[發明專利]金屬-絕緣體-金屬（MIM）電容器結構及其形成方法

有效

• 申請號: 201410790320.1
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104733431B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 梁虔碩;戴志和;黃敬泓;何盈蒼;江柏融
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L21/02
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

本發明提供了金屬?絕緣體?金屬（MIM）電容器結構以及形成MIM電容器結構的方法。MIM電容器結構包括襯底和形成在襯底上的金屬?絕緣體?金屬(MIM)電容器。MIM電容器包括電容器頂部金屬(CTM)層、電容器底部金屬(CBM)層和形成在CTM層和CBM層之間的絕緣體。絕緣體包括絕緣層和第一高k介電層，并且絕緣層包括氮化物層和氧化物層，并且氮化物層形成在第一高k介電層和氧化物層之間。

相關申請的交叉引用

本申請是2013年12月18日提交的標題為“用于形成金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器結構的機制”的第14/133,037號申請的部分繼續申請。

技術領域

本發明涉及集成電路器件，更具體地，涉及金屬-絕緣體-金屬（MIM）電容器結構及其形成方法。

背景技術

半導體器件用于各種電子應用中，諸如個人計算機、手機、數碼相機和其他電子設備。通常通過在半導體襯底上方依次沉積絕緣或介電層、導電層和半導體材料層以及使用光刻圖案化各個材料層以在各個材料層上形成電路組件和元件來制造半導體器件。在單個半導體晶圓上通常制造許多集成電路，并且通過沿著劃線在集成電路之間鋸切來分割晶圓上的單獨的管芯。例如，單獨的管芯通常以多芯片模塊或其他封裝類型來分別封裝。

通過不斷減小最小部件尺寸(這允許更多的組件集成到給定區域內)，半導體工業不斷改進各種電子組件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成度。在一些應用中，這些較小的電子組件也需要比之前的封裝件利用更小面積的較小的封裝件。

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器和射頻器件的混合信號器件和邏輯器件中。MIM電容器用于存儲各種半導體器件中的電荷。MIM電容器橫向地形成在半導體晶圓上，其中兩個金屬板將與晶圓表面平行的介電層夾在中間。然而，存在與MIM 電容器相關的許多挑戰。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種金屬-絕緣體-金屬 (MIM)電容器結構，包括：襯底；以及金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，形成在所述襯底上，其中，所述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，形成在所述CTM層和所述 CBM層之間，其中，所述絕緣體包括絕緣層和第一高k介電層，并且其中，所述絕緣層包括氮化物層和氧化物層，并且所述氮化物層形成在所述第一高k介電層和所述氧化物層之間。

在上述MIM電容器結構中，其中，所述絕緣體還包括第二高k介電層。

在上述MIM電容器結構中，其中，所述絕緣體還包括第二高k介電層，其中，所述第一高k介電層和所述第二高k介電層形成在所述絕緣層的相對兩側上。

在上述MIM電容器結構中，其中，所述第一高k介電層的相對介電常數在從約4至約400的范圍內。

在上述MIM電容器結構中，其中，所述第一高k介電層包括氧化鈦 (Ti_xO_y，x是實數，并且y是實數)、氧化鉭(Ta_xO_y，x是實數，并且y 是實數)、氮氧化鈦(Ti_xO_yN_z，x是實數，y是實數，并且z是實數)或氮氧化鉭(Ta_xO_yN_z，x是實數，y是實數，并且z是實數)。

在上述MIM電容器結構中，其中，所述第一高k介電層的厚度在從約 5埃至約50埃的范圍內。

在上述MIM電容器結構中，其中，所述第一高k介電層的厚度在從約 5埃至約50埃的范圍內，其中，所述CBM層包括底部阻擋層、主要金屬層和頂部阻擋層，并且其中，所述底部阻擋層和所述頂部阻擋層形成在所述主要金屬層的相對兩側上。