen Spalt festlegt, der in das Substrat am Graben eingesenkt ist. Siehe zum Beispiel 13.
  • In 2308 wird eine leitfähige Kappenschicht über der oberen Elektrodenschicht und elektrisch mit ihr verbunden ausgebildet, wobei die leitfähige Kappenschicht den Spalt bedeckt und abdichtet und wobei die leitfähige Kappenschicht eine Metallschicht und eine Sperrschicht aufweist, die über der Metallschicht liegt. Siehe zum Beispiel 14. In einigen Ausführungsformen werden die Metallschicht mittels PVD und die Sperrschicht mittels MOCVD ausgebildet. Es sind jedoch andere Abscheidungsprozesse einsetzbar. In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die Metallschicht Titan, Titannitrid, Tantalnitrid oder irgendein anderes geeignetes Material, und/oder die Sperrschicht ist oder umfasst Titannitrid und/oder Tantalnitrid. Jedoch sind für die Metallschicht und/oder die Sperrschicht andere Materialien einsetzbar.
  • In 2310 wird die leitfähige Kappenschicht strukturiert, um eine leitfähige Kappenstruktur auszubilden, die über dem Spalt liegt und ihn abdeckt. Siehe zum Beispiel 15.
  • In 2312, wird eine Hartmaske ausgebildet, die über der leitfähigen Kappenstruktur und der oberen Elektrodenschicht liegt, wobei die Hartmaske eine Struktur der oberen Elektrode aufweist. Siehe zum Beispiel die 16 und 17.
  • In 2314 wird ein Ätzvorgang in die obere Elektrodenschicht hinein durchgeführt, wobei die Hartmaske an Ort und Stelle ist, um eine obere Kondensatorelektrode mit der Struktur der oberen Elektrode auszubilden. Siehe zum Beispiel 17.
  • In 2316 wird die untere Elektrodenschicht strukturiert, um eine untere Kondensatorelektrode auszubilden, die unter der oberen Kondensatorelektrode liegt. Siehe zum Beispiel die 18-20.
  • In 2318 wird eine Ätzstoppschicht ausgebildet, die über der oberen und unteren Kondensatorelektrode und der leitfähigen Kappenstruktur liegt und darauf einen Belag bildet. Siehe zum Beispiel 21.
  • In 2320 wird eine Zwischenverbindungsstruktur ausgebildet, die über der Ätzstoppschicht liegt, wobei die Zwischenverbindungsstruktur ein Drahtpaar und ein Kontaktdurchführungspaar aufweist und wobei sich die Kontaktdurchführungen entsprechend von den Drähten zu der unteren Kondensatorelektrode bzw. der leitfähigen Kappenstruktur hin erstrecken. Siehe zum Beispiel 22.
  • Das Blockdiagramm 2300 von 23 wird hier zwar als eine Abfolge von Arbeitsgängen oder Vorgängen dargestellt und beschrieben, es wird aber einzusehen sein, dass die Reihenfolge von derartigen Arbeitsgängen oder Vorgängen nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sein sollte. Zum Beispiel können einige Arbeitsgänge in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Arbeitsgängen oder Vorgängen außer den hier dargestellten und/oder beschriebenen ablaufen. Ferner müssen nicht alle dargestellten Arbeitsgänge erforderlich sein, um eine oder mehrere Ausbildungen oder Ausführungsformen der Beschreibung an dieser Stelle zu verwirklichen, und einer oder einige der hier dargestellten Arbeitsgänge kann(können) in einem oder mehreren getrennten Arbeitsgängen und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung eine Halbleiterstruktur bereit mit: einem Substrat; einem Grabenkondensator, der eine untere Kondensatorelektrode, eine Kondensatordielektrikumschicht, die über der unteren Kondensatorelektrode liegt, und eine obere Kondensatorelektrode, die über der Kondensatordielektrikumschicht liegt, aufweist, wobei die Kondensatordielektrikumschicht und die obere Kondensatorelektrode in das Substrat hineingedrückt sind und einen Spalt festlegen, der in das Substrat hinein abgesenkt ist, und einer leitfähigen Kappenstruktur auf der oberen Kondensatorelektrode, wobei die leitfähige Kappenstruktur über dem Spalt liegt und ihn abdichtet. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Kappenstruktur eine Titanschicht und eine Titannitridschicht auf, die über der Titanschicht liegt. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Kappenstruktur eine Metallschicht und eine leitfähige Sperrschicht auf, die über der Metallschicht liegt, wobei die leitfähige Sperrschicht und die obere Kondensatorelektrode das gleiche Material aufweisen. In einigen Ausführungsformen füllt die leitfähige Kappenstruktur teilweise den Spalt. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Kappenstruktur ein T-förmiges Profil auf. In einigen Ausführungsformen ist eine unterseitige Fläche der leitfähigen Kappenstruktur in den Spalt eingekerbt. In einigen Ausführungsformen ist die untere Kondensatorelektrode ein dotierter Bereich des Substrats. In einigen Ausführungsformen weist die Halbleiterstruktur ferner auf: einen leitfähigen Draht, der über dem Graben liegt; und eine Kontaktdurchführung die sich von dem leitfähigen Draht aus zu einem direkten Kontakt mit der leitfähigen Kappenstruktur erstreckt.
  • In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung einen integrierten Chip bereit mit: einem Substrat; einem Grabenkondensator, der mehrere Im-Graben-Elektroden und mehrere Kondensatordielektrikumschichten aufweist, die über dem Substrat gestapelt sind, wobei die Im-Graben-Elektroden und die Kondensatordielektrikumschichten ein erstes Grabensegment und ein zweites Grabensegment festlegen, die in das Substrat hineinragen, und außerdem einen ersten Hohlraum bzw. einen zweiten Hohlraum festlegen, die an dem ersten bzw. zweiten Grabensegment in das Substrat eingesenkt sind, und einer ersten leitfähigen Kappenstruktur, die an dem ersten Grabensegment über dem Grabenkondensator liegt, wobei die erste leitfähige Kappenstruktur den ersten Hohlraum teilweise füllt und ihn hermetisch abdichtet. In einigen Ausführungsformen weist die erste leitfähige Kappenstruktur eine Metallschicht und eine leitfähige Sauerstoffsperrschicht auf, die über der Metallschicht liegt. In einigen Ausführungsformen liegt die erste leitfähige Kappenstruktur über dem Grabenkondensator an dem zweiten Grabensegment, wobei die erste leitfähige Kappenstruktur den zweiten Hohlraum teilweise füllt und ihn hermetisch abdichtet. In einigen Ausführungsformen weist der integrierte Chip ferner auf: eine Hartmaske, die über der ersten leitfähigen Kappenstruktur liegt, wobei die Hartmaske eine Hartmaskenseitenwand aufweist, die auf eine Kappenstrukturseitenwand der ersten leitfähigen Kappenstruktur ausgerichtet ist; einen Draht, der über der Hartmaske liegt, und eine Kontaktdurchführung, die sich von dem Draht aus durch die erste leitfähige Kappenstruktur hindurch zu der ersten leitfähigen Kappenstruktur hin erstreckt. In einigen Ausführungsformen ist die erste leitfähige Kappenstruktur elektrisch potentialfrei. In einigen Ausführungsformen legen die Im-Graben-Elektroden und die Kondensatordielektrikumschichten mehrere Grabensegmente einschließlich des ersten und zweiten Grabensegments fest, wobei die Grabensegmente in mehreren Zeilen und mehreren Spalten liegen. In einigen Ausführungsformen nimmt die Breite des Grabenkondensators jeweils am ersten und zweiten Grabensegment ab.
  • In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Ausbilden eines Grabenkondensators bereit, wobei das Verfahren umfasst: Strukturieren eines Substrats, um einen ersten Graben auszubilden; Ausbilden einer Dielektrikumschicht, die über dem Substrat liegt und einen Belag des ersten Grabens bildet; Ausbilden einer Elektrodenschicht, die über der Dielektrikumschicht liegt und einen Belag des ersten Grabens über der Dielektrikumschicht bildet, wobei die Elektrodenschicht einen ersten Spalt festlegt; Ausbilden einer leitfähigen Kappenschicht über der Elektrodenschicht, wobei die leitfähige Kappenschicht den ersten Spalt bedeckt und abdichtet, ohne den ersten Spalt zu füllen; Strukturieren der leitfähigen Kappenschicht, um eine erste leitfähige Kappenstruktur auszubilden, die über dem ersten Spalt liegt und ihn abdichtet, und Strukturieren der Elektrodenschicht, um eine erste obere Kondensatorelektrode auszubilden, die unter der ersten leitfähigen Kappenstruktur liegt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Ausbilden der leitfähigen Kappenschicht: Abscheiden einer Metallschicht, die über der Elektrodenschicht und dem ersten Spalt liegt, mithilfe der PVD; und Abscheiden einer Metallnitrid-Schicht, die über der Metallschicht liegt, mithilfe der MOCVD. In einigen Ausführungsformen wird beim Strukturieren des Substrats ferner ein zweiter Graben ausgebildet, der dem ersten Graben benachbart ist, wobei die Dielektrikumschicht und die Elektrodenschicht ferner einen Belag des zweiten Grabens bilden und einen zweiten Spalt festlegen und wobei beim Strukturieren der leitfähigen Kappenschicht ferner eine zweite leitfähige Kappenstruktur ausgebildet wird, die über dem zweiten Spalt liegt und ihn hermetisch abdichtet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Strukturieren der Elektrodenschicht: Abscheiden einer Hartmaskenschicht auf der Elektrodenschicht und der ersten leitfähigen Kappenstruktur; Strukturieren der Hartmaskenschicht mit einer Struktur der oberen Kondensatorelektrode; und Ausführen eines Ätzvorgangs in die Elektrodenschicht hinein mit der Hartmaskenschicht an Ort und Stelle. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Dotieren des Substrats, um einen dotierten Topfbereich zu erzeugen, wobei der erste Graben in dem dotierten Topfbereich ausgebildet wird und der dotierte Topfbereich eine untere Kondensatorelektrode festlegt.
  • Vorangehend werden Merkmale verschiedener Ausführungsformen Beispiele kurz dargestellt, sodass Fachleute die Ausbildungen der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten anerkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als eine Grundlage dafür einsetzen können, andere Prozesse und Strukturen zu konzipieren oder abzuwandeln, um die gleichen Zielstellungen zu realisieren und/oder die gleichen Vorteile der hier dargelegten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute sollten auch erkennen, dass derartige gleichwertige Konstruktionen nicht vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hierin verschiedenartige Veränderungen, Ersetzungen und Abwandlungen erzeugen können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62773345 [0001]

Claims (20)

  1. Halbleiterstruktur mit: einem Substrat; einem Grabenkondensator, der eine untere Kondensatorelektrode, eine Kondensatordielektrikumschicht, die über der unteren Kondensatorelektrode liegt, und eine obere Kondensatorelektrode, die über der Kondensatordielektrikumschicht liegt, aufweist, wobei die Kondensatordielektrikumschicht und die obere Kondensatorelektrode in das Substrat hineingedrückt sind und einen Spalt festlegen, der in das Substrat hinein abgesenkt ist; und einer leitfähigen Kappenstruktur auf der oberen Kondensatorelektrode, wobei die leitfähige Kappenstruktur über dem Spalt liegt und ihn abdichtet.
  2. Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Kappenstruktur eine Titanschicht und eine Titannitridschicht, die über der Titanschicht liegt, aufweist.
  3. Halbleiterstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die leitfähige Kappenstruktur eine Metallschicht und eine leitfähige Sperrschicht, die über der Metallschicht liegt, aufweist, und wobei die leitfähige Sperrschicht und die obere Kondensatorelektrode das gleiche Material aufweisen.
  4. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Kappenstruktur teilweise den Spalt füllt.
  5. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Kappenstruktur ein T-förmiges Profil aufweist.
  6. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine unterseitige Fläche der leitfähigen Kappenstruktur in den Spalt eingekerbt ist.
  7. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Kondensatorelektrode ein dotierter Bereich des Substrats ist.
  8. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem mit: einem leitfähigen Draht, der über dem Graben liegt; und einer Kontaktdurchführung die sich von dem leitfähigen Draht aus zu einem direkten Kontakt mit der leitfähigen Kappenstruktur erstreckt.
  9. Integrierter Chip mit: einem Substrat; einem Grabenkondensator, der mehrere Im-Graben-Elektroden und mehrere Kondensatordielektrikumschichten, die über dem Substrat gestapelt sind, aufweist, wobei die Im-Graben-Elektroden und die Kondensatordielektrikumschichten ein erstes Grabensegment und ein zweites Grabensegment festlegen, die in das Substrat hineinragen, und außerdem einen ersten Hohlraum bzw. einen zweiten Hohlraum festlegen, die an dem ersten bzw. zweiten Grabensegment in das Substrat eingesenkt sind; und einer ersten leitfähigen Kappenstruktur, die an dem ersten Grabensegment über dem Grabenkondensator liegt, wobei die erste leitfähige Kappenstruktur den ersten Hohlraum teilweise füllt und ihn hermetisch abdichtet.
  10. Integrierter Chip nach Anspruch 9, wobei die erste leitfähige Kappenstruktur eine Metallschicht und eine leitfähige Sauerstoffsperrschicht, die über der Metallschicht liegt aufweist.
  11. Integrierter Chip nach Anspruch 9 oder 10, wobei liegt die erste leitfähige Kappenstruktur über dem Grabenkondensator an dem zweiten Grabensegment liegt, wobei die erste leitfähige Kappenstruktur den zweiten Hohlraum teilweise füllt und ihn hermetisch abdichtet.
  12. Integrierter Chip nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 11, ferner mit: einer Hartmaske auf, die über der ersten leitfähigen Kappenstruktur liegt, wobei die Hartmaske eine Hartmaskenseitenwand aufweist, die auf eine Kappenstrukturseitenwand der ersten leitfähigen Kappenstruktur ausgerichtet ist; einem Draht, der über der Hartmaske liegt; und einer Kontaktdurchführung, die sich von dem Draht aus durch die erste leitfähige Kappenstruktur hindurch zu der ersten leitfähigen Kappenstruktur erstreckt.
  13. Integrierter Chip nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 12, wobei die erste leitfähige Kappenstruktur elektrisch potentialfrei ist.
  14. Integrierter Chip nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 13, wobei die Im-Graben-Elektroden und die Kondensatordielektrikumschichten mehrere Grabensegmente einschließlich des ersten und zweiten Grabensegments festlegen und wobei die Grabensegmente in mehreren Zeilen und mehreren Spalten liegen.
  15. Integrierter Chip nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 14, wobei die Breite des Grabenkondensators jeweils am ersten und zweiten Grabensegment abnimmt.
  16. Verfahren zum Ausbilden eines Grabenkondensators, wobei das Verfahren umfasst: Strukturieren eines Substrats, um einen ersten Graben auszubilden; Ausbilden einer Dielektrikumschicht, die über dem Substrat liegt und einen Belag des ersten Grabens bildet; Ausbilden einer Elektrodenschicht, die über der Dielektrikumschicht liegt und einen Belag des ersten Grabens über der Dielektrikumschicht bildet, wobei die Elektrodenschicht einen ersten Spalt festlegt; Ausbilden einer leitfähigen Kappenschicht über der Elektrodenschicht, wobei die leitfähige Kappenschicht den ersten Spalt bedeckt und abdichtet, ohne den ersten Spalt zu füllen; Strukturieren der leitfähigen Kappenschicht, um eine erste leitfähige Kappenstrukturauszubilden, die über dem ersten Spalt liegt und ihn abdichtet; und Strukturieren der Elektrodenschicht, um eine erste obere Kondensatorelektrode auszubilden, die unter der ersten leitfähigen Kappenstruktur liegt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ausbilden der leitfähigen Kappenschicht umfasst: Abscheiden einer Metallschicht, die über der Elektrodenschicht und dem ersten Spalt liegt, mithilfe der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD); und Abscheiden einer Metallnitrid-Schicht, die über der Metallschicht liegt, mithilfe der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD).
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei beim Strukturieren des Substrats ferner ein zweiter Graben ausgebildet wird, der dem ersten Graben benachbart ist, wobei die Dielektrikumschicht und die Elektrodenschicht ferner einen Belag des zweiten Grabens bilden und einen zweiten Spalt festlegen und wobei beim Strukturieren der leitfähigen Kappenschicht ferner eine zweite leitfähige Kappenstruktur ausgebildet wird, die über dem zweiten Spalt liegt und ihn hermetisch abdichtet.
  19. Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei das Strukturieren der Elektrodenschicht umfasst: Abscheiden einer Hartmaskenschicht auf der Elektrodenschicht und der ersten leitfähigen Kappenstruktur; Strukturieren der Hartmaskenschicht mit einer Struktur der oberen Kondensatorelektrode; und Ausführen eines Ätzvorgangs in die Elektrodenschicht hinein mit der Hartmaskenschicht an Ort und Stelle.
  20. Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 19, ferner umfassend: Dotieren des Substrats, um einen dotierten Topfbereich zu erzeugen, wobei der erste Graben in dem dotierten Topfbereich ausgebildet wird und der dotierte Topfbereich eine untere Kondensatorelektrode festlegt.
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