形成金屬－絕緣層－金屬電容器的方法

2023-04-23 12:29:41

專利名稱：形成金屬－絕緣層－金屬電容器的方法
技術領域：
本發明有關一種形成金屬-絕緣層-金屬電容器的方法，特別是一種有關於形成具有三度空間立體結構的金屬-絕緣層-金屬電容器的方法。
背景技術：
常見的半導體集成電路中的電容器結構的有金屬氧化物半導體(Metal-Oxide-Semiconductor)電容器、PN接合(Junction)電容器、多晶矽-絕緣層-多晶矽層(Polysilicon-Insulator-Polysilicon)電容器等。上述的電容器結構均包含至少一單晶矽層或一多晶矽層以作為電容器的電極。但是以矽作為電容器的電極並不符合低電阻值的需求。
因此有必要降低電容器電極的電阻值以減少電容器的頻率相關程度也即電阻電容時間延遲(RC Delay)。因此，具有低電阻值的金屬-絕緣層-金屬(Metal-Insulator-Metal)薄膜電容器已被廣泛地採用。此外，金屬-絕緣層-金屬薄膜電容器也應用在必須具備高速性能的集成電路與先進的模擬式半導體組件上，以減低電壓及溫度對電容值的影響並獲得較佳的電性。
另外一方面，將電容器的介電層厚度減少也是常見提高電容器性能的方法。尤其是電容器的電容值可通過減少電容器兩電極間的介電層厚度而提高。此外使用高介電常數的介電材料或是增加電容器電極的表面積也是提高電容器性能的一個方向。當多接線(Multi-Wiring)或是多級互連(MultilevelInterconnect)製程已普遍應用在半導體製造技術中以達到高集成度的目的，金屬-絕緣層-金屬薄膜電容器可與多級互連結構一同製作完成。圖1顯示在一傳統的金屬-絕緣層-金屬電容器的剖面圖。此金屬-絕緣層-金屬薄膜電容器形成於一底材100上，它包含一鋁下電極(Lower Electrode)102、一絕緣層106與一鋁上電極(Upper Electrode)108。圖1中同時顯示一介電層110與一氮化鈦層104。基於現代集成電路必需具備高集成度、大電容值電容器與高性能電容器的需求，圖1中顯示的傳統平面式電容器將逐漸地無法符合這些需求。因此非常有必要提出一種新穎的形成金屬-絕緣層-金屬電容器的方法，使得此金屬-絕緣層-金屬電容器具備大電容且使此集成電路具備高集成度。

發明內容
本發明的一目的是提供一種形成三度空間立體金屬-絕緣層-金屬電容器的方法。
本發明的另一目的是提供一種具有三度空間立體結構與大電容的金屬-絕緣層-金屬電容器。
本發明的又一目的是提供一種能使集成電路集成度大幅提高的三度空間立體金屬-絕緣層-金屬電容器。
為了實現上述的目的，本發明的形成金屬-絕緣層-金屬電容器的方法包含下列步驟提供一底材，所述底材具有一第一區域與一第二區域；形成一覆蓋所述底材的第一導體層；形成一覆蓋所述第一導體層的第二導體層；轉移數個溝渠圖案進入所述第二導體層與所述第一導體層，以形成數個溝渠於所述第一區域與所述第二區域內；共形生成一覆蓋所述第二導體層與所述第一導體層的介電層；形成一覆蓋所述介電層的第三導體層；形成一覆蓋所述第一區域的光阻層；移除位於所述第二區域上的所述第三導體層以曝露出位於所述第二區域上的所述介電層；移除位於所述第二區域上的所述介電層以曝露出位於所述第二區域上的所述第二導體層與所述第一導體層；蝕刻位於所述第二區域內的所述溝渠的底部以曝露出所述底材；及移除所述光阻層。
為更清楚理解本發明的目的、特點和優點，下面將結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細說明。


圖1是顯示一傳統的金屬-絕緣層-金屬電容器的剖面圖；圖2A顯示兩導體層依序形成於一底材上的結果；圖2B顯示蝕刻圖2A中所示的結構以形成溝渠的結果；圖2C顯示共形生成一介電層與一導體層覆蓋圖2B中所示的結構的結果；圖2D顯示移除一周邊區域內的導體層的結果；及圖2E顯示移除圖2D中所示的暴露出的介電層並接著蝕刻導體層以暴露出所述底材的結果。
具體實施例方式
在此必須說明的是以下描述的製程步驟及結構並不包含完整的製程。本發明可以通過各種集成電路製程技術來實施，在此僅提及了解本發明所需的製程技術。
以下將結合附圖對本發明進行詳細的說明，請注意圖示的均為簡單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被誇大以利於了解本發明。
參考圖2A所示，顯示導體層202與204依序形成於底材200上。底材200至少包含一二氧化矽層，但不限於一二氧化矽層。底材200也可為一硼磷矽玻璃(Borophosphosilicate Glass)底材，也可為低介電常數底材如一氟矽酸鹽玻璃(FSG)(Fluorosilicate Glass)底材、一HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)底材、一MSQ(Methyl Silsesquioxane)底材與一BCB(Benzocyclobutene)底材。此外，底材200通常包含有多級互連結構在內，為了簡化起見而予以省略。導體層202至少包含一鋁層，但不限於一鋁層，而一鋁合金層也可使用。其它的導體材料如一銅層或一銅合金層也不應被排除。導體層202可以傳統方法如物理氣相沉積法形成。導體層202的厚度為約7000埃至約10000埃之間，而以約9000埃較佳。導體層204至少包含一氮化鈦層，但不限於一氮化鈦層。一鈦/氮化鈦層或一鉭/鉭化鈦層也可使用。導體層204可以傳統物理氣相沉積法或化學氣相沉積法形成。導體層204的厚度為約1000埃至約3000埃之間，而以約2000埃較佳。
參考圖2B所示，導體層202與204被蝕刻以形成數個溝渠。這些溝渠是以傳統的蝕刻方法如乾式蝕刻法形成，此乾式蝕刻法至少包含一反應性離子蝕刻法，但不限於一反應性離子蝕刻法。此溝渠的深度為約6000埃至約11000埃之間。此深度僅為範例，且此溝渠的深度實際上是取決於導體層202與204的厚度。導體層202在形成溝渠的過程中不可被蝕刻穿透，使得底材200暴露出來。溝渠底部與導體層202及底材200的界面的厚度為約2000埃。
參考圖2C所示，一介電層206與一導體層208依序形成於圖2B中所示的結構上。介電層206至少包含一二氧化矽層或一氮化矽層，但不限於一二氧化矽層或一氮化矽層。此介電層206可以傳統的化學氣相沉積法例如一等離子體輔助化學氣相沉積法形成。介電層206的厚度為約100埃至約1000埃。導體層208至少包含一鋁層或一鋁合金層，但不限於一鋁層或一鋁合金層。一銅層或一銅合金層也可使用。導體層208的厚度為約500埃至約10000埃，而以約2000埃較佳。
參考圖2D所示，圖2C中所示的結構的一區域被一光阻層210覆蓋，此區域是用來形成金屬-絕緣層-金屬電容器，而導體層208未被覆蓋的部份則被以傳統的蝕刻方法移除。用來移除曝露的導體層208的蝕刻方法至少包含一反應性離子蝕刻法，但不限於一反應性離子蝕刻法。圖2C中所示的結構的未被覆蓋或曝露的區域是用於形成多級互連結構中的周邊金屬導線。
參考圖2E所示，介電層206暴露出的部份被移除，且位於其下的導體層202被進一步蝕刻穿透以暴露出底材200。為了形成圖2E中所示的結構，介電層206暴露出的部份首先被以傳統的方法如非等向性蝕刻移除。此非等向性蝕刻法以一反應性離子法移除較佳。光阻層210與用來覆蓋導體層204的光阻層圖案最後被移除。位於此周邊區域的導體層202與204是用於形成多級互連結構中的周邊金屬導線。導體層202與208是為本發明的金屬-絕緣層-金屬電容器的兩電極而介電層206則為此金屬-絕緣層-金屬電容器的絕緣層。雖然圖2E中所示的金屬-絕緣層-金屬電容器僅具有兩溝渠，但不限於兩個填入導體層202與208及介電層206的溝渠。這樣的溝渠越多，此金屬-絕緣層-金屬電容器的電容值越大。
本發明將周邊金屬導線與三度空間立體金屬-絕緣層-金屬電容器的形成整合在一起，因此不僅可減少製程步驟，更可增加電容值又不需多佔用任何表面積。集成電路的集成度因此可提高。
權利要求
1.一種形成金屬-絕緣層-金屬電容器的方法，所述方法至少包含下列步驟提供一底材，所述底材具有一第一區域與一第二區域；形成一覆蓋所述底材的第一導體層；形成一覆蓋所述第一導體層的第二導體層；轉移數個溝渠圖案進入所述第二導體層與所述第一導體層，以形成數個溝渠於所述第一區域與所述第二區域內；共形生成一覆蓋所述第二導體層與所述第一導體層的介電層；形成一覆蓋所述介電層的第三導體層；形成一覆蓋所述第一區域的光阻層；移除位於所述第二區域上的所述第三導體層以曝露出位於所述第二區域上的所述介電層；移除位於所述第二區域上的所述介電層以曝露出位於所述第二區域上的所述第二導體層與所述第一導體層；蝕刻位於所述第二區域內的所述溝渠的底部以曝露出所述底材；及移除所述光阻層。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一導體層至少包含一鋁層。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一導體層至少包含一銅層。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二導體層至少包含一鈦/氮化鈦層。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二導體層至少包含一鉭/氮化鉭層。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述介電材料至少包含一二氧化矽層。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第三導體層至少包含一鋁層。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第三導體層至少包含一銅層。
9.一種形成金屬-絕緣層-金屬電容器的方法，其特徵在於，所述方法至少包含下列步驟提供一底材，所述底材具有一第一區域與一第二區域；形成一覆蓋所述底材的第一導體層；形成一覆蓋所述第一導體層的第二導體層；轉移數個溝渠圖案進入所述第二導體層與所述第一導體層，以形成數個溝渠於所述第一區域與所述第二區域內；以一等離子體化學氣相沉積法共形生成一覆蓋所述第二導體層與所述第一導體層的介電層；形成一覆蓋所述介電層的第三導體層；形成一覆蓋所述第一區域的光阻層；以一乾式蝕刻法移除位於所述第二區域上的所述第三導體層以曝露出位於所述第二區域上的所述介電層；移除位於所述第二區域上的所述介電層以曝露出位於所述第二區域上的所述第二導體層與所述第一導體層；蝕刻位於所述第二區域內的所述溝渠的底部以曝露出所述底材；及移除所述光阻層。
10.一種形成金屬-絕緣層-金屬電容器的方法，其特徵在於，所述方法至少包含下列步驟提供一底材，所述底材具有一第一區域與一第二區域；形成一覆蓋所述底材的第一導體層；形成一覆蓋所述第一導體層的第二導體層；轉移數個溝渠圖案進入所述第二導體層與所述第一導體層，以形成數個溝渠於所述第一區域與所述第二區域內；以一等離子體化學氣相沉積法共形生成一覆蓋所述第二導體層與所述第一導體層的介電層；形成一覆蓋所述介電層的第三導體層；形成一覆蓋所述第一區域的光阻層；以一乾式蝕刻法移除位於所述第二區域上的所述第三導體層以曝露出位於所述第二區域上的所述介電層；移除位於所述第二區域上的所述介電層以曝露出位於所述第二區域上的所述第二導體層與所述第一導體層；以一乾式蝕刻法蝕刻位於所述第二區域內的所述溝渠的底部以曝露出所述底材；及移除所述光阻層。
全文摘要
一種形成金屬－絕緣層－金屬電容器的方法，包括提供一具有第一區域與第二區域的底材；形成一覆蓋底材的第一導體層；形成一覆蓋第一導體層的第二導體層；轉移數個溝渠圖案進入第二導體層與第一導體層，以形成數個溝渠於第一區域與第二區域內；共形生成一覆蓋第二導體層與第一導體層的介電層；形成一覆蓋介電層的第三導體層；形成一覆蓋第一區域的光阻層；移除位於第二區域上的第三導體層以曝露出位於第二區域上的介電層；移除位於第二區域上的介電層以曝露出位於第二區域上的第二導體層與第一導體層；蝕刻位於第二區域內的溝渠的底部以曝露出底材；及移除光阻層。本發明可增加電容器的電荷儲存面積但不增加佔用面積以可提高其電容值與集成度。
文檔編號H01L21/70GK1400646SQ01125089
公開日2003年3月5日 申請日期2001年8月3日 優先權日2001年8月3日
發明者賴二琨, 黃守偉, 邱建智, 黃宇萍 申請人:旺宏電子股份有限公司