專利名稱：半導(dǎo)體電容器元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件。本發(fā)明也涉及具有高電容的電容器元件、具有該電容器元件的半導(dǎo)體器件以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
合并存儲(chǔ)邏輯器(merged memory logic，MML)是一種器件，在該器件中存儲(chǔ)單元陣列和模擬電路或外圍電路可以相互集成在單一芯片中，其中存儲(chǔ)單元陣列例如為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)。隨著這種合并存儲(chǔ)邏輯器的發(fā)展，其各種功能顯著提高。另外，可實(shí)現(xiàn)集成度更高且運(yùn)行速度更快的半導(dǎo)體器件。
MML中的模擬電路可包括電容器，例如可高速運(yùn)行的金屬-絕緣體-金屬(“MIM”)電容器。這種MIM電容器應(yīng)具有小電阻率且沒(méi)有寄生電容。
相關(guān)技術(shù)的MIM電容器可通過(guò)在包括導(dǎo)電層的半導(dǎo)體襯底上按順序形成鈦Ti層、氮化鈦TiN層、第一金屬層、介電層、第二金屬層和光致抗蝕劑層而制成。使用光致抗蝕劑層作為掩模，可按順序圖案化第二金屬層、介電層、第一金屬層、氮化鈦TiN層和鈦Ti層。
MIM電容器應(yīng)具有高電容。MIM電容器的電容與介電常數(shù)以及第一金屬層與第二金屬層之間的正對(duì)面積成正比，而與第一金屬層與第二金屬層之間的距離成反比。
因此，介電常數(shù)越高、正對(duì)面積越大以及金屬層之間的距離越短，MIM電容器的電容則越大。
然而，由于MIM電容器通過(guò)在平面上按順序形成第一金屬層、介電層和第二金屬層而制成，因此MIM電容器的電容具有上限。
此外，由于期望有較高的集成度，因此減小MIM電容器的尺寸是有利的。然而，根據(jù)相關(guān)技術(shù)制造的MIM電容器能夠達(dá)到多小的尺寸是有限制的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一目的，提供一種電容器元件、具有該電容器元件的半導(dǎo)體器件以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的另一目的，提供一種具有高電容的電容器元件、具有該電容器元件的半導(dǎo)體器件以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的又一目的，提供一種尺寸減小的電容器元件、具有該電容器元件的半導(dǎo)體器件以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電容器元件包括下電極，具有預(yù)定的圖案；介電層，形成在該下電極上；以及上電極，形成在該介電層上。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括第一絕緣層，形成在半導(dǎo)體襯底上；電容器元件，形成在該第一絕緣層上；金屬互連，形成在與該電容器元件相同的平面中，且與該電容器元件分隔預(yù)定的距離；以及第二絕緣層，形成在該電容器元件與該金屬互連之間，其中該電容器元件包括下電極、介電層和上電極，并且在該下電極處形成預(yù)定的圖案。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成電容器元件和金屬互連，該電容器元件包括下電極、介電層和上電極，該金屬互連與該電容器元件分隔預(yù)定的距離；以及在該電容器元件與該金屬互連之間形成第二絕緣層，其中在該下電極處形成預(yù)定的圖案。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的實(shí)例圖；以及圖2至圖8分別為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電層(未示出)。在半導(dǎo)體襯底100上形成金屬間(inter-metal)介電層110。在金屬間介電層110上形成MIM電容器310和第一金屬互連320。在第一金屬互連320上形成第二金屬互連240。在MIM電容器310的側(cè)壁處、第一金屬互連320和第二金屬互連240的側(cè)壁處以及金屬間介電層110的上方形成互連介電層220，互連介電層220在MIM電容器310與第一金屬互連320和第二金屬互連240之間形成階梯部分。
第一金屬互連320包括依次形成的接觸輔助層122、下金屬層132、蝕刻停止層142和上金屬層152。
MIM電容器310包括依次形成的下電極302、介電層170和上電極305。下電極302包括接觸輔助層126、下金屬層136、蝕刻停止層146和上金屬層156。下電極302與第一金屬互連320之間對(duì)應(yīng)的層可由彼此相同的材料形成。
接觸輔助層122和126具有鈦/氮化鈦雙層。下金屬層132和136以及上金屬層152和156可包含鋁或由鋁形成。蝕刻停止層142和146可包含鈦或由鈦形成。
上電極305包括鈦層180和氮化鈦層190。
在MIM電容器310和上金屬層156處形成預(yù)定圖案。圖案的寬度“d”在大約0.08μm至1μm范圍內(nèi)。圖案可形成為暴露蝕刻停止層146。圖案也可形成為暴露在蝕刻停止層146的下部形成的下金屬層136。
在圖案內(nèi)形成介電層170，在介電層170上形成上電極305。因此，上電極305和下電極302沿著該圖案的側(cè)面和下表面基本上彼此面對(duì)。因此，相比于上電極與下電極在平面上彼此面對(duì)的設(shè)計(jì)，上電極305與下電極302之間的正對(duì)面積顯著增大。在實(shí)施例中，MIM電容器310的電容高，并且與相關(guān)技術(shù)的電容器的電容相比，MIM電容器310的電容顯著增加。
雖然圖1示出一個(gè)圖案，但是也可形成多個(gè)圖案。在形成多個(gè)圖案的實(shí)施例中，MIM電容器310的電容高，并且高于僅形成一個(gè)圖案的實(shí)施例。因此，MIM電容器310的電容可隨著圖案的數(shù)量增加而增加。根據(jù)器件的容限等確定圖案的數(shù)量。
在實(shí)施例中，在下電極302處形成圖案，從而形成小尺寸的MIM電容器。MIM電容器的尺寸小于相關(guān)技術(shù)的電容器的尺寸。
圖2至圖8分別為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的方法的示意圖。
參照?qǐng)D2，在半導(dǎo)體襯底100上形成導(dǎo)電層(未示出)。在包括該導(dǎo)電層的半導(dǎo)體襯底100上形成金屬間介電層110。
在金屬間介電層110上依次形成接觸輔助層120、下金屬層130、蝕刻停止層140、上金屬層150和第一光致抗蝕劑層160。在實(shí)施例中，金屬間介電層110可由例如未摻雜的硅玻璃(USG)、摻氟的硅玻璃(FSG)、BPSG和/或TEOS形成。接觸輔助層120可具有鈦/氮化鈦雙層。下金屬層130和上金屬層150可由鋁形成。蝕刻停止層140可由鈦形成。
在實(shí)施例中，可形成厚度范圍約為200至500的接觸輔助層120和蝕刻停止層140，并形成厚度范圍約為500至1,000的下金屬層130。
對(duì)第一光致抗蝕劑層160進(jìn)行光刻處理以形成具有預(yù)定寬度“d”的掩模圖案。
參照?qǐng)D3，用第一光致抗蝕劑層160作為掩模，圖案化上金屬層150以在上金屬層150處形成對(duì)應(yīng)于寬度“d”的圖案。該圖案可被圖案化為暴露蝕刻停止層140或下金屬層130。蝕刻停止層140可形成為指示圖案化期間蝕刻處理的停止時(shí)間。
例如，通過(guò)使用氧氣O2進(jìn)行等離子體處理可去除第一光致抗蝕劑層160。
作為這種蝕刻處理的結(jié)果，在上金屬層150的側(cè)面或下表面可能粘附有聚合物。例如，通過(guò)濕蝕刻處理可容易地去除這種聚合物。
參照?qǐng)D4，在包括圖案的上金屬層150上形成介電層170。此外，在介電層170上依次形成鈦層180和氮化鈦層190。在實(shí)施例中，介電層170可由氮化物或氧化物形成，并具有大約200至1,500的厚度范圍?？尚纬珊穸确秶鸀?00至1,000的鈦層180。此外，可形成厚度范圍為500至1,500的氮化鈦層190。
參照?qǐng)D5，在氮化鈦層190上形成第二光致抗蝕劑層200。對(duì)第二光致抗蝕劑層200進(jìn)行光刻處理以形成圖案，其中使氮化鈦層190暴露于在上金屬層150處形成的圖案的外圍。
參照?qǐng)D6，用第二光致抗蝕劑層200作為掩模，依次圖案化氮化鈦層190、鈦層180和介電層170，以形成上電極305。由此，上金屬層150被暴露于被圖案化的區(qū)域。例如，通過(guò)使用氧氣O2進(jìn)行等離子體處理可去除第二光致抗蝕劑層200。
參照?qǐng)D7，在氮化鈦層190上形成第三光致抗蝕劑層210，并對(duì)第三光致抗蝕劑層210進(jìn)行光刻處理，以形成例如使上金屬層150暴露的圖案。
用第三光致抗蝕劑層210作為掩模，依次圖案化上金屬層150、蝕刻停止層140、下金屬層130和接觸輔助層120，從而形成下電極302和第一金屬互連320。由此，形成由下電極302、介電層170和上電極305構(gòu)成的MIM電容器310。例如，通過(guò)使用氧氣O2進(jìn)行等離子體處理可去除第三光致抗蝕劑層210。
參照?qǐng)D8，第一金屬互連320包括接觸輔助層122、下金屬層132、蝕刻停止層142和上金屬層152。此外，下電極302包括接觸輔助層126、下金屬層136、蝕刻停止層146和上金屬層156。下電極302和第一金屬互連320之間對(duì)應(yīng)的層可由彼此相同的材料形成。
由于包括在下電極302中的上金屬層156具有不平坦結(jié)構(gòu)A，所以下電極302與上電極305之間的正對(duì)面積增加。因此，電容增加，其大于在下電極與上電極之間具有平坦面對(duì)區(qū)(area)的器件的電容。
在半導(dǎo)體襯底100上形成互連介電層220，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理以圖案化所得到的對(duì)象，使其高度與氮化鈦層190相一致。
在氮化鈦層190和互連介電層220上形成第四光致抗蝕劑層230，并對(duì)第四光致抗蝕劑層230進(jìn)行光刻處理，以形成使在第一金屬互連320上形成的互連介電層220暴露的圖案。
用第四光致抗蝕劑層230作為掩模，圖案化互連介電層220，以形成使第一金屬互連320的上金屬層152暴露的圖案。
用金屬薄膜填充圖案225，以形成第二金屬互連240，第二金屬互連240與第一金屬互連320電連接。
在實(shí)施例中，由于在MIM電容器的下電極處形成不平坦結(jié)構(gòu)，所以下電極與上電極之間的正對(duì)面積增加，這增大了MIM電容器的電容。
此外，在實(shí)施例中，由于在MIM電容器的下電極處形成多個(gè)不平坦結(jié)構(gòu)，因此可獲得比具有一個(gè)不平坦結(jié)構(gòu)的電容器更大的電容。
此外，在實(shí)施例中，在有限的布局中能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸減小的MIM電容器。因此，能夠獲得更高集成度的半導(dǎo)體器件。
顯然，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變換。因此，這些實(shí)施例涵蓋了落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的修改和變換。也應(yīng)理解，當(dāng)提到一層位于另一層或襯底上或上方時(shí)，該層可能直接位于該另一層或襯底上，或者也可能存在中間層。
權(quán)利要求
1.一種器件，包括下電極，具有預(yù)定的圖案；介電層，形成在該下電極上；以及上電極，形成在該介電層上。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該介電層和該上電極形成在該圖案上。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該上電極和該下電極設(shè)置為沿著該圖案的側(cè)面和下表面彼此面對(duì)。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該下電極包括接觸輔助層、下金屬層、蝕刻停止層和上金屬層。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其中該接觸輔助層包括鈦/氮化鈦雙層。
6.如權(quán)利要求4所述的器件，其中該下金屬層和該上金屬層包含鋁。
7.如權(quán)利要求4所述的器件，其中該蝕刻停止層包含鈦。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該圖案穿過(guò)該上金屬層以暴露該蝕刻停止層。
9.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該圖案穿過(guò)該上金屬層和該蝕刻停止層以暴露該下金屬層。
10.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該圖案包括多個(gè)圖案。
11.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該圖案的寬度范圍為0.08μm至1μm。
12.如權(quán)利要求1所述的器件，其中該上電極包括鈦層和氮化鈦層。
13.一種器件，包括第一絕緣層，形成在半導(dǎo)體襯底上；電容器，形成在該第一絕緣層上；金屬互連，形成在與該電容器相同的平面中，并設(shè)置為與該電容器分隔預(yù)定的距離；以及第二絕緣層，形成在該電容器與該金屬互連之間，其中，該電容器包括下電極、介電層和上電極，并且在該下電極處形成預(yù)定的圖案。
14.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該介電層和該上電極形成在該圖案處。
15.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該上電極和該下電極設(shè)置為沿著該圖案的側(cè)面和下表面彼此面對(duì)。
16.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該下電極包括接觸輔助層、下金屬層、蝕刻停止層和上金屬層。
17.如權(quán)利要求16所述的器件，其中該接觸輔助層包括鈦/氮化鈦雙層。
18.如權(quán)利要求16所述的器件，其中該下金屬層和該上金屬層包含鋁。
19.如權(quán)利要求16所述的器件，其中該蝕刻停止層包含鈦。
20.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該圖案穿過(guò)該上金屬層以暴露該蝕刻停止層。
21.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該圖案穿過(guò)該上金屬層和該蝕刻停止層以暴露該下金屬層。
22.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該圖案包括多個(gè)圖案。
23.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該圖案的寬度范圍為0.08μm至1μm。
24.如權(quán)利要求13所述的器件，其中該上電極包括鈦層和氮化鈦層。
25.一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成電容器和金屬互連，該電容器包括下電極、介電層和上電極，該金屬互連與該電容器分隔預(yù)定的距離；以及在該電容器與該金屬互連之間形成第二絕緣層，其中，在該下電極的區(qū)域中形成圖案。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在該圖案的區(qū)域中形成該介電層和該上電極。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該上電極和該下電極設(shè)置為沿著該圖案的側(cè)面和下表面基本上彼此面對(duì)。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該圖案包括多個(gè)圖案。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該圖案的寬度范圍為0.08μm至1μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有高電容的電容器、具有該電容器的半導(dǎo)體器件以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該電容器包括具有預(yù)定圖案的下電極、在該下電極上形成的介電層和在該介電層上形成的上電極。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠增加下電極與上電極之間的正對(duì)面積，從而增大電容器的電容；并且能夠在有限的布局中實(shí)現(xiàn)尺寸減小的電容器，從而提高半導(dǎo)體器件的集成度。
文檔編號(hào)H01L21/82GK1979850SQ20061016402
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者南相釪 申請(qǐng)人:東部電子股份有限公司