INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
En référence au condensateur à 4 plaques 200B de la , conformément à un mode de réalisation de la présente invention, un condensateur métal/isolant/métal (MIM) comprend une première plaque d’électrode, et un premier diélectrique de condensateur sur la première plaque d’électrode. Une deuxième plaque d’électrode est sur le premier diélectrique de condensateur et a une partie sur la première plaque d’électrode et parallèle à celle-ci, et un deuxième diélectrique de condensateur est sur la deuxième plaque d’électrode. Une troisième plaque d’électrode est sur le deuxième diélectrique de condensateur et a une partie sur la deuxième plaque d’électrode et parallèle à celle-ci, et un troisième diélectrique de condensateur sur la troisième plaque d’électrode. Une quatrième plaque d’électrode est sur le troisième diélectrique de condensateur et a une partie sur la troisième plaque d’électrode et parallèle à celle-ci.
En référence au condensateur à 5 plaques 200C de la , conformément à un mode de réalisation de la présente invention, en plus de ce qui précède, un condensateur métal/isolant/métal (MIM) comprend en outre un quatrième diélectrique de condensateur sur la quatrième plaque d’électrode, et une cinquième plaque d’électrode sur le quatrième diélectrique de condensateur, la cinquième plaque d’électrode ayant une partie sur la quatrième plaque d’électrode et parallèle à celle-ci.
Dans un mode de réalisation, les premier, deuxième et troisième diélectriques de condensateur (et, dans le cas de 5 plaques, le quatrième diélectrique de condensateur) comprennent un matériau à k élevée. Par exemple, dans un mode de réalisation, les diélectriques de condensateur sont composés d’un matériau tel que, sans caractère limitatif, l’oxyde de hafnium, l’oxynitrure de hafnium, le silicate de hafnium, l’oxyde de lanthane, l’oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l’oxyde de tantale, le titanate de baryum-strontium, le titanate de baryum, le titanate de strontium, l’oxyde d’yttrium, l’oxyde d’aluminium, l’oxyde de tantale-scandium-plomb, le niobate de zinc-plomb, ou une combinaison de ceux-ci. Dans un mode de réalisation, les première, deuxième, troisième et quatrième plaques d’électrode (et, dans le cas de 5 plaques, la cinquième plaque d’électrode) sont composées d’une couche de métal telle que, sans caractère limitatif, des nitrures métalliques (TiN ou TaN), des carbures métalliques, des siliciures métalliques, des aluminiures métalliques, le hafnium, le zirconium, titane, le tantale, l’aluminium, le ruthénium, le palladium, le platine, le cobalt, le nickel ou des oxydes métalliques conducteurs.
Dans un mode de réalisation, les première, deuxième, troisième et quatrième plaques d’électrode (et, dans le cas de 5 plaques, la cinquième plaque d’électrode) sont incluses dans une couche diélectrique unique, telle qu’une couche diélectrique à k faible. Dans un tel mode de réalisation, la couche diélectrique unique est incluse dans une structure de métallisation back-end-of-line (BEOL). La structure de métallisation BEOL peut être au-dessus d’une pluralité de dispositifs à circuit intégré.
Selon certains modes de réalisation, l’adaptation de la capacité totale se fonde sur la demande d’utilisation finale. Les précédentes structures MIM utilisaient 2 potentiels de tension différents et une terre commune. Une configuration d’électrode MIM à 3 plaques utilise des plaques individuelles pour alimenter les polarisations de la terre (GND), de la haute tension (HT) et de la basse tension (BT) en parallèle. Dans des modes de réalisation décrits ici, des plaques MIM supplémentaires sont reliées en parallèle à GND ou à une alimentation de tension spécifique afin de fournir une capacité supplémentaire compatible basse ou haute tension. Cela peut offrir une flexibilité accrue d’un dispositif final en fonction du cas d’utilisation pour une mise en œuvre particulière.
La comprend un graphique de variabilité 300 montrant une augmentation de la capacité normalisée multipliée par 5 entre le MIM à 3 plaques et celui à 5 plaques, conformément à un mode de réalisation de la présente invention.
La est un schéma 320 qui compare un MIM à 3 plaques à différentes configurations possibles utilisant des schémas MIM à 4 ou 5 plaques, conformément à un mode de réalisation de la présente invention. La montre une configuration de la technologie précédente par rapport à plusieurs configurations possibles qui peuvent être utilisées dans ce schéma. Pour la structure à 3 plaques, une seule configuration comprend un condensateur BT au-dessus d’un condensateur HT. Pour la structure à 4 plaques, une première configuration (con ) comprend un premier condensateur BT au-dessus d’un second condensateur BT au-dessus d’un condensateur HT. Une deuxième configuration (con ) comprend un condensateur BT au-dessus d’un premier condensateur HT au-dessus d’un second condensateur HT. Pour la structure à 5 plaques, une première configuration (con ) comprend un premier condensateur BT au-dessus d’un deuxième condensateur BT au-dessus d’un troisième condensateur BT au-dessus d’un condensateur HT. Une deuxième configuration (con ) comprend un condensateur BT au-dessus d’un premier condensateur HT au-dessus d’un deuxième condensateur HT au-dessus d’un troisième condensateur HT. Une troisième configuration (config. 3) comprend un premier condensateur BT au-dessus d’un second condensateur BT au-dessus d’un premier condensateur HT au-dessus d’un second condensateur HT.
Selon certains modes de réalisation, la formation de joints de trous métallisés et la synthèse de couches de plaques supplémentaires sont mises en œuvre pour permettre la fabrication d’un MIM à 5 plaques. Les condensateurs MIM peuvent être câblés dans un grand choix de configurations où une ou plusieurs plaques peuvent être connectées à un seul trou métallisé pour les connexions de circuit. Une telle mise en œuvre peut être avantageuse pour le rendement du processus intégré afin d’avoir un empilement de gravure identique pour chaque trou métallisé indépendamment des connexions de plaques de condensateur conçues. Dans un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention, chaque trou métallisé a des caractéristiques de plaque factice synthétisée, appelées « joints », ajoutées pour compléter le schéma de connexion conçu de sorte que tous les trous métallisés aient un empilement de gravure identique. La figure 5 détaille les schémas de formation de joints nécessaires pour permettre une configuration MIM à 5 plaques où chaque trou métallisé traverse 4 plaques d’électrode. Le tableau 1 ci-dessous détaille également le flux de synthèse de MIM à 5 plaques pour les connexions d’électrodes et la formation de joints. Il faut savoir que cette approche peut être appliquée pour ajouter d’autres plaques et aller au-delà de ce qui est montré dans le présent exemple.
La est une vue schématique d’une connexion de trou métallisé à la plaque d’électrode MIM dans un MIM à 3 plaques 340 comparativement à un MIM à 5 plaques 350, conformément à un mode de réalisation de la présente invention. Le MIM à 3 plaques 340 comprend un trou métallisé non connecté comportant deux joints, un trou métallisé HT comportant une connexion et un joint, un trou métallisé BT comportant une connexion et un joint, un trou métallisé à la terre comportant une connexion et un joint, et un trou métallisé BT comportant deux connexions. Le MIM à 5 plaques 350 comprend un trou métallisé non connecté comportant quatre joints, un trou métallisé HT comportant une connexion et trois joints, un trou métallisé BT comportant deux connexions et deux joints, un trou métallisé à la terre comportant deux connexions et deux joints, et un trou métallisé BT comportant trois connexions et un joint. Dans les deux cas, chaque trou métallisé est gravé à travers le même nombre de plaques MIM.
Le tableau 1 détaille les possibles configurations de plaques d’électrode que l’on peut trouver dans un schéma MIM à 5 plaques. Condensateur étiré Polarisation Connexion étirée TV0 Connexion de synthèse Formation de joints Gravure de trou métallisé (total des plaques) Plaque1/2 GND Plaque2 + Plaque3 Plaque4 + Plaque5 Aucune 4 + Plaque1 Aucune Plaque2 + Plaque4 + Plaque5 4 Plaque2/3 + Plaque3 Plaque5 Plaque1 + Plaque4 4 GND Plaque1 + Plaque2 Plaque4 Plaque5 4 Plaque1/2/3 + Plaque1 + Plaque3 Plaque5 Plaque4 4 GND Plaque2 Plaque4 Plaque1 + Plaque5 4 Pas de plaques N/C Aucune Aucune Plaque1 + Plaque2 + Plaque4 + Plaque5 4
Dans un mode de réalisation, l’effet de capacité MIM total sur la performance du dispositif final a été exploré expérimentalement, comme le montre la . La est un graphique 360 qui démontre l’amélioration effective de la fréquence du produit lors de l’ajout d’une capacité MIM totale, conformément à un mode de réalisation de la présente invention. Les données ont été recueillies de façon expérimentale. En augmentant la capacité MIM totale de plus de 3 fois, la fréquence du produit est augmentée d’environ 20 %. Cela illustre l’avantage qu’une architecture MIM avec une capacité MIM totale multipliée par cinq.
Dans un second aspect, un condensateur (MIM) comprenant des diélectriques nanostratifiés est décrit. Pour apporter du contexte, la capacité et le claquage sont optimisés par l’utilisation de couches épaisses à constante diélectrique élevée avec 1 à 2 couches d’un matériau à bande interdite supérieure (constante diélectrique généralement beaucoup plus faible) pour faciliter le claquage. Les couches à constante diélectrique inférieure sont en règle générale situées au niveau de l’interface d’électrode, mais d’autres représentations ont été utilisées. Toutefois, il peut être difficile d’obtenir une capacité très élevée tout en satisfaisant simultanément aux exigences de fiabilité pour un claquage de tension.
Conformément à des modes de réalisation de la présente invention, des approches consistent à déposer des couches alternées de divers matériaux à k élevée, ou de matériaux formant du verre à k élevée et large bande interdite, pour obtenir un empilement de films composites ayant une capacité supérieure globale aux mêmes niveaux de fuite, tout en satisfaisant aux spécifications de fiabilité mesurées par Vmax. La structure nanostratifée permet un ordre à courte portée pour obtenir une constante diélectrique élevée, mais empêche les voies de claquage diélectrique et la formation d’un ordre à longue portée qui peuvent conduire à des propriétés de capacité instables en raison de comportements antiferroélectriques ou ferroélectriques.
Les avantages de la mise en œuvre des modes de réalisation décrits ici peuvent favoriser des constantes diélectriques plus élevées et des tensions de claquage plus élevées et un stockage de charge important dans les condensateurs MIM. Des structures MIM à capacité plus élevée compensent les statismes de distribution de puissance et atténuent les sources de bruit électrique externes. Le résultat est une Vmin inférieure pour le transistor, que l’on peut utiliser pour fonctionner à des fréquences opérationnelles sensiblement supérieures et/ou à une puissance inférieure.
Pour apporter davantage de contexte, un empilement diélectrique MIM classique est composé de matériaux discrets à k faible pour faciliter le claquage diélectrique et d’un matériau à k élevée pour fournir une polarisation plus élevée sous un champ appliqué (voir la discussion de la ci-dessous). Des modes de réalisation décrits ici font intervenir l’utilisation de stratifiés à l’échelle nanométrique pour gagner des propriétés améliorées. Deux principaux schémas sont utilisés. Le premier fait intervenir deux matériaux à k élevée différents avec des nanocouches individuelles (p. ex., épaisses de 1 A à 20 A, généralement), agencées dans un super-réseau périodique (voir la discussion de la ci-dessous). Individuellement, l’épaisseur d’empilement total peut être limitée par une cristallisation et une formation de limites de grains des matériaux à k élevée. En raison de la structure en réseau, un ordre dans la direction verticale (c’est-à-dire, un champ électrique) est périodiquement interrompu, empêchant une cristallisation dans cette direction et fournissant une résistance au claquage électrique. Étant donné que les matériaux à k faible sont complètement éliminés, la capacité de l’empilement peut être considérablement plus grande que ce que l’on observe généralement. La seconde représentation utilise un nanostratifié d’un matériau à k élevée et à k faible (mais à largeur de bande interdite élevée). L’épaisseur et le nombre de couches à k faible font varier aussi bien la capacité que les propriétés de claquage. Les couches les plus minces peuvent faire moins d’une monocouche atomique, réduisant au minimum les impacts d’une capacité négative tout en empêchant quand même une cristallisation et un claquage diélectrique de tout le diélectrique. Ce second cas est illustré dans la , ci-dessous. La , décrite ci-dessous, montre comment la fréquence efficace d’un transistor peut évoluer en fonction de la capacité MIM. Des modes de réalisation peuvent être mis en œuvre pour fournir une amélioration de plus de 2 fois la capacité par rapport aux normes industrielles, avec la possibilité d’augmenter encore par optimisation.
La est une structure schématique d’un empilement diélectrique MIM classique 400 comprenant une couche supérieure à k faible 406 sur une couche à k élevée 404 sur une couche à k plus faible 402. Les couches à k faible 402 et 406 sont généralement situées au niveau des électrodes, comme illustré, mais dans certaines représentations elles peuvent être situées aussi au milieu de l’empilement.
La illustre une vue en coupe transversale d’un condensateur 500 où les matériaux à k faible sont retirés et où un réseau périodique à l’échelle nanométrique de matériaux à k élevée est utilisé, conformément à un mode de réalisation de la présente invention. Le condensateur 500 comprend des premières couches à k élevée 502 et des secondes couches à k élevée 504 alternées. Le condensateur ainsi obtenu peut fournir une capacité bien supérieure et des propriétés de claquage diélectrique acceptables.
La est une illustration schématique d’un super-réseau à k élevée/k faible 520, conformément à un mode de réalisation de la présente invention. Le condensateur 520 comprend des couches à k élevée relativement épaisses 522 et des couches à k faible relativement minces 524 alternées. Dans un mode de réalisation, l’épaisseur relative de k élevée à k faible est comme illustrée. La est un graphique 600 montrant l’amélioration effective de l’IDV par rapport à la valeur de capacité pour le super-réseau à k élevée/k faible 520, conformément à un mode de réalisation de la présente invention.
Toujours en référence aux figures 5A et 5B, un condensateur métal/isolant/métal (MIM) comprend une première électrode, un diélectrique de condensateur sur la première électrode, et une seconde électrode sur le diélectrique de condensateur. Le diélectrique de condensateur comprend une pluralité de premières couches diélectriques et de secondes couches diélectriques alternées, les premières couches diélectriques étant des couches diélectriques à k élevée.
Par exemple, dans un mode de réalisation, les premières couches diélectriques sont composées d’un matériau tel que, sans caractère limitatif, l’oxyde de hafnium, l’oxynitrure de hafnium, le silicate de hafnium, l’oxyde de lanthane, l’oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l’oxyde de tantale, le titanate de baryum-strontium, le titanate de baryum, le titanate de strontium, l’oxyde d’yttrium, l’oxyde d’aluminium, l’oxyde de tantale-scandium-plomb, le niobate de zinc-plomb, ou une combinaison de ceux-ci. Dans un mode de réalisation, la première et la deuxième électrode sont composées d’une couche de métal telle que, sans caractère limitatif, des nitrures métalliques (TiN ou TaN), des carbures métalliques, des siliciures métalliques, des aluminiures métalliques, le hafnium, le zirconium, le titane, le tantale, l’aluminium, le ruthénium, le palladium, le platine, le cobalt, le nickel, le cuivre, ou des oxydes métalliques conducteurs.
En référence à la plus particulièrement, dans un mode de réalisation, les secondes couches diélectriques sont des couches diélectriques à k élevée choisies dans la liste ci-dessus, mais ayant une composition différente des premières couches diélectriques. Dans un mode de réalisation, chacune des premières couches diélectriques et des secondes couches diélectriques a une épaisseur dans la plage de 1 à 20 nanomètres.
En référence à la plus particulièrement, dans un mode de réalisation, les secondes couches diélectriques sont des couches diélectriques à k faible. Dans un tel mode de réalisation, chacune des secondes couches diélectriques a une épaisseur inférieure à une monocouche d’un matériau diélectrique à k faible. Dans un mode de réalisation, les couches diélectriques à k faible sont composées d’oxydes de silicium (p. ex., du dioxyde de silicium (SiO 2 )), des oxydes de silicium dopés, des oxydes de silicium fluorés, des oxydes de silicium dopés au carbone.
Dans un autre aspect, des couches back-end-of-line (BEOL) de circuits intégrés comprennent couramment des structures microélectroniques électroconductrices, qui sont connues dans l’état de la technique sous le nom de trous métallisés, pour connecter électriquement des lignes métalliques ou d’autres interconnexions au-dessus des trous métallisés à des lignes métalliques ou d’autres interconnexions au-dessous des trous métallisés. Conformément à un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention, un condensateur métal/isolant/métal (MIM) tel que décrit ci-dessus peut être inclus dans une structure BEOL d’un circuit intégré.
En tant qu’exemple de structure BEOL non limitative, la illustre une vue en coupe transversale d’une structure de circuit intégré comportant quatre couches de métallisation avec une composition de lignes métalliques et un pas au-dessus de deux couches de métallisation avec une composition de lignes métalliques différente et un pas plus petit, conformément à un mode de réalisation de la présente invention. Il faut savoir qu’un condensateur métal/isolant/métal (MIM) selon les modes de réalisation décrits ci-dessus peut être intégré dans une ou plusieurs couches de la structure de circuit intégré décrite ci-dessous en association avec la .
En se référant à la , une structure de circuit intégré 700 comprend une première pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 704 dans une première couche diélectrique intercouche (ILD) 702 au-dessus d’un substrat 701 et espacée par celle-ci. Des lignes individuelles de la première pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 704 comprennent un premier matériau barrière conducteur 706 le long de parois latérales et un fond d’un premier matériau de remplissage conducteur 708. Des lignes individuelles de la première pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 704 sont le long d’une première direction 798 (p. ex., dans la page et hors de celle-ci).
Une deuxième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 714 est dans une deuxième couche ILD 712 au-dessus de la première couche ILD 702 et espacée par celle-ci. Des lignes individuelles de la deuxième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 714 comprennent le premier matériau barrière conducteur 706 le long de parois latérales et un fond du premier matériau de remplissage conducteur 708. Des lignes individuelles de la deuxième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 714 sont le long d’une deuxième direction 799 orthogonale à la première direction 798.
Une troisième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 724 est dans une troisième couche ILD 722 au-dessus de la deuxième couche ILD 712 et espacée par celle-ci. Des lignes individuelles de la troisième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 724 comprennent un deuxième matériau barrière conducteur 726 le long de parois latérales et un fond d’un deuxième matériau de remplissage conducteur 728. Le deuxième matériau de remplissage conducteur 728 est d’une composition différente de celle du premier matériau de remplissage conducteur 708. Des lignes individuelles de la troisième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 724 sont le long de la première direction 798.
Une quatrième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 734 est dans une quatrième couche ILD 732 au-dessus de la troisième couche ILD 722 et espacée par celle-ci. Des lignes individuelles de la quatrième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 734 comprennent le deuxième matériau barrière conducteur 726 le long de parois latérales et un fond du deuxième matériau de remplissage conducteur 728. Des lignes individuelles de la quatrième pluralité de lignes d’interconnexion conductrices 734 sont le long de la deuxième direction 799.
Le premier dispositif client comprend un moyen de saisie utilisateur et un moyen de sortie utilisateur. Le moyen de saisie utilisateur est configuré pour entrer des informations d'utilisateur pour contrôler et alimenter la première application cliente. Le moyen de saisie utilisateur comprend de préférence un ou plusieurs moyens d'entrée vocale (saisie vocale) pour recevoir des données vocales, un moyen de saisie textuelle pour recevoir une entrée de texte (saisie textuelle) comme par exemple un écran tactile ou un clavier et un moyen de saisie de pointeur pour recevoir une entrée de sélection comme par exemple un écran tactile ou une souris ou d'autres périphériques d'entrée de pointage. Le moyen de saisie vocale est de préférence un microphone, mais d'autres moyens d'entrée vocale sont possibles. Le moyen de sortie utilisateur est configuré pour sortir des informations vers l'utilisateur 10 pour interagir avec la première application cliente. Le moyen de sortie utilisateur comprend de préférence un ou plusieurs parmi un affichage, une haptique et une sortie audio. La sortie audio comprend de préférence un haut-parleur, un casque et/ou une connexion pour casque ou autres haut-parleurs.