專(zhuān)利名稱：金屬－絕緣體－金屬電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal，縮寫(xiě)為MIM)電容器，且特別涉及一種具有高介電常數(shù)(highk)電容介質(zhì)層以及低漏電的金屬-絕緣體-金屬電容器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器主要包含晶體管與電容，而當(dāng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入高縱橫比的工藝，意味著電容在元件上可使用的空間減少了。由于計(jì)算機(jī)軟件所需存儲(chǔ)空間成長(zhǎng)速度劇增，因而所需電容也隨之增加。因此，半導(dǎo)體工藝技術(shù)為了滿足這樣的需求，必須在工藝技術(shù)上有所改變。
目前增加電容但不浪費(fèi)空間的方法是采用高介電常數(shù)(high-k)材料作為絕緣層而制造的一種金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容，以便在縮小的電容面積下獲得足夠的電容值。其中TiO2也屬于具有高介電常數(shù)的一種用于金屬-絕緣體-金屬電容器的電容介電材料。而且，目前研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)TiO2以金紅石相(rutile phase)存在時(shí)，其k值可高達(dá)100以上。但是，要使TiO2由目前以一般原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)形成的銳鈦礦(anatase)相轉(zhuǎn)變成金紅石相，通常需要經(jīng)高溫煅燒(大約是在攝氏700度以上)來(lái)達(dá)到相變化(phase transfer)，這樣高的溫度將造成其它層材料的損害(damage)。此外，因?yàn)門(mén)iO2的能帶隙(band gap)較小，所以還有嚴(yán)重的漏電問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，可在不損害其它材料層的情況下增加TiO2電容介質(zhì)層的介電常數(shù)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種金屬-絕緣體-金屬電容器，以增加TiO2電容介質(zhì)層的介電常數(shù)并同時(shí)改善TiO2電容介質(zhì)層的漏電現(xiàn)象。
本發(fā)明提出一種金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，包括上電極(upperelectrode)、下電極(lower electrode)以及電容介質(zhì)層。上電極位于下電極上，而電容介質(zhì)層則位于上電極與下電極之間。其中，電容介質(zhì)層包括多層TiO2層以及至少一層四方晶體(tetragonal)結(jié)構(gòu)材料層，而四方晶體結(jié)構(gòu)材料層是位于兩兩TiO2層之間，且每一四方晶體結(jié)構(gòu)材料層具有相同厚度。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，上述四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料包括能帶隙(band gap)比TiO2高的材料。舉例來(lái)說(shuō)，四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料例如為ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，每一層四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的厚度在0.5埃～200埃之間。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，上述四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的層數(shù)從1層到300層。
本發(fā)明另提出一種金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，包括下電極、上電極以及電容介質(zhì)層。上電極位于下電極上，而電容介質(zhì)層則位于上電極與下電極之間。其中，電容介質(zhì)層包括互相交疊的多層四方晶體(tetragonal)結(jié)構(gòu)材料層以及多層TiO2層，且四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的厚度自電容介質(zhì)層的中間層開(kāi)始分別向上電極與下電極逐漸增加。
依照本發(fā)明的另一實(shí)施例所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，上述四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料包括能帶隙(band gap)比TiO2高的材料。舉例來(lái)說(shuō)，四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料例如為ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
依照本發(fā)明的另一實(shí)施例所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，每一層四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的厚度從0.5埃到200埃不等。
依照本發(fā)明的另一實(shí)施例所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，上述四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的層數(shù)從3層到300層。
本發(fā)明采用四方晶體結(jié)構(gòu)材料層與TiO2層互相堆疊所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)作為電容介質(zhì)層，因此可借著這些穿插在TiO2層之間的四方晶體結(jié)構(gòu)材料層來(lái)截?cái)嗫赡艿穆╇娐窂?，同時(shí)利用這些四方晶體結(jié)構(gòu)材料層來(lái)誘發(fā)形成于其上的TiO2層產(chǎn)生介電常數(shù)較高的金紅石相(rutile phase)。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器的剖面圖。
圖2為依照本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的金屬-絕緣體-金屬電容器的剖面圖。
主要元件標(biāo)記說(shuō)明100、200金屬-絕緣體-金屬電容器102、202下電極104、204上電極106、206電容介質(zhì)層108、208TiO2層110、210a、210b、210c四方晶體結(jié)構(gòu)材料層具體實(shí)施方式
圖1為依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器的剖面圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器100包括下電極102、上電極104以及電容介質(zhì)層106。上電極104是位于下電極102上，而電容介質(zhì)層106則位于上電極104與下電極102之間。而電容介質(zhì)層106主要是包括多層TiO2層108以及至少一層四方晶體(tetragonal)結(jié)構(gòu)材料層110，其中四方晶體結(jié)構(gòu)材料層110是位于兩兩TiO2層108之間，且每一四方晶體結(jié)構(gòu)材料層110具有相同厚度，以便通過(guò)重復(fù)相同的工藝參數(shù)來(lái)形成這種薄膜。上述四方晶體結(jié)構(gòu)材料層110的材料包括能帶隙(band gap)比TiO2高的材料；舉例來(lái)說(shuō)，如ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2、SrO2或其它適合的材料。此外，每一層四方晶體結(jié)構(gòu)材料層110的厚度例如在0.5?！?00埃之間、層數(shù)則是依照所需可以從1層到300層。而上述每一層的TiO2層108的厚度可以是相同或不同的。
圖2為依照本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的金屬-絕緣體-金屬電容器的剖面圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，這個(gè)實(shí)施例的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器200與上一實(shí)施例類(lèi)似，也是由下電極202、上電極204以及電容介質(zhì)層206所構(gòu)成。其中差異在于電容介質(zhì)層206包括互相交疊的多層四方晶體(tetragonal)結(jié)構(gòu)材料層210a、210b、210c以及多層TiO2層208，且四方晶體結(jié)構(gòu)材料層210a、210b、210c的厚度自電容介質(zhì)層206的中間層開(kāi)始分別向上電極204與下電極202逐漸增加。如本圖所示，在中間層的四方晶體結(jié)構(gòu)材料層210a的厚度最薄，而在最接近上、下電極204與202的四方晶體結(jié)構(gòu)材料層210c的厚度最厚。如此一來(lái)，可利用這種厚度自電容介質(zhì)層的中間層分別向上、下電極逐漸增加的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步阻斷漏電路徑。此外，上述四方晶體結(jié)構(gòu)材料層210a、210b、210c的材料例如是能帶隙比TiO2高的材料，如ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2、SrO2或其它適合的材料。而每層四方晶體結(jié)構(gòu)材料層210a、210b、210c的厚度從0.5埃到200埃不等、層數(shù)則視所需可從3層到300層。此外，每一層TiO2層208的厚度可依照所需設(shè)成相同或不同。
綜上所述，在本發(fā)明的電容介質(zhì)層是采用四方晶體結(jié)構(gòu)材料層與TiO2層互相堆疊所構(gòu)成，所以可通過(guò)TiO2層之間能帶隙較高的四方晶體結(jié)構(gòu)材料層來(lái)截?cái)嗫赡艿穆╇娐窂?。同時(shí)，利用這些四方晶體結(jié)構(gòu)材料層來(lái)誘發(fā)形成于其上的TiO2往金紅石相變化，以增加其介電常數(shù)。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與改進(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是包括下電極；上電極，位于該下電極上；以及電容介質(zhì)層，位于該上電極與該下電極之間，其中該電容介質(zhì)層包括多層TiO2層；以及至少一層四方晶體結(jié)構(gòu)材料層，位于上述這些TiO2層之間，且每一四方晶體結(jié)構(gòu)材料層具有相同厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是該四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料包括能帶隙比TiO2高的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是該四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料包括ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是每一四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的厚度在0.5?！?00埃之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是該四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的層數(shù)從1層到300層。
6.一種金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是包括下電極；上電極，位于該下電極上；以及電容介質(zhì)層，位于該上電極與該下電極之間，其中該電容介質(zhì)層包括互相交疊的多層四方晶體結(jié)構(gòu)材料層以及多層TiO2層，且上述這些四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的厚度自該電容介質(zhì)層的中間層分別向該上電極與該下電極逐漸增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是該四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料包括能帶隙比TiO2高的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是該四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的材料包括ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是每一四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的厚度從0.5埃到200埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬-絕緣體-金屬電容器，其特征是該四方晶體結(jié)構(gòu)材料層的層數(shù)從3層到300層。
全文摘要
本發(fā)明提出一種金屬－絕緣體－金屬(MIM)電容器，包括下電極、上電極以及電容介質(zhì)層。上電極位于下電極上，而電容介質(zhì)層則位于上電極與下電極之間。其中，電容介質(zhì)層包括多層TiO
文檔編號(hào)H01G4/12GK1988078SQ200510132219
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者林哲歆, 王慶鈞, 李隆盛 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院