專利名稱：金屬-絕緣體-金屬電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地，涉及一 種能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的可靠性提高的金屬-絕緣體-金屬(MIM ) 電容器及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來用于半導(dǎo)體器件的高度集成技術(shù)引起了其中集成了模擬 電容器與邏輯電路的半導(dǎo)體器件的研究和發(fā)展。目前，可以獲得這 種產(chǎn)品。對于在互補(bǔ)金屬氧化物硅(CMOS)邏輯部件(logic)中 使用的模擬電容器而言，其可以采用多晶硅-絕緣體-多晶硅(PIP) 或金屬-絕纟彖體-金屬(MIM)的形式。
相比于MOS型電容器或結(jié)電容器，由于不依賴于偏壓，這種 PIP或MIM電容器需要被相對精確地構(gòu)造。對于具有PIP結(jié)構(gòu)的電 容器而言，導(dǎo)電多晶石如故用于電容器的上部電才及和下部電才及。由于 這個原因，在電極和介電薄膜之間的接觸面處可能發(fā)生氧化。可能 形成天然氧4b月莫(自然fU匕月莫，natural oxide film),減小了電容器 的總電容。此外，由于形成在多晶硅層中的勢壘區(qū)，可能出現(xiàn)電容 的減小。由于這些原因，PIP電容器不適用于高速和高頻操作。
為了解決這個問題，提出了其中上部電極和下部電極都使用金
屬層形成的MIM電容器。目前，由于MIM電容器呈現(xiàn)出^f氐的電阻 率(specific resistance )而且不呈現(xiàn)出由內(nèi)部損井毛引起的寄生電容， 所以可以在高性能的半導(dǎo)體器件中使用MIM電容器。
然而，相關(guān)的MIM電容器對于他們^使用的有效區(qū)域具有相對 低的電容量。通過增大電容器面積或通過使用具有高介電常數(shù)的膜 來#是高電容值或許是可能的。
增大電容器面積的方法遺憾地增大了芯片的面積。同樣，使用 具有高介電常婆t的膜需要在i殳備方面額外的才殳入或新的工藝。此 外，在用于銅線的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝期間可能在形成大的 下部電容器銅圖樣處出現(xiàn)凹陷(dishing)現(xiàn)象。也就是，銅線可能 :故凹進(jìn)去。在這種情形下，幾乎不可能獲得精確的電容值。這可能 引起模擬器件特性的惡化，包括漏電壓(leakage voltage )和擊穿電 壓的降低。從而，可靠性成為問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地， 涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的可靠性提高的金屬-絕緣體-金屬 (MIM)電容器及其制造方法。本發(fā)明實施例涉及一種金屬-絕緣 體-金屬(MIM)電容器，該電容器可以包4舌第一絕纟彖膜，形成 在第一絕緣膜上方的第一金屬層和形成在第一金屬層上方的第一 電容器絕緣膜(capacitor insulating film )。第二金屬層可以在部分第 一電容器絕緣膜上方形成而第二電容器絕緣膜可以在第二金屬層 上方形成。第三金屬層可以在部分第二電容器絕纟彖力莫上方形成而氮 化膜可以在第三金屬層上方形成。多層絕緣膜(multilayer insulating film)可以在所得到的結(jié)構(gòu)的整個上部表面上方形成。第一和第二
金屬線可以形成在接觸孔中,該接觸孔在貫穿多層絕緣膜之后貫穿 第一電容器絕緣膜、第二電容器絕緣膜和氮化膜。
本發(fā)明實施例涉及一種制造金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器 的方法，該方法包括在包括第一金屬層的第一絕纟彖膜上方順序地 形成第一電容器絕緣膜、第二金屬層、第二電容器絕緣膜、第三金 屬層和氮化膜；蝕刻多層絕緣膜、氮化膜、第一電容器絕緣膜和第 二電容器絕緣膜，從而形成接觸孔；以及在接觸孔中沉積銅，并使 用化學(xué)機(jī)械拋光工藝平坦化所沉積的銅，/人而形成第一和第二金屬 線。


實例圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MIM電容器的平面圖。
實例圖2是沿著實例圖1的線A-A，截取的橫截面圖。
實例圖3A到圖3G是示出了制造在實例圖1中所示的MIM電 容器的方法的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照與金屬-絕*彖體-金屬(MIM)電容器及其制造 方法相關(guān)聯(lián)的本發(fā)明的實施例，其實例將在附圖中示出。實例圖1 是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的MIM電容器的平面圖。實例圖2是 沿著實例圖1的線A-A，截取的橫截面圖。
如實例圖1和圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的MIM電容器 可以包括下部絕緣膜100。可以在下部絕纟彖膜100上方形成下部金 屬層110。可以在下部金屬層110上方形成第一電容器絕纟彖力莫120, 以及可以在部分第一電容器絕緣膜120上方形成中心金屬層(central metal layer) 130?？梢栽谥行慕饘賹?30上方形成第二電 容器絕緣膜140。該MIM電容器同樣可以包括形成在部分第二電 容器絕-彖膜140上方的上部金屬層150，形成在上部金屬層150上 方的氮化膜160,以及形成在包括氮化膜160的第一電容器絕緣膜 120上方的多層絕緣膜165。該MIM電容器可以進(jìn)一步包括貫穿 第一電容器絕緣膜120和多層絕緣膜165以連接上部金屬層150和 下部金屬層110的第一金屬線170。第二金屬線180貫穿第二電容 器絕續(xù)』莫140和多層絕全彖膜165,以連4妾下部金屬層110和中心金 屬層130。
可以-使用諸如銅的金屬形成下部金屬層110以具有裂縫結(jié)構(gòu) (slitted structure )。下部金屬層110的裂》逢結(jié)構(gòu)隔離開各部分下部 金屬層110。裂縫結(jié)構(gòu)使得在用于下部金屬層110的化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)工藝期間防止凹陷現(xiàn)象成為可能。由于防止了凹陷現(xiàn)象，所 以可以穩(wěn)、定地獲得所期望的電容和擊穿電壓以及可4妄受的漏電流 (leakage current )。從而，可以提高電容器的可靠性。
可以使用Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一種在第一電容器絕緣 膜120所期望的部分上方形成中心金屬層130。可以使用Ti、 Ti/TiN 和Ti/Al/TiN中的一種在第二電容器絕緣膜140上方形成上部金屬 層150以便其具有裂縫結(jié)構(gòu)。第一電容器絕緣膜120、第二電容器 絕緣膜140和氮化膜160可以由相同的材料制成。第一電容器絕緣 膜120和第二電容器絕緣膜140可以具有450埃到700埃的厚度。
第一銅線170可以連4妄上部金屬層150和下部金屬層110。第 二銅線180可以連4妻下部金屬層110和中心金屬層130。由于上部 金屬層150和下部金屬層110可以通過第一銅線170連接，所以該 上部金屬層150和下部金屬層110起到電容器的頂板(top plate) 的作用。由于下部金屬層110和中心金屬層130可以通過第二銅線 180連接，所以該下部金屬層110和中心金屬層130起到底才反(bottom
plate )的作用。由于通過由第一銅線170連接的上部金屬層150和 下部金屬層IIO構(gòu)成的電容器部分和通過由第二銅線180連接的下 部金屬層110和中心金屬層130構(gòu)成的電容器部分可以平行的連 才妄，所以可以纟是高總的電容值。
在上述的結(jié)構(gòu)中，使用現(xiàn)有的設(shè)備和工藝，而不需要任何額外 的設(shè)備投入或任何額外的工藝設(shè)置，MIM電容器實現(xiàn)了電容值的增 加。由于對于現(xiàn)有的電容器區(qū)域確保電容值的增加是可能的，所以 可以使半導(dǎo)體器件的尺寸最小化。
在下文中，將描述制造4艮據(jù)本發(fā)明實施例的具有上述結(jié)構(gòu)的 MIM電容器的方法。實例圖3A到圖3G是示出了制造根據(jù)本發(fā)明 實施例的MIM電容器的方法的截面圖。如實例圖3A所示，可以偵: 用圖樣化工藝在下部絕緣膜100上方形成下部金屬層110。其后， 可以在下部金屬層110上方順序地沉積第一電容器絕緣膜120、中 心金屬層130、第二電容器絕緣膜140、上部金屬層150和氮化膜 160。隨后，可以通過曝光和顯影工藝使用第一掩模來在氮化膜160 上方形成第一掩才莫圖樣200。
下部金屬層110可以由諸如銅的金屬制成。中心金屬層130和 上部金屬層150可以4吏用Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一種制成。 每個下部金屬層110和上部金屬層150都可以形成具有裂t逢結(jié)構(gòu)。 第一電容器絕纟彖膜120、第二電容器絕纟彖膜140和氮化力莫160可以 由相同的材料制成。第 一 電容器絕緣膜120和第二電容器絕緣膜140 可以具有450埃到700埃的厚度。氮化膜160可以厚于第一電容器 絕緣膜120和第二電容器絕緣膜140。
如實例圖3B所示，可以使用第一掩才莫圖樣200通過干蝕刻工 藝或濕蝕刻工藝來蝕刻氮化膜160和上部金屬層150,以1更可以部 分暴露第二電容器絕緣膜140。然后，可以去除第一掩模圖樣200。
隨后，可以通過曝光和顯影工藝使用第二掩模來在包括被蝕刻的氮
化膜160和上部金屬層150的第二電容器絕纟彖膜140上方形成第二 掩模圖樣220。
如實例圖3C所示，可以使用第二掩模圖樣220通過干蝕刻工 藝或濕蝕刻工藝來蝕刻中心金屬層130和第二電容器絕緣膜140, 以部分地暴露第一電容器絕緣膜120。然后，可以去除第二掩才莫圖 樣220。隨后，可以在包括被蝕刻的氮化膜160和上部金屬層150 的第一電容器絕纟彖膜120上方沉積多層絕纟彖膜165?？梢酝ㄟ^曝光 和顯影工藝使用第三掩模來在多層絕緣膜165上方形成第三掩模圖 樣260。
如實例圖3D所示，可以使用第三掩模圖樣260通過干蝕刻工 藝或濕蝕刻工藝來蝕刻多層絕緣膜165。這可以暴露第一電容器絕 》彖膜120、第二電容器絕纟彖膜140和氮化膜160。然后，可以去除 第三掩才莫圖樣260 ?？梢?吏用全表面々蟲刻工藝(full-surface etching process)在多層絕緣膜165的一皮蝕刻的部分上方涂覆犧牲光刻月交 (sacrificial photoresist) 280。然后，通過4吏用了第四掩才莫的曝光和 顯影工藝，可以在包括犧牲光刻膠280的多層絕緣膜165上方形成 第四掩才莫圖樣300。
如實例圖3E所示，可以使用第四掩模圖樣300通過干蝕刻工 藝在涂覆有犧牲光刻月交280的區(qū)域中部分蝕刻多層絕鄉(xiāng)彖月莫165和犧 牲光刻月交280。這個處理可以:故用來在多層絕^彖膜165所暴露的部 分中形成^皮蝕刻至一定深度的凹槽(groove )。
如實例圖3F所示，然后，可以使用光刻膠剝離工藝(photoresist stripping process )去除殘留的犧牲光刻月交280和第四掩才莫圖樣300 以形成接觸孔?？梢酝ㄟ^接觸孔暴露下部金屬層110、中心金屬層 130和上部金屬層150。
ii
如實例圖3G所示，可以在4妄觸孔中沉積銅。可以通過CMP 工藝平坦化所沉積的銅以形成第一銅線170和第二銅線180。
通過上面的描述中可以清楚的知道，4艮據(jù)本發(fā)明實施例的MIM 電容器可以具有以下作用。首先，使用現(xiàn)有的設(shè)備和工藝，而不需 要沒有任何額外的i殳備4殳入或任何額外的工藝i殳置，MIM電容器就 能實現(xiàn)電容值的增加。其次，對于現(xiàn)有的電容器區(qū)域保證電容值的 增加是可能的，從而使芯片的尺寸最小化。第三，隔離開電容器的 下部金屬層的各部分以在CMP處理期間防止凹陷現(xiàn)象是可能的。 第四，通過防止凹陷現(xiàn)象可以穩(wěn)定地獲得所期望的電容、漏電流和 擊穿電壓。從而，可以^是高電容器的可靠性。
在所披露的本發(fā)明實施例中可以作各種修改及變形，這對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見且明顯的。因此，本發(fā)明意在涵蓋 在所附權(quán)利要求及其等同替換的范圍內(nèi)的對披露的本發(fā)明實施例 的顯而易見且明顯的 <奮改和變形。
權(quán)利要求
1. 一種裝置，包括:第一絕緣膜；第一金屬層，形成在所述第一絕緣膜上方；第一電容器絕緣膜，形成在所述第一金屬層上方；第二金屬層，形成在部分所述第一電容器絕緣膜上方；第二電容器絕緣膜，形成在所述第二金屬層上方；第三金屬層，形成在部分所述第二電容器絕緣膜上方；氮化膜，形成在所述第三金屬層上方；多層絕緣膜，形成在所得到的結(jié)構(gòu)的整個上部表面的上方；以及第一金屬線和第二金屬線，形成在接觸孔中，所述接觸孔在貫穿所述多層絕緣膜之后貫穿所述第一電容器絕緣膜、所述第二電容器絕緣膜和所述氮化膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一金屬線連接所述 第三金屬層和所述第 一金屬層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二金屬線連接所述 第 一金屬層和所述第二金屬層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一金屬層使用銅形 成以具有裂^t結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二金屬層由Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一種制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第三金屬層使用Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一種形成以具有裂縫結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一電容器絕緣膜、 所述第二電容器絕緣膜和所述氮化膜基本上由相同的材料制 成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，每個所述第一電容器絕緣 膜和所述第二電容器絕緣膜都具有大約450埃到700埃的厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第三金屬層和所述第 一金屬層通過所述第一金屬線連接，而所述第一金屬層和所述 第二金屬層通過所述第二金屬線連接，以構(gòu)成平行連接的電容 器部分。
10. —種方法，包才舌在包括第 一金屬層的第 一絕纟彖膜上方順序地形成第 一 電 容器絕緣膜、第二金屬層、第二電容器絕緣膜、第三金屬層和 氮化膜；在所得到的結(jié)構(gòu)的整個上部表面上方形成多層絕緣膜；蝕刻所述多層絕緣膜、所述氮化膜、所述第一電容器絕緣 膜和所述第二電容器絕緣膜，從而形成接觸孔；以及在所述接觸孔中沉積銅，并使用化學(xué)機(jī)械拋光工藝平坦化 所沉積的銅，/人而形成第一金屬線和第二金屬線。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述得到的結(jié)構(gòu)的整 個上部表面上方形成所述多層絕》彖膜，包4舌 使用第一掩模圖樣蝕刻所述氮化膜和所述第三金屬層以暴露所述第二電容器絕緣膜；以及使用第二掩模圖樣來部分蝕刻所述第二金屬層和所述第 二電容器絕緣膜以部分暴露所述第一電容器絕緣膜。
12. 才艮據(jù)纟又利要求IO所述的方法，其中，每個所述^皮蝕刻的氮化 膜和所述被蝕刻的第三金屬層都具有裂縫結(jié)構(gòu)，所述裂縫結(jié)構(gòu) 具有相互隔開預(yù)定距離的裂縫。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，蝕刻所述多層絕緣膜、 所述氮化膜、所述第一電容器絕緣膜和所述第二電容器絕緣 膜，從而形成接觸孔，包括蝕刻部分所述多層絕緣膜以部分暴露所述第一電容器絕 緣膜、所述氮化膜和所述第二電容器絕緣膜，并且在所述多層 絕緣膜的被蝕刻的部分中形成犧牲光刻膠；在形成所述犧牲光刻月交的區(qū)域中部分蝕刻所迷多層絕續(xù)^ 月莫和所述犧4生光刻月交，乂人而在所述多層絕^彖膜中形成具有預(yù)定 深度的凹槽；去除所述犧牲光刻膠；以及蝕刻所述多層絕緣膜、所述氮化膜和所述第二電容器絕 緣膜以部分暴露所述第 一金屬層、所述第二金屬層和所述第三 金屬層。
14. 才艮據(jù)4又利要求IO所述的方法，其中，^吏用銅形成所述第一金 屬層以具有裂縫結(jié)構(gòu)。
15. 4艮據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，每個所述第三金屬層和 所述第二金屬層老IH吏用Ti、Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一種形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一電容器絕緣膜、 所述第二電容器絕緣膜和所述氮化膜基本上由相同的材料制 成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的萬法，其中，所述第一電容器絕緣膜 和所述第二電容器絕緣膜基本上具有相同的厚度。
18. 才艮據(jù)4又利要求10所述的方法，其中，每個所述第一電容器絕 緣膜和所述第二電容器絕緣膜都具有大約450埃到700埃的厚 度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述氮化膜基本上厚于 每個所述第一電容器絕緣膜和所述第二電容器絕緣膜。
20. 才艮據(jù)4又利要求10所述的方法，其中，所述第三金屬層和所述 第一金屬層通過所述第一金屬線連"t妄，而所述第一金屬層和 所述第二金屬層通過所述第二金屬線連接，以構(gòu)成平行連接的 電容器部分。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的可靠性提高的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器及其制造方法。所披露的MIM電容器包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，該金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器可以包括第一絕緣膜，形成在第一絕緣膜上方的第一金屬層和形成在第一金屬層上方的第一電容器絕緣膜。第二金屬層可以在部分第一電容器絕緣膜上方形成而第二電容器絕緣膜可以在第二金屬層上方形成。第三金屬層可以在部分第二電容器絕緣膜上方形成而氮化膜可以在第三金屬層上方形成。多層絕緣膜可以在所得到的結(jié)構(gòu)的整個上部表面的上方形成。第一和第二金屬線可以形成在接觸孔中，該接觸孔在貫穿多層絕緣膜后貫穿第一電容器絕緣膜、第二電容器絕緣膜和氮化膜。
文檔編號H01L29/92GK101378085SQ200810146789
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者樸正浩 申請人:東部高科股份有限公司