專利名稱：電容器制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容器制造方法，具體地說是涉及集成電路中制造金屬極板電容器的方法。
電容器廣泛用于電子裝置中來儲存電荷。電容器基本上包括兩個由絕緣體分開的導電板。電容、或每單位電壓電容器儲存的電荷用法拉來度量，由電容器板的面積，兩板間的距離和絕緣體的介電系數(shù)決定。電容器用于濾波器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，存儲器，和各種控制應用中。
集成電路中的電容器通常由多晶硅、金屬與多晶硅或金屬與多晶化物結(jié)構(gòu)制成。在多數(shù)應用中，如在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)中，需要電容不隨電壓變化的電容器。電容隨所加電壓變化的大小叫做電容的電壓系數(shù)(VoC)，用百萬分率作單位。通常，用于集成電路中的電容器的VoC不是零(50-300PPM)，因此需要消除。采用零點法的電路技術(shù)假定VoC隨電壓的變化(不為零時)是電壓的線性函數(shù)，這一假設(shè)對集成電路電容器無效。此外，雖然采用這些技術(shù)提高了ADC的精度和分辨率，但會耗用芯片面積，增加芯片成本。如果電容器的VoC小于π個PPM，就不需要采用零點電路技術(shù)，從而可降低電路的復雜性和成本。
Paterson等人的美國專利No.5108941公開一種制造金屬與多晶硅型電容器的方法，這種電容器與多晶硅型電容器相比具有較低的VoC。在Paterson等人的方法中，電容器底板制作在場氧化結(jié)構(gòu)上，其上沉積多層電介質(zhì)。從電容器區(qū)域除去多層電介質(zhì)，沿露出的底板和多層電介質(zhì)用低壓化學蒸氣相沉積法(LPCVD)沉積一層氧化/氮化電介質(zhì)。第一層鈦/鎢最好在接觸腐蝕前沉積，然后形成與隔離壕和無關(guān)多晶硅的接觸。金屬化部分被完全濺射，金屬和鈦/鎢被消除以留下填充接觸孔的金屬化部分和具有鈦/鎢及金屬頂板的電容器。
在任何生產(chǎn)工藝中，簡化都是個優(yōu)點。因而，用同樣成本的材料實現(xiàn)同樣或更好質(zhì)量的產(chǎn)品卻采用較少步驟的生產(chǎn)方法是再好不過了，尤其是在去除的生產(chǎn)步驟減少了勞動力成本和對昂貴的生產(chǎn)設(shè)備的需要的情況下。
另外，生產(chǎn)集成電路的工藝步驟需要有靈活性。尤其是具有模塊化的電容器制造過程非常有利，模塊化的過程可作為選項加入到現(xiàn)有的數(shù)字化程序，而不會改變后續(xù)操作。如美國專利No.5108941所設(shè)想的那樣在多晶硅上加一層硅化金屬(多晶化物)需要將整個多晶硅層硅化以實現(xiàn)最佳電壓穩(wěn)定性。然而，硅化大大減小了工藝的靈活性。例如，對于硅化結(jié)構(gòu)，為了退火、擴散、驅(qū)動摻雜劑、抹平層間電介質(zhì)及類似目的而對集成電路進行熱處理，限于低于850℃的溫度。能夠采用850℃以上的溫度以及能夠在集成電路生產(chǎn)的各階段制成低VoC的電容器將非常有利。
這里提供一種低VoC的金屬極板電容器和在集成電路中制造這種電容器的方法。該方法包括在導電襯底上形成場介電層；形成包括一層與所述導電多晶硅層電接觸第一金屬的電容器底板；和形成包括一層在所述電容器電介質(zhì)上的第二金屬的電容器頂板。
底板最好包括一層具有氮化鈦涂層的鈦。頂板最好是鋁。電容器電介質(zhì)最好是二氧化硅或氧化硅/電介質(zhì)。
最好是，該方法還包括形成與所述場介電層接觸的導電多品硅層并在形成電容器底板前在導電多晶硅層上沉積一種層間電介質(zhì)(如二氧化硅)。
為使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能更好地了解如何實現(xiàn)本發(fā)明的方法，下面將參考附圖詳細描述該方法的最佳實施例。其中

圖1是本發(fā)明電容器10的剖面圖；圖2至6是說明制造本發(fā)明電容器各個步驟的剖面圖。
圖1是根據(jù)這里描述的方法制造的金屬極板電容器10的剖面圖。電容器10包括下極板14，電介質(zhì)層15，和上極板17。這些層可選擇地迭加在多晶硅層12的上面，多晶硅層12在位于硅襯底18上的場氧化(FOX)電介質(zhì)層11上形成。襯底18可以是P型或N型硅。
電容器10的下極板14可由任何適于導電和存儲電荷的金屬制成，如鋁、銅、銀、鈦，或貴重金屬如金、鉑、鈀、及類似金屬。最好是，下面的極板14是一由鍍有一層氮化鈦(TiN)14b的鈦(Ti)層14a。14層的厚度約為0.04微米到0.15微米，其中鈦層14a的厚度約為0.01微米到0.05微米，TiN層的厚度約為0.03微米到0.10微米。
層15可由任何合適的電介質(zhì)制成(如二氧化硅SiO2和/或氮化硅)并且厚度通常約為0.01微米到0.10微米，取決于電容器的電氣要求。
電容器的頂板17可是任何適合制造集成電路電容器的金屬。鋁是制造頂板17優(yōu)選的金屬。鋁可選擇性地用銅或硅摻雜，或者可能是多層金屬結(jié)構(gòu)的部分。
制造具有低VoC的金屬極板電容器10的方法在圖2到圖6中說明。
參考圖2，多晶硅板12在場氧化層11(SiO2)上形成圖案。場氧化層11用本領(lǐng)域眾所周知的方法(如局域氧化或沉積)制作在硅襯底18上。相類似地，多晶硅的圖案形成在本領(lǐng)域也為人熟知。于是層間電介質(zhì)13以適當?shù)膱D形被沉積以使多晶硅層12與上覆的金屬化層絕緣。層間電介質(zhì)13最好是二氧化硅，其可被任意摻雜，也可以是氮化硅或任何其它具有適于這里所描述應用的性質(zhì)的材料。此時的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
多晶硅12最好重摻雜以使其具有相當導電性，如同在常規(guī)集成電路中一樣。通常多晶硅層通過擴散、離子注入、或原地摻雜將被n摻雜。應當注意，多晶硅層12不用作電容器10的底板，因此是任選的。然而，其用作將電荷導入及導出底板14的引線，因而有利于將電容器10并入集成電路。與美國專利No.5108941相反的是，這里的多晶硅層12不需要為獲得電容器的最佳VoC性能而硅化。另外，其它的導電材料可以替代多晶硅，如鋁、銅、銀、鈦或貴重金屬如金，鉑，鈀及類似金屬。
參考圖3，通過沉積一層鈦(Ti)14a和氮化鈦(TiN)14b，制成底板14，最好是濺射沉積。氮化鈦可在沉積了一定厚度的鈦金屬后通過使氮氣注入鈦濺射靶室被就地沉積。這樣，氮化鈦就形成了覆蓋鈦的薄膜，用來阻擋下面所討論的后續(xù)工藝步驟的腐蝕。
接下來沉積電容器電介質(zhì)15。通過在Ti/TiN層14上用化學氣相沉積(CVD)法或等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)法先沉積四乙氧基硅烷(TEOS)形成電介質(zhì)層。TEOS分解后形成SiO2附著層15。盡管這里將電容器電介質(zhì)描述成二氧化硅，技術(shù)人員應該知道其它材料也可起到電容器電介質(zhì)的作用。例如，電容器電介質(zhì)15可由氮化硅或鐵電體材料(如BaTiO3)制成。由此，電容器就可用光刻膠16a掩膜，光刻膠用來描繪電容器10的邊沿。這時的構(gòu)造如圖3所示。
參考圖4，電容器的電介質(zhì)層15用濕刻法(當電介質(zhì)是二氧化硅時)如乙二醇/緩沖的氟化氫溶液或干刻法如反應濺射蝕刻刻去。TiN耐這種腐蝕，起阻擋腐蝕的作用。此時的構(gòu)造如圖4所示。
在下個步驟，光刻膠16a被剝?nèi)?，鋁層17被沉積。電容器10制成在留有電容器電介質(zhì)的區(qū)域，其中電容器層包括鈦—氮化鈦—二氧化硅—鋁。
接下來，鋁層17用掩膜材料即光刻膠16b和16c形成圖案，光刻膠部分被暴光并按常規(guī)的光刻技術(shù)沖洗以確定隔離槽16d，其用來使集成電路的表面暴露于腐蝕劑。光刻膠部分16b確定電容器10的界限，終止在氧化層15。所產(chǎn)生的構(gòu)造如圖5所示。
最后，將鋁充分地過腐蝕，以除去位于隔離槽16d處的電介質(zhì)15和鈦—氮化鈦基層14。然后剝?nèi)ス饪棠z部分16b和16c。所產(chǎn)生的構(gòu)造如圖6所示。構(gòu)造19通過包含導電的鋁層17和Ti/TiN層14成為接點，還通過多晶硅層12提供到電容器10的底板14的電通路。
雖然參考最佳實施例描述了本發(fā)明，但有關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易知道，可由此進行變化和修改而沒有脫離所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造電容器的方法，其包括a)在導電襯底上形成場介電層；b)形成由與所述導電多晶硅層電連接的第一金屬層構(gòu)成的電容器底板；c)形成與所述電容器底板接觸的電容器電介質(zhì)層；d)在所述電容器電介質(zhì)層上形成由第二金屬層構(gòu)成的電容器頂板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成電容器底板的步驟還包括在所述第一金屬層上面形成一層導電的腐蝕阻擋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一金屬是鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其中所述導電腐蝕阻擋層是氮化鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二金屬是鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電容器電介質(zhì)是二氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法還包括步驟a)形成與所述場介電層接觸導電多晶硅層；b)形成電容器底板之前在所述導電多晶硅層上沉積一定圖案的層間電介質(zhì)。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中所述所述層間電介質(zhì)由二氧化硅制成。
9.一種在集成電路中制造電容器的方法，其包括a)在導電襯底上形成場介電層；b)形成與所述場介電層相接的導電多晶硅層；c)在所述導電多晶硅層上沉積一定圖案的層間電介質(zhì)；d)形成完整的一層第一金屬；e)形成完整的一層與所述第一金屬接觸電容器電介質(zhì)；f)用第一光刻膠覆蓋所述電容器電介質(zhì)被選擇的部分，以勾劃出電容器的邊緣；g)除去電容器電介質(zhì)未被第一光刻膠覆蓋的部分；h)除去所述第一光刻膠；i)涂敷完整的一層第二金屬；j)在所述一層第二金屬被選擇的部分涂敷第二光刻膠，所述第二光刻膠形成圖案來確定要蝕刻的區(qū)域；k)除去所述的由第二光刻膠確定的蝕刻區(qū)域中的第一金屬、第二金屬或電容器電介質(zhì)；l)除去所述第二光刻膠。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其還包括在所述第一金屬層的上面形成導電的腐蝕阻擋層。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一金屬是鈦。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中所述導電腐蝕阻擋層是氮化鈦。
13.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二金屬是鋁。
14.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電容器電介質(zhì)是二氧化硅。
15.一種集成電路電容器，其包括a)底板，其包括一層鈦和一層氮化鈦；b)金屬的頂板；c)夾在所述底板和頂板間的一層介電材料。
16.權(quán)利要求15所述的電容器，其中所述介電材料層與所述氮化鈦層接觸。
17.一種集成電路，其包括a)導電襯底；b)形成在所述導電襯底上的場介電層；c)形成在所述場介電層上的導電多晶硅層；d)形成在所述多晶硅層上并與其導電接觸的平行分開的第一和第二導電材料層，所述分開的第一和第二層每個都包括一層鈦和一層氮化鈦；e)位于所述第一導電材料層上與所述氮化鈦層接觸的電容器電介質(zhì)層；f)位于所述電容器電介質(zhì)層上的第三金屬層；g)位于所述第二導電材料層上的第四金屬層。
18.權(quán)利要求17所述的集成電路，其中所述第三和第四金屬層包括鋁。
19.權(quán)利要求17所述的集成電路，其中所述第一和第二導電材料層被層間電介質(zhì)分開。
20.權(quán)利要求17所述的集成電路，其中所述電容器電介質(zhì)包括二氧化硅。
全文摘要
一種制造集成電路中的金屬極板電容器的方法包括在由層間電介質(zhì)形成圖案的多晶硅上形成一層鈦/氮化鈦。然后沉積電容器電介質(zhì)，接下來用光刻膠形成圖案、勾劃出電容器，進行腐蝕以除去額外的電介質(zhì)，沉積鋁，再進一步形成圖案并進行腐蝕以確定電容器和存取區(qū)域，而后除去光刻膠。
文檔編號H01L21/02GK1130801SQ9512021
公開日1996年9月11日 申請日期1995年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月9日
發(fā)明者約瑟夫·魯?shù)婪颉だ嗨咕S奇, 蘭比爾·辛格 申請人:美國電報電話公司