KR20130017090A - 강유전체 커패시터 모듈, 제조 방법 및 디자인 스트럭쳐 - Google Patents
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Abstract
강유전체 캐패시터 모듈들, 제조 방법들 및 디자인 스트럭쳐들이 제공된다. 강유전체 캐패시터를 제조하는 상기 방법은 CMOS 스트럭쳐(10)의 절연층(18) 상에 장벽층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 장벽층 위에 탑 플레이트(32) 및 바텀 플레이트(28)을 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 탑 플레이트(32)와 상기 바텀 플레이트(28) 사이에 강유전체 재료를 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 장벽층, 탑 플레이트(32), 바텀 플레이트(28) 및 강유전체 재료(30)을 캡슐 재료로 캡슐화하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 캡슐 재료(36)를 통해서, 상기 탑 플레이트(32) 및 바텀 플레이트(28)에 대한 컨택들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 탑 플레이트(32)에 대한 상기 컨택(20)과 상기 CMOS 스트럭쳐의 확산 영역에 대한 컨택(20)은 공동 배선을 통해 전기적 접속이 된다.
Description
본 발명은 반도체 디바이스 및 제조 방법, 특히, 강유전체 커패시터 (ferro-electric capacitor) 모듈, 제조 방법 및 디자인 스트럭쳐에 관련된 것이다.
강유전체 커패시터는 예를 들어, PZT와 같은 강유전체 재료를 이용한다. 강유전체 디바이스는 강유전체 RAM (FRAM)을 통하여 통상 디지털 전자 제품에 이용된다. FRAM은 DRAM과 유사한 랜덤 액세스 메모리이지만 비휘발성 (non-volatility)을 실현하기 위하여 유전체층 (dielectric layer)대신 강유전체층을 이용한다. FRAM은 그래서 플래시 메모리 (Flash memory)와 같은 기능성을 제공하는 대체적인 (alternative) 비휘발성 메모리 기술이다. 플래시에 대한 FRAM의 장점으로는 낮은 전력 사용, 빠른 쓰기 기능 그리고 엄청나게 커진 쓰기-지우기 싸이클 (write-erase cycles)의 더 커진 최대값(a much greater maximum number) (3.3 V 디바이스에 대해서 1016 을 초과함)등이 있다.
FRAM은 또한 DRAM에 대해서도 잇점을 가지고 있다. 구체적으로, DRAM에서, 커패시터 플레이트 (plates)에 축적된 (deposited) 전하 (charge)는 절연층 (insulating layer)과 제어 트랜지스터 (control transistor) 통해 (across) 누설 (leaks)이 생기면서 방전된다. DRAM이 데이터를 저장하기 위해서는, 무엇보다도 짧은 시간, 예를 들어, 1초도 안되는 ?은 시간에, 모든 셀 (cell)을 주기적으로 읽고 그리고 다시 쓰기가 반복하여야 하는데, 이 과정은 리프레시 (refresh)라고 알려져 있다. 이 리프레시 동작은 계속적인 전원의 공급을 필요로 한다.
대조적으로, FRAM은 실제로 셀을 읽거나 쓸 때만 전력을 필요로 한다. 따라서, FRAM은 리프레시 과정을 필요로 하지 않는다. FRAM은 쓰기 동작에서 DRAM과 유사하게 작동하지만 (work), 읽기 동작에서는 다르다. 구체적으로는, 쓰기는 강유전체층의 어느 한쪽단에서 플레이트를 충전하여, 강유전체층에 전계 (a field)를 인가함으로서 달성되는데, 이에 의하여, "1" 또는 "0" 을 저장한다. 읽기 동작에서, 트랜지스터는 강제로 셀을 특정 상태(a particular state), 예를 들어 "0"이 되도록 한다. 만약 이미 셀이 "0"을 저장하고 있다면, 출력 라인에서는 아무일도 일어나지 않을 것이다: 그러나, 만약 셀이 "1"을 저장하고 있다면, 원자들의 재정렬 (the re-orientation of the atoms)로 출력에서 간단한 전류의 펄스 (a brief pulse of current)가 발생할 것이다. 이 펄스의 존재는 셀이 "1"을 저장하고 있음을 의미한다. 이 과정은 셀을 덮어 쓰게 되므로 (overwrites), FRAM의 읽기는 피괴적인 과정이며, 만약 읽기 동작에서 셀의 저장 값이 바뀌었면 그 셀에 다시 기록하는 것이 필요하다.
하지만, 현재 FRAM은 CMOS 기술에 잘 통합되지 않고 있다. 따라서, 상기에서 설명된 단점들 (deficiencies)과 제한점들 (limitations)을 극복하기 위한 요구가 당업계에서 존재한다.
본 발명의 제 1실시예 (aspect)에서, 강유전체 커패시터의 제조 방법은 CMOS 스트럭쳐의 절연층 상에 장벽층 (barrier layer)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 장벽층 위에 탑 (top) 플레이트와 바텀 (bottom) 플레이트를 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 탑 플레이트와 바텀 플레이트 사이에 강유전체 재료를 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 장벽층, 탑 플레이트, 바텀 플레이트 및 강유전체 재료를 캡슐 재료 (encapsulating material)로서 캡슐하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 캡슐 재료를 통하여 탑 플레이트와 바텀 플레이트로의 컨택 (contacts)을 형성하는 단계를 더 포함한다. 적어도 탑 플레이트로의 컨택 그리고 CMOS 스트럭쳐의 확산 영역(diffusion)에 대한 컨택은 공통의 배선 (wire)을 통하여 전기적으로 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 방법은 하나의 게이트 (gate) 스트럭쳐, 상기 게이트 스트럭쳐와 연관된 소스 (source) 및 드레인 (drain) 영역 그리고 게이트 스트럭쳐 위의 절연 재료를 포함하는 CMOS 스트럭쳐를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 절연 재료위에 복수의 층들을 증착하는 단계를 더 포함하는데, 상기 복수의 층들은 탑 플레이트와 바텀 플레이트사이에 낀 (sandwiched) 적어도 하나의 강유전체 재료를 포함한다. 상기 방법은 캡슐 재료로 상기 복수의 층을 캡슐하는 단계를 더 포함한다. 적어도 상기 탑 플레이트로의 컨택 그리고 상기 CMOS 스트럭쳐의 소스에 대한 컨택은 공통의 배선을 통하여 전기적으로 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 하나의 스트럭쳐는 게이트 스트럭쳐, 상기 게이트 스트럭쳐와 연관된 소스 및 드레인 영역, 게이트 스트럭쳐 위의 하부 (lower) 절연 재료 그리고 상기 절연 재료에 둘러쌓여 상기 소스 및 드레인 영역과 접속된 컨택을 포함한 CMOS 스트럭쳐를 포함한다. 상기 스트럭쳐는 상기 절연 재료 상에 복수의 층들을 더 포함한다. 상기 복수의 층들은 탑 플레이트와 하부 플레이트사이에 낀 적어도 하나의 강유전체 재료를 포함한다. 상기 스트럭쳐는 상기 복수의 층들을 캡슐하는 캡슐 재료를 더 포함한다. 상기 스트럭쳐는 상기 하부 절연층 위에 형성된 하나 또는 그 이상의 상부 (upper) 절연층들을 더 포함한다. 상기 스트럭쳐는 상기 하나 또는 그 이상의 상부 절연층들에 형성된 배선 (wiring)을 더 포함하는데, 이것은 상기 탑 플레이트, 바텀 플레이트 그리고 소스 및 드레인 영역에 대한 컨택을 이룬다 (make).
본 발명의 또 다른 실시예에서, 디자인 스트럭쳐는 집적 회로 (integrated circuit (IC))를 설계 (designing), 제조 또는 시험하기 위한 기계 판독가능 저장 매체에서 명백히 (tangibly) 구현된다. 상기 디자인 스트럭쳐는 게이트 스트럭쳐 위에 절연재료; 상기 절연 재료 상의 복수의 층들 - 상기 복수의 층들은 탑 플레이트와 바텀 플레이트사이에 낀 적어도 하나의 강유전체 재료를 포함함-; 상기 복수의 층들을 캡슐하는 캡슐 재료; 상기 하부 절연층 위에 형성된 하나 또는 그 이상의 상부 절연층들; 및 상기 하나 또는 그 이상의 상부 절연층들 내에 형성된 배선을 포함하는 CMOS 스트럭쳐를 포함하며, 상기 배선은 상기 탑 플레이트 및 상기 바텀 플레이트에로 콘택을 이루고, 그리고 상기 CMOS 스트럭쳐의 확산 영역에로 컨택을 이룬다.
본 발명은 예시적인 (exemplary) 실시예들의 비제한적 사례들로서, 복수의 도면들을 참조하여 이하 상세한 설명에서 기술된다.
도 1-12는 본 발명의 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다;
도 13은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐와 제조 방법들을 도시한다;
도 14-21은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다;
도 22와 23은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐와 제조 방법들을 도시한다;
도 24-27은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다; 그리고
도 28은 반도체 설계, 제조, 및/또는 시험에 사용되는 흐름 (flow) 다이어그램 (diagram)을 도시한다.
도 1-12는 본 발명의 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다;
도 13은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐와 제조 방법들을 도시한다;
도 14-21은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다;
도 22와 23은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐와 제조 방법들을 도시한다;
도 24-27은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다; 그리고
도 28은 반도체 설계, 제조, 및/또는 시험에 사용되는 흐름 (flow) 다이어그램 (diagram)을 도시한다.
본 발명은 반도체 디바이스 및 제조 방법, 특히, 강유전체 커패시터 모듈, 제조 방법 및 디자인 스트럭쳐에 관련된 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 강유전체 커패시터를 CMOS 제조 공정 (flow) 내에 구현하기 (embedding) 위한 다양한 통합 전략들을 제공하기 위한 것이다(directed). 본 발명의 디바이스와 제조 방법은 현재의 강유전체 커패시터들 (예를들어, 강유전체 랜덤 액세스 메모리(FRAM))의 애스펙트 비율들(aspect ratios)을 향상시키고 다른 커패시터들을 제공하기 위한 다양한 전략을 제시하는데, 본 발명의 장점은, 무엇보다도, 다른 캐패시터들 각각은 실리콘에 대해 감소된 컨택 애스팩트 비율을 제공한다는 것이다.
도 1-12는 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다. 본 발명 실시예의 디자인에서, 상기 스트럭쳐는 실리콘에 대한 감소된 컨택 애스팩트 비율을 가지며, 제조 방법은 상부 전극 (electrode) 컨택의 수소 노출을 제거해 주며 이것은 본 발명의 모든 실시예들에 적용할 수 있다.
특히, 도 1-12는 이중 (dual) 또는 단일 (single) 다마신 (damascene) 공정을 이용한 FRAM의 제조 방법을 보여 준다. 도 1은 종래의 CMOS 스트럭쳐 (10)으로 시작한다. 특히, 소스 (S) 및 드레인 (D) 영역 (14)가 종래의 도핑 (doping) 공정을 이용하여 기판 (substrate, 12)에 제공된다. 기판 (12)는 예를 들면, 실리콘이 될 수 있다. 종래의 게이트 스트럭쳐 (16)은 종래의 리소그래피 (lithographic) 및 식각 (etching) 공정을 이용하여 기판 (12) 상에서 제조된다. 게이트 스트럭쳐 (16)은 소스 (S) 및 드레인 (D) 영역 (14)사이에 걸쳐 있으며 (spans), 게이트 절연물 (예를 들어, 유전체), 폴리 게이트 바디 (poly gate body) 그리고 질화물 (nitride) 또는 산화물 (oxide) 측벽 (sidewalls)을 포함한다. 실시예들에서, 게이트 스트럭쳐 (16)은 예를 들면, 질화물 또는 산화물 덮개 (cap)와 같은 덮개층 (capping layer)을 포함한다. 절연층 (18)은 기판 (12) 및 게이트 스트럭쳐 (16) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (18)은 예를 들면, BPSG가 될 수 있다.
도 2에서, 컨택들 (20)이 절연층 (18) 내에 형성된다. 좀 더 구체적으로, 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 (예를 들어, 반응성 이온 식각 (reactive ion etching)), 컨택홀들 (contact holes)이 절연층 (18) 내에 형성된다. 상기 컨택홀들은 소스 (S) 및 드레인 (D) 영역 (14)까지 연장된다. 금속이 컨택들 (20)을 형성하기 위하여 컨택홀들 내에 증착되는데, 이것은 소스 (S) 및 드레인 (D) 영역 (14)을 접촉한다. 실시예들에서, 상기 금속은 텅스텐 (tungsten)이지만, 본 발명에서 다른 금속들도 가능하다. 실시예들에서, 텅스텐은 종래의 증착 공정을 이용하여 증착될 수 있다. 이들 공정들에는, 텅스텐 증착 전에, 예를 들어, 질화티타늄 (TiN) 또는 질화티타늄알루미늄 (TiAlN)과 같은 장벽층과 함께 컨택홀을 라이닝 (lining) 단계를 포함한다. 금속 증착후, 상기 스트럭쳐는 예를 들어, 화학 기계적 연마 (chemical mechanical polishing (CMP))와 같은 종래의 연마 단계를 이용하여 연마된다 (undergoes).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 여러 증착 단계들을 도시한다. 특히, 절연층 (22)는 절연층 (18) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (22)는 TEOS (Tetraethyl orthosilicate)이지만, 다른 절연 재료들도 본 발명에서 가능하다. 절연층 (22)는 예를 들어, 종래의 CVD 또는 PVD 공정을 이용하여 전면 증착(blanket deposited)될 수 있으며, 그 두께는 약 10nm에서 약 1,000nm 범위내가 될 수 있다. 산화알루미늄 (Al2O3, 비결정성알루미늄산화물(AlxOy))층 (24)가 선택층으로서, 예를 들어, 종래의 CVD 또는 PVD 공정을 이용하여 절연층 (22) 상에 증착된다. 상기층 (24)는 약 5nm 에서 약 50nm 범위의 깊이로 전면 증착될 수 있다. 선택층으로서 산화티타늄 (TiOx)층 (26)이 층 (24) 상에 전면 증착된다. TiOx층 (26)은 예를 들어, 종래의 CVD 또는 PVD 공정을 이용하여 약 5nm에서 약 50nm 범위의 깊이로 증착될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 금속층 (예를 들어, 백금층 (platinum layer, 28))이 예를 들어, 종래의 금속 증착 공정을 이용하여 선택층인 TiOx층 (26) 상에 증착된다. 실시예들에서, 백금층 (28)은 커패시터의 하부 전극 컨택 (플레이트)으로서 동작한다 (acts). 상기 백금층 (28)은 약 50nm 에서 약 300nm 범위의 두께로 증착될 수 있다.
다른 실시예들에서, 종래의 증착 공정을 이용하여, PZT (lead zirconate titanate)층 (30)이 약 50nm 에서 약 400nm 범위의 깊이로 백금층 (28) 상에 증착된다. 예를 들면, PZT를 위한 증착 기술은 금속 유기화학 증착 (metal organic chemical vapor deposition (MOCVD))이지만; 졸-겔 (sol-gel) 또는 금속 유기 분해 (decomposition)와 같은 다른 증착 기술이 이용될 수도 있다. PZT층 (30)은 강유전체이며, 이것은 전기장 (electric field)의 존재로 리버스될 수 있는 (reversed) 자연발생의 전기 분극 (spontaneous electric polarization, 전기 쌍극자 (electric dipole))을 갖는다. 실시예들에서, PZT층 (30)은 백분율 범위에서, 란타늄 (Lanthanum), 스트론튬 (Strontium) 또는 칼슘 (Calcium)등의 불순물이 심하게 (heavily) 도핑된다 (doped). 물론, 다른 강유전체 재료들도 또한 본 발명에서 가능하다 (본 발명의 모든 실시예에 적용될 수 있다).
산화이리듐 (Iridium Oxide (IrOx))층 (32)가 약50nm에서 약 300nm 범위의 두께로 상기 PZT층 (30)위에 전면 증착된다. 선택적인 실시예들에서, 상기층 (32)은 약 20nm에서 약 50nm 범위의 두께로 이리듐 (Ir) 또는 백금으로 씌울 수 있다 (capped). 상기층 (32)는 커패시터를 위한 상부 전극 컨택 (플레이트)으로서 동작한다.
도 4에서, 상기층 (32)는 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 패턴된다 (patterned). 예를 들어서, 레지스트 (resist)가 상기층 (32) 위에 증착되고 개구들 (openings)을 형성하기 위하여 빛(light)에 노출된다. 개구가 형성되면, 패턴 (32a)와 (32b)를 형성하기 위해 반응성 이온 식각 공정이 수행되어 상기층 (32)를 패턴한다. 상기 레지스트는 이제 예를 들어, 유기 세정 (organic clean) 및 린스 (rinse) 공정을 이용하여 제거된다 (stripped). (도면 우측의) 음영진 (shadowed) 패턴 (32b)는 패턴 (32a)에 대하여 후방에 위치하는 탑 플레이트 (층 32)의 일부이고, 도 4에서 도시된 스트럭쳐의 플레인 (plain)에 대하여 수직 방향으로 되어 있다.
도 5는 상기 PZT층 (30)의 패터닝 공정을 도시한다. 좀 더 구체적으로는, 도 5에서, 상기 PZT층 (30)이 패턴 (32a)를 형성하기 위하여 패턴된다. 실시예들에서, 상기 패턴 (30a)는 커패시터의 탑 플레이트와 바텀 플레이트사이에 끼어 있으며 커패시터의 절연체로서 동작한다. 한 예에서, 상기 패턴 (30a)는 상기층 (30), 패턴 (32a)와 (32b) 위에 레지스트 (예를 들어, PZR 마스크)를 증착함으로써 형성된다. 상기 레지스트는 추후 식각 공정 동안 패턴 (32a)와 (32b) (탑 플레이트)를 보호한다. 상기 레지스트는 개구를 형성하기 위하여 빛에 노출되며 이후, 패턴 (30a)를 형성하기 위해 반응성 이온 식각 (RIE) 공정을 수행하여 상기층 (30)을 패턴한다. 상기 레지스트는 이제 예를 들어, 유기 세정 및 린스 과정을 이용하여 제거된다.
도 6에서, 종래의 증착 공정을 이용하여 선택적인 층 (34)가 상기 패턴 (32a), (32b) 및 (30a) 그리고 층 (28) 상에 증착된다. 실시예들에서, 상기층 (34)는 선택적인 알루미늄화합물 (AlOx)이며, 이것은 상기 패턴 (32a), (32b) 및 (30a)를 캡슐한다. 이런 방식으로, 캡슐된 패턴 (32a), (32b) 및 (30a)는 추후 공정 단계 동안 수소 중독 (hydrogen poisoning)으로부터 보호된다. 상기층 (34)는 약 50nm 깊이 정도의 두께로 증착된다.
도 7에서, 상기층 (24), (26) 및 (28)은 예를 들어, RIE와 같은 종래의 식각 공정을 이용하여 식각된다. 실시예들에서, 식각은 층 (24), (26) 및 (28)에 선택적이며 하부 (underlying) 층 (22)에 심각한 영향을 주지는 않는다. 상기 식각 공정은 캡슐된 패턴 (32a), (32b) 및 (30a) (또는 선택적인 층 (34)) 위에 레지스트 (마스크)를 증착함으로써 수행된다. 상기 레지스트는 이제 개구를 형성하기 위하여 빛에 노출되며 그 후 상기 스트럭쳐는 층 (24), (26) 및 (28) (그리고 선택적인 층 (34))의 보호되지 않는 부분을 제거하기 위하여 식각 공정을 거친다. 도 7의 스트럭쳐는 이제 종래의 세정 과정을 거친다.
도 8에서, 상기 스트럭쳐는 층 (36)으로 캡슐되어 있다. 좀 더 구체적으로, 층 (36)은 패턴 (32a), (32b) 및 (30a) (또는 선택적인 층 (34)) 그리고 층 (22)위에 증착된다. 층 (36)은 또한 층 (24), (26) 및 (28)의 측벽이나 모든 노출된 표면에 증착된다. 이런 방식으로, 층 (36)은 또한 층 (24), (26) 및 (28)의 측벽이나 모든 노출된 표면을 보호하고 캡슐한다. 층 (36)은 예를 들면, 약 50 nm 또는 그 이하의 두께로 증착되는 AlOx일 수 있다. 본 발명에서는, 선택으로, 층 (32a), (32b) 및 (30a)를 커버하기 위하여 레지스트 마스킹 (masking)을 사용하고 강유전체 덮개 영역들(ferro cap regions) (예를 들어, 스택된 층 (24), (26), (28) 및 (30a)에 의해 정의된 것과 같은)로부터 떨어진 영역들 상의 층 (36)을 식각할 수 있다.
도 9에서, 절연층 (38)이 층 (36) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (38)은 예를 들어, CVD 또는 PVD와 같은 종래의 증착 방법을 이용하여 증착되는 TEOS 또는SiO2가 될 수 있다. 일단 증착되면, 절연층 (38)은 예를 들어, 화학 기계적 연마와 같은 평탄화 (planarization) 공정을 거친다.
도 10에서, 절연층 (40)이 층 (38) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (40)은 예를 들어, CVD 또는 PVD와 같은 종래의 증착 방법을 이용하여 증착되는 TEOS 또는SiO2가 될 수 있다. 일단 증착되면, 절연층 (40)은 예를 들어, 화학 기계적 연마와 같은 평탄화 공정을 거친다.
도 11은 본 발명에 의하여 다마신 공정을 도시한다. 제 1의 실시예에서는, 컨택들 (스터드 (stud)) (42)와 배선 (44), (44a)를 제조하기 위하여 이중 다마신 공정이 이용된다. (배선 (44a)는 커패시터의 탑 플레이트에 대한 컨택이 될 수 있고, 따라서 컨택과 배선이 이하 상호교환적으로 (interchangeable) 사용된다는 것을 당업자는 이해한다). 좀 더 구체적으로, 실시예들에서, 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 (위에서 논의된 바와 같이) 하나의 트렌치 (trench)가 절연층 (40) 내에 형성된다. 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 (위에서 논의된 바와 같이) 이제 비아들 (vias)이 절연층 (38) 내에 형성된다. 상기 비아들은 층 (20) 및 (36)을 통하여, 컨택 (20)에까지 연장된다. 다른 실시예들에서, 상기 비아들은 트렌치들이 형성되기 전에 형성될 수 있다.
실시예들에서, 상기 비아들은 정렬되어 (aligned with) 컨택들 (20) 및 탑 플레이트들 (32a), (32b)까지 연장된다. (비록 여기에 도시하지 않지만, 상기 비아들은 또한 바텀 플레이트까지 연장된다). 상기 비아들은, 예를 들어, 직경이 약 0.6~0.2 마이크론 (microns), 또는 그 이하 정도가 될 수 있다 (본 발명의 모든 실시예에 적용될 수 있다). 컨택들 (20)까지 연장되는 상기 비아들은 컨택들 (42)를 형성하기 위해 종래의 금속 증착 공정을 이용하여 금속으로 채워진다. 실시예들에서, 예를 들어, 상기 금속은 텅스텐이지만, 본 발명에서 구리 (copper)와 같은 다른 금속 또는 금속 합금 (metal alloys)이 가능하다. 남아있는 상기 비아들은 이러한 금속 증착 공정 동안에 마스크될 수 있다. 상기 트렌치들과 남아있는 비아들은 배선 (44), (44a)를 형성하는 금속으로 채워지는데, 이들은 컨택 (42) 및 탑 플레이트 (32a), (32b)과 접촉한다. 실시예들에서, 배선 (44), (44a)는 구리이지만, 본 발명에서 예를 들어, 다른 금속 또는 금속 합금이 가능하다. 실시예들에서, 시드층 (seed layer) 및/또는 라이너 (liner)가 금속 증착 이전에 트렌치 및/또는 비아에 증착될 수 있다. 상기 시드층 및/또는 라이너의 사용은 본 발명의 모든 실시예에 적용될 수 있다.
다른 실시예에서, 컨택들 (42) 및 배선 (44), (44a)가 단일 다마신 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 이 공정에서, 컨택들 (20)까지 연장되는 비아들이, 절연층 (40)의 증착 이전에, 절연층 (38) 내에 형성된다. 상기 비아들은 종래의 리소그래피 및 식각 공정들을 이용하여 형성될 수 있다 (위에서 논의된 바와 같이). 상기 비아들은 정렬되어 (in alignment with) 컨택들 (20)까지 연장되며, 예를 들어, 직경이 약 0.6~0.2 마이크론, 또는 그 이하 정도가 될 수 있다. 컨택들 (20)까지 연장되는 상기 비아들은 컨택들 (42)를 형성하기 위해 종래의 금속 증착 공정을 이용하여 텅스텐 (또는 다른 금속 또는 금속 합금)으로 채워진다. 실시예들에서, 탑 플레이트 (32a), (32b)까지 연장되는 추가적인 비아들이 또한 형성된다. 상기 추가적인 비아들은 위에서 논의된 것과 같은 방식으로 형성되고, 배선 (44a) (이것은 탑 플레이트 (32a), (32b)와 접촉함)를 형성하기 위하여 예를 들어, 구리로서 채워진다. 상기 비아들이 금속으로 채워진 다음, 종래의 증착 공정을 이용하여 절연층 (40)이 증착된다. 컨택들 (42) 및 배선 (44a)까지 연장되는 트렌치들을 형성하기 위하여 상기 절연층은 식각된다. 이제 상기 트랜치들은 배선 (44)를 형성하기 위하여 구리 (또는 다른 금속 또는 금속 합금)로 채워진다. 배선 (44)는 컨택들 (40) 및 배선 (44a)와 접촉한다. 상기 스트럭쳐는 그 다음 당업자에게 알려진 종래의 방법 (methodologies)을 이용하여 이제 평탄화 및/또는 연마 단계를 거친다.
도 12는 도 11에서 도시한 스트럭쳐의 또 다른 투시도 (perspective view)를 도시한다. 이 투시도에서, 컨택 (42a)는 바텀 플레이트 (28) (이것은 층 (24), (26) 및 (28)의 식각 동안 패턴된다)과 접촉한다. 실시예에서, 컨택 (42a)는 텅스텐이다. 하지만, 도 13에서 도시된 것과 같이, 참조 번호 (reference numeral)가 (42b)로 표기되며 예를 들어, 또한 배선 (기술 노드 (node)에 좌우됨)이라고 언급되는 컨택은 구리 또는 다른 금속 또는 금속 합금이다. 컨택 (42a), (42b)가 상기 설명된 방식으로, 동시에 컨택들 (42)로서 형성될 수 있다.
도 14-21은 본 발명의 실시예에 따른, 디바이스의 스트럭쳐들과 제조 방법들을 도시한다. 본 발명 실시예의 디자인에 있어서, FRAM의 열 주기 (thermal cycle)는 오직 CMOS에게만 영향을 주고, 텅스텐 컨택들에는 영향을 미치지 않는다.
도 14는 추가적인 층들과 더불어, 종래의 CMOS 스트럭쳐 (10)으로 시작한다. 특히, 종래의 도핑 공정들을 이용하여 소스 (S) 및 드레인 (D) 영역 (14)가 기판 (12)에 제공된다. 기판 (12)는 예를 들면, 실리콘이 될 수 있다. 종래의 게이트 스트럭쳐 (16)은 종래의 증착, 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 기판 (12) 상에서 조립된다. 게이트 스트럭쳐 (16)은 소스 (S) 및 드레인 (D) 영역 (14)사이에 걸쳐 있으며 게이트 절연물 (예를 들어, 유전체), 폴리 게이트 바디 그리고 질화물 또는 산화물 측벽을 포함한다. 실시예들에서, 게이트 스트럭쳐 (16)은 예를 들면, 질화물 또는 산화물 덮개와 같은 덮개층(capping layer)을 포함한다. 절연층 (18)이 기판 (12) 및 게이트 스트럭쳐 (16) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (18)은 예를 들면, BPSG가 될 수 있다.
도 14에 관하여 다시 참조하면, 절연층 (22)는 절연층 (18) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (22)는 TEOS(Tetraethyl orthosilicate)이다. 절연층 (22)는, 예를 들어, 종래의 CVD 또는 PVD 공정을 이용하여 전면 증착될 수 있으며, 그 두께는 약10nm에서 약1,000nm 범위내일 수 있다. 선택층인 Al2O3 (AlxOy)층 (24)는, 예를 들어, 종래의 CVD 또는 PVD 공정을 이용하여 절연층 (22) 상에 증착된다. 상기층 (24)는 약5nm에서 약50nm 범위의 깊이로 전면 증착될 수 있다. 선택층인 TiOx층 (26)이 층 (24) 상에 전면 증착된다. 상기 TiOx층 (26)은, 예를 들어, 종래의 CVD 또는 PVD 공정을 이용하여 약5nm에서 약50nm 범위의 깊이로 증착될 수 있다.
금속층 (예를 들어, 백금층 (28))이, 예를 들어, 종래의 금속 증착 공정을 이용하여 선택층인 TiOx층 (26) 상에 증착된다. 실시예들에서, 상기 백금층 (28)은 커패시터의 바텀 플레이트로서 동작한다. 상기 백금층 (28)은 약50nm에서 약300nm 범위의 두께로 증착될 수 있다. 다른 실시예들에서, PZT층 (30) (또는 다른 강유전체 재료)이, 종래의 증착 공정을 이용하여, 약50nm에서 약400nm 범위의 깊이로 상기 백금층 (28) 상에 증착된다. 실시예들에서, 상기 PZT층 (30)은 백분율 범위에서, 란타늄(Lanthanum), 스트론튬(Strontium) 또는 칼슘(Calcium) 등의 불순물이 심하게 도핑될 수 있다. 이리듐 산화물(IrOx)층 (32)는 약50nm에서 약300nm 범위의 두께로 상기 PZT층 (30) 상에 전면 증착된다. 선택적인 실시예들에서, 상기층 (32)는 약20nm에서 약500nm 범위의 두께로, 그리고 좀 더 구체적으로는 약100nm에서 약200nm 그리고 좀 더 구체적으로는 약150nm의 두께로 이리듐(Ir) 또는 백금(platinum)으로 씌워질 수 있다(capped). 상기층 (32)는 커패시터를 위해 탑 플레이트로서 동작한다.
도 15에서, 상기층 (32)는 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 패턴된다. 예를 들어서, 레지스트가 상기층 (32) 위에 증착되고 개구를 형성하기 위하여 빛에 노출된다. 일단 개구가 형성되면, 반응성 이온 식각 공정이 상기층 (32)를 패턴하여 패턴 (32a)와 (32b)를 형성하기 위하여 수행된다. 상기 레지스트는 이제, 예를 들어, 유기 세정 및 린스 과정을 이용하여 제거된다. (도면 우측의) 음영진 패턴 (32b)는 패턴 (32a)에 대하여 후방에 위치된(set back) 탑 플레이트 (층 32)의 일부이고, 도 15에 도시된 스트럭쳐의 플레인에 대하여 수직 방향이다.
도 16은 추가의 패터닝 공정을 도시한다. 도 16에서, 상기 PZT층 (30)이 패턴 (30a)를 형성하기 위하여 패턴된다. 실시예들에서, 상기 패턴 (30a)는 커패시터의 탑 플레이트와 바텀 플레이트사이에 끼어 있다. 한 예에서, 상기 패턴 (30a)는 상기층 (30), 패턴 (32a)와 (32b) 위에 레지스트 (예를 들어, PZT 마스크)를 증착함으로써 형성된다. 상기 레지스트는 추후 식각 공정 동안 패턴 (32a)와 (32b) (탑 플레이트)를 보호한다. 상기 레지스트는 개구를 형성하기 위하여 빛에 노출되며 이후, 반응성 이온 식각(RIE) 공정이 상기층 (30)을 패턴하여 패턴 (30a)를 형성하기 위하여 수행된다. 상기 레지스트는 이제, 예를 들어, 유기 세정 및 린스 과정을 이용하여 제거된다.
선택적인 층 (34)는 종래의 증착 공정을 이용하여 상기 패턴 (32a), (32b) 및 (30a) 그리고 층 (28) 상에 증착된다. 실시예들에서, 상기층 (34)는 선택적인 AlOx이며, 이것은 상기 패턴 (32a), (32b) 및 (30a)를 캡슐한다(encapsulate). 이런 방식으로, 캡슐된 패턴 (32a), (32b) 및 (30a)는 추후 공정 단계 동안 수소 중독으로부터 보호된다. 상기층 (28)은 약 50nm 정도의 두께로 증착된다.
도 17에서, 상기층 (24), (26) 및 (28)은 예를 들어, RIE와 같은 종래의 증착 공정을 이용하여 식각된다. 실시예들에서, 식각은 층 (24), (26) 및 (28)에 선택적이며 하부 층 (22)에 심각한 영향을 주지는 않는다. 상기 식각 공정은 캡슐된 패턴 (32a), (32b) 및 (30a) (또는 도 16에 도시된 것과 같은 선택적인 층 (34)) 위에 레지스트 (마스크)를 증착함으로써 수행될 수 있다. 상기 레지스트는 이제 개구를 형성하기 위하여 빛에 노출된다. 이제 상기 스트럭쳐는 층 (24), (26) 및 (28) (또는 도 16에 도시된 것과 같은 선택적인 층 (34))의 보호되지 않는 부분을 제거하기 위하여 식각 공정을 거친다. 도 17의 스트럭쳐는 이제 종래의 세정 과정을 거친다.
그 다음, 도 17에서, 상기 스트럭쳐는 층 (36)에 의해 캡슐된다. 좀 더 구체적으로, 층 (36)은 패턴 (32a), (32b) 및 (30a) (또는 도 16에 도시된 것과 같은 선택적인 층 (34)) 그리고 층 (22) 상에 증착된다. 층 (36)은 또한 층 (24), (26) 및 (28)의 측벽이나 모든 노출된 표면 상에도 증착될 수 있다. 이런 방식으로, 층 (36)은 또한 층 (24), (26) 및 (28)의 측벽이나 모든 노출된 표면을 보호하고 캡슐한다. 층 (36)은, 예를 들면, 약 50 nm 또는 그 이하의 두께로 증착되는 AlOx일 수 있다.
도 18에서, 절연층 (38)이 층 (36) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (38)은, 예를 들어, CVD 또는 PVD와 같은 종래의 증착 방법을 이용하여 증착되는 TEOS 또는 SiO2가 될 수 있다. 일단 증착된 후, 절연층 (38)은, 예를 들어, 화학 기계적 연마와 같은 평탄화 과정을 거친다. 컨택 비아들 (20a)가 절연층 (18) 및 절연층 (38) 내에 (그리고 예를 들어, 층 (22) 및 (36)과 같은 모든 추가의 층을 통해서) 형성된다. 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 (예를 들어 반응성 이온 식각), 컨택홀들이 형성될 수 있는데, 이것은 소스 (S) 및 드레인 (D) 영역 (14)까지 연장된다.
도 19에 도시된 것과 같이, 금속이 컨택들 (20)을 형성하기 위하여 컨택홀들 (20a) (이것은 소스 및 드레인 영역과 접촉함) 내에 증착된다. 실시예들에서, 상기 금속은 텅스텐이지만, 본 발명에서 다른 금속 또는 금속 합금들이 가능하다. 실시예들에서, 상기 금속 증착 공정은 금속 (예를 들어, 텅스텐) 증착 이전에, 예를 들어, TiN 또는 TiAlN과 같은 장벽층과 함께 컨택홀들을 라이닝하는(lining) 단계를 포함한다. 금속 증착 후, 상기 스트럭쳐는, 예를 들어, 화학 기계적 연마와 같은 종래의 연마 단계를 이용하여 연마를 거친다.
도 20에서, 절연층 (40)이 층 (38) 상에 증착된다. 실시예들에서, 절연층 (40)은, 예를 들어, CVD 또는 PVD와 같은 종래의 증착 방법을 이용하여 증착되는 TEOS 또는 SiO2가 될 수 있다. 일단 증착된 후, 절연층 (40)은 예를 들어, 화학 기계적 연마와 같은 평탄화 공정을 거칠 수 있다.
그 다음 배선 (44), (44a)를 조립하기 위하여 이중 다마신 공정이 사용된다. 좀 더 구체적으로, 실시예들에서, 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 (위에서 논의된 바와 같이) 트렌치가 절연층 (40) 내에 형성될 수 있다. 그 다음 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 (위에서 논의된 바와 같이) 비아들이 절연층 (38) 내에 형성된다. 다른 실시예들에서, 상기 비아들은 트렌치들이 형성되기 전에 형성될 수 있다. 실시예들에서, 트렌치들이 정렬되어 컨택들 (20)까지 연장되는 반면 (whereas), 비아들은 정렬되어 탑 플레이트 (32a), (32b)까지 연장된다. (비록 이 도면에서 도시하지 않지만, 상기 비아들은 또한 바텀 플레이트까지 연장된다). 상기 비아들은, 예를 들어, 직경이 약 0.6~0.2 마이크론, 또는 그 이하 정도가 될 수 있다. 상기 트렌치와 비아들은 배선 (44), (44a)를 형성하기 위해 구리 (또는 다른 금속 또는 금속 합금)로 채워지는데, 이들은 컨택 들(42) 및 탑 플레이트 (32a), (32b)와 접촉한다.
다른 실시예에서, 상기 배선 (44), (44a)는 단일 다마신 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 이 공정에서, 탑 플레이트들 (32a), (32b)까지 연장되는 비아들은, 절연층 (40)의 증착 이전에, 절연층 (38) 내에 형성된다. 상기 비아들은 컨택홀들 (20a)의 형성 전에(before), 동안에(during) 혹은 후에(after), 종래의 리소그래피 및 식각 공정(위에서 논의된 바와 같이)을 이용하여 형성된다. 탑 플레이트들 (32a), (32b)까지 연장되는 상기 비아들은, 예를 들어, 배선 (44a) (이것은 탑 플레이트들 (32a), (32b)와 접촉함)를 형성하기 위하여 구리로 채워질 수 있다. 상기 비아들이 채워진 다음, 절연층 (40)이 트렌치를 형성하기 위하여 증착되고 그리고 식각된다. 그 다음, 상기 트랜치는 배선 (44)를 형성하기 위하여 구리 (또는 다른 금속 또는 금속 합금)로 채워지는데, 배선 (44)는 컨택들 (20) 및 배선 (44a)와 접촉한다.
도 21은 도 20에서 도시된 스트럭쳐의 또 다른 투시도를 도시한다. 도 20에서, 컨택 (42a)는 바텀 플레이트 (28)과 접촉하도록 형성된다. 상기 컨택 (42a)는, 실시예들에서, 텅스텐 또는 구리이다. 상기 컨택 (42a)는 상기 설명된 방식으로, 컨택들 (42)과 동시에 형성된다.
도 22 및 23은 본 발명의 실시예에 따른 스트럭쳐와 상기 스트럭쳐 (디바이스)의 제조 방법들을 도시한다. 본 발명 실시예의 디자인에서, 상기 스트럭쳐는 실리콘에 대한 감소된 컨택 애스팩트 비율을 가지며, 조립 방법은 상부 전극 컨택의 수소 노출을 제거해 준다 (이것은 본 발명의 모든 실시예에 적용될 수 있다). 도 22 및 23의 실시예에서, 배선 (44), (44a)는 구리이며 컨택들 (20)은 텅스텐이다. 다른 실시예에서, 상기 금속 배선 (44)는 금속 컨택 (20)과 다른 재료이다. 도 23은 바텀 플레이트 (28)과 접촉하는 구리 컨택 (42)를 도시한다. 실시예들에서, 상기 컨택 (42a) 및 배선 (44)는 동일한 재료를 이용하여 조립된다. 도 22 및 23의 상기 스트럭쳐는 위에서 논의된 단계들을 이용하여 조립될 수 있다.
도 24-27은 본 발명의 실시예에 따른 스트럭쳐들과 디바이스의 제조 방법들을 도시한다. 도 24는 추가의 층들과 더불어 종래의 CMOS로 시작한다. 구체적으로, 도 24의 스트럭쳐는 도 14와 관련하여 층 (22), (24), (26), (28) 및 (32)를 포함한다. 또한, 도 24의 스트럭쳐는 층 (35)를 포함한다. 층 (35)는 예를 들면, 상기 층 (32) 상에 증착된 TiN 또는 TiAlN층일 수 있다.
도 25는 본 발명에 따른 몇가지 리소그래피 및 식각 단계를 도시한다. 특히, 위에서 상세히 설명된 바와 같이, 상기 층 (32)는 패턴 (32a), (32b)를 형성하기 위하여 식각된다. 유사하게, 층 (35)는 패턴 (35a) 및 (35b)를 형성하기 위하여 식각된다. 실시예들에서, 패턴들 (30a), (30b), (35a), (35b)가 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 동시에 (그리고 거의 (substantially) 동일한 기본 패턴으로) 형성된다. 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여, 층 (30)이 패턴 (30a)를 형성하기 위하여 또한 패턴된다. 추가적으로, 층 (24), (26) 및 (28)이 위에서 논의된 것과 같이, 종래의 리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 패턴된다. 실시예들에서, 도 25의 스트럭쳐는 선택적인 캡슐층 (34)를 포함하지 않는데 예를 들어, 층 (34)는 패터닝을 패터닝한 이후의 스트럭쳐상에는 증착되지 않는다.
도 26에 도시된 것과 같이, 캡슐층 (36)이 도 25의 스트럭쳐상에 전면 증착된다. 좀 더 구체적으로, 상기 캡슐층 (36)은 층 (22), (24), (26), (28), (30a), (30b), (32a), (35a), (35b)의 측벽과 노출된 표면 상에 전면 증착된다. 실시예들에서, 상기 캡슐층 (36)은 Al2O3 (AlxOy)이다. 그 후 절연층 (38)이 상기 캡슐층 (36) 상에 증착된다. 상기 절연층 (38)은 예를 들어, TEOS 또는 SiO2이다. 컨택홀들이 패턴 (23a), (32b), (35a), (35b) 위 절연층 (38) 내에 형성된다. 예를 들면, 텅스텐과 같은 금속이 배선 (44a)를 형성하기 위하여 컨택홀들 내에 증착된다. 컨택홀들은 상기 절연층 (38)뿐만 아니라, 소스/드레인 영역 (14) 위 층 (36) 및 (22) 내에도 형성된다. 예를 들면, 텅스텐과 같은 금속이 컨택들 (20)을 형성하기 위하여 컨택홀들 내에 증착된다. 실시예들에서, 컨택홀들과 컨택들 (20) 및 배선 (44a)를 형성하기 위한 금속의 증착은, 예를 들어, 단일 다마신 공정을 이용하여 동시에 수행될 수 있다.
도 27은 배선 (44)의 형성을 도시한다. 위에서 논의된 것과 같이, 배선은 상기 절연층 (38) 상에 절연층 (40)을 증착함으로써 형성될 수 있다. 트렌치가 배선 (44a) 및 컨택들 (20)과 정렬되어, 절연층 내에 형성될 수 있다. 금속이 배선 (44a)를 형성하기 위하여 상기 트렌치 내에 증착된다. 실시예들에서, 배선은 구리이지만, 본 발명에서 다른 금속 또는 금속 합금이 가능하다. 당업자들이 이해하는 바와 같이, 구리 및/또는 텅스텐의 모든 조합이 여기서 논의된 통합 방법들 (integtration schemes)을 이용하여, 배선 (44), (44a) 및 컨택 (20), (42)를 위하여 사용될 수 있다.
디자인 스트럭쳐
도 28은 디자인 공정(a design process) (910)에 의하여 바람직하게 처리되는 입력 디자인 스트럭쳐 (920)을 포함하는 다수의 디자인 스트럭쳐들(multiple design structures)을 도시한다. 디자인 스트럭쳐 (920)은 하드웨어 디바이스의 논리적 동등 기능 표현(a logically equivalent functional representation of a hardware device)을 생성하기 위해 디자인 공정 (910)에 의하여 생성 및 처리되는 논리적 시뮬레이션 디자인 스트럭쳐(a logical simulation design structure)가 될 수 있다. 디자인 스트럭쳐 (920)은 디자인 공정 (910)에 의하여 처리될 때, 하드웨어 디바이스의 물리적 스트럭쳐의 기능적 표현을 생성하는 데이터 및/또는 프로그램 명령들을 또한 혹은 대체적으로 포함할 수 있다. 기능적 디자인 특징들을 표시하든지 및/또는 구조적 디자인 특징들을 표시하든지 간에(whether), 디자인 스트럭쳐 (920)은 핵심 (core) 개발자 (developer)/설계자 (designer)에 의하여 구현되는 것과 같은 전자 컴퓨터-지원 설계 (electronic computer-aided design (ECAD))를 이용하여 생성될 수 있다. 기계 판독가능 데이터 전송, 게이트 어레이 (gate array), 또는 저장 매체 상에서 인코드될 때, 디자인 스트럭쳐 (920)은 도 1-27에서 도시된 것과 같은 전자 부품 (component), 회로 (circuit), 전자/논리 모듈, 장치, 디바이스, 또는 시스템을 시뮬레이트 (simulate)하거나, 혹은 달리 기능적으로 표시하기 위하여 디자인 공정 (910) 내에서 하나 또는 그 이상의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈에 의하여 접근되고 및 처리될 수 있다 (accessed and processed). 따라서, 디자인 스트럭쳐 (920)은 인간 및/또는 기계 판독가능 소스 코드 (source code), 컴파일된 스트럭쳐들 (compiled structures), 그리고 컴퓨터 실행가능 코드 -이것들은 디자인 또는 시물레이션 데이터 처리 시스템에 의하여 실행될 때, 회로 또는 하드웨어 논리 설계의 다른 수준들을 기능적으로 시뮬레이트하거나, 혹은 달리 표시함- 스트럭쳐들을 포함하는 같은 파일들 혹은 기타 데이터 구조들을 포함할 수 있다. 그러한 데이터 스트럭쳐들은 하드웨어-설명 언어 (hardware-description language (HDL)) 디자인 개체들(design entities) 또는 기타 데이터 스트럭쳐들- Verilog 및 VHDL과 같은 저수준의 HDL 설계 언어들, 및/또는 C 또는 C++와 같은 고수준의 설계 언어들을 준수하며 그리고/혹은 양립할 수 있는(conforming to and/or compatible with) - 을 포함할 수 있다.
디자인 공정 (910)은 디자인 스트럭쳐 (920)과 같은 디자인 스트럭쳐를 포함할 수 있는 넷리스트 (netlist) (980)을 생성하기 위해서 도 1-27에서 도시된 부품들, 회로들, 디바이스들, 또는 논리적 스트럭쳐들과 기능적으로 동등한 디자인/시뮬레이션을 합성 (synthesizing), 번역, 또는 달리 처리하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈을 채용 (employs) 또는 포함하는 것이 바람직하다. 넷리스트 (980)은, 예를 들어, 컴파일된 혹은 달리 처리된 데이터 스트럭쳐들을 포함할 수 있는데, 이들은 집적회로 디자인에서 기타 엘리멘트들 및 회로들과 연결들을 기술하는 배선들의 목록, 개별 (discrete) 부품들, 논리 게이트들, 제어 회로들, 입출력 (I/O) 디바이스들, 모델들등을 표시한다. 넷리스트 (980)은 반복 공정(an iterative process)을 사용하여 합성될 수 있으며 디바이스를 위한 설계 명세 (specifications) 및 설계 속성 (attributes)에 따라서 넷리스트 (980)은 한 번 혹은 그 이상 재합성된다. 이하에서 설명된 기타 디자인 스트럭쳐 형태에서와 같이, 넷리스트 (980)은 기계 판독가능 데이터 저장 매체상에 기록되거나 프로그램가능한 게이트 어레이로 프로그램된다. 상기 매체는 자기 또는 광학 디스크 드라이브, 프로그램가능한 게이트 어레이, 컴팩트 플래시, 또는 기타 플래시 메모리와 같은 비휘발성 저장 매체가 될 수 있다. 추가적으로, 혹은 이와 달리 (in the alternative), 상기 매체는 시스템, 또는 캐시 (cache) 메모리, 버퍼 공간, 또는 전기적 혹은 광학적 도전성 디바이스들 및 재료들이 될 수 있는데, 이들 상에서 데이터 패킷들 (packets)이 인터넷이나 기타 네트워킹 적합한 수단들을 통하여 전송되고 그리고 즉각 저장될 수 있다.
디자인 공정 (910)은 넷리스트 (980)을 포함하는 다양한 형태의 입력 데이터 스트럭쳐 를 처리하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 그러한 형태의 데이터 스트럭쳐는, 예를 들어, 라이브러리 구성 요소들 (930) 내에 상주 (reside)할 수 있으며, 이들은 소정의 제조 기술(예를 들어, 다른 기술 노드들, 32nm, 45nm 90nm, 등)을 위해 모델들, 레이아웃들 (layouts) 및 상징적 표현들을 포함하는, 한 세트의 공동 사용 구성요소들(commonly used elements), 회로들, 및 디바이스들을 포함할 수 있다. 상기 데이터 스트럭쳐 형태는 또한 설계 명세들 (940), 특성화 (characterization) 데이터 (950), 검증 (verification) 데이터 (960), 설계 규칙들 (970), 그리고 입력 시험 패턴들, 출력 시험 결과들, 및 기타 시험 정보를 포함하는 시험 데이터 파일들 (985)를 더 포함할 수 있다. 디자인 공정 (910)은 또한 주조 (casting), 성형 (molding), 및 다이 프레스 가공 (die press forming)등과 같은 동작을 위한 스트레스 분석 (stress analysis), 열 분석 (thermal analysis), 기계 현상 시뮬레이션 (mechanical event simulation), 공정 시뮬레이션과 같은 표준 기계 설계 (standard mechanical design) 공정들을 더 포함할 수 있다. 기계 설계 분야의 당업자는 본 발명의 범위와 정신에서 벗어나지 않고 디자인 공정 (910)에 이용된 가능한 기계 설계 툴들 및 응용 프로그램 (applications)의 범위를 이해할 수 있다. 디자인 공정 (910)은 타이밍 분석 (timing analysis), 검증, 설계 규칙 점검, 장소 및 라우트 (route) 동작과 같은 표준 회로 설계 과정을 수행하기 위한 모듈을 또한 포함할 수 있다.
디자인 공정 (910)은 HDL 컴파일러들 및 시뮬레이션 모델 제작 툴들 (build tools)과 같은 논리 및 물리적 설계 툴들을 채용하여 포함하는데, 이는 제 2의 디자인 스트럭쳐(990)을 생성하기 위해 어떠한 추가적인 기계 설계 또는 데이터 (적용 가능시)에 따라 일부 또는 모든 설명된 증빙 (supporting) 데이터 스트럭쳐와 함께 디자인 스트럭쳐 (920)을 처리하기 위함이다. 디자인 스트럭쳐 (990)은 기계 디바이스들 및 스트럭쳐들의 데이터 (예를 들면, IGES, DXF, 파라솔리드(Parasolid) XT, JT, DRG, 또는 그러한 기계 설계 스트럭쳐들을 저장 또는 렌더링 (rendering)하기 위한 기타 적합한 포맷으로 저장되는 정보)의 교환에 사용되는 데이터의 포맷(format)으로 저장 매체 또는 프로그램가능한 게이트 어레이에 상주한다. 디자인 스트럭쳐 (920)과 유사하게, 디자인 스트럭쳐 (990)은 하나 혹은 그 이상의 파일들, 데이터 스트럭쳐들, 또는 컴퓨터-인코딩된 데이터 혹은 명령들을 포함하는데 이것들은 전송 또는 데이터 저장 매체에 상주하여 ECAD 시스템에 의하여 실행될 때, 도 1-27에 도시된 하나 혹은 그 이상의 본 발명의 실시예들의 논리적으로 혹은 달리 기능적으로 동등한 형태를 생성한다. 하나의 실시예에서, 디자인 스트럭쳐 (990)은 도 1-27에서 도시된 디바이스들을 기능적으로 시뮬레이트하는 컴파일된, 실행가능한 HDL 시뮬레이션 모델을 포함할 수 있다.
디자인 스트럭쳐 (990)은 집적 회로들의 레이아웃 데이터의 교환을 위해 사용되는 데이터 포맷 및/또는 상징적 데이터 포맷 (예를 들면, GDSII (GDS2), GL1, OASIS, 맵 파일들, 또는 그러한 데이터 스트럭쳐들을 저장하기 위한 기타 적합한 포맷으로 저장되는 정보)를 또한 채용할 수 있다. 디자인 스트럭쳐 (990)은, 예를 들면, 상징적 데이터, 맵 파일들, 시험 데이터 파일들, 설계 컨텐트 파일들, 제조 데이터, 레이아웃 설계 속성들, 배선들, 금속의 레벨들 (levels), 비아들, 모양들 (shapes), 제조 라인을 통해 라우팅하기 위한 데이터 및 제조업자 또는 기타 설계자/개발자에 의하여 요구되는 기타 데이터와 같은, 정보를 포함할 수 있는데, 이는 위에서 설명되고 도 1-27에서 도시된 것과 같은 디바이스 스트럭쳐를 생산하기 위함이다. 디자인 스트럭쳐 (990)은 이제 단계 (995)로 진행되는데 거기에서 예를 들면, 디자인 스트럭쳐 (990)은: 테잎-아웃 (tape-out)되어, 제조단계로 릴리스되고, 마스크 하우스 (mask house)로 릴리스되고, 다른 설계 하우스로 보내지고, 고객에게 다시 돌아오게 된다.
위에서 설명한 방법은 IC칩들 (chips)의 조립에 사용된다. 최종 결과물인 (resulting) IC칩은 원시 다이 (bare die)로서, 가공되지 않은 (raw) 웨이퍼 형태로, 또는 패키지 형태로 조립자에 의하여 배포될 수 있다. 후자의 경우, 칩은 (마더보드 (motherboard) 혹은 기타 더 높은 레벨의 캐리어에 부착된 (affixed) 리드들 (leads)을 갖는 플라스틱 캐리어와 같은) 단일 (single) 칩 패키지 혹은 (어느 한쪽 또는 양쪽의 표면에 갖는 상호 접속들 (surface interconnections) 또는 매립형 상호 접속들 (buried interconnections)을 갖는 세라믹 (ceramic) 캐리어들과 같은) 멀티 (multi) 칩 패키지에 마운트된다 (mounted). 어찌되었든지, 칩은 그 다음에, 마더보드와 같은 (a)중간 생산물 (intermediate product)의 일부로서, 혹은 (b)최종 생산물 (end product)의 일부로서, 다른 칩들, 개별 회로의 구성 요소들, 및/또는 다른 신호 처리 디바이스들과 통합된다. 최종 생산물은 IC칩이 포함된 모든 제품이 될 수 있다.
여기서 사용된 용어는 특정한 실시예들을 기술하기 위한 목적으로만 사용된 것이며 본 발명을 제한할 목적으로는 사용된 것은 아니다. 여기서 사용된, 단수 형태 (“a”, “an” and “the”)는 문장에서 명백히 단정짓지 않는 한, 복수의 형태도 포함하도록 의도된 것이다. “포함한다 (comprises)”나 “포함하는 (comprising)”같은 용어는 본 명세서에 쓰일 때 진술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 소자들 및/또는 구성품들의 존재를 명시하지만, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 소자 구성품들 및/또는 그룹들의 존재 혹은 추가를 배제하지 않는다.
아래의 청구항들에서 대응 스트럭쳐들, 재료들, 동작들 그리고 모든 수단 혹은 단계 플러스 기능 요소들의 균등물들은 명시적으로 청구된 모든 스트럭쳐, 재료 혹은 기타 청구된 요소들과 결합하여 기능을 수행하기 위한 동작을 포함하도록 의도되었다. 본 발명에 관한 기술은 예시와 설명의 목적으로 제시된 것이며, 공개된 형태의 본 발명에 다 포함되었다는 것을 혹은 한정된다는 것을 의도하는 것은 아니다. 많은 수정들/변형들은 본 발명의 범위와 정신을 벗어남이 없이 당업자에게는 명백할 것이다. 실시예는 발명의 원리와 실제적인 응용을 최대한 잘 설명할 수 있도록, 그리고 당업자가 염두에 두고 있는 특정사용에 맞게 다양한 수정들을 갖는 다양한 실시예들을 위해 본 발명을 이해할 수 있도록 선택되고 기술되었다.
Claims (25)
- 방법에서, 상기 방법은:
CMOS 스트럭쳐(a CMOS structure)의 절연층(an insulator layer) 상에 장벽층(a barrier layer)을 형성하는 단계;
상기 장벽층 위에 탑 플레이트(a top plate) 및 바텀 플레이트(a bottom plate)를 형성하는 단계;
상기 탑 플레이트와 상기 바텀 플레이트 사이에 강유전체 재료(a ferro-electric material) 를 형성하는 단계;
상기 장벽층, 탑 플레이트, 바텀 플레이트 그리고 강유전체 재료를 캡슐 재료(an encapsulating material)로서 캡슐하는 단계(encapsulating); 및
상기 캡슐 재료를 통하여, 상기 탑 플레이트와 상기 바텀 플레이트로의 컨택(contact)을 형성하는 단계를 포함하되,
적어도 탑 플레이트로의 상기 컨택 및 CMOS 스트럭쳐의 확산 영역(a diffusion)에 대한 컨택은 공통의 배선(a common wire)을 통하여 전기적으로 연결되는
방법. - 제 1항에 있어서,
상기 캡슐 재료는 비결정성알루미늄산화물(AlxOy)인
방법. - 제 2항에 있어서:
상기 캡슐 층은 두개의 층들로 되어 있고,
상기 두개의 층들 중 제 1층은 상기 탑 플레이트, 바텀 플레이트, 및 강유전체 재료의 노출된 표면상에 증착되고,
상기 두개의 층들 중 제 1층은 상기 강유전체 재료의 보호되지 않은 부분들 위에서 식각되고, 그리고
상기 두개의 층들 중 제 2층은 상기 두개의 층들 중 제 1층과 상기 두개의 층들 중 제 1층이 식각될 때 노출되는 상기 플레이트, 강유전체 재료 및 하부(underlying) 절연층상에 증착되는
방법. - 제 3항에 있어서:
상기 두개의 층들 중 제 1층을 에칭하는 단계는 상기 장벽층 및 바텀 플레이트의 측벽들(sidewalls)을 노출하기 위하여 상기 강유전체 재료의 일부들을 에칭하고, 그리고
상기 두개의 층들 중 제 2층은 상기 노출된 측벽들상에 증착되는
방법. - 제 4항에 있어서, 상기 방법은:
상기 두개의 층들 중 상기 제 2층 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계;
상기 제 1 절연층상에 제 2 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 탑 플레이트 및 바텀 플레이트에 대한 컨택들(contacts)을 형성하기 위하여 다마신 공정(a damascene process)을 수행하는 단계를 더 포함하는
방법. - 제 5항에 있어서, 상기 다마신 공정은 이중(dual) 다마신 공정으로서:
상기 제 1 절연층내에 비아(a via)를 식각하는 단계 및 상기 컨택들을 그 내부에 형성하기 위하여 금속을 증착하는 단계를 포함하고;
상기 제 1 절연층위에 증착된, 상기 제 2 절연층 내에 트렌치(a trench)를 에칭하는 단계를 포함하며, 상기 트렌치는 상기 탑 플레이트 및 바텀 플레이트와 접속하는 배선(wiring)을 형성하기 위하여 금속으로 채워지는
방법. - 제 5항에 있어서, 상기 다마신 공정은 단일(single) 다마신 공정으로서 상기 CMOS 스트럭쳐의 소스와 드레인 영역에 대한 컨택들을 형성하는
방법. - 제 1항에 있어서, 상기 캡슐 층(the encapsulating layer)은 상기 탑 플레이트, 바텀 플레이트 및 강유전체 재료가 패턴된 이후 증착되는
방법. - 제 8항에 있어서, 상기 방법은:
상기 탑 플레이트상에 장벽층을 형성하는 단계;
상기 장벽층과 탑 플레이트를 함께 패터닝하는 단계; 및
상기 탑 플레이트, 바텀 플레이트, 강유전체 재료 및 장벽층을 단일 캡슐 재료로 캡슐하는 단계를 더 포함하는
방법. - 제 1항에 있어서, 상기 컨택들은 절연 재료(an insulator material) 내에 형성된 단일 비아 내에 증착되는 텅스텐인
방법. - 제 1항에 있어서,
두개의 분리되어 형성된 비아들 내에 증착된 텅스텐이고,
상기 분리되어 형성된 비아들 중 제 1의 비아는 하부 절연층내에서 에칭되어 트랜지스터의 소스 및 드레인 컨택까지 연장되며, 그리고
상기 분리되어 형성된 비아들 중 제 2의 비아는 상기 하부 절연층상에 증착된 상부 절연층 내에서 에칭되어, 상기 분리되어 형성된 비아들 중 상기 제 1 비아까지 연장되는
방법. - 제 11항에 있어서, 상기 컨택들은 제 1의 금속으로 되고 그리고 상기 탑 플레이트 및 바텀 플레이트까지 연장되고 그리고 상기 컨택들과 접속하는 배선은, 상기 제 1의 금속과 다른, 제 2의 금속인
방법. - 강유전체 랜덤 액세스 메모리(FRAM)을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
게이트 스트럭쳐, 상기 게이트 스트럭쳐와 연관된 소스 및 드레인 영역들 및 상기 게이트 스트럭쳐 위에 절연 재료를 포함하는 CMOS 스트럭쳐를 형성하는 단계;
상기 절연 재료 상에 복수의 층들을 증착하는 단계 - 상기 복수의 층들은 탑 플레이트 및 바텀 플레이트 사이에 낀(sandwiched) 강유전체 재료(a ferro-electric material)를 포함함 -;
상기 복수의 층들을 캡슐 재료(an encapsulating material)로 캡슐하는 단계; 및
상기 탑 플레이트 및 바텀 플레이트에 대하여 컨택들(contacts)을 형성하는 단계를 포함하되,
적어도 상기 탑 플레이트에 대한 컨택과 상기 CMOS 스트럭쳐의 소스에 대한 컨택은 공동 배선(a common wire)를 통해서 전기적 접속이 되는
방법. - 상기 복수의 층들은 상기 바텀 플레이트 아래와 상기 탑 플레이트의 탑(top) 상에 장벽층을 더 포함하는
방법. - 제 14항에 있어서, 상기 방법은;
단일의 에칭 단계로 상기 탑 플레이트와 상기 탑 플레이트의 상부 (top)의 상기 장벽층을 패터닝하는 단계;
단일의 에칭 단계로 상기 바텀 플레이트 및 상기 강유전체 재료를 패터닝하는 단계; 및
상기 탑 플레이트 상의 상기 패턴된 장벽층, 상기 탑 플레이트, 상기 강유전체 재료 및 상기 바텀 플레이트의 노출된 부분들 위에 단일의 증착 단계로 상기 캡슐 재료를 증착하는 단계를 더 포함하는
방법. - 제 13항에 있어서, 캡슐 재료로 캡슐하는 상기 복수의 층들은 캡슐 재료의 두 개의 층들로 되는
방법. - 제 16항에 있어서,
상기 탑 플레이트 및 상기 강유전체 재료는 패턴되고;
상기 캡슐 재료는 상기 패턴된 탑 플레이트, 상기 강유전체 재료 및 상기 바텀 플레이트를 형성하는 층상에 증착되며;
상기 캡슐 재료는 상기 층의 보호되지 않은 영역들위에서 에칭되고;
상기 층은 상기 바텀 플레이트를 형성하기 위해 패턴되며; 그리고
제 2의 캡슐 재료가 상기 바텀 플레이트 및 상기 캡슐 재료의 노출된 부분들상에 증착되는
방법. - 제 16항에 있어서, 이중 다마신 혹은 다수의 단일 다마신 공정들을 중 하나를 사용하여 컨택들이 형성되는
방법. - 스트럭쳐(a structure)에 있어서, 상기 스트럭쳐는;
게이트 스트럭쳐, 상기 게이트 스트럭쳐와 연관된 소스 및 드레인 영역들, 상기 게이트 스트럭쳐 위의 하부 절연 재료 및 상기 절연재료에 의하여 둘러싸여서 상기 소스 및 드레인 영역들과 접속하는 컨택들을 포함하는 CMOS 스트럭쳐;
상기 절연 재료 상의 복수의 층들 - 상기 복수의 층들은 탑 플레이트 및 바텀 플레이트 사이에 낀 적어도 하나의 강유전체 재료를 포함함 -;
상기 복수의 층들을 캡슐화하는(encapsulate) 캡슐 재료;
상기 하부 절연 재료 위에 형성된 하나 혹은 그 이상의 상부 절연층들; 및
상기 탑 플레이트 및 바텀 플레이트와 상기 소스 및 드레인 영역들에 접속하는, 상기 하나 혹은 그 이상의 상부 절연층들 내에 형성되는 배선(wiring)을 포함하는
스트럭쳐. - 제 19항에서, 상기 스트럭쳐는 상기 하나 혹은 그 이상의 상부 절연층들과 상기 하부 절연 층들 사이에 그리고 상기 탑 플레이트위의 적어도 하나에 형성된 장벽층을 더 포함하는
스트럭쳐. - 제 19항에 있어서, 상기 캡슐 재료는 적어도 상기 탑 플레이트위의 두개의 층들인
스트럭쳐. - 집적회로를 설계, 제조, 혹은 시험하기 위해 기계 판독 가능 저장 매체에 유형으로 구현된 디자인 스트럭쳐에서, 상기 디자인 스트럭쳐는:
게이트 스트럭쳐위의 절연 재료를 포함하는 CMOS 스트럭쳐;
상기 절연 재료상의 복수의 층들 - 상기 복수의 층들은 탑 플레이트와 바텀 플레이트 사이에 낀 적어도 하나의 강유전체 재료를 포함함-;
상기 복수의 층들을 캡슐화 하는 캡슐 재료(encapsulating material);
상기 하부 절연층 위에 형성되는 하나 혹은 그 이상의 상부 절연층들; 및
상기 탑 플레이트 및 바텀 플레이트에 대하여 접속하는 그리고 상기 CMOS 스트럭쳐의 확산 영역들의 컨택에 대하여 접속하는, 상기 하나 혹은 그 이상의 상부 절연층들 내에 형성되는 배선(wiring) 을 포함하는
디자인 스트럭쳐. - 제 22항에 있어서, 상기 디자인 스트럭처는 넷리스트(a netlist)를 포함하는
디자인 스트럭쳐. - 제 23항에 있어서, 상기 디자인 스트럭쳐는 집적회로들의 레이아웃 데이터의 교환을 위해 사용되는 데이터 포맷으로 저장 매체 상에 상주하는(reside)
디자인 스트럭쳐. - 제 22항에 있어서, 상기 디자인 스트럭쳐는 프로그래머블 게이트 어레이에 상주하는
디자인 스트럭쳐.
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