DE102020124246A1

DE102020124246A1 - Mim-kondensator mit einer symmetrischen kondensatorisolatorstruktur

Info

Publication number: DE102020124246A1
Application number: DE102020124246.8A
Authority: DE
Inventors: Hsing-Lien Lin; Cheng-Te Lee; Rei-Lin Chu; Chii-Ming Wu; Yeur-Luen Tu; Chung-Yi Yu
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2040-09-18
Also published as: US11430729B2; US20220084935A1; KR20220036825A; CN113889573A; KR102406105B1; DE102020124246B4; TWI763247B; US20220352065A1; TW202213804A

Abstract

Verschiedene Ausführungsformen dieser Anwendung sind auf einen Metall-Isolator-Metall-Kondensators (MIM-Kondensator) gerichtet. Der MIM-Kondensator umfasst eine untere Elektrode, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Eine obere Elektrode ist über der unteren Elektrode angeordnet und liegt darüber. Eine Kondensatorisolatorstruktur ist zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode angeordnet. Die Kondensatorisolatorstruktur umfasst mindestens drei Dielektrikumstrukturen, die vertikal aufeinandergestapelt sind. Eine untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur ist die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur.

Description

HINTERGRUND
Intergierte Schaltungen (ICs) sind auf Halbleiterdies gebildet, die Millionen oder Milliarden von Transistorvorrichtungen umfassen. Die Transistorvorrichtungen sind konfiguriert, als Switches zu dienen und/oder Leistungszuwachse zu erzeugen, um eine logische Funktionalität zu ermöglichen. ICs umfassen auch passive Vorrichtungen, die verwendet werden, Zuwachse, Zeitkonstanten und andere IC-Eigenschaften zu kontrollieren. Eine Art passiver Vorrichtung ist ein Metall-Isolator-Metall-Kondensator (MIM-Kondensator). MIM-Kondensatoren sind unter anderem als Entkoppelungskondensatoren für Hochleistungsrechnen (HPC) angewendet.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.

1 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines Metall-Isolator-Metall-Kondensators (MIM-Kondensator), der eine Kondensatorisolatorstruktur aufweist, die symmetrisch ist.
2 illustriert ein Energiebanddiagramm des MIM-Kondensators aus 1 nach einigen Ausführungsformen.
3A bis 3B illustrieren verschiedene Energiebanddiagramme des MIM-Kondensators aus 1 nach einigen Ausführungsformen.
4 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1.
5 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1.
6 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1.
7A bis 7B illustrieren verschiedene Energiebanddiagramme des MIM-Kondensators aus 6 nach einigen Ausführungsformen.
8 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1.
9 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1.
10 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1.
11 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips (IC), umfassend eine Interconnectstruktur, in der einige Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1 eingebettet sind.
12 illustriert eine Querschnittsansicht einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
13 illustriert eine Querschnittsansicht einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
14 illustriert eine Querschnittsansicht einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
15 illustriert eine Querschnittsansicht einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
16 illustriert eine Querschnittsansicht einiger ausführlicherer Ausführungsformen der IC aus 11.
17 illustriert eine Querschnittsansicht einiger ausführlicherer Ausführungsformen der IC aus 11.
18 bis 26 illustrieren eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer IC, umfassend einen MIM-Kondensator, der eine Kondensatorisolatorstruktur aufweist, die symmetrisch ist.
27 illustriert ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer IC, umfassend einen MIM-Kondensator, der eine Kondensatorisolatorstruktur aufweist, die symmetrisch ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele für die Umsetzung verschiedener Merkmale dieser Offenbarung bereit. Spezifische Beispiele von Bauteilen und Anordnungen sind nachfolgend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele, die nicht als einschränkend zu verstehen sind. Beispielsweise kann das Bilden eines ersten Elements oder eines zweiten Elements in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und zweite Element in direktem Kontakt gebildet sind, und es kann außerdem Ausführungsformen umfassen, in denen weitere Elemente zwischen dem ersten und zweiten Element gebildet werden können, sodass das erste und zweite Element nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Weiterhin kann diese Offenbarung Referenzziffern und/oder -buchstaben der verschiedenen Beispiele wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und diktiert nicht für sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen erklärten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Ferner können räumlich relative Begriffe wie „unter“, „darunter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen hierin für eine einfachere Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) wie in den Figuren illustriert zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren dargestellt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung in der Verwendung oder im Betrieb umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Ausrichtung) und die räumlich relativen Bezeichnungen, die hierin verwendet werden, können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.
Ein Metall-Isolator-Metall-Kondensator (MIM-Kondensator) umfasst eine untere Elektrode, eine obere Elektrode über der unteren Elektrode und eine Kondensatorisolatorstruktur zwischen den unteren und oberen Elektroden. Ein Verfahren zum Bilden des MIM-Kondensators kann beispielsweise umfassen: 1) Abscheiden einer unteren Elektrodenschicht; 2) Abscheiden eines mehrschichtigen Dielektrikumfilms mit hohem k-Wert ein- oder mehrmals über der unteren Elektrodenschicht; 3) Abscheiden einer oberen Elektrodenschicht über der einen oder den mehreren Instanzen eines mehrschichtigen Dielektrikumfilms mit hohem k-Wert; und 4) Strukturieren der oberen und unteren Elektrodenschichten und der Instanz(en) des mehrschichtigen Dielektrikumfilms mit hohem k-Wert in den MIM-Kondensator. Die oberen und unteren Elektrodenschichten sind in die oberen und unteren Elektroden strukturiert, und die Instanz(en) des mehrschichtigen Dielektrikumfilms mit hohem k-Wert ist/sind in die Kondensatorisolatorstruktur strukturiert. Die oberen und unteren Elektroden teilen ein gemeinsames Metall und weisen daher dieselben Metallaustrittsarbeiten auf. Der mehrschichtige Dielektrikumfilm mit hohem k-Wert umfasst eine untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert und eine obere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert, die über der unteren Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert liegt.
Die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert ist konfiguriert, die Leckleistung des MIM-Kondensators zu verbessern (z. B. den Leckstrom zu verringern). Die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert kann den Leckstrom verbessern, da die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert ein amorpher Feststoff ist (z. B. kann der amorphe Feststoff verhindern, dass Leckstrom durch Kerngrenzen der oberen Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert fließt). So umfasst die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert ein anderes Dielektrikum mit hohem k-Wert als die obere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert (z. B. um sicherzustellen, dass die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert ein amorpher Feststoff ist). Da die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert und die obere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert verschiedene Dielektrika mit hohem k-Wert umfassen, weisen die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert und die obere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert verschiedene Elektronenaffinitäten auf. Typischerweise ist die Differenz zwischen den Elektronenaffinitäten der unteren Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert und der oberen Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert groß (z. B. größer als oder gleich wie ca. 1,4 Volt (V)).
Eine Herausforderung den MIM-Kondensator betreffend ist, dass die Kondensatorisolatorstruktur asymmetrisch ist. Die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert befindet sich an der unteren Elektrode und die obere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert befindet sich an der oberen Elektrode, sodass eine untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur Dielektrika betreffend nicht ein Spiegelbild einer oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur ist. Da die Kondensatorisolatorstruktur asymmetrisch ist, unterscheidet sich die Ausfallspannung des MIM-Kondensators, wenn der MIM-Kondensator vorwärts und rückwärts vorbeaufschlagt ist. In anderen Worten, wenn der MIM-Kondensator vorwärts vorbeaufschlagt ist, weist der MIM-Kondensator eine vorwärts vorbeaufschlagte Ausfallspannung auf, und wenn der MIM-Kondensator rückwärts vorbeaufschlagt, weist der MIM-Kondensator ein rückwärts vorbeaufschlagte Ausfallspannung auf, die sich von der vorwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung unterscheidet. Ferner ist, weil die Kondensatorisolatorstruktur asymmetrisch ist und weil die Differenz zwischen den Elektronenaffinitäten der unteren Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert und der oberen Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert groß ist, eine Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators und der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators groß.
Beispielsweise kann bei einer Vorwärtsvorbeaufschlagung ein Ausfall des MIM-Kondensators erfolgen, wenn das elektrische Feld stark genug ist, damit Elektronen eine Energiebarrierehöhe von einem Fermi-Pegel der unteren Elektrode auf eine Leitfähigkeitsbandkante der unteren Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert überwinden können. Während der Rückwärtsvorbeaufschlagung ein Ausfall des MIM-Kondensators erfolgen, wenn das elektrische Feld stark genug ist, damit Elektronen eine Energiebarrierehöhe von einem Fermi-Pegel der oberen Elektrode auf eine leitfähigen Bandkante der oberen Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert überwinden können. Weil die untere und obere Elektrode eine selbe Austrittsarbeit aufweist und die untere und obere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert verschiedene Elektronenaffinitäten aufweist, ist die Energiebarrierehöhe von dem Fermi-Pegel der unteren Elektrode zur Leitfähigkeitsbandkante der unteren Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert anders als die Energiebarrierehöhe von dem Fermi-Pegel der oberen Elektrode zur leitfähigen Bandkante der oberen Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert. So kann die untere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert mindestens teilweise die Ausfallspannung definieren, während der MIM-Kondensator vorwärts vorbeaufschlagt ist, während eine obere Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert mindestens teilweise die Ausfallspannung definieren kann, während der MIM-Kondensator rückwärts vorbeaufschlagt ist. Daher unterscheidet sich die vorwärts vorbeaufschlagte Ausfallspannung des MIM-Kondensators von der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators. Ferner ist, weil die Differenz zwischen den Elektronenaffinitäten der unteren Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert und der oberen Dielektrikumstruktur mit hohem k-Wert groß ist, die Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators und der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators groß.
Weil die vorwärts vorbeaufschlagte Ausfallspannung des MIM-Kondensators sich von der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators unterscheidet, kann die Nützlichkeit des MIM-Kondensators bei der Verwendung in bestimmten Anwendungen eingeschränkt sein. Genauer kann, aufgrund der Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators und der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators die Nützlichkeit des MIM-Kondensators bei der Verwendung für bipolare Anwendungen eingeschränkt sein. Beispielsweise kann bei Verwendung als Entkoppelungskondensator für Hochleistungsrechnen (HPC) der MIM-Kondensator durch die kleinere von zwei Ausfallspannungen begrenzt sein (z. B. wenn die vorwärts vorbeaufschlagte Ausfallspannung des MIM-Kondensators kleiner als die rückwärts vorbeaufschlagte Ausfallspannung des MIM-Kondensators ist, kann der MIM-Kondensator durch die kleinere vorwärts vorbeaufschlagte Ausfallspannung des MIM-Kondensators begrenzt sein).
Verschiedene Ausführungsformen dieser Anwendung sind auf einen MIM-Kondensator gerichtet, der eine Kondensatorisolatorstruktur umfasst, die symmetrisch ist. Die Kondensatorisolatorstruktur ist zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode angeordnet. Die Kondensatorisolatorstruktur umfasst mindestens drei Dielektrikumstrukturen, die vertikal aufeinandergestapelt sind. Eine untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur ist die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen betreffend ein Spiegelbild einer oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur. Weil die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur ist, ist die Kondensatorisolatorstruktur symmetrisch. Weil die Kondensatorisolatorstruktur symmetrisch ist, ist eine Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators und der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators relativ gering (z. B. kleiner als die große Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung und der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators, die die asymmetrische Kondensatorisolatorstruktur aufweisen). So kann die symmetrische Kondensatorisolatorstruktur die Nützlichkeit des MIM-Kondensators verbessern (z. B. erhöhen). Genauer kann die symmetrische Kondensatorisolatorstruktur die Nützlichkeit des MIM-Kondensators verbessern (z. B. erhöhen), wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. als ein Entkoppelungskondensator für HPC).
1 illustriert eine Querschnittsansicht 100 einiger Ausführungsformen eines Metall-Isolator-Metall-Kondensators (MIM-Kondensator) 102, der eine Kondensatorisolatorstruktur aufweist, die symmetrisch ist.
Wie in der Querschnittsansicht 100 aus 1 dargestellt, umfasst der MIM-Kondensator 102 eine Kondensatorisolatorstruktur 104, die zwischen einer unteren Elektrode 106 und einer oberen Elektrode 108 angeordnet ist. Die obere Elektrode 108 liegt über der unteren Elektrode 106. Die Kondensatorisolatorstruktur 104 liegt über der unteren Elektrode 106, und die obere Elektrode 108 liegt über der Kondensatorisolatorstruktur 104. Die obere Elektrode 108 definiert ein erstes Terminal T1 des MIM-Kondensators 102 oder ist anderweitig elektrisch damit gekoppelt, und die untere Elektrode 106 definiert ein zweites Terminal T2 des MIM-Kondensators 102 oder ist anderweitig elektrisch damit gekoppelt.
Die untere Elektrode 106 und die obere Elektrode 108 sind leitfähig und können beispielsweise aus Titan (Ti), Titan Nitrid (TiN), Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN), einem anderen leitfähigen Material oder einer Kombination der vorstehenden sein oder dieses umfassen. In einigen Ausführungsformen sind die untere Elektrode 106 und die obere Elektrode 108 aus einem selben Material oder umfassen dieses. Beispielsweise sind in einigen Ausführungsformen die obere Elektrode 108 und die untere Elektrode 106 beide aus Titannitrid (TiN) oder umfassen dieses.
Die Kondensatorisolatorstruktur 104 umfasst eine erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110. Beispielsweise umfasst die Kondensatorisolatorstruktur 104 eine erste Dielektrikumstruktur 110a und eine zweite Dielektrikumstruktur 110b. Die Kondensatorisolatorstruktur 104 umfasst auch eine dritte Dielektrikumstruktur 112. Die dritte Dielektrikumstruktur 112 ist zwischen der ersten Dielektrikumstruktur 110a und der zweiten Dielektrikumstruktur 110b. Die dritte Dielektrikumstruktur 112 ist konfiguriert, die Leckleistung des MIM-Kondensators 102 zu verbessern (z. B. Leckstrom zu verringern). Die erste Dielektrikumstruktur 110a liegt über der unteren Elektrode 106, die dritte Dielektrikumstruktur 112 liegt über der ersten Dielektrikumstruktur 110a und die zweite Dielektrikumstruktur 110b liegt über der dritten Dielektrikumstruktur 112.
Die erste Dielektrikumstruktur 110a befindet sich näher an der unteren Elektrode 106 als die zweite Dielektrikumstruktur 110b und die dritte Dielektrikumstruktur 112. Die zweite Dielektrikumstruktur 110b befindet sich näher an der oberen Elektrode 108 als die erste Dielektrikumstruktur 110a und die dritte Dielektrikumstruktur 112. In einigen Ausführungsformen kontaktiert die dritte Dielektrikumstruktur 112 (z. B. direkt) die erste Dielektrikumstruktur 110a und die zweite Dielektrikumstruktur 110b. In weiteren Ausführungsformen kontaktiert die erste Dielektrikumstruktur 110a (z. B. direkt) die untere Elektrode 106. In noch weiteren Ausführungsformen kontaktiert die zweite Dielektrikumstruktur 110b (z. B. direkt) die obere Elektrode 108.
Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 kann beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Siliziumdioxid (SiO₂), ein anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorhergehenden sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 ein Metalloxid (z. B. ZrO_2, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen) oder umfassen diese und/oder sind ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder umfassen dieses. Ein Dielektrikum mit hohem k-Wert kann beispielsweise ein Dielektrikum sein, das eine dielektrische Konstante aufweist, die größer als ca. 3,9 oder ein anderer geeigneter Wert ist.
Die dritte Dielektrikumstruktur 112 kann beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Siliziumdioxid (SiO₂), ein anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorhergehenden sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die dritte Dielektrikumstruktur 112 ein Metalloxid (z. B. ZrO_2, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen) und/oder ist oder umfasst ein Dielektrikum mit hohem k-Wert. In einigen Ausführungsformen ist die dritte Dielektrikumstruktur 112 ein amorpher Feststoff (z. B. amorphes ZrO_2, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen).
Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 ist oder umfasst ein selbes Dielektrikum. Beispielsweise sind oder umfassen die erste Dielektrikumstruktur 110a und die zweite Dielektrikumstruktur 110b beide ein erstes Dielektrikum. Die dritte Dielektrikumstruktur 112 ist oder umfasst ein zweites Dielektrikum, das sich von dem ersten Dielektrikum unterscheidet. Beispielsweise sind oder umfassen in einigen Ausführungsformen sowohl die erste Dielektrikumstruktur 110a als auch die zweite Dielektrikumstruktur 110b Zirconiumoxid (ZrO₂) und die dritte Dielektrikumstruktur 112 ist oder umfasst Aluminiumoxid (Al₂O₃). In solchen Ausführungsformen kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 als einen ZAZ-Stapel Dielektrikumstrukturen aufweisend bezeichnet werden, wobei „Z“ einem ersten Buchstaben des ersten Dielektrikums entspricht (z. B. ZrO₂) und „A“ einem ersten Buchstaben des zweiten Dielektrikums entspricht (z. B. Al₂O₃). Es ist zu beachten, dass die Kondensatorisolatorstruktur 104 andere Konfigurationen von Stapeln von Dielektrikumstrukturen aufweisen können, wie etwa AZA, HZH, ZHZ, ZTZ, TZT usw.
Die Kondensatorisolatorstruktur 104 ist symmetrisch. Die Kondensatorisolatorstruktur 104 ist symmetrisch, weil eine untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild einer oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 ist. Beispielsweise erstreckt sich eine Symmetrieachse 114 lateral durch die dritte Dielektrikumstruktur 112. Daher umfasst die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die erste Dielektrikumstruktur 110a und einen ersten Abschnitt (z. B. eine untere Hälfte) der dritten Dielektrikumstruktur 112, und die obere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 umfasst die zweite Dielektrikumstruktur 110b und einen zweiten Abschnitt (z. B. a obere Hälfte) der dritten Dielektrikumstruktur 112. Die erste und zweite Dielektrikumstruktur 110a, 110b ist oder umfasst das erste Dielektrikum, und die dritte Dielektrikumstruktur 112 ist oder umfasst das zweite Dielektrikum. So ist die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 über die Symmetrieachse 114.
Weil die Kondensatorisolatorstruktur 104 symmetrisch ist, ist eine Differenz zwischen einer vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 und einer rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 gering (z. B. weniger oder gleich ca. 0,9 Volt (V)). So kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen). Genauer kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen), wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. als ein Entkoppelungskondensator für HPC). In einigen Ausführungsformen ist die Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 und der rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 ca. eine 35-prozentige Verbesserung über (z. B. 35 Prozent weniger als) eine Differenz zwischen einer vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung und einer rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung eines typischen MIM-Kondensator, der für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. einem MIM-Kondensator, der eine asymmetrische Kondensatorisolatorstruktur aufweist).
2 illustriert ein Energiebanddiagramm 200 des MIM-Kondensators 102 aus 1 nach einigen Ausführungsformen. Das Energiebanddiagramm 200 aus 2 illustriert, wenn der MIM-Kondensator 102 sich im Gleichgewicht befindet (z. B. weder vorwärts vorbeaufschlagt noch rückwärts vorbeaufschlagt ist).
Wie in dem Energiebanddiagramm 200 aus 2 dargestellt, ist das Energiebanddiagramm 200 so aufgebaut, dass die Bandstrukturen der unteren Elektrode 106, der oberen Elektrode 108, der ersten Dielektrikumstruktur 110a, der zweiten Dielektrikumstruktur 110b und der dritten Dielektrikumstruktur 112 entlang eines Vakuumpegels Evac ausgerichtet sind (z. B. auf einem selben Energiepegel).
Die untere Elektrode 106 weist eine Austrittsarbeit 202 auf, die mindestens teilweise von dem Material der unteren Elektrode 106 abhängig ist. Die Austrittsarbeit 202 der unteren Elektrode 106 ist die Energiedifferenz zwischen dem Fermi-Pegel der unteren Elektrode 106 und dem Vakuumpegel Evac. Die obere Elektrode 108 weist eine Austrittsarbeit 204 auf, die mindestens teilweise von dem Material der oberen Elektrode 108 abhängig ist. Die Austrittsarbeit 204 der oberen Elektrode 108 ist die Energiedifferenz zwischen dem Fermi-Pegel der oberen Elektrode 108 und dem Vakuumpegel Evac. In einigen Ausführungsformen ist die Austrittsarbeit 202 der unteren Elektrode 106 im Wesentlichen gleich wie die Austrittsarbeit 204 der oberen Elektrode 108. Beispielsweise sind oder umfassen in einigen Ausführungsformen die oberen und unteren Elektroden 108, 106 ein selbes Material (z. B. TiN) und die Austrittsarbeit 202 der unteren Elektrode 106 ist daher im Wesentlichen gleich wie die Austrittsarbeit 204 der oberen Elektrode 108.
Die erste Dielektrikumstruktur 110a weist eine Elektronenaffinität 206 auf, die mindestens teilweise von dem Material der ersten Dielektrikumstruktur 110a abhängig ist. Die Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a ist eine Energiedifferenz zwischen der Leitfähigkeitsbandkante der ersten Dielektrikumstruktur 110a und dem Vakuumpegel Evac. Die zweite Dielektrikumstruktur 110b weist eine Elektronenaffinität 208 auf, die mindestens teilweise von dem Material der zweiten Dielektrikumstruktur 110b abhängig ist. Die Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b ist die Energiedifferenz zwischen der Leitfähigkeitsbandkante der zweiten Dielektrikumstruktur 110b und dem Vakuumpegel Evac. Die Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a ist im Wesentlichen gleich wie die Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b. In einigen Ausführungsformen sind die Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a und die Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b im Wesentlichen gleich, mindestens teilweise deswegen, weil die erste Dielektrikumstruktur 110a und die zweite Dielektrikumstruktur 110b ein selbes Dielektrikum (z. B. ZrO₂) sind oder umfassen.
3A bis 3B illustrieren verschiedene Energiebanddiagramme des MIM-Kondensators 102 aus 1 nach einigen Ausführungsformen.
3A illustriert ein Energiebanddiagramm 300a einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102, wen der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist (z. B. das zweite Terminal T2 ist die Injektionsstelle).
Wie in dem Energiebanddiagramm 300a aus 3A dargestellt existiert, wenn der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist, ein erster Bandabstand Φ_B1 zwischen der unteren Elektrode 106 und der ersten Dielektrikumstruktur 110a. Der erste Bandabstand Φ_B1 ist die Energiedifferenz zwischen dem Fermi-Pegel der unteren Elektrode 106 und der Leitfähigkeitsbandkante der ersten Dielektrikumstruktur 110a, wenn der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist. In anderen Worten ist der erste Bandabstand Φ_B1 die Energiedifferenz zwischen der Austrittsarbeit 202 der unteren Elektrode 106 und der Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a, wenn der MIM-Kondensator \102 rückwärts vorbeaufschlagt ist.
Wenn der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist, weist der MIM-Kondensator 102 eine vorwärts vorbeaufschlagte Durchschlagsspannung auf (z. B. eine Mindestspannung, die dazu führt, dass ein Abschnitt der Kondensatorisolatorstruktur 104 elektrisch leitfähig wird). Wenn eine Spannung auf den MIM-Kondensator 102 angelegt wird, der den MIM-Kondensator 102 vorwärts beaufschlagt und die vorwärts vorbeaufschlagte Durchschlagsspannung überschreitet (oder sich dieser annähert), kann der MIM-Kondensator 102 ausfallen (z. B. aufgrund eines elektrischen Ausfalls der Kondensatorisolatorstruktur 104). Die vorwärts vorbeaufschlagt Durchschlagsspannung hängt mindestens teilweise von dem ersten Bandabstand Φ_B1 ab. Wenn beispielsweise eine Spannung an den MIM-Kondensator 102 angelegt wird, der den MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt und die vorwärts vorbeaufschlagte Durchschlagsspannung überschreitet (oder sich ihr annähert), können ein oder mehrere Elektronen (in 3A und 3B als schwarze Punkte bezeichnet) ausreichend Energie aufweisen, um den ersten Bandabstand (D_B1 zu überwinden (und/oder sich der Leitfähigkeitsbandkante der ersten Dielektrikumstruktur 110a anzunähern), wodurch der elektrische Durchschlag der Kondensatorisolatorstruktur 104 (z. B. durch einen oder mehrere Durchschlagsmechanismen wie etwa Elektronenübersprung, Elektronentunneln usw.) ausgelöst wird.
3B illustriert ein Energiebanddiagramm 300b einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102, wen der MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt ist (z. B. das erste Terminal T1 ist die Injektionsstelle).
Wie in dem Energiebanddiagramm 300b aus 3B dargestellt existiert, wenn der MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt ist, ein zweiter Bandabstand Φ_B2 zwischen der oberen Elektrode 108 und der zweiten Dielektrikumstruktur 110b. Der zweite Bandabstand ΦB2 ist die Energiedifferenz zwischen dem Fermi-Pegel der oberen Elektrode 108 und der Leitfähigkeitsbandkante der zweiten Dielektrikumstruktur 110b, wenn der MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt ist. In anderen Worten ist der zweite Bandabstand ΦB2 die Energiedifferenz zwischen der Austrittsarbeit 204 der oberen Elektrode 108 und der Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b, wenn der MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt ist.
Wenn der MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt ist, weist der MIM-Kondensator 102 eine rückwärts vorbeaufschlagte Durchschlagsspannung auf (z. B. eine Mindestspannung, die dazu führt, dass ein Abschnitt der Kondensatorisolatorstruktur 104 elektrisch leitfähig wird). Wenn eine Spannung auf den MIM-Kondensator 102 angelegt wird, der den MIM-Kondensator 102 rückwärts beaufschlagt und die rückwärts vorbeaufschlagte Durchschlagsspannung überschreitet (oder sich dieser annähert), kann der MIM-Kondensator 102 ausfallen (z. B. aufgrund eines elektrischen Ausfalls der Kondensatorisolatorstruktur 104). Die rückwärts vorbeaufschlagt Durchschlagsspannung hängt mindestens teilweise von dem zweiten Bandabstand Φ_B2 ab. Wenn beispielsweise eine Spannung an den MIM-Kondensator 102 angelegt wird, der den MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt und die vorwärts vorbeaufschlagte Durchschlagsspannung überschreitet (oder sich ihr annähert), können ein oder mehrere Elektronen ausreichend Energie aufweisen, um den zweiten Bandabstand Φ_B2 zu überwinden (und/oder sich der Leitfähigkeitsbandkante der zweiten Dielektrikumstruktur 110b anzunähern), wodurch der elektrische Durchschlag der Kondensatorisolatorstruktur 104 (z. B. durch einen oder mehrere Durchschlagsmechanismen wie etwa Elektronenübersprung, Elektronentunneln usw.) ausgelöst wird.
Da die Kondensatorisolatorstruktur 104 symmetrisch ist, ist der erste Bandabstand Φ_B1 im Wesentlichen gleich wie der zweite Bandabstand Φ_B2. Daher ist der Unterschied zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators 102 und der rückwärts vorbeaufschlagten Ausfallspannung des MIM-Kondensators 102 gering. Dementsprechend kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen), wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. als ein Entkoppelungskondensator für HPC). Etwa kann beim Einsatz für bipolare Anwendungen weil die kleinere der vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 und der rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 für bipolare Anwendungen einschränken kann, die kleine Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 und der rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 im Vergleich mit einem typischen MIM-Kondensator (z. B. einem MIM-Kondensator, der eine asymmetrische Kondensatorisolatorstruktur aufweist) verbessern (z. B. erhöhen). Genauer kann die geringe Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 und der rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 die effektive Barrierehöhe der Kondensatorisolatorstruktur 104 über den typischen MIM-Kondensator erhöhen (z. B. von ca. 1,6 Elektronenvolt (eV) auf ca. 3,0 eV erhöhen).
Die dritte Dielektrikumstruktur 112 weist eine Elektronenaffinität 210 auf, die mindestens teilweise von dem Material der dritten Dielektrikumstruktur 112 abhängig ist. Die Elektronenaffinität 210 der dritten Dielektrikumstruktur 112 ist die Energiedifferenz zwischen der Leitfähigkeitsbandkante der dritten Dielektrikumstruktur 112 und dem Vakuumpegel Evac. In einigen Ausführungsformen unterscheidet sich die Elektronenaffinität 210 der dritten Dielektrikumstruktur 112 von der Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a und der Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b. In einigen Ausführungsformen unterscheidest sich die Elektronenaffinität 210 der dritten Dielektrikumstruktur 112 von der Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a und der Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b mindestens teilweise, weil die dritte Dielektrikumstruktur 112 ein Dielektrikum (z. B. Al₂O₃) ist oder umfasst, das sich von dem Dielektrikum (z. B. ZrO₂) der ersten und zweiten Dielektrikumstrukturen 110a, 110b unterscheidet. In anderen Ausführungsformen ist die Elektronenaffinität 210 der dritten Dielektrikumstruktur 112 geringer als die Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a und die Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b. In einigen Ausführungsformen kann die dritte Dielektrikumstruktur 112, da die Elektronenaffinität 210 der dritten Dielektrikumstruktur 112 geringer ist als die Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a und die Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b die Leckleistung des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. den Leckstrom verringern) (z. B. durch Verringern der Wahrscheinlichkeit, dass ein oder mehrere Elektronen durch die Kondensatorisolatorstruktur 104 tunneln).
In einigen Ausführungsformen kann die Elektronenaffinität 210 der dritten Dielektrikumstruktur 112 auch mindestens teilweise von der inneren atomaren Struktur der dritten Dielektrikumstruktur 112 abhängen. Beispielsweise kann die dritte Dielektrikumstruktur 112 ein amorpher Feststoff sein (z. B. amorphes Al₂O₃), und daher weist die dritte Dielektrikumstruktur 112 die Elektronenaffinität 210 auf. So kann in einigen Ausführungsformen die dritte Dielektrikumstruktur 112 die Leckleistung des MIM-Kondensators 102 mindestens teilweise verbessern, wobei die dritte Dielektrikumstruktur 112 ein amorpher Feststoff ist.
4 illustriert eine Querschnittsansicht 400 einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102 aus 1.
Wie in der Querschnittsansicht 400 aus 4 dargestellt ist, weisen die erste Dielektrikumstruktur 110a und die zweite Dielektrikumstruktur 110b beide eine erste Dicke 402 auf. Die erste Dicke 402 kann zwischen ca. 10 Ängstrom (Å) und ca. 35 Å liegen. Wenn die erste Dicke 402 weniger als ca. 10 Å beträgt, kann die Leitfähigkeitsdichte des MIM-Kondensators 102 zu klein sein, um zuverlässig als Entkoppelungskondensator für HPC. Wenn die erste Dicke 402 größer als ca. 35 Å ist, kann die Leckleistung des MIM-Kondensators 102 zu schlecht sein (z. B. Leck zu hoch), um zuverlässig als ein Entkoppelungskondensator für HPC zu funktionieren.
Die dritte Dielektrikumstruktur 112 weist eine zweiten Dicke 404 auf, die kleiner oder gleich der ersten Dicke 402 ist. Die zweite Dicke 404 ist größer als ca. 5 Å. Wenn die zweite Dicke 404 weniger als ca. 5 Å beträgt, kann die Leckleistung des MIM-Kondensators 102 zu klein sein, um zuverlässig als Entkoppelungskondensator für HPC. Wenn die zweite Dicke 404 größer als die erste Dicke 402 ist, können die Herstellungskosten erhöht werden, ohne einen merkbaren Leistungsvorteil zu erzielen. In einigen Ausführungsformen beträgt die erste Dicke 402 ca. 20 Å und die zweite Dicke ca. 20 Å; die erste Dicke 402 beträgt ca. 25 Å und die zweite Dicke ca. 5 Å; die erste Dicke 402 beträgt ca. 31 Å und die zweite Dicke ca. 6 Å; oder die erste Dicke 402 beträgt ca. 25 Å und die zweite Dicke ca. 5 Å. In einigen Ausführungsformen liegt eine allgemeine Dicke der Kondensatorisolatorstruktur 104 (z. B. eine Summe aller Dicken der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104) zwischen ca. 60 Å und 90 Å.
In einigen Ausführungsformen ist die Kondensatorisolatorstruktur 104 symmetrisch, weil eine untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die Dicken der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild einer oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 ist. Beispielsweise erstreckt sich eine Symmetrieachse 114 lateral durch die dritte Dielektrikumstruktur 112. Daher umfasst die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die erste Dielektrikumstruktur 110a und einen ersten Abschnitt (z. B. eine untere Hälfte) der dritten Dielektrikumstruktur 112, und die obere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 umfasst die zweite Dielektrikumstruktur 110b und einen zweiten Abschnitt (z. B. a obere Hälfte) der dritten Dielektrikumstruktur 112. Die erste und zweite Dielektrikumstrukturen 110a, 110b weisen die erste Dicke 402 auf und die dritte Dielektrikumstruktur 112 weist die zweite Dicke 404 auf. So ist die Dicken der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 über die Symmetrieachse 114.
In einigen Ausführungsformen sind die Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a, die Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b und die Elektronenaffinität 210 der dritten Dielektrikumstruktur 112 mindestens teilweise von den Dicken der ersten Dielektrikumstruktur 110a, der zweiten Dielektrikumstruktur 110b bzw. der dritten Dielektrikumstruktur 112 abhängig. Daher hängen der erste Bandabstand Φ_B1 und der zweite Bandabstand Φ_B2 mindestens teilweise von den Dicken der ersten Dielektrikumstruktur 110a bzw. der zweiten Dielektrikumstruktur 110b ab. Dementsprechend kann, weil die Kondensatorisolatorstruktur 104 ebenfalls symmetrisch ist, was die Dicken der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betrifft, die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 ferner verbessert werden, wenn sie für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. aufgrund einer noch geringeren Differenz zwischen dem ersten Bandabstand ϕ_B1 und dem zweiten Bandabstand Φ_B2).
5 illustriert eine Querschnittsansicht 500 einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102 aus 1.
Wie in der Querschnittsansicht 500 aus 5 gezeigt ist, umfasst die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 einen oder mehrere Kristalle 502 (z. B. die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 sind monokristalline Feststoffe und/oder polykristalline Feststoffe). Der eine oder die mehreren Kristalle 502 (z. B. Kristallite) weisen jeweils ein kristallines Gitter auf. Das kristalline Gitter des einen oder der mehreren Kristalle 502 kann beispielsweise monozyklisch, tetragonal, kubisch oder dergleichen sein. In einigen Ausführungsformen kann, weil die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 den einen oder die mehreren Kristalle 502 umfassen, der MIM-Kondensator 102 eine bessere (z. B. höhere) Kondensatordichte aufweisen. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 den einen oder die mehreren Kristalle 502, während die dritte Dielektrikumstruktur 112 ein amorpher Feststoff ist. In weiteren Ausführungsformen kann, weil die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 den einen oder die mehreren Kristalle 502 umfassen und weil die dritte Dielektrikumstruktur 112 ein amorpher Feststoff ist, der MIM-Kondensator 102 eine hohe Kapazitätsdichte und eine gute Leckleistung (z. B. geringes Leck) aufweisen.
In einigen Ausführungsformen weisen der eine oder die mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a verschiedene kristalline Gitterstrukturen auf. Beispielsweise sind der eine oder die mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a geringer als oder gleich etwa 20 Gewichtsprozent (Gew.-%) monozyklische Kristalle, weniger als oder gleich ca. 20 Gew.-% kubische Kristalle und zwischen ca. 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonale Kristalle. In anderen Ausführungsformen können die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a gleich sein (z. B. tetragonal). In einigen Ausführungsformen kann, weil der eine oder die mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a weniger oder gleich ca. 20 Gew.-% monozyklische Kristalle, weniger oder gleich ca. 20 Gew.-% kubische Kristalle und zwischen ca. 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonale Kristalle sind, der MIM-Kondensator 102 eine bessere (z. B. noch höhere) Kapazitätsdichte und eine bessere (z. B. noch höhere) Leckleistung (z. B. noch geringeres Leck) aufweisen.
In einigen Ausführungsformen weisen der eine oder die mehreren Kristalle 502 der zweite Dielektrikumstruktur 110b verschiedene kristalline Gitterstrukturen auf. Beispielsweise sind der eine oder die mehreren Kristalle 502 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b geringer als oder gleich etwa 20 Gew.-% monozyklische Kristalle, weniger als oder gleich ca. 20 Gew.-% kubische Kristalle und zwischen ca. 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonale Kristalle. In anderen Ausführungsformen können die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b gleich sein (z. B. tetragonal). In einigen Ausführungsformen kann, weil der eine oder die mehreren Kristalle 502 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b weniger oder gleich ca. 20 Gew.-% monozyklische Kristalle, weniger oder gleich ca. 20 Gew.-% kubische Kristalle und zwischen ca. 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonale Kristalle sind, der MIM-Kondensator 102 eine bessere (z. B. noch höhere) Kapazitätsdichte und eine bessere (z. B. noch höhere) Leckleistung (z. B. noch geringeres Leck) aufweisen.
In einigen Ausführungsformen können die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b im Wesentlichen gleich wie die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a sein. Beispielsweise können der eine oder die mehreren Kristalle 502 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b im Wesentlichen dieselben Prozentsätze monozyklischer Kristalle, kubischer Kristalle und tetragonaler Kristalle umfassen wie die erste Dielektrikumstruktur 110a. In solchen Ausführungsformen kann der MIM-Kondensator 102 eine gute Kapazitätsdichte aufweisen, wenn er vorwärts und rückwärts vorbeaufschlagt ist (z. B. dieselben Kapazitätsdichtewerte bei vorgegebenen entsprechenden Spannungen, wenn er vorwärts vorbeaufschlagt und rückwärts vorbeaufschlagt ist).
6 illustriert eine Querschnittsansicht 600 einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102 aus 1.
Wie in der Querschnittsansicht 600 aus 6 gezeigt ist, ist eine erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 zwischen der Kondensatorisolatorstruktur 104 und der unteren Elektrode 106 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kontaktiert die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 (z. B. direkt) die untere Elektrode 106. In weiteren Ausführungsformen kontaktiert die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 (z. B. direkt) die Kondensatorisolatorstruktur 104. In noch weiteren Ausführungsformen kontaktiert die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 (z. B. direkt) die erste Dielektrikumstruktur 110a.
Die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 umfasst ein Metallelement (z. B. Titan (Ti), Tantal (Ta) usw.) und ein Nichtmetallelement (z. B. Stickstoff (N), Sauerstoff (O) usw.). Die untere Elektrode 106 umfasst das Metallelement der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 das Metallelement, das Nichtmetallelement und Sauerstoff (O). Beispielsweise ist oder umfasst die untere Elektrode 106 Titannitrid (TiN) und die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 ist oder umfasst Titanoxynitrid (TiON). Die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 weist eine Elektronenaffinität auf, die sich von der Elektronenaffinität 206 der ersten Dielektrikumstruktur 110a unterscheidet (z. B. geringer ist).
7A bis 7B illustrieren verschiedene Energiebanddiagramme des MIM-Kondensators 102 aus 6 nach einigen Ausführungsformen.
7A illustriert ein Energiebanddiagramm 700a einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102, wen der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist.
Wie in dem Energiebanddiagramm 700a aus 7A dargestellt existiert, wenn der MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt ist, ein erster Bandabstand Φ_B3 zwischen der unteren Elektrode 106 und der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602. Der dritte Bandabstand Φ_B3 ist die Energiedifferenz zwischen dem Fermi-Pegel der unteren Elektrode 106 und der Leitfähigkeitsbandkante der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602, wenn der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist. In anderen Worten, der dritte Bandabstand Φ_B3 ist die Energiedifferenz zwischen der Austrittsarbeit 202 der unteren Elektrode 106 und der Elektronenaffinität der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602, wenn der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist. Die vorwärts vorbeaufschlagte Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 kann von dem dritten Bandabstand Φ_B3 abhängen.
7B illustriert ein Energiebanddiagramm 700b einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102, wenn der MIM-Kondensator 102 vorwärts vorbeaufschlagt ist.
Wie in dem Energiebanddiagramm 700b aus 7B dargestellt existiert, wenn der MIM-Kondensator 102 rückwärts vorbeaufschlagt ist, ein zweiter Bandabstand Φ_B2 zwischen der oberen Elektrode 108 und der zweiten Dielektrikumstruktur 110b. In einigen Ausführungsformen kann der dritte Bandabstand Φ_B3 geringer als der zweite Bandabstand Φ_B2 sein. Die rückwärts vorbeaufschlagt Durchschlagsspannung hängt mindestens teilweise von dem zweiten Bandabstand Φ_B2 ab.
Während der dritte Bandabstand Φ_B3 geringer als der zweite Bandabstand Φ_B2 sein kann, ist die Differenz zwischen dem dritten Bandabstand Φ_B3 und dem zweiten Bandabstand Φ_B2 noch relativ kleiner als ein entsprechender MIM-Kondensator, der eine asymmetrische Kondensatorisolatorstruktur aufweist (z. B. ein MIM-Kondensator, der eine asymmetrische Kondensatorisolatorstruktur mit einer Grenzflächenschicht aufweist, die zwischen einer asymmetrischen Kondensatorisolatorstruktur und einer unteren Elektrode angeordnet ist). Dementsprechend kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen), wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. als ein Entkoppelungskondensator für HPC), indem er eine kleinere Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung und der rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 aufweist.
8 illustriert eine Querschnittsansicht 800 einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102 aus 1.
Wie in der Querschnittsansicht 800 aus 8 dargestellt, ist eine zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 zwischen der Kondensatorisolatorstruktur 104 und der oberen Elektrode 108 angeordnet und die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 ist zwischen der Kondensatorisolatorstruktur 104 und der unteren Elektrode 106 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kontaktiert die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 (z. B. direkt) die obere Elektrode 108. In weiteren Ausführungsformen kontaktiert die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 (z. B. direkt) die Kondensatorisolatorstruktur 104. In noch weiteren Ausführungsformen kontaktiert die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 (z. B. direkt) die zweite Dielektrikumstruktur 110b.
Die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 umfasst ein Metallelement (z. B. Titan (Ti), Tantal (Ta) usw.) und ein Nichtmetallelement (z. B. Stickstoff (N), Sauerstoff (O) usw.). Die obere Elektrode 108 umfasst das Metallelement der zweiten Kondensatorgrenzflächenschicht 802. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 das Metallelement, das Nichtmetallelement und Sauerstoff (O). Beispielsweise ist oder umfasst die obere Elektrode 108 Titannitrid (TiN) und die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 ist oder umfasst Titanoxynitrid (TiON). Die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 weist eine Elektronenaffinität auf, die sich von der Elektronenaffinität 208 der zweiten Dielektrikumstruktur 110b unterscheidet (z. B. geringer ist).
In einigen Ausführungsformen sind die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 und die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 ein selbes Material (z. B. TiON). In weiteren Ausführungsformen kann die Elektronenaffinität der zweiten Kondensatorgrenzflächenschicht 802 im Wesentlichen gleich wie die Elektronenaffinität der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602 sein. Dementsprechend kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen), wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird, indem er eine kleinere Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung und der rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 aufweist. In weiteren Ausführungsformen ist eine Dicke der zweiten Kondensatorgrenzflächenschicht 802 im Wesentlichen gleich wie eine Dicke der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602. In solchen Ausführungsformen kann die Elektronenaffinität der zweiten Kondensatorgrenzflächenschicht 802 im noch näher an der Elektronenaffinität der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602 sein. Dementsprechend kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern, wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird, indem er eine noch kleinere Differenz zwischen der vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung und der rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 aufweist.
9 illustriert eine Querschnittsansicht 900 einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102 aus 1.
Wie in der Querschnittsansicht 900 aus 9 dargestellt, umfasst die Kondensatorisolatorstruktur 104 die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 und eine zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902. Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 sind vertikal aufeinandergestapelt. Jede der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 ist von den anderen durch eine aus der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 getrennt und umgekehrt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 die erste Dielektrikumstruktur 110a, die zweite Dielektrikumstruktur 110b und eine vierte Dielektrikumstruktur 110c. In einigen Ausführungsformen ist die vierte Dielektrikumstruktur 110c eine mittlere Dielektrikumstruktur der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110. Beispielsweise ist die vierte Dielektrikumstruktur 110c vertikal zwischen der ersten Dielektrikumstruktur 110a und der zweiten Dielektrikumstruktur 110b angeordnet. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 eine fünfte Dielektrikumstruktur 902a und eine sechste Dielektrikumstruktur 902b. In weiteren Ausführungsformen sind die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 amorphe Feststoffe.
Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 umfasst N Dielektrikumstrukturen, wobei N größer als oder gleich zwei (2) ist. Die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 umfasst M Dielektrikumstrukturen, wobei M gleich N minus eins (1) ist. Beispielsweise ist, wie in der Querschnittsansicht 900 aus 9 dargestellt, N drei (3) und M zwei (2). Es ist zu verstehen, dass N jede ganze Zahl sein kann, die größer oder gleich zwei ist.
Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 kann beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Siliziumdioxid (SiO₂), ein anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorhergehenden sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 ein Metalloxid (z. B. ZrO_2, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen) oder umfassen diese und/oder sind ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder umfassen dieses. Die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 kann beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Siliziumdioxid (SiO₂), ein anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorhergehenden sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 ein Metalloxid (z. B. ZrO_2, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen) oder umfassen diese und/oder sind ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder umfassen dieses.
Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 ist oder umfasst ein selbes Dielektrikum. Beispielsweise sind oder umfassen die erste Dielektrikumstruktur 110a, die zweite Dielektrikumstruktur 110b und die vierte Dielektrikumstruktur 110c ein erstes Dielektrikum. Die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 ist oder umfasst ein selbes Dielektrikum. Beispielsweise sind oder umfassen die fünfte Dielektrikumstruktur 902a und die sechste Dielektrikumstruktur 902b ein anderes Dielektrikum als das erste Dielektrikum. Genauer sind oder umfassen in einigen Ausführungsformen die erste Dielektrikumstruktur 110a, die zweite Dielektrikumstruktur 110b und die vierte Dielektrikumstruktur 110c Zirconiumoxid (ZrO₂) und die fünfte Dielektrikumstruktur 902a und die sechste Dielektrikumstruktur 902b sind oder umfassen Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Die Kondensatorisolatorstruktur 104 wechselt von der unteren Elektrode 106 zur oberen Elektrode 108 periodisch zwischen dem ersten Dielektrikum und dem zweiten Dielektrikum ab. Beispielsweise wechselt, wie in der Querschnittsansicht 900 aus 9 dargestellt, die Kondensatorisolatorstruktur 104 zwischen dem ersten Dielektrikum (z. B. ZrO₂) und dem zweiten Dielektrikum (z. B. Al₂O₃) ab. In solchen Ausführungsformen kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 als einen ZAZAZ-Stapel Dielektrikumstrukturen aufweisend bezeichnet werden, wobei „Z“ einem ersten Buchstaben des ersten Dielektrikums entspricht (z. B. ZrO₂) und „A“ einem ersten Buchstaben des zweiten Dielektrikums entspricht (z. B. Al₂O₃). Es ist zu beachten, dass die Kondensatorisolatorstruktur 104 andere Konfigurationen von Stapeln von Dielektrikumstrukturen aufweisen können, wie etwa AZAZUA, HZHZH, ZHZHZ, TATAT, ATATA, ZTZTZ, TZTZT usw.
Die Kondensatorisolatorstruktur 104 ist symmetrisch. Die Kondensatorisolatorstruktur 104 ist symmetrisch, weil eine untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild einer oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 ist. Beispielsweise erstreckt sich eine Symmetrieachse 114 lateral durch die vierte Dielektrikumstruktur 110c, und die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 ist die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104. In einigen Ausführungsformen ist die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104, weil die Kondensatorisolatorstruktur 104 von der unteren Elektrode 106 zur oberen Elektrode 108 periodisch zwischen dem ersten Dielektrikum und dem zweiten Dielektrikum abwechselt.
Weil die Kondensatorisolatorstruktur 104 symmetrisch ist, ist eine Differenz zwischen einer vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 und einer rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 gering. So kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen). Genauer kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen), wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. als ein Entkoppelungskondensator für HPC).
In einigen Ausführungsformen weist die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 jeweils die zweite Dicke 404 auf. In weiteren Ausführungsformen weisen die erste Dielektrikumstruktur 110a und die zweite Dielektrikumstruktur 110b beide die erste Dicke 402 auf und die vierte Dielektrikumstruktur 110c weist eine dritte Dicke 904 auf. Die dritte Dicke 904 kann zwischen ca. 10 Ä und ca. 35 Ä liegen. Wenn die dritte Dicke 904 weniger als ca. 10 Å beträgt, kann die Leitfähigkeitsdichte des MIM-Kondensators 102 zu klein sein, um zuverlässig als Entkoppelungskondensator für HPC. Wenn die dritte Dicke 904 größer als ca. 35 Å ist, kann die Leckleistung des MIM-Kondensators 102 zu schlecht sein (z. B. Leck zu hoch), um zuverlässig als ein Entkoppelungskondensator für HPC zu funktionieren.
In einigen Ausführungsformen sind die dritte Dicke 904 und die erste Dicke 402 im Wesentlichen gleich. In anderen Ausführungsformen ist die dritte Dicke 904 anders als die erste Dicke 402. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die dritte Dicke 904 geringer als die erste Dicke 402. In weiteren Ausführungsformen ist die dritte Dicke 904 zwischen ca. 10 Å und ca. 20 Å, und die erste Dicke ist zwischen ca. 21 Å und ca. 35 Å. In einigen Ausführungsformen kann, weil die Dicke der dritten Dicke 904 (z. B. zwischen ca. 10 Å und ca. 20 Å) geringer ist als die erste Dicke 402 (z. B. zwischen ca. 21 Å und ca. 35 Å), der MIM-Kondensator 102 eine verbesserte Leckleistung aufweisen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 den einen oder die mehreren Kristalle 502 (siehe z. B. 5). In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 den einen oder die mehreren Kristalle 502, während die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 amorphe Feststoffe sind. In einigen Ausführungsformen sind die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 gleich. Beispielsweise können der eine oder die mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a im Wesentlichen dieselben Prozentsätze monozyklischer Kristalle, kubischer Kristalle und tetragonaler Kristalle umfassen wie die zweite Dielektrikumstruktur 110b und die vierte Dielektrikumstruktur 110c.
In anderen Ausführungsformen sind die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a und der zweiten Dielektrikumstruktur 110b im Wesentlichen gleich, während die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der vierten Dielektrikumstruktur 110c sich unterscheiden. Beispielsweise weisen die erste Dielektrikumstruktur 110a und die zweite Dielektrikumstruktur 110b im Wesentlichen gleiche Prozentsätze monozyklischer Kristalle, kubischer Kristalle und/oder tetragonaler Kristalle auf, während die vierte Dielektrikumstruktur 110c andere Prozentsätze monozyklischer Kristalle, kubischer Kristalle und/oder tetragonaler Kristalle aufweist. Genauer weist in einigen Ausführungsformen die vierte Dielektrikumstruktur 110c einen geringeren Prozentsatz tetragonaler Kristalle auf als die erste Dielektrikumstruktur 110a und/oder die zweite Dielektrikumstruktur 110b. Beispielsweise weisen der eine oder die mehreren Kristalle 502 der vierten Dielektrikumstruktur 110c weniger oder gleich ca. 20 Gew.- % monozyklische Kristalle, weniger oder gleich ca. 20 Gew.-% kubische Kristalle und zwischen ca. 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonal Kristalle auf, und der eine oder die mehreren Kristalle 502 der ersten Dielektrikumstruktur 110a und der zweiten Dielektrikumstruktur 110b weisen mehr als 80 Gew.-% tetragonale Kristalle auf. In solchen Ausführungsformen kann der MIM-Kondensator 102 eine hohe Kapazitätsdichte und eine gute Leckleistung aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann, weil die Dicke der dritten Dicke 904 (z. B. zwischen ca. 10 Å und ca. 20 Å) sich von der ersten Dicke 402 (z. B. zwischen ca. 21 Å und ca. 35 Å) unterscheidet, und weil die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle 502 der vierten Dielektrikumstruktur 110c sich von denen der ersten und zweite Dielektrikumstrukturen 110a, 110b unterscheiden, der MIM-Kondensator 102 eine noch bessere Leckleistung aufweisen.
10 illustriert eine Querschnittsansicht 1000 einiger Ausführungsformen des MIM-Kondensators 102 aus 1.
Wie in der Querschnittsansicht 1000 aus 10 dargestellt, umfasst die Kondensatorisolatorstruktur 104 die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110, die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 und eine dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002. Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110, die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 und die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 sind vertikal aufeinandergestapelt. Jede der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 ist von den anderen durch mindestens eine aus der dritten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 und eine aus der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 getrennt. Jede der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 ist von den anderen durch mindestens eine aus der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 und eine aus der dritten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 getrennt. Jede der dritten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 ist von den anderen durch mindestens eine aus der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 getrennt. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der dritten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 von anderen der dritten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 durch mindestens eine aus der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 und eine aus der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 getrennt. In weiteren Ausführungsformen umfasst die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 eine siebte Dielektrikumstruktur 1002a und eine achte Dielektrikumstruktur 1002b.
Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 umfasst N Dielektrikumstrukturen, wobei N größer als oder gleich zwei (2) ist. Die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 umfasst M Dielektrikumstrukturen, wobei M gleich N minus eins (1) ist. Die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 umfasst X Dielektrikumstrukturen, wobei X gleich M ist. beispielsweise ist, wie in der Querschnittsansicht 900 aus 9 dargestellt, N drei (3), M zwei (2) und X zwei (2). Es ist zu verstehen, dass N jede ganze Zahl sein kann, die größer oder gleich zwei ist.
Die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 kann beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Siliziumdioxid (SiO₂), ein anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorhergehenden sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 ein Metalloxid (z. B. ZrO_2, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen) oder umfassen diese und/oder sind ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder umfassen dieses. In weiteren Ausführungsformen ist die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 amorphe Feststoffe oder weist eine oder mehrere Kristalle (z. B. kristalline oder polykristalline Feststoffe) auf.
Die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 ist oder umfasst ein selbes Dielektrikum. Beispielsweise umfassen die siebte Dielektrikumstruktur 1002a und die achte Dielektrikumstruktur 1002b eine dritte Dielektrikum, die sich von dem ersten Dielektrikum (z. B. dem Dielektrikum der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110) und dem zweiten Dielektrikum (z. B. dem Dielektrikum der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902) unterscheidet. Genauer ist oder umfassen in einigen Ausführungsformen die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 110 Zirconiumoxid (ZrO₂), die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 902 ist oder umfasst Aluminiumoxid (Al₂O₃) und die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 ist oder umfasst Hafniumoxid (HfO₂). Die Kondensatorisolatorstruktur 104 wechselt von der unteren Elektrode 106 zur oberen Elektrode 108 periodisch zwischen dem ersten Dielektrikum, dem zweiten Dielektrikum und dem dritten Dielektrikum. Beispielsweise wechselt, wie in der Querschnittsansicht 1000 aus 10 gezeigt ist, die Kondensatorisolatorstruktur 104 in dem folgenden Muster ab: erstes Dielektrikum, zweites Dielektrikum, drittes Dielektrikum, erstes Dielektrikum, drittes Dielektrikum, zweites Dielektrikum, erstes Dielektrikum. In solchen Ausführungsformen kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 als ein ZAHZHAZ-Stapel Dielektrikumstrukturen bezeichnet werden, wobei „Z“ einem ersten Buchstaben des ersten Dielektrikums entspricht (z. B. ZrO₂), „A“ einem ersten Buchstaben des zweiten Dielektrikums entspricht (z. B. Al₂O₃) und „H“ einem ersten Buchstaben des dritten Dielektrikums entspricht (z. B. HfO₂). Es ist zu erkennen, dass die Kondensatorisolatorstruktur 104 andere Konfigurationen von Stapeln von Dielektrikumstrukturen aufweisen kann, wie etwa AZHAHZA, ZHAZAHZ, HZAHAZH, ZHTZTHZ, HZTHZTH, TZHTHZT, ZAHZAHZHAZ, AZHAZHAHZA usw.
Die Kondensatorisolatorstruktur 104 ist symmetrisch. Die Kondensatorisolatorstruktur 104 ist symmetrisch, weil eine untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild einer oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 ist. Beispielsweise erstreckt sich eine Symmetrieachse 114 lateral durch die vierte Dielektrikumstruktur 110c, und die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 ist die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104. In einigen Ausführungsformen ist die untere Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104 die Dielektrika der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104 betreffend ein Spiegelbild der oberen Hälfte der Kondensatorisolatorstruktur 104, weil die Kondensatorisolatorstruktur 104 von der unteren Elektrode 106 zur oberen Elektrode 108 periodisch zwischen dem ersten Dielektrikum, dem zweiten Dielektrikum und dem dritten Dielektrikum wechselt.
Weil die Kondensatorisolatorstruktur 104 symmetrisch ist, ist eine Differenz zwischen einer vorwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 und einer rückwärts vorbeaufschlagten Durchschlagsspannung des MIM-Kondensators 102 gering. So kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen). Genauer kann die Kondensatorisolatorstruktur 104 die Nützlichkeit des MIM-Kondensators 102 verbessern (z. B. erhöhen), wenn er für bipolare Anwendungen verwendet wird (z. B. als ein Entkoppelungskondensator für HPC).
In einigen Ausführungsformen weist die dritte Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen 1002 jeweils eine vierte Dicke 1004 auf. Die vierte Dicke 1004 kann weniger als oder gleich wie die erste Dicke 402 sein. Die zweite Dicke 404 ist größer als ca. 5 Å. Wenn die zweite Dicke 404 weniger als ca. 5 Å beträgt, kann die Leckleistung des MIM-Kondensators 102 zu klein sein, um zuverlässig als Entkoppelungskondensator für HPC. In einigen Ausführungsformen ist die vierte Dicke 1004 im Wesentlichen gleich wie die zweite Dicke 404. In anderen Ausführungsformen ist die vierte Dicke 1004 anders als die zweite Dicke 404. In einigen Ausführungsformen liegt eine allgemeine Dicke der Kondensatorisolatorstruktur 104 (z. B. eine Summe aller Dicken der Dielektrikumstrukturen der Kondensatorisolatorstruktur 104) zwischen ca. 60 Ä und 90 Å.
11 illustriert eine Querschnittsansicht 1100 einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips (IC), der eine Interconnectstruktur 1102 umfasst, in der einige Ausführungsformen des MIM-Kondensators aus 1 eingebettet sind.
Wie in der Querschnittsansicht 1100 aus 11 gezeigt ist, liegt der MIM-Kondensator 102 über einem unteren Kondensatordraht 1104l und weist einen abwärtsgerichteten Vorsprung auf, der eine untere Elektrodendurchkontaktierung (BEVA) 1106 definiert. Ein oberer Kondensatordraht 1104u liegt über dem MIM-Kondensator 102 und eine obere Elektrodendurchkontaktierung (TEVA) 1108tv erstreckt sich von dem oberen Kondensatordraht 1104u zu dem MIM-Kondensator 102. Der untere Kondensatordraht 1104l, der obere Kondensatordraht 1104u und die TEVA 1108tv sind leitfähig und können beispielsweise Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Aluminiumkupfer (AlCu), Gold (Au), Silber (Ag), Wolfram (W), ein anderes leitfähiges Material oder eine Kombination der vorhergehenden umfassen.
Der MIM-Kondensator 102, der untere Kondensatordraht 1104l, der obere Kondensatordraht 1104u und die TEVA 1108tv sind durch eine Mehrzahl von Zwischenschichtdielektrikumschichten (ILD-Schichten) 1110 umgeben. Die ILD-Schichten 1110 sind aufeinandergestapelt und in einigen Ausführungsformen trennt eine Mehrzahl von Ätzstoppschichten 1112 die ILD-Schichten 1110 voneinander. In anderen Ausführungsformen sind die Ätzstoppschichten 1112 weggelassen. Die ILD-Schichten 1110 sind aus einem anderen Material als die Ätzstoppschichten 1112. Die ILD-Schichten 1110 können beispielsweise ein Oxid (z. B. Siliziumdioxid (SiO₂)), ein Oxynitrid (z. B. Siliziumoxynitrid (SiON)), dotiertes Siliziumdioxid (z. B. kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid), Borosilikatglas (BSG), Phosphorsilikatglas (PSG), Borphosphosilikatglas (BPSG), fluoriniertes Silikatglas (FSG), ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder umfassen. Die Ätzstoppschichten 1112 können beispielsweise ein Nitrid (z. B. SiN), ein Oxynitrid (z. B. Siliziumoxynitrid (SiON)), ein Karbid (z. B. Siliziumkarbid (SiC)) oder dergleichen sein. Es ist zu verstehen, dass in einigen Ausführungsformen die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 die untere Elektrode 106 zwischen der ersten Dielektrikumstruktur 110a und der unteren Elektrode 106 auskleiden kann und/oder die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 die zweite Dielektrikumstruktur 110b zwischen der zweiten Dielektrikumstruktur 110b und der oberen Elektrode 108 auskleiden kann.
12 illustriert eine Querschnittsansicht 1200 einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
Wie in der Querschnittsansicht 1200 aus 12 dargestellt, decken eine obere Elektrodenhartmaske 1202 und eine untere Elektrodenhartmaske 1204 den MIM-Kondensator 102 ab. Die obere Elektrodenhartmaske 1202 deckt die obere Elektrode 108 ab und weist dasselbe oder im Wesentlichen dasselbe obere Layout auf. Die untere Elektrodenhartmaske 1204 ist über der oberen Elektrodenhartmaske 1202 angeordnet und deckt diese ab. Die untere Elektrodenhartmaske 1204 deckt die untere Elektrode 106, die Kondensatorisolatorstruktur 104 und die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 ab und weist dieselben oder im Wesentlichen dieselben oberen Layouts auf. In einigen Ausführungsformen deckt die untere Elektrodenhartmaske 1204 auch die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 ab und weist im dasselbe oder im Wesentlichen dasselbe obere Layout auf. In anderen Ausführungsformen weist die Kondensatorisolatorstruktur 104 stattdessen dasselbe oder im Wesentlichen dasselbe obere Layout auf wie die obere Elektrodenhartmaske 1202. Die oberen und unteren Elektrodenhartmasken 1202, 1204 können beispielsweise ein Nitrid (z. B. SiN), ein Oxynitrid (z. B. SiON), ein Karbid (z. B. SiC) oder dergleichen sein oder umfassen.
In einigen Ausführungsformen sind Hartmaskenauskleidungen 1206 individuell für die oberen und unteren Elektrodenhartmasken 1202, 1204 und trennen die oberen und unteren Elektrodenhartmasken 1202, 1204 von der Kondensatorisolatorstruktur 104 und der oberen Elektrode 108. Die Hartmaskenauskleidungen 1206 sind andere Materialien als die obere und untere Elektrodenhartmasken 1202, 1204 und können beispielsweise ein Oxid (z. B. SiO₂) und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika sein oder umfassen. In anderen Ausführungsformen sind die Hartmaskenauskleidungen 1206 weggelassen. Es ist zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 und/oder die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 weggelassen werden können.
13 illustriert eine Querschnittsansicht 1300 einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
Wie in der Querschnittsansicht 1300 aus 13 dargestellt ist, ist die obere Elektrode 108 an der BEVA 1106 eingedrückt. Ferner weisen die untere Elektrode 106, die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602, die Kondensatorisolatorstruktur 104, die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 und die obere Elektrode 108 gebogene Kanten auf. Weiterhin weisen die untere Elektrodenhartmaske 1204 und ihre entsprechende Hartmaskenauskleidung der Hartmaskenauskleidungen 1206 ebenfalls gebogene Flächen auf. In einigen Ausführungsformen sind die obere Elektrodenhartmaske 1202 und ihre entsprechende Hartmaskenauskleidung der Hartmaskenauskleidungen 1206 weggelassen. In anderen Ausführungsformen bleiben die obere Elektrodenhartmaske 1202 und ihre entsprechende Hartmaskenauskleidung der Hartmaskenauskleidungen 1206 auf der oberen Elektrode 108 und trennen die obere Elektrode 108 von der unteren Elektrodenhartmaske 1204 und ihrer entsprechenden Hartmaskenauskleidung der Hartmaskenauskleidungen 1206. Es ist zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 und/oder die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 weggelassen werden können.
14 illustriert eine Querschnittsansicht 1400 einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
Wie in der Querschnittsansicht 1400 aus 14 gezeigt ist, liegt der MIM-Kondensator 102 über einer Mehrzahl von weiteren Drähten 1104. Ferner sind die TEVA 1108tv und der obere Kondensatordraht 1104u in eine leitfähige Struktur 1402 eingearbeitet. Weiterhin sind die leitfähige Struktur 1402, der untere Kondensatordraht 1104l und die Mehrzahl weiterer Drähte 1104 durch Interconnectbarriereschichten 1404 ausgekleidet. Die Interconnectbarriereschichten 1404 sind konfiguriert, Diffusion von Material von der leitfähigen Struktur 1402, dem unteren Kondensatordraht 1104l und der Mehrzahl von weiteren Drähten 1104 zu der oder den darunterliegenden Struktur(en) zu verhindern. In einigen Ausführungsformen sind oder umfassen die leitfähige Struktur 1402, der untere Kondensatordraht 1104l und die Mehrzahl weiterer Drähte 1104 beispielsweise Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Aluminiumkupfer (AlCu), Gold (Au), Silber (Ag), Wolfram (W), ein anderes leitfähiges Material oder eine Kombination der obigen. In einigen Ausführungsformen sind oder umfassen die Interconnectbarriereschichten 1404 beispielsweise Titan (Ti), Tantal (Ta), Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), ein anderes geeignetes Barrierematerial oder eine Kombination aus den Vorstehenden. Es ist zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 und/oder die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 weggelassen werden können.
15 illustriert eine Querschnittsansicht 1500 einiger anderer Ausführungsformen der IC aus 11.
Wie in der Querschnittsansicht 1500 aus 15 dargestellt ist, wird die BEVA 1106 weggelassen. Ferner umschließt die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 eine Unterseite der oberen Elektrode 108, die Kondensatorisolatorstruktur 104 umschließt eine Unterseite der zweiten Kondensatorgrenzflächenschicht 802, die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 umschließt eine Unterseite der Kondensatorisolatorstruktur 104 und die untere Elektrode 106 umschließt eine Unterseite der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602. In einigen Ausführungsformen weisen die untere Elektrode 106, die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602, die Kondensatorisolatorstruktur 104 und die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 U- oder V-förmige Profile auf. Es ist jedoch zu erkennen, dass die untere Elektrode 106, die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602, die Kondensatorisolatorstruktur 104 und die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 nicht auf dieses Profil beschränkt sind, und andere Profile sind ergänzbar. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen die erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602 und/oder die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 weggelassen werden können.
16 illustriert eine Querschnittsansicht 1600 einiger ausführlicherer Ausführungsformen der IC aus 11.
Wie in der Querschnittsansicht 1600 aus 16 dargestellt, umfasst die IC eine Ein-Transistor-Ein-Kondensator-Zelle (1T1C-Zelle) 1602. Die 1T1C-Zelle 1602 umfasst einen MIM-Kondensator 102. Die Querschnittsansicht 1600 aus 16 illustriert den MIM-Kondensator aus 11. Es ist jedoch zu erkennen, dass der MIM-Kondensator 102 als der MIM-Kondensator 102 in einer der 1, 4 bis 6 und 8 bis 15 oder als ein anderer geeigneter MIM-Kondensator konfiguriert sein kann. Der MIM-Kondensator 102 liegt über einem Substrat 1604 und befindet sich in einer Interconnectstruktur 1102. Das Substrat 1604 umfasst eine beliebige Art von Halbleiterkörper (z. B. monokristallines Silizium/CMOS-Bulk, Germanium (Ge), Siliziumgermanium (SiGe), Galliumarsenid (GaAs), Silizium auf Isolator (SOI), usw.).
Die Interconnectstruktur 1102 umfasst eine oder mehrere ILD-Schichten 1110. Die eine oder die mehreren ILD-Schichten 1110 können beispielsweise bezüglich 11 beschrieben sein. In einigen Ausführungsformen kann die Interconnectstruktur 1102 eine oder mehrere Ätzstoppschichten 1112 (nicht dargestellt) umfassen (siehe z. B. 11). Die eine oder die mehreren Ätzstoppschichten 1112 können beispielsweise bezüglich 11 beschrieben sein. In einigen Ausführungsformen umfasst die Interconnectstruktur 1102 eine Passivierungsschicht 1606, die über der einen oder den mehreren ILD-Schichten 1110 liegt. Die Passivierungsschicht 1606 ist ein anderes Material als die eine oder die mehreren ILD-Schichten 1110 und kann beispielsweise ein Nitrid (z. B. SiN), ein Oxynitrid (z. B. SiON) oder dergleichen umfassen.
Die Interconnectstruktur 1102 umfasst auch eine Mehrzahl von Drähten 1104 und eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen 1108, die in der einen oder den mehreren ILD-Schichten 1110 gestapelt sind, und die Passivierungsschicht 1606. Die Mehrzahl von Drähten 1104 und die Mehrzahl von Durchkontaktierungen 1108 sind leitfähige und definieren leitfähige Pfade, die von dem MIM-Kondensator 102 führen, und einen darunterliegenden Zugangstransistor 1608. Ein erster leitfähiger Pfad führt von dem MIM-Kondensator 102 zu einer Bitleitung 1104bl über dem MIM-Kondensator 102. Ein zweiter leitfähiger Pfad führt von dem MIM-Kondensator 102 zu einer Drain-Region 1610d des Zugangstransistors 1608. Ein dritter leitfähiger Pfad führt von einer Source-Region 1610s des Zugangstransistors 1608 zu einer Source-Leitung 1104sl über der Source-Region 1610s. Ein vierter leitfähiger Pfad führt von einer Gateelektrode 1612 des Zugangstransistors 1608 zu einer Wortleitung 1104wl über der Gateelektrode 1610. Es ist zu beachten, dass zwar die Wortleitung 1104wl mit zwei separaten Segmenten an gegenüberliegenden Seiten der Drain-Region 1610d dargestellt ist, die Wortleitung 1104wl jedoch außerhalb der Querschnittsansicht 1600 aus 16 fortlaufen kann.
Der Zugangstransistor 1608 umfasst die Drain- und Source-Regionen 1610d, 1610s und umfasst ferner die Gateelektrode 1612 und eine Gate-Dielektrikumschicht 1614. Die Drain- und Source-Regionen 1610d, 1610s befinden sich in dem Substrat 1604 und entsprechen dotierten Regionen des Substrats 1604. Die Gateelektrode 1612 liegt über der Gatedielektrikumschicht 1614 und ist zwischen den Drain- und Source-Regionen 1610d, 1610s eingesetzt. In einigen Ausführungsformen befindet sich eine Seitenwandabstandhalterstruktur 1616 an Seitenwänden der Gateelektrode 1612, und/oder der Zugangstransistor 1608 ist durch eine Grabenisolierungsstruktur 1618 (z. B. eine Shallow-Trench-Isolierungsstruktur) umgeben. Die Seitenwandabstandhalterstruktur 1616 und die Grabenisolierungsstruktur 1618 sind oder umfassen ein oder mehrere Dielektrika. Der Zugangstransistor 1608 kann beispielsweise ein isolierter Gate-Feldeffekttransistor (IGFET) oder ein anderer geeigneter Transistor sein.
17 illustriert eine Querschnittsansicht 1700 einiger ausführlicherer Ausführungsformen der IC aus 11.
Wie in der Querschnittsansicht 1700 aus 17 gezeigt ist, liegt eine Interconnectstruktur 1102 über einem Substrat 1604. Die Interconnectstruktur 1102 und/oder das Substrat 1604 können beispielsweise bezüglich 16 beschrieben sein. Die Interconnectstruktur 1102 umfasst eine oder mehrere ILD-Schichten 1110 und eine Passivierungsschicht 1606, die über der einen oder den mehreren ILD-Schichten 1110 liegt.
Eine Mehrzahl von MIM-Kondensatoren 1702 sind in der Interconnectstruktur 1102 und über dem Substrat 1604 angeordnet. Die Mehrzahl von MIM-Kondensatoren 1702 sind jeweils als der MIM-Kondensator 102 in einer der 1, 4 bis 6 und 8 bis 15 oder als ein anderer geeigneter MIM-Kondensator konfiguriert. Beispielsweise sind, wie in der Querschnittsansicht 1700 aus 17 gezeigt ist, die Mehrzahl von MIM-Kondensatoren 1702 jeweils als der MIM-Kondensator 102 aus 11 konfiguriert. Es ist jedoch zu erkennen, dass jeder aus der Mehrzahl von MIM-Kondensatoren 1702 als der MIM-Kondensator 102 in einer der 1, 4 bis 6 und 8 bis 15 oder als ein anderer geeigneter MIM-Kondensator konfiguriert sein kann. Ein oder mehrere MIM-Kondensatoren der Mehrzahl von MIM-Kondensatoren 1702 befinden sich in einer Logikregion 1704l der IC, und einer oder mehrere MIM-Kondensatoren der Mehrzahl von MIM-Kondensatoren 1702 befinden sich in einer Entkoppelungskondensatorregion 1704dc der IC. Es ist zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen die Mehrzahl von MIM-Kondensatoren 1702 nur den einen oder die mehreren MIM-Kondensatoren umfassen können, die sich in der Entkoppelungskondensatorregion 1704dc der IC befinden.
Die Interconnectstruktur 1102 umfasst eine Mehrzahl von Drähten 1104 und eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen 1108, die in der einen oder den mehreren ILD-Schichten 1110 gestapelt sind, und die Passivierungsschicht 1606. Die Mehrzahl von Drähten 1104 und die Mehrzahl von Durchkontaktierungen 1108 sind leitfähig und definieren leitfähige Pfade, die von den MIM-Kondensatoren 1702 und auch von mehreren Transistoren 1706 unter den MIM-Kondensatoren 1702 führen. In einigen Ausführungsformen gibt es keine Drähte und Durchkontaktierungen mit Ausnahme des illustrierten Drahts 1104 direkt unter einem der MIM-Kondensatoren 1702 in der Entkoppelungskondensatorregion 1704dc der IC.
Die Transistoren 1706 können beispielsweise jeweils als der Zugangstransistor 1608 aus 16 konfiguriert sein und/oder können beispielsweise jeweils ein IGFET oder ein anderer geeigneter Transistor sein. Die Transistoren 1706 umfassen einzelne Source-/Drain-Regionen 1708i, einzelne Gateelektroden 1612 und einzelne Gatedielektrikumschichten 1614. Ferner teilen sich zwei der Transistoren 1706, die zueinander benachbart sind, eine geteilte Source-/Drain-Region 1708s. Die einzelnen Gateelektroden 1612 liegen jeweils über den individuellen Gatedielektrikumschichten 1614 und sind jeweils zwischen zwei der einzelnen und/oder geteilten Source-/Drain-Regionen 1708i, 1708s eingesetzt. In einigen Ausführungsformen sind Seitenwandabstandhalterstrukturen 1616 individuell für die einzelnen Gateelektroden 1612 und kleiden Seitenwände der einzelnen Gateelektroden 1612 aus. In einigen Ausführungsformen sind die Transistoren 1706 durch eine Grabenisolierungsstruktur 1618 (z. B. eine Shallow-Trench-Isolierungsstruktur) umgeben und von diesen getrennt. In einigen Ausführungsformen gibt es keine Transistoren und/oder anderen Halbleitervorrichtungen auf dem Substrat 1604 direkt unter dem einen oder den mehreren MIM-Kondensatoren, die sich in der Entkoppelungskondensatorregion 1704dc der IC befinden.
18 bis 26 illustrieren eine Reihe von Querschnittsansichten 1800 bis 2600 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer IC, umfassend einen MIM-Kondensator 102, der eine Kondensatorisolatorstruktur aufweist, die symmetrisch ist. Wenn auch 18 bis 26 mit Verweis auf ein Verfahren beschrieben sind, ist zu verstehen, dass die Strukturen aus 18 bis 26 nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern getrennt von dem Verfahren genommen werden können.
Wie in der Querschnittsansicht 1800 aus 18 zu sehen ist, sind eine Grabenisolierungsstruktur 1618 und ein Zugangstransistor 1608 an einem Substrat 1604 gebildet. Die Grabenisolierungsstruktur 1618 ist so gebildet, dass sie sich in eine Oberseite des Substrats 1604 erstreckt und ein Paar Segmente aufweist, die einen lateralen Abstand aufweisen. Die Grabenisolierungsstruktur 1618 kann beispielsweise eine Shallow-Trench-Isolierungsstruktur (STI-Struktur) oder eine andere geeignete Grabenisolierungsstruktur sei oder umfassen. Der Zugangstransistor 1608 wird zwischen den Segmenten der Grabenisolierungsstruktur 1618 gebildet, nachdem die Grabenisolierungsstruktur 1618 gebildet ist. Der Zugangstransistor 1608 umfasst eine Gatedielektrikumschicht 1614, eine Gateelektrode 1612 über der Gatedielektrikumschicht 1614 und eine Seitenwandabstandhalterstruktur 1616 entlang von Seitenwänden der Gateelektrode 1612. Ferner umfasst ein Zugangstransistor 1608 eine Source-Region 1610s und eine Drain-Region 1610d, zwischen denen die Gateelektrode 1612 eingesetzt ist. Die Zugangstransistor 1608 kann beispielsweise ein IGFET oder ein anderer geeigneter Transistor sein.
Ebenfalls ist in der Querschnittsansicht 1800 aus 18 illustriert, dass eine Interconnectstruktur 1102 teilweise über der Zugangstransistor 1608 gebildet und elektrisch damit gekoppelt ist. Die Interconnectstruktur 1102 umfasst eine erste ILD-Schicht 1110a und eine zweite ILD-Schicht 1110b, die über der ersten ILD-Schicht 1110a liegt. Ferner umfasst die Interconnectstruktur 1102 umfasst eine Mehrzahl von Drähten 1104 und eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen 1108, die in den ersten und zweiten ILD-Schichten 1110a, 1110b gestapelt ist. Die Mehrzahl von Drähten 1104 und die Mehrzahl von Durchkontaktierungen 1108 definieren einen leitfähigen Pfad, der von dem Zugangstransistor 1608 zu einem unteren Kondensatordraht 1104l der Mehrzahl von Drähten 1104 führt. Der untere Kondensatordraht 1104l befindet sich an einer Oberseite der zweiten ILD-Schicht 1110b und stellt eine Grundlage bereit, auf der ein MIM-Kondensator auf dem unteren Kondensatordraht 1104l gebildet werden kann, dessen Details nachfolgend ausführlicher beschrieben sind.
Wie in der Querschnittsansicht 1900 aus 19 dargestellt ist, ist eine dritte ILD-Schicht 1110c auf der zweiten ILD-Schicht 1110b und dem unteren Kondensatordraht 1104l abgeschieden. Zum Zweck der Zeichnungskompaktheit sind ein Abschnitt der Interconnectstruktur 1102, der unter dem unteren Kondensatordraht 204l liegt, und das Substrat 1604 hierin (z. B. in 19) und nachfolgend (z. B. in 20 bis 26) nicht dargestellt. Die dritte ILD-Schicht 1110c kann beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), physische Gasphasenabscheidung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD), einen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der vorstehenden abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen wird eine Ätzstoppschicht (z. B. 1112 in 11) erst beispielsweise durch CVD, PVD, ALD, einen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der vorstehenden auf der zweiten ILD-Schicht 1110b und dem unteren Kondensatordraht 1104l abgeschieden. In solchen Ausführungsformen ist die dritte ILD-Schicht 1110c auf der Ätzstoppschicht abgeschieden.
Wie in der Querschnittsansicht 2000 aus 20 dargestellt, ist die dritte ILD-Schicht 1110c strukturiert, eine Öffnung 2002 zu bilden, die über dem unteren Kondensatordraht 1104l liegt und diesen offenlegt. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Strukturieren der dritten ILD-Schicht 1110c das Bilden einer strukturierten Maskierungsschicht (nicht dargestellt) (z. B. positiver/negativer Photolack, eine Hartmaske usw.) auf einer oberen Fläche der dritten ILD-Schicht 1110c. Die strukturierte Maskierungsschicht kann durch Bilden einer Maskierungsschicht (nicht dargestellt) auf der oberen Fläche der dritten ILD-Schicht 1110c (z. B. über einen Spin-On-Prozess), Offenlegen der Maskierungsschicht für eine Struktur (z. B. über einen Lithographieprozess wie etwa Photolithographie, extreme Ultraviolettlithographie oder dergleichen) und Entwickeln der Maskierungsschicht zum Bilden der strukturierten Maskierungsschicht gebildet sein. Danach wird mit der vorhandenen strukturierten Maskierungsschicht ein Ätzprozess auf die dritte ILD-Schicht 1110c ausgeführt, um selektiv die dritte ILD-Schicht 1110c der strukturierten Maskierungsschicht entsprechend zu ätzen. Der Ätzprozess entfernt nicht maskierte Abschnitte der dritten ILD-Schicht 1110c zum Bilden der Öffnung 2002. In einigen Ausführungsformen kann der Ätzprozess beispielsweise ein Nassätzprozess, ein Trockenätzprozess, ein reaktiver Ionenätzprozess (RIE-Prozess), ein anderer Ätzprozess oder eine Kombination der vorhergehenden sein.
Wie in der Querschnittsansicht 2100 aus 21 gezeigt ist, ist eine untere Elektrodenschicht 2102 auf der dritten ILD-Schicht 1110c abgeschieden und kleidet die Öffnung 2002 aus. In einigen Ausführungsformen ist die untere Elektrodenschicht 2102 beispielsweise durch ALD, CVD, PVD, elektrochemische Plattierung, elektrolose Plattierung, Sputtern, einen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der vorhergehenden abgeschieden. Die untere Elektrodenschicht 2102 ist leitfähig und kann beispielsweise Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN), ein anderes leitfähiges Material oder eine Kombination der vorhergehenden sein oder dieses umfassen.
Wie in der Querschnittsansicht 2200 aus 22 gezeigt ist, ist eine erste Grenzflächenschicht 2202 auf der unteren Elektrodenschicht 2102 gebildet. Die erste Grenzflächenschicht 2202 umfasst ein Metallelement (z. B. Titan (Ti), Tantal (Ta) usw.) und ein Nichtmetallelement (z. B. Stickstoff (N), Sauerstoff (O) usw.). Die untere Elektrodenschicht 2102 umfasst das Metallelement der ersten Grenzflächenschicht 2202. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Grenzflächenschicht 2202 das Metallelement, das Nichtmetallelement und Sauerstoff (O). Beispielsweise ist oder umfasst die untere Elektrodenschicht 2102 Titannitrid (TiN) und die erste Grenzflächenschicht 2202 ist oder umfasst Titanoxynitrid (TiON).
Die erste Grenzflächenschicht 2202 kann durch einen Oxidierungsprozess gebildet sein. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die untere Elektrodenschicht 2102 in einer Verarbeitungskammer gebildet. Nachdem die untere Elektrodenschicht 2102 gebildet ist, kann die untere Elektrodenschicht 2102 Luft ausgesetzt werden (z. B. durch Übertragen der unteren Elektrodenschicht 2102 und der Struktur, die unter der unteren Elektrodenschicht 2102 liegt, aus der Verarbeitungskammer). Indem die untere Elektrodenschicht 2102 der Luft ausgesetzt wird, oxidiert die untere Elektrodenschicht 2102, was dazu führt, dass die erste Grenzflächenschicht 2202 von einer ersten oberen Fläche der unteren Elektrodenschicht 2102 wächst. In einigen Ausführungsformen können, nachdem die erste Grenzflächenschicht 2202 durch den Oxidierungsprozess auf der unteren Elektrodenschicht 2102 gebildet ist, ein oder mehrere Plasmabehandlungsprozesse auf die erste Grenzflächenschicht 2202 ausgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann die erste Grenzflächenschicht 2202 durch einen Abscheidungsprozess gebildet sein, wie beispielsweise CVD, PVD, ALD, einem anderen Abscheidungsprozess oder einer Kombination der vorhergehenden.
Wie in Querschnittsansicht 2300 aus 23 gezeigt ist, ist eine erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und eine zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 über der ersten Grenzflächenschicht 2202 und der unteren Elektrodenschicht 2102 gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Grenzflächenschicht 2202 weggelassen. Die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 sind vertikal aufeinandergestapelt gebildet. Jede der ersten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 ist von den anderen durch eine aus der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 getrennt gebildet und umgekehrt. Beispielsweise ist eine erste Dielektrikumschicht 2302a auf der ersten Grenzflächenschicht 2202 gebildet, eine zweite Dielektrikumschicht 2304a ist auf der ersten Dielektrikumschicht 2302a gebildet, eine dritte Dielektrikumschicht 2302b ist auf der zweiten Dielektrikumschicht 2304a gebildet, eine vierte Dielektrikumschicht 2304b ist auf der dritten Dielektrikumschicht 2302b gebildet und eine fünfte Dielektrikumschicht 2302C ist auf der vierten Dielektrikumschicht 2304b gebildet. In einigen Ausführungsformen sind die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und eine zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 als ein Stapel Dielektrikumschichten bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen eine dritte Mehrzahl von Dielektrikumschichten (siehe z. B. 10) ebenfalls über der ersten Grenzflächenschicht 2202 gebildet sein können.
Die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 kann beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Siliziumdioxid (SiO₂), ein anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorhergehenden sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 ein Metalloxid (z. B. ZrO₂, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen) oder umfassen diese und/oder sind ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder umfassen dieses. Die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 kann beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Siliziumdioxid (SiO₂), ein anderes Dielektrikum oder eine beliebige Kombination der vorhergehenden sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 ein Metalloxid (z. B. ZrO₂, Al₂O₃, HfO₂, Ta₂O₅ oder dergleichen) oder umfassen diese und/oder sind ein Dielektrikum mit hohem k-Wert oder umfassen dieses. In einigen Ausführungsformen sind die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 amorphe Feststoffe.
In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 ein oder mehrere Kristalle (z. B. 502 aus 5). In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 den einen oder die mehreren Kristalle, während die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 amorphe Feststoffe sind. In einigen Ausführungsformen sind die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle der ersten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 gleich. Beispielsweise können der eine oder die mehreren Kristalle der ersten Dielektrikumschicht 2302a im Wesentlichen dieselben Prozentsätze monozyklischer Kristalle, kubischer Kristalle und tetragonaler Kristalle umfassen wie die dritte Dielektrikumschicht 2302b und die fünfte Dielektrikumschicht 2302c.
In anderen Ausführungsformen sind die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle der ersten Dielektrikumschicht 2302a und der fünften Dielektrikumschicht 2302c im Wesentlichen gleich, während die kristallinen Gitterstrukturen des einen oder der mehreren Kristalle der dritten Dielektrikumschicht 2302b sich unterscheiden. Beispielsweise weisen die erste Dielektrikumschicht 2302a und die fünfte Dielektrikumschicht 2302c im Wesentlichen gleiche Prozentsätze monozyklischer Kristalle, kubischer Kristalle und/oder tetragonaler Kristalle auf, während die dritte Dielektrikumschicht 2302b andere Prozentsätze monozyklischer Kristalle, kubischer Kristalle und/oder tetragonaler Kristalle aufweist. Genauer weist in einigen Ausführungsformen die dritte Dielektrikumschicht 2302b einen geringeren Prozentsatz tetragonaler Kristalle auf als die erste Dielektrikumschicht 2302a und/oder die fünfte Dielektrikumschicht 2302c. Beispielsweise weisen der eine oder die mehreren Kristalle der dritten Dielektrikumschicht 2302b weniger oder gleich ca. 20 Gew.-% monozyklische Kristalle, weniger oder gleich ca. 20 Gew.-% kubische Kristalle und zwischen ca. 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonal Kristalle auf, und der eine oder die mehreren Kristalle der ersten Dielektrikumschicht 2302a und der fünften Dielektrikumschicht 2302c weisen mehr als 80 Gew.-% tetragonale Kristalle auf.
In einigen Ausführungsformen sind die erste Dielektrikumschicht 2302a und die fünfte Dielektrikumschicht 2302c mit einer ersten Dicke (z. B. 402 aus 9) gebildet. In weiteren Ausführungsformen sind die zweite Dielektrikumschicht 2304a und die vierte Dielektrikumschicht 2304b mit einer zweiten Dicke (z. B. 404 aus 9) gebildet. In noch weiteren Ausführungsformen ist die dritte Dielektrikumschicht 2302b mit einer dritten Dicke (z. B. 904 aus 9) gebildet. Die erste Dicke kann zwischen ca. 10 Ångstrom (Å) und ca. 35 Å liegen. Die zweite Dicke ist geringer als die erste Dicke. Die zweite Dicke ist größer als ca. 5 Å. Die dritte Dicke kann zwischen ca. 10 Å und ca. 35 Å liegen. In einigen Ausführungsformen sind die dritte Dicke und die erste Dicke im Wesentlichen gleich. In anderen Ausführungsformen ist die dritte Dicke anders als die erste Dicke. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die dritte Dicke geringer als die erste Dicke.
In einigen Ausführungsformen sind die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 durch einen oder mehrere Abscheidungsprozesse (z. B. CVD, PVD, ALD usw.) gebildet. Beispielswiese sind in einigen Ausführungsformen die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 in einer Verarbeitungskammer 2306 durch einen ALD-Prozess gebildet. Der ALD-Prozess bildet die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 in-situ (z. B. ohne Unterbrechen des Vakuums der Verarbeitungskammer 2306). Beispielswiese bildet der ALD-Prozess die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 in-situ durch Beladen der Struktur, die in 22 illustriert ist (und ihre darunterliegenden Elemente (siehe z. B. 18)) in die Verarbeitungskammer 2306 und dann das Abpumpen der Verarbeitungskammer 2306 (z. B. beim Bilden eines Vakuums in der Verarbeitungskammer 2306). Danach wird ein erster Satz Vorläufer zum Abscheiden der ersten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und ein zweiter Satz Vorläufer zum Abscheiden der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 zyklisch in die Verarbeitungskammer 2306 gepumpt, wodurch die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 gebildet wird. Es ist zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Spül-/Evakuierungsschritte zwischen dem Abscheiden der ersten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und er zweiten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 (z. B. Spülen der Verarbeitungskammer 2306 zwischen dem Bilden der erste Dielektrikumschicht 2302a und der zweiten Dielektrikumschicht 2304a, zwischen dem Bilden der zweiten Dielektrikumschicht 2304a und der dritten Dielektrikumschicht 2302b, und so weiter) ausgeführt werden können.
Wie in Querschnittsansicht 2400 aus 24 zu sehen ist, wird eine zweite Grenzflächenschicht 2402 über der fünften Dielektrikumschicht 2302c gebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der zweiten Grenzflächenschicht 2402 das Abscheiden der zweiten Grenzflächenschicht 2402 auf der fünften Dielektrikumschicht 2302c. Die zweite Grenzflächenschicht 2402 kann beispielsweise durch CVD, PVD, ALD, Sputtern, einen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der vorhergehenden abgeschieden werden.
Außerdem ist in der Querschnittsansicht 2400 aus 24 zu sehen, dass eine obere Elektrodenschicht 2404 über der zweiten Grenzflächenschicht 2402 und der fünften Dielektrikumschicht 2302c gebildet ist. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden der oberen Elektrodenschicht 2404 das Abscheiden der oberen Elektrodenschicht 2404 auf der zweiten Grenzflächenschicht 2402. Die obere Elektrodenschicht 2404 kann beispielsweise durch CVD, PVD, ALD, elektrochemische Plattierung, elektrolose Plattierung, Sputtern, einen anderen Abscheidungsprozess oder eine Kombination der vorhergehenden abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Grenzflächenschicht 2402 weggelassen. In solchen Ausführungsformen kann die obere Elektrodenschicht 2404 auf der fünften Dielektrikumschicht 2302c abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Grenzflächenschicht 2402 und/oder die obere Elektrodenschicht 2404 in der Verarbeitungskammer 2306 gebildet werden. In weiteren Ausführungsformen kann die zweite Grenzflächenschicht 2402 und/oder die obere Elektrodenschicht 2404 auch in-situ mit der ersten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 und der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 gebildet werden. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Grenzflächenschicht 2402 und/oder die obere Elektrodenschicht 2404 in einer anderen Verarbeitungskammer als der Verarbeitungskammer 2306 gebildet werden.
Die obere Elektrodenschicht 2404 ist leitfähig und kann beispielsweise Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN), ein anderes leitfähiges Material oder eine Kombination der vorhergehenden sein oder dieses umfassen. Die obere Elektrodenschicht 2404 und die untere Elektrodenschicht 2102 können aus einem selben Materialien hergestellt sein. Die zweite Grenzflächenschicht 2402 umfasst ein Metallelement (z. B. Titan (Ti), Tantal (Ta) usw.) und ein Nichtmetallelement (z. B. Stickstoff (N), Sauerstoff (O) usw.). Die obere Elektrodenschicht 2404 umfasst das Metallelement der zweiten Grenzflächenschicht 2402. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Grenzflächenschicht 2402 das Metallelement, das Nichtmetallelement und Sauerstoff (O). Beispielsweise ist oder umfasst die obere Elektrodenschicht 2404 Titannitrid (TiN) und die zweite Grenzflächenschicht 2402 ist oder umfasst Titanoxynitrid (TiON).
In einigen Ausführungsformen sind die zweite Grenzflächenschicht 2402 und die erste Grenzflächenschicht 2202 mit einer selben Elektronenaffinität gebildet. In weiteren Ausführungsformen sind die untere Elektrodenschicht 2102 und die obere Elektrodenschicht 2404 mit einer selben Austrittsarbeit gebildet. In weiteren Ausführungsformen sind die zweite Dielektrikumschicht 2304a und die vierte Dielektrikumschicht 2304b mit einer selben Elektronenaffinität gebildet. In weiteren Ausführungsformen sind die erste Dielektrikumschicht 2302a und die fünfte Dielektrikumschicht 2302c mit einer selben Elektronenaffinität gebildet. In noch weiteren Ausführungsformen sind die erste Dielektrikumschicht 2302a, die dritte Dielektrikumschicht 2302b und die fünfte Dielektrikumschicht 2302c mit einer selben Elektronenaffinität gebildet. In anderen Ausführungsformen ist die dritte Dielektrikumschicht 2302b mit einer anderen Elektronenaffinität gebildet als die erste Dielektrikumschicht 2302a und/oder die fünfte Dielektrikumschicht 2302c.
Wie in Querschnittsansicht 2500 aus 25 gezeigt ist, sind die obere Elektrodenschicht 2404 (siehe z. B. 24), die zweite Grenzflächenschicht 2402 (siehe z. B. 24), die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302 (siehe z. B. 24), die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304 (siehe z. B. 24), die erste Grenzflächenschicht 2202 (siehe z. B. 24) und die untere Elektrodenschicht 2102 (siehe z. B. 24) strukturiert, einen MIM-Kondensator 102 zu bilden, der über dem unteren Kondensatordraht 1104l liegt. In einigen Ausführungsformen umfasst der MIM-Kondensator 102 eine untere Elektrode 106, eine erste Kondensatorgrenzflächenschicht 602, eine Kondensatorisolatorstruktur 104, eine zweite Kondensatorgrenzflächenschicht 802 und eine obere Elektrode 108, die vertikal gestapelt sind. Die Kondensatorisolatorstruktur 104 ist symmetrisch. In einigen Ausführungsformen umfasst die Kondensatorisolatorstruktur 104 eine erste Dielektrikumstruktur 110a, eine fünfte Dielektrikumstruktur 902a, eine vierte Dielektrikumstruktur 110c, eine sechste Dielektrikumstruktur 902b und eine zweite Dielektrikumstruktur 110b, die vertikal gestapelt sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Strukturierungsprozess zum Bilden des MIM-Kondensators 102 das Bilden einer strukturierten Maskierungsschicht (nicht dargestellt) (z. B. positiver/negativer Photolack, eine Hartmaske usw.) auf einer oberen Fläche der oberen Elektrodenschicht 2404. Danach wird bei vorhandener strukturierter Maskierungsschicht ein Ätzprozess auf die obere Elektrodenschicht 2404, die zweite Grenzflächenschicht 2402, die erste Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2302, die zweite Mehrzahl von Dielektrikumschichten 2304, die erste Grenzflächenschicht 2202 und die untere Elektrodenschicht 2102 ausgeführt, um selektiv solche Schichten der strukturierten Maskierungsschicht entsprechend zu ätzen. Der Ätzprozess entfernt unmaskierte Abschnitte der oberen Elektrodenschicht 2404 zum Bilden der oberen Elektrode 108, unmaskierte Abschnitte der zweiten Grenzflächenschicht 2402 zum Bilden der zweiten Kondensatorgrenzflächenschicht 802, unmaskierte Abschnitte der fünften Dielektrikumschicht 2302C zum Bilden der zweiten Dielektrikumstruktur 110b, unmaskierte Abschnitte der vierten Dielektrikumschicht 2304b zum Bilden der sechsten Dielektrikumstruktur 902b, unmaskierte Abschnitte der dritten Dielektrikumschicht 2302b zum Bilden der vierten Dielektrikumstruktur 110c, unmaskierte Abschnitte der zweiten Dielektrikumschicht 2304a zum Bilden der fünften Dielektrikumstruktur 902a, unmaskierte Abschnitte der ersten Dielektrikumschicht 2302a zum Bilden der ersten Dielektrikumstruktur 110a, unmaskierte Abschnitte der ersten Grenzflächenschicht 2202 zum Bilden der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht 602 und unmaskierte Abschnitte der unteren Elektrodenschicht 2102 zum Bilden der unteren Elektrode 106. In einigen Ausführungsformen kann der Ätzprozess beispielsweise ein Nassätzprozess, ein Trockenätzprozess, ein RIE-Prozess, ein anderer Ätzprozess oder eine Kombination der vorhergehenden sein.
Wie in Querschnittsansicht 2600 aus 26 gezeigt ist, ist die Interconnectstruktur 1102 um den MIM-Kondensator 102 herum fertiggestellt. Bei Fertigstellung umfasst die Interconnectstruktur 1102 eine vierte ILD-Schicht 1110d, die über dem MIM-Kondensator 102 liegt, und umfasst ferner eine Passivierungsschicht 1606, die über der vierten ILD-Schicht 1110d liegt. Ferner umfasst die Interconnectstruktur 1102 eine Mehrzahl weiterer Drähte 1104 und eine Mehrzahl weiterer Durchkontaktierungen 1108 in der vierten ILD-Schicht 1110d und der Passivierungsschicht 1606. Die Mehrzahl weiterer Drähte 1104 umfasst einen oberen Kondensatordraht 1104u und die Mehrzahl weiterer Durchkontaktierungen 1108 umfasst eine TEVA 1108tv, die sich von dem oberen Kondensatordraht 1104u auf die obere Elektrode 108 erstreckt.
27 illustriert ein Ablaufdiagramm 2700 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer IC, umfassend einen MIM-Kondensator, der eine Kondensatorisolatorstruktur aufweist, die symmetrisch ist. Während das Ablaufdiagramm 2700 aus 27 hierin als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen beschrieben ist, ist zu verstehen, dass die illustrierte Anordnung solcher Handlungen oder Ereignisse nicht einschränkend ausgelegt werden soll. Beispielsweise können einige Handlungen in verschiedenen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Abhandlungen oder Ereignissen auftreten, die sich von denen unterscheiden, die hierin illustriert und/oder beschrieben sind. Ferner sind möglicherweise nicht alle illustrierten Handlungen erforderlich, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung hierin umzusetzen, und eine oder mehrere Handlungen, die hierin dargestellt sind, können in einer oder mehreren separaten Handlungen und/oder Phasen ausgeführt werden.
In Handlung 2702 wird eine erste Zwischenschichtdielektrikumschicht (ILD-Schicht) über einer zweiten ILD-Schicht und einem unteren Kondensatordraht liegend gebildet, wobei die zweite ILD-Schicht und der untere Kondensatordraht über einem Substrat angeordnet sind. 18 bis 19 illustrieren eine Reihe von Querschnittsansichten 1800 bis 1900 einiger Ausführungsformen, die Handlung 2702 entsprechen.
In Handlung 2704 ist eine Öffnung in der ersten ILD-Schicht gebildet, die den unteren Kondensatordraht offenlegt. 20 illustriert eine Querschnittsansicht 2000 einiger Ausführungsformen, die Handlung 2704 entsprechen.
In Handlung 2706 ist eine untere Elektrodenschicht über der ersten ILD-Schicht und die Öffnung auskleidend gebildet. 21 illustriert eine Querschnittsansicht 2100 einiger Ausführungsformen, die Handlung 2706 entsprechen.
In Handlung 2708 ist ein Stapel Dielektrikumschichten über der unteren Elektrodenschicht gebildet, wobei eine untere Hälfte des Stapels Dielektrikumschichten Material und/oder Materialdicke betreffend ein Spiegelbild einer oberen Hälfte des Stapels Dielektrikumschichten ist. 22 bis 23 illustrieren eine Reihe von Querschnittsansichten 2200 bis 2300 einiger Ausführungsformen, die Handlung 2708 entsprechen.
In Handlung 2710 ist eine obere Elektrodenschicht über dem Stapel Dielektrikumschichten gebildet. 24 illustriert eine Querschnittsansicht 2400 einiger Ausführungsformen, die Handlung 2710 entsprechen.
In Handlung 2712 sind die obere Elektrodenschicht, der Stapel Dielektrikumschichten und die untere Elektrodenschicht in einen Metall-Isolator-Metall-Kondensator (MIM-Kondensator) strukturiert. 25 illustriert eine Querschnittsansicht 2500 einiger Ausführungsformen, die Handlung 2712 entsprechen.
In einigen Ausführungsformen stellt diese Offenbarung einen Metall-Isolator-Metall-Kondensator (MIM-Kondensator) bereit. Der MIM-Kondensator umfasst eine untere Elektrode, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Eine obere Elektrode liegt über der unteren Elektrode. Eine Kondensatorisolatorstruktur ist zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode angeordnet. Die Kondensatorisolatorstruktur umfasst eine erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen, die ein erstes Dielektrikum umfassen. Die Kondensatorisolatorstruktur umfasst eine zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen, die ein zweites Dielektrikum umfassen, das sich von dem ersten Dielektrikum unterscheidet. Die Kondensatorisolatorstruktur wechselt von der unteren Elektrode zu der oberen Elektrode periodisch zwischen dem ersten und zweiten Dielektrikum ab. Die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen umfasst eine erste Dielektrikumstruktur, eine zweite Dielektrikumstruktur und eine dritte Dielektrikumstruktur. Die zweite Dielektrikumstruktur ist zwischen der ersten Dielektrikumstruktur und der dritten Dielektrikumstruktur angeordnet. Die zweite Dielektrikumstruktur weist einen geringeren Gewichtsprozentsatz (Gew.%) tetragonaler Kristalle auf als die erste Dielektrikumstruktur und die dritte Dielektrikumstruktur.
In einigen Ausführungsformen stellt diese Offenbarung einen anderen Metall-Isolator-Metall-Kondensator (MIM-Kondensator) bereit. Der MIM-Kondensator umfasst eine untere Elektrode, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Eine obere Elektrode liegt über der unteren Elektrode. Eine Kondensatorisolatorstruktur ist zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode angeordnet. Die Kondensatorisolatorstruktur umfasst einen Stapel Dielektrikumstrukturen, die mindestens fünf einzelne Dielektrikumstrukturen umfassen, die vertikal aufeinandergestapelt sind. Die einzelnen Dielektrikumstrukturen umfassen eine erste einzelne Dielektrikumstruktur, die ein erstes Dielektrikum umfasst, und eine zweite einzelne Dielektrikumstruktur, die das erste Dielektrikum umfasst. Die erste einzelne Dielektrikumstruktur ist eine oberste einzelne Dielektrikumstruktur des Stapels Dielektrikumstrukturen. Die zweite einzelne Dielektrikumstruktur ist eine unterste einzelne Dielektrikumstruktur des Stapels Dielektrikumstrukturen. Die einzelnen Dielektrikumstrukturen, die zwischen der ersten einzelnen Dielektrikumstruktur und der zweiten einzelnen Dielektrikumstruktur angeordnet sind, umfassen das erste Dielektrikum, ein zweites Dielektrikum oder ein drittes Dielektrikum. Das zweite Dielektrikum unterscheidet sich von dem ersten Dielektrikum. Das dritte Dielektrikum unterscheidet sich von dem ersten Dielektrikum und dem zweiten Dielektrikum. Die einzelnen Dielektrikumstrukturen, die zwischen der ersten einzelnen Dielektrikumstruktur und der zweiten einzelnen Dielektrikumstruktur angeordnet sind, wechseln sich von der zweiten einzelnen Dielektrikumstruktur zu der ersten einzelnen Dielektrikumstruktur periodisch unter den ersten, zweiten und dritten Dielektrika ab.
In einigen Ausführungsformen stellt diese Anmeldung ein Verfahren zum Bilden eines Metall-Isolator-Metall-Kondensators (MIM-Kondensators) bereit. Das Verfahren umfasst das Bilden einer unteren Elektrodenschicht über einem Halbleitersubstrat. Eine erste Dielektrikumschicht, die ein erstes Dielektrikum umfasst, ist über der unteren Elektrodenschicht gebildet, wobei die erste Dielektrikumschicht mit einem ersten Gewichtsprozentsatz (Gew.%) tetragonaler Kristalle gebildet ist. Eine zweite Dielektrikumschicht, die ein zweites Dielektrikum umfasst, das sich von dem ersten Dielektrikum unterscheidet, ist über der ersten Dielektrikumschicht gebildet, wobei die zweite Dielektrikumschicht als ein amorpher Feststoff gebildet ist. Eine dritte Dielektrikumschicht, die das erste Dielektrikum umfasst, ist über der zweiten Dielektrikumschicht gebildet, wobei die dritte Dielektrikumschicht mit einem zweiten Gew.-% tetragonaler Kristalle gebildet ist. Eine vierte Dielektrikumschicht, die das zweite Dielektrikum umfasst, ist über der dritten Dielektrikumschicht gebildet, wobei die vierte Dielektrikumschicht als ein amorpher Feststoff gebildet ist. Eine fünfte Dielektrikumschicht, die die erste Dielektrikum umfasst, ist über der vierten Dielektrikumschicht gebildet, wobei die fünfte Dielektrikumschicht mit einem dritten Gew.-% tetragonaler Kristalle gebildet ist, wobei das zweite Gew.-% tetragonaler Kristalle geringer ist als das erste Gew.-% tetragonaler Kristalle und das dritte Gew.-% tetragonaler Kristalle. Eine obere Elektrodenschicht ist über der fünften Dielektrikumschicht gebildet. Die obere Elektrodenschicht, die fünfte Dielektrikumschicht, die vierte Dielektrikumschicht, die dritte Dielektrikumschicht, die zweite Dielektrikumschicht, die erste Dielektrikumschicht und die untere Elektrodenschicht sind zum Bilden des MIM-Kondensators strukturiert.
Obiges umschreibt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, mit denen Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen. Fachleute auf dem Gebiet sollten verstehen, dass sie diese Offenbarung leicht als Grundlage für das Design oder die Änderung anderer Prozesse und Strukturen verwenden können, um dieselben Zwecke auszuführen und/oder dieselben Vorteile der hierin eingeführten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute auf dem Gebiet sollten außerdem verstehen, dass solche entsprechenden Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hieran vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.

Claims

Metall-Isolator-Metall-Kondensator (MIM-Kondensator), aufweisend: eine untere Elektrode, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist; eine obere Elektrode, die über der unteren Elektrode liegt; und eine Kondensatorisolatorstruktur, die zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode angeordnet ist, wobei: die Kondensatorisolatorstruktur eine erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen aufweist, die ein ersten Dielektrikum aufweisen; die Kondensatorisolatorstruktur eine zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen aufweist, die ein zweites Dielektrikum aufweisen, das sich von dem ersten Dielektrikum unterscheidet; die Kondensatorisolatorstruktur periodisch von der unteren Elektrode zu der oberen Elektrode zwischen dem ersten und zweiten Dielektrikum abwechselt; die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen eine erste Dielektrikumstruktur, eine zweite Dielektrikumstruktur und eine dritte Dielektrikumstruktur aufweist; die zweite Dielektrikumstruktur zwischen der ersten Dielektrikumstruktur und der dritten Dielektrikumstruktur angeordnet ist; und die zweite Dielektrikumstruktur einen geringeren Gewichtsprozentsatz (Gew.%) tetragonaler Kristalle aufweist als die erste Dielektrikumstruktur und die dritte Dielektrikumstruktur.
MIM-Kondensator nach Anspruch 1, wobei: die erste Dielektrikumstruktur näher an der unteren Elektrode angeordnet ist als eine andere aus der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen und näher an der unteren Elektrode angeordnet ist als eine aus der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen; und die dritte Dielektrikumstruktur näher an der oberen Elektrode angeordnet ist als eine andere aus der ersten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen und näher an der oberen Elektrode angeordnet ist als eine aus der zweiten Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen.
MIM-Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Dielektrikum eine größere Elektronenaffinität aufweist als das zweite Dielektrikum.
MIM-Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die zweite Dielektrikumstruktur zwischen 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonaler Kristalle, weniger oder gleich 20 Gew.-% monozyklischer Kristalle und weniger oder gleich 20 Gew.-% kubischer Kristalle aufweist.
MIM-Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das erste Dielektrikum Zirconiumoxid aufweist; und das zweite Dielektrikum Aluminiumoxid aufweist.
MIM-Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die erste Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen jeweils eine erste Dicke aufweisen, die größer oder gleich ca. 6 Ängstrom ist; und die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen jeweils eine zweite Dicke aufweisen, die größer oder gleich ca. 6 Ängstrom ist.
MIM-Kondensator nach Anspruch 6, wobei die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist.
MIM-Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die erste Dielektrikumstruktur und die dritte Dielektrikumstruktur jeweils eine erste Dicke aufweisen; die zweite Dielektrikumstruktur eine zweite Dicke aufweist; und die zweite Dicke geringer als die erste Dicke ist.
MIM-Kondensator nach Anspruch 8, wobei die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen jeweils eine dritte Dicke aufweisen, die geringer als die zweite Dicke ist.
MIM-Kondensator nach Anspruch 9, wobei: die zweite Dielektrikumstruktur zwischen 40 Gew.-% und 80 Gew.-% tetragonaler Kristalle, weniger oder gleich 20 Gew.-% monozyklischer Kristalle und weniger oder gleich 20 Gew.-% kubischer Kristalle aufweist.
Der MIM-Kondensator nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zweite Mehrzahl von Dielektrikumstrukturen amorphe Feststoffe sind.
MIM-Kondensator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei: die erste Dicke zwischen ca. 21 Ångstrom und ca. 35 Ångstrom liegt; die zweite Dicke zwischen ca. 10 Ångstrom und ca. 20 Ångstrom liegt; und die dritte Dicke größer als ca. 6 Å ist.
MIM-Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die untere Elektrode ein Metallelement und ein Nichtmetallelement aufweist; der MIM-Kondensator eine erste Kondensatorgrenzflächenschicht aufweist, die zwischen und direkt in Kontakt mit der Kondensatorisolatorstruktur und der unteren Elektrode angeordnet ist; und wobei die erste Kondensatorgrenzflächenschicht das Metallelement, das Nichtmetallelement und Sauerstoff aufweist.
MIM-Kondensator nach Anspruch 13, wobei: die obere Elektrode das Metallelement und das Nichtmetallelement aufweist; der MIM-Kondensator eine zweite Kondensatorgrenzflächenschicht aufweist, die zwischen und direkt in Kontakt mit der Kondensatorisolatorstruktur und der oberen Elektrode angeordnet ist; und wobei die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht das Metallelement, das Nichtmetallelement und Sauerstoff aufweist.
Metall-Isolator-Metall-Kondensator (MIM-Kondensator), aufweisend: eine untere Elektrode, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist; eine obere Elektrode, die über der unteren Elektrode liegt; und eine Kondensatorisolatorstruktur, die zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode angeordnet ist, wobei: die Kondensatorisolatorstruktur einen Stapel Dielektrikumstrukturen, die mindestens fünf einzelne Dielektrikumstrukturen aufweisen, die vertikal aufeinandergestapelt sind, aufweist; die einzelnen Dielektrikumstrukturen eine erste einzelne Dielektrikumstruktur, die ein erstes Dielektrikum aufweist, und eine zweite einzelne Dielektrikumstruktur, die das erste Dielektrikum aufweist, aufweisen; die erste einzelne Dielektrikumstruktur eine oberste einzelne Dielektrikumstruktur des Stapels Dielektrikumstrukturen ist; die zweite einzelne Dielektrikumstruktur eine unterste einzelne Dielektrikumstruktur des Stapels Dielektrikumstrukturen ist; die einzelnen Dielektrikumstrukturen, die zwischen der ersten einzelnen Dielektrikumstruktur und der zweiten einzelnen Dielektrikumstruktur angeordnet sind, das erste Dielektrikum, ein zweites Dielektrikum oder ein drittes Dielektrikum aufweisen; sich das zweite Dielektrikum von dem ersten Dielektrikum unterscheidet; sich das dritte Dielektrikum von dem ersten Dielektrikum und dem zweiten Dielektrikum unterscheidet; und die einzelnen Dielektrikumstrukturen, die zwischen der ersten einzelnen Dielektrikumstruktur und der zweiten einzelnen Dielektrikumstruktur angeordnet sind, von der zweiten einzelnen Dielektrikumstruktur zu der ersten einzelnen Dielektrikumstruktur periodisch unter den ersten, zweiten und dritten Dielektrika abwechseln.
MIM-Kondensator nach Anspruch 15, wobei: eine Gesamtanzahl der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das erste Dielektrikum darstellen, X ist; eine Gesamtanzahl der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das zweite Dielektrikum darstellen, Y ist; eine Gesamtanzahl der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das dritte Dielektrikum darstellen, Z ist; Y gleich Z ist; und Y gleich X minus 1 ist.
MIM-Kondensator nach Anspruch 15 oder 16, wobei: die einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das erste Dielektrikum darstellen, durch mindestens eine der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das zweite Dielektrikum aufweisen, und eine der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das dritte Dielektrikum aufweisen, vertikal voneinander getrennt sind; die einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das zweite Dielektrikum darstellen, durch mindestens eine der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das erste Dielektrikum aufweisen, und eine der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das dritte Dielektrikum aufweisen, vertikal voneinander getrennt sind; und die einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das dritte Dielektrikum darstellen, durch mindestens eine der einzelnen Dielektrikumstrukturen, die das erste Dielektrikum aufweisen, vertikal voneinander getrennt sind.
MIM-Kondensator nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei: die obere Elektrode und die untere Elektrode Titannitrid sind; und eine Austrittsarbeit der oberen Elektrode im Wesentlichen gleich wie eine Austrittsarbeit der unteren Elektrode ist.
MIM-Kondensator nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei: der MIM-Kondensator eine erste Kondensatorgrenzflächenschicht aufweist, die zwischen und direkt in Kontakt mit der Kondensatorisolatorstruktur und der unteren Elektrode angeordnet ist; der MIM-Kondensator eine zweite Kondensatorgrenzflächenschicht aufweist, die zwischen und direkt in Kontakt mit der Kondensatorisolatorstruktur und der oberen Elektrode angeordnet ist; und die erste Kondensatorgrenzflächenschicht und die zweite Kondensatorgrenzflächenschicht Titanoxynitrid sind; und eine Elektronenaffinität der ersten Kondensatorgrenzflächenschicht im Wesentlichen gleich wie die Elektronenaffinität der zweiten Kondensatorgrenzflächenschicht ist.
Verfahren zum Bilden eines Metall-Isolator-Metall-Kondensators (MIM-Kondensator), das Verfahren umfassend: Bilden einer unteren Elektrodenschicht über einem Halbleitersubstrat; Bilden einer ersten Dielektrikumschicht, die ein erstes Dielektrikum umfasst, über der unteren Elektrodenschicht, wobei die erste Dielektrikumschicht mit einem ersten Gewichtsprozentsatz (Gew.%) tetragonaler Kristalle gebildet ist; Bilden einer zweiten Dielektrikumschicht, die ein zweites Dielektrikum umfasst, das sich von dem ersten Dielektrikum unterscheidet, über der ersten Dielektrikumschicht, wobei die zweite Dielektrikumschicht als ein amorpher Feststoff gebildet ist; Bilden einer dritten Dielektrikumschicht, die das erste Dielektrikum umfasst, über der zweiten Dielektrikumschicht, wobei die dritte Dielektrikumschicht mit einem zweiten Gew.-% tetragonaler Kristalle gebildet ist; Bilden einer vierten Dielektrikumschicht, die das zweite Dielektrikum umfasst, über der dritten Dielektrikumschicht, wobei die vierte Dielektrikumschicht als ein amorpher Feststoff gebildet ist; Bilden einer fünften Dielektrikumschicht, die die erste Dielektrikum umfasst, über der vierten Dielektrikumschicht, wobei die fünfte Dielektrikumschicht mit einem dritten Gew.-% tetragonaler Kristalle gebildet ist, wobei das zweite Gew.-% tetragonaler Kristalle geringer ist als das erste Gew.-% tetragonaler Kristalle und das dritte Gew.-% tetragonaler Kristalle; Bilden einer oberen Elektrodenschicht über der fünften Dielektrikumschicht; und Strukturieren der oberen Elektrodenschicht, der fünften Dielektrikumschicht, der vierten Dielektrikumschicht, der dritten Dielektrikumschicht, der zweiten Dielektrikumschicht, der ersten Dielektrikumschicht und der unteren Elektrodenschicht zum Bilden des MIM-Kondensators.