[發(fā)明專利]形成金屬-絕緣體-金屬（MIM）電容器結(jié)構(gòu)的機(jī)理

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410787169.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN104733430A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁虔碩;林杏芝;葉玉隆;戴志和;黃敬泓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L23/522
• 分類號(hào): H01L23/522;H01L21/768
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器及其形成方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體器件用于諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和其他電子設(shè)備的各種電子應(yīng)用中。通常通過下列步驟制造半導(dǎo)體器件：在半導(dǎo)體襯底上方順序地沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層和半導(dǎo)體材料層，然后使用光刻工藝來(lái)圖案化各種材料層以在其上形成電路組件和元件。通常在單個(gè)半導(dǎo)體晶圓上制造很多集成電路，然后通過沿著劃線在各集成電路之間進(jìn)行切割來(lái)將晶圓上的各個(gè)管芯分割。各個(gè)管芯通常被單獨(dú)封裝，例如，采用多芯片模塊封裝或其他類型的封裝。

半導(dǎo)體行業(yè)通過不斷降低最小特征尺寸(這使得更多的組件集成在給定區(qū)域內(nèi))來(lái)不斷提高各種電子組件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成度。在一些應(yīng)用中，這些較小的電子組件也需要比過去的封裝占用較少面積的較小封裝。

一種類型的電容器是金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，其用于諸如嵌入式存儲(chǔ)器和射頻裝置的混合信號(hào)裝置和邏輯裝置中。MIM電容器用于存儲(chǔ)在各種半導(dǎo)體器件中的電荷。MIM電容器水平形成在半導(dǎo)體晶圓上，并且兩個(gè)金屬板之間夾設(shè)有與晶圓表面平行的介電層。然而，關(guān)于MIM電容器存在很多挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種裝置，包括：襯底；以及金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，形成在襯底上，其中，MIM電容器包括：電容器頂部金屬(CTM)層；電容器底部金屬(CBM)層；和絕緣體，形成在CTM層和CBM層之間，其中，絕緣體包括絕緣層和第一高k介電層，并且第一高k介電層形成在CBM層和絕緣層之間或者形成在CTM層和絕緣層之間。

優(yōu)選地，絕緣體還包括第二高k介電層。

優(yōu)選地，第一高k介電層和第二高k介電層形成在絕緣層的相對(duì)兩側(cè)上。

優(yōu)選地，第一高k介電層具有介于約4至約400范圍內(nèi)的相對(duì)介電常數(shù)。

優(yōu)選地，第一高k介電層包括氧化鈦(Ti_xO_y，x為實(shí)數(shù)以及y為實(shí)數(shù))、氧化鉭(Ta_xO_y，x為實(shí)數(shù)以及y為實(shí)數(shù))、氮氧化鈦(Ti_xO_yN_z，x為實(shí)數(shù)、y為實(shí)數(shù)以及z為實(shí)數(shù))或氮氧化鉭(Ta_xO_yN_z，x為實(shí)數(shù)、y為實(shí)數(shù)以及z為實(shí)數(shù))。

優(yōu)選地，第一高k介電層的厚度介于約5埃至約50埃的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，第一高k介電層的厚度、絕緣層的厚度和第二高k介電層的厚度的總厚度介于約17埃至約10010埃的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，CBM層包括底部阻擋層、主金屬層和頂部阻擋層，并且底部阻擋層和頂部阻擋層形成在主金屬層的相對(duì)兩側(cè)上。

優(yōu)選地，第一高k介電層形成在CBM層的頂部阻擋層和絕緣層之間。

優(yōu)選地，底部阻擋層和頂部阻擋層分別包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)或氮化鉭(TaN)。

優(yōu)選地，主金屬層包括銅(Cu)、銅合金、鋁(Al)、鋁(Al)合金、銅鋁合金(AlCu)、鎢(W)或鎢(W)合金。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)，包括：CBM層，形成在襯底上，其中，CBM層包括底部阻擋層、主金屬層和頂部阻擋層；第一高k介電層，形成在CBM層上；絕緣層，形成在第一高k介電層上；第二高k介電層，形成在絕緣層上；以及CTM層，形成在第二高k介電層上，其中，CTM層包括底部阻擋層、主金屬層和頂部阻擋層。

優(yōu)選地，第一高k介電層和第二高k介電層分別包括氧化鈦(Ti_xO_y，x為實(shí)數(shù)以及y為實(shí)數(shù))、氧化鉭(Ta_xO_y，x為實(shí)數(shù)以及y為實(shí)數(shù))、氮氧化鈦(Ti_xO_yN_z，x為實(shí)數(shù)、y為實(shí)數(shù)以及z為實(shí)數(shù))或氮氧化鉭(Ta_xO_yN_z，x為實(shí)數(shù)、y為實(shí)數(shù)以及z為實(shí)數(shù))。

優(yōu)選地，第一高k介電層具有介于約4至約400范圍內(nèi)的相對(duì)介電常數(shù)。

優(yōu)選地，第一高k介電層具有介于約5埃至約50埃范圍內(nèi)的厚度。

優(yōu)選地，絕緣層的厚度、第一高k介電層的厚度和第二高k介電層的厚度的總厚度介于約17埃至約10100埃的范圍內(nèi)。