[發明專利]通過防潮層實現的基于聚合物的電容器的可靠性改進

有效

• 申請號: 201580060230.X
• 申請日: 2015-11-06
• 公開（公告）號: CN107078024B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: H·郭;T·A·泰勒;J·A·韋斯特;R·A·杰克遜;B·威廉姆斯
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/033;H01L51/05;H01L51/56
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

在所描述的示例中，通過防潮層(320)有效地減少來自環境中的水蒸氣的水分子滲透，防潮層(320)包括通過原子層沉積(ALD)過程形成的氧化鋁層。微電子器件(300)包括在電容器電介質(310)中具有有機聚合物材料(314)的電容器(306)，以及具有通過ALD過程形成的氧化鋁層的防潮層(320)。

技術領域

本發明整體涉及微電子器件，并且更具體地，涉及微電子器件中的具有聚合物電介質層的電容器。

背景技術

微電子器件中的一些電容器在電容器電介質中包括有機聚合物材料。在一些情況下，有機聚合物材料提供基本上完整的電容器電介質。在其他情況下，有機聚合物材料可與無機電介質材料(諸如二氧化硅)組合以提供電容器電介質。有機聚合物材料通常提供優于二氧化硅的電壓浪涌性能。具有在電容器電介質中包括有機聚合物材料的電容器的微電子器件制造起來通常比具有無機電介質材料的類似器件便宜。不幸的是，電容器電介質中的有機聚合物材料經受可靠性問題，包括隨時間降低的擊穿電壓，所述擊穿電壓通常通過時間相關的電介質擊穿(TDDB)測試來估計。在電容器的TDDB測試中，將恒定的應力電壓(stress voltage)施加到電容器，直到通過電容器的泄漏電流超出指定極限，其被限定為電容器電介質的擊穿。施加應力電壓直到擊穿所經的時間長度提供對電容器在規定的工作電壓下在限定的工作環境中的可靠性的估計。

發明內容

在所描述的示例中，通過防潮層(moisture barrier)有效地減少來自環境中的水蒸氣的水分子滲透，所述防潮層包括通過原子層沉積(ALD)過程形成的氧化鋁層。微電子器件包括在電容器電介質中具有有機聚合物材料的電容器，以及具有通過ALD過程形成的氧化鋁層的防潮層。

附圖說明

圖1是示出第一多個至第六多個微電子器件的TDDB測試結果的威布爾圖，所述微電子器件包括在電容器電介質中具有聚酰亞胺的電容器。

圖2是示出第七多個至第十四多個微電子器件的TDDB測試結果的威布爾圖，所述微電子器件包括在電容器電介質中具有聚苯并惡唑(PBO)的電容器。

圖3是一個示例微電子器件的橫截面，所述微電子器件包括在電容器的電容器電介質中具有有機聚合物材料的電容器。

圖4A至圖4E是以一種形成微電子器件的示例方法的順序階段描繪的圖3的微電子器件的橫截面。

圖5A至圖5C是以一種示例形成方法的順序階段描繪的另一示例微電子器件的橫截面。

圖6A至圖6D是以一種示例形成方法的順序階段描繪的另一示例微電子器件的橫截面。

圖7是另一示例微電子器件的橫截面。

具體實施方式

附圖未必按比例繪制。一些動作可以以不同的次序發生和/或與其他動作或事件同時發生。此外，并非需要所有所說明的動作或事件來實施根據示例實施例的方法。

通過了解在電容器電介質中具有有機聚合物材料的微電子器件電容器的不良的TDDB可靠性的根源，可顯著改進TDDB可靠性。當微電子器件在工作環境中暴露于水蒸氣時，水分子滲透有機聚合物材料。有機聚合物材料中的水分子導致不良的TDDB可靠性，而減少到有機聚合物材料中的水分子滲透相應地改進TDDB可靠性。通過防潮層有效地減少來自環境中的水蒸氣的水分子滲透，所述防潮層包括通過原子層沉積(ALD)過程形成的氧化鋁層。

圖1是示出第一多個至第六多個微電子器件的TDDB測試結果的威布爾圖，所述微電子器件包括在電容器電介質中具有聚酰亞胺的電容器。參考圖1描述的微電子器件不包括ALD氧化鋁防潮層。第一多個至第六多個微電子器件的TDDB測試在25℃以5,000伏應力電壓執行。