CN1405878A - 金属－绝缘体－金属电容器制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属－绝缘体－金属电容器的制造方法，系在具有绝缘层及覆盖于其上的金属障壁层的初始嵌刻结构上实现，其包括图型化、导线形成、介电层形成、上电极形成、及平坦化诸步骤，其在集成电路制程中，在将有金属导线形成的层中，形成具有高电容值/单位面积的立体型金属－绝缘体－金属电容器。远锌金属－绝缘体－金属电容器的制造会与金属导线的制造共享例如图型化及平坦化等步骤，藉以减少制造步骤并因而提高生产效率及降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，更具体地说，是一种在集成电路制造中，执行金属化制程时，在与金属导线相同的层中制造金属-绝缘体-金属电容器的方法。
背景技术
电容器为集成电路中必要元件之一，在电路中扮演电压调整、滤波等功能。在半导体集成电路中，常见的电容器型式有多晶硅-绝缘体-多晶硅电容器、金属-绝缘体-金属电容器等等。其中，金属-绝缘体-金属电容器具有较低的接点阻抗，故其RC值较低，常用于要求高速的集成电路中，其也经常见于类比电路、混合电路等不同应用中。
近年来，随着集成电路微小化的显著提升，在集成电路制程中属于后段制程的金属化制程中的铝导线，已逐渐由导电系数较小的铜导线所取代，此外，在现今的集成电路制程中，举例来说，在0.18微米以下的制程中，已广泛使用双嵌刻结构，以制造多层化的半导体集成电路。所谓的双嵌刻结构是指金属沉积于已经在下介电层中图型化的导线孔及线中，随后，在所谓的平坦化步骤中，以诸如化学机械研磨法等方法，将过量的金属移除，以抛光晶圆表面。
在R.Liu等于Proc.2000IITC，pp.111-113(2000)上发表的“Single Mask Metal-Insulator-Metal(MIM)Capacitor withCopper Damascene Metallization for Sub-0.18μm MixedMode Signal and System-on-a-Chip(SoC)Application”一文中，公开了配合铜制程以制造金属-绝缘体-金属电容器的方法及结构。将参考图2A及2B说明此习知技艺。图2A中所显示的结构系形成有金属导电层且经过化学机械研磨法平坦化后的结构，其中，代号200代表介电层，介电层中的沟槽201及202均由铜填满，分别作为导线及金属-绝缘体-金属电容器的下电极。接着，如图2B所示，以诸如电浆增强化学汽相沉积法(PECVD)，在嵌刻结构表面上，沉积介电层203以作为金属-绝缘体-金属电容器的介电质，接着，在介电层上，以物理汽相沉积法(PVD)，在介电层203上沉积诸如铝等金属，以作为上电极层204，最后，以微影法，蚀刻移除金属-绝缘体-金属电容器区以外的上电极层，而形成所需的金属-绝缘体-金属电容器。
上述习知的金属-绝缘体-金属电容器的结构是平板电容器的结构，其电容值/单位面积之值较低，且其制造方法，是在完成嵌刻结构金属化及平坦化步骤之后，再沉积介电层及上电极层，并以-增加的光罩执行微影法，以图型化上电极层而取得所需的金属-绝缘体-金属电容器。由于此习知技艺并非在形成嵌刻结构金属化制程期间，形成所需的金属-绝缘体-金属电容器，所以，需要繁复的额外制程以形成金属-绝缘体-金属电容器，故其成本高，效率低。
鉴于上述习知技术的缺点，需要能够提供成本低、效率高的方法，以在金属嵌刻结构的金属化期间形成具有高电容值/单位面积之金属-绝缘体-金属电容器。
发明内容
虑及上述问题，本发明的目的在于提供一种在金属嵌刻结构金属化的过程中，在与导线相同的层中，形成具有高电容值/单位面积的立体金属-绝缘体-金属电容器，而不需要额外的制程步骤。
根据本发明提供制造立体金属-绝缘体-金属电容器的方法，在拟形成金属导线的初始嵌刻结构(damascenestructure)中制造金属-绝缘体-金属电容器，初始嵌刻结构具有绝缘层及覆盖于该绝缘层上的金属障壁层，绝缘层分成电容区及导线区，电容区包括至少一沟槽，导线区包括至少一沟槽，嵌入于电容区中的金属障壁层部份作为金属-绝缘体-金属电容器的下电极层，本发明方法包括下述步骤：a、图型化步骤，在初始嵌刻结构上涂布光阻，以微影法将其图型化，以致于该电容区被光阻层遮蔽，但使导线区曝露；b、导线形成步骤，在光阻层遮蔽的区域之外的区域上，形成第一金属层并填满导线区中的至少一沟槽；移除光阻层，使电容区曝露；c、介电层形成步骤，在已形成有第一金属层的初始嵌刻结构的表面上沉积介电层，以覆盖第一金属层及电容区；d、上电极形成步骤，在该介电层上沉积第二金属层，并填满该电容区中的至少一沟槽；及e、平坦化步骤，移除金属障壁层、第一金属层、该介电层及该第二金属层的不需要部份，以使表面平坦化。
此外，根据本发明，可以以电浆增强化学气相沉积法(PECVD)沉积厚度在200至1000埃范围内的SiN、或SiO2以作为介电层。再者，根据本发明，可以以物理气相沉积法(PVD)沉积厚度在200至2000埃范围内的W、Al、Cu、或TiN以作为第二金属层。另外，根据本发明，以化学机械研磨法(CMP)执行平坦化步骤。
本发明能够在与金属导线相同的层中形成具有高电容值/单位面积的金属-绝缘体-金属电容器，而且，金属-绝缘体-金属电容器的形成与金属导线的形成共享包括平坦化等相同的步骤。结果，本发明能够以更少的步骤、更低的成本、更有效率地制造具有高电容值/单位面积的金属-绝缘体-金属电容器。
附图说明
图1A-1G用于说明根据本发明的实施例，其中图1A是立体视图，用以显示开始制造金属-绝缘体-金属电容器的初始嵌刻结构的立体结构，图1B-1F是剖面视图，用以说明根据本发明的实施例的金属-绝缘体-金属电容器的制造步骤，图1G是俯视图，显示根据本发明的实施例制成的形成有金属导线及金属-绝缘体-金属电容器之结构；及
图2A-2B是剖面视图，用以说明习知的金属-绝缘体-金属电容器的结构及制造方法。
具体实施方式
下面根据图1A-1G给出本发明一个较好实施例并予以详细描述，使能更加清楚地了解本发明的上述及其它目的与优点。
但本发明的实施例，仅用以说明制造金属-绝缘体-金属电容器，应了解下述说明仅作为举例说明之用，并非用以限定本发明。此外，为了提供更清楚的说明，图标并未依比例绘制。
下述说明的根据本发明的实施例的制程步骤及对应结构，并未涵盖制造完整的IC电路的完整制程，而是可以配合半导体技术领域中不同的IC电路中的其它制程而制造所需的完整IC电路。
首先，参考图1A，它是立体视图，显示根据本实施例要形成金属导线及金属-绝缘体-金属电容器的初始嵌刻结构100。如图1A所示，在可作为层间金属介电质的基底101中形成有多个沟槽，例如六个沟槽，且其表面上形成有金属层102。在如此形成的初始嵌刻结构100中，左右二侧中的个别沟槽用于在后续步骤中填入诸如铜等金属，以作为导线(下述说明中将称为导线区)，而在图1A的中间部份具有多个沟槽及多列排列整齐的立体柱状物103(在下述说明中，称为电容器)。
图1B是剖面视图，对应于图1A的立体视图。在下述说明中，为了便于说明及了解，将以剖面视图说明根据本实施例的金属-绝缘体-金属电容器的制造步骤。
此处，将说明金属嵌刻结构100的形成，举例来说，使用电浆增强化学汽相沉积法(PECDV)以沉积SiN层作为基底101。接着，以微影法(photolithography)，将基底101图型化及蚀刻成如图1B所示的具有多个沟槽的结构。然后，举例来说，以物理汽相沉积法(PVD)，在基底101上沉积厚度在100至800埃范围内的铜层以作为金属层102。基底101可作为后续形成的金属层102的障壁层，而金属层102是作为金属-绝缘体-金属电容器的底部电极层，且在后续要形成导线时作为种子层以方便金属导线的形成。例如在铜制程中，基底101包括SiN、SiO2，金属层102的材料为铜。
接着，在此金属嵌刻结构上形成光阻层104并接着将其图型化，如图1C所示，在完成图型化之后，仅有要形成导线区的光阻会被移除，而留下遮盖电容区的光阻层104。
然后，如同图1D所示，以电镀法，将铜镀着于未经光阻遮盖的区域并填满导线区中的沟槽而形成铜栓塞及/或导线105。
之后，移除光阻层104，使电容区曝露。然后，如图1E所示，在整个结构上沉积一层介电层105以作为金属-绝缘体-金属电容器的绝缘体。关于介电层105，举例来说，可以以PECVD方法沉积厚度在200-1000的氮化硅(SiN)或二氧化硅(SiO2)。在形成介电层106之后，接着，在其上沉积上金属层107以作为金属-绝缘体-金属电容器的上电极。此上金属层107会经由导线孔(via)(未显示于图中)而连接至往后可能形成的上层金属层。关于上金属层107，举例来说，可以以CVD或PVD方法，沉积厚度200-2000的W、Al、Cu、TiN等等。
接着，以半导体技术中所习知的化学机械研磨法，移除不需要的部份铜栓塞及/或导线105、介电层106、及上金属层107，以使表面平坦化。结果，如图1F所示，同时完成了诸如铜的金属导线及金属-绝缘体-金属电容器的制造。图1G是对应于图1F的俯视图，清楚地显示电容器区中形成的各个电容器108，及形成于二边的金属导线109。
从上述实施例说明可知，根据本发明所形成的立体电容器的电容值/单位面积显著地增加。此外，根据本发明，金属-绝缘体-金属电容器与诸如铜的金属导线形成在同一层上，在制造时，它们共享诸如图型化及平坦化等多个步骤，因此，可以显著地减少繁复的制程步骤并因而大幅地降低制造成本。
在上述说明中，以举例方式说明本发明，但是本发明并不限于上述的详细说明，习于此技艺者在了解上述说明之后，在不背离本发明的精神及范围下，执行不同的变化及修改。应了解本发明的范围是由本专利申请的权利要求范围所界定。
Claims (10)
1.一种金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，在拟形成金属导线的初始嵌刻结构中制造金属-绝缘体-金属电容器，该初始嵌刻结构具有绝缘层及覆盖于该绝缘层上的金属障壁层，该绝缘层分成电容区及导线区，该电容区包括至少一沟槽，该导线区包括至少一沟槽，嵌入于该电容区中的部份该金属障壁层作为该金属-绝缘体-金属电容器的下电极层，该方法包括下述步骤：
a、图型化步骤，在该初始嵌刻结构上涂布光阻，以微影法将其图型化，以致于该电容区被光阻层遮蔽，但使该导线区曝露；
b、导线形成步骤，在光阻层遮蔽的区域之外的区域上，形成第一金属层并填满该导线区中的至少一沟槽；
移除该光阻层，而使该电容区曝露；
c、介电层形成步骤，在形成有该第一金属层的该初始嵌刻结构的表面上沉积介电层，以覆盖该第一金属层及该电容区；
d、上电极形成步骤，在该介电层上沉积第二金属层，并填满该电容区中的至少一沟槽；及
e、平坦化步骤，移除该金属障壁层、该第一金属层、该介电层及该第二金属层的多余部份，以使表面平坦化。
2.如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该金属障壁层的材料为铜。
3.如权利要求1或2所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该金属障壁层的厚度在100至800埃的范围内。
4.如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该介电层的材料为选自SiN、及SiO2组成的群类之一。
5.如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该介电层是以电浆增强化学气相沉积法沉积而成。
6.如权利要求1、4及5项中任一项所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该介电层的厚度在200至1000埃之范围内。
7.如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该第二金属层的材料是选自W、Al、Cu、及TiN组成的群类之一。
8.如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该第二金属层是以物理气相沉积法沉积而成。
9.如权利要求1、7及8项中任一项所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该第二金属层的厚度在200至1000埃之范围内。
10.如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于该平坦化步骤是以化学机械研磨法执行。
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