TW202329473A

TW202329473A - 電容器結構及其製造方法

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Publication number: TW202329473A
Application number: TW111101253A
Authority: TW
Inventors: 吳孟遂
Original assignee: 力晶積成電子製造股份有限公司
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-16
Also published as: TWI802218B; CN116487370A

Abstract

一種電容器結構，包括基底與電容器。電容器包括第一電極、第二電極與第一介電層。第一電極設置在基底上。第一電極具有貫穿第一電極的多個開口，且第一電極的形狀包括格狀。第二電極設置在第一電極上，且填入多個開口。第一介電層設置在第一電極與第二電極之間。

Description

電容器結構及其製造方法

本發明是有關於一種半導體結構及其製造方法，且特別是有關於一種電容器結構及其製造方法。

電容器為廣泛應用於電子產品中的一種被動元件。然而，隨著半導體元件的積集度不斷地提升，電容器的尺寸也隨著縮小。因此，在電容器的尺寸縮小的情況下，要如何提升單位面積的電容量為目前持續努力的目標。

本發明提供一種電容器結構及其製造方法，其可提升單位面積的電容量。

本發明提出一種電容器結構，包括基底與電容器。電容器包括第一電極、第二電極與第一介電層。第一電極設置在基底上。第一電極具有貫穿第一電極的多個開口，且第一電極的形狀包括格狀。第二電極設置在第一電極上，且填入多個開口。第一介電層設置在第一電極與第二電極之間。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構中，第二電極可為單層結構。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構中，第二電極可為多層結構。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構中，更可包括接墊。接墊設置在第一電極與基底之間。第一電極可電性連接至接墊。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構中，更可包括第二介電層。第二介電層設置在基底上。部分電容器可位在第二介電層中。

本發明提出一種電容器結構的製造方法，包括以下步驟。提供基底。在基底上形成電容器。電容器包括第一電極、第二電極與第一介電層。第一電極設置在基底上。第一電極具有貫穿第一電極的多個開口，且第一電極的形狀包括格狀。第二電極設置在第一電極上，且填入多個開口。第一介電層設置在第一電極與第二電極之間。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構的製造方法中，第一電極的形成方法可包括以下步驟。在基底上形成第二介電層。在第二介電層中形成格狀開口。格狀開口貫穿第二介電層，而使得第二介電層具有多個介電柱。格狀開口可圍繞多個介電柱。在第二介電層上形成填入格狀開口的電極材料層。電極材料層可覆蓋多個介電柱。移除部分電極材料層，而暴露出多個介電柱，且形成第一電極。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構的製造方法中，更可包括以下步驟。移除多個介電柱，而形成貫穿第一電極的多個開口。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構的製造方法中，第一介電層與第二電極的形成方法可包括以下步驟。共形地在第一電極上與多個開口中形成介電材料層。在介電材料層上形成電極材料層。電極材料層填入多個開口。對電極材料層與介電材料層進行圖案化，而形成第二電極與第一介電層。

依照本發明的一實施例所述，在上述電容器結構的製造方法中，更可包括以下步驟。在形成第一電極之前，在基底上形成接墊。第一電極可電性連接至接墊。

基於上述，在本發明所提出的電容器結構及其製造方法中，由於第一電極的形狀包括格狀，因此第一電極可具有較大的表面積，藉此可提升單位面積的電容量。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A至圖1E為根據本發明的一些實施例的電極的製造流程上視圖。圖2A至圖2H為根據本發明的一些實施例的電容器結構的製造流程剖面圖。圖2A至圖2H是沿著圖1A中的I-I’剖面線的製造流程剖面圖。圖2A至圖2E分別為圖1A至圖1E的剖面圖。在本實施例的上視圖中，省略剖面圖中的部分構件，以清楚說明上視圖中的各構件之間的位置關係。

請參照圖1A與圖2A，提供基底100。基底100可為半導體基底，如矽基底。此外，在圖2A中雖未示出，但在基底100中可具有摻雜區及/或隔離結構等所需的構件，且在基底100上可具有半導體元件(如，電晶體等主動元件)、介電層及/或內連線結構等所需的構件，於此省略其說明。

接著，可在基底100上形成接墊102。接墊102的材料例如是鎢(W)或鋁(Al)等導電材料。接墊102可藉由沉積製程、微影製程與蝕刻來形成。在一些實施例中，更可在接墊102上形成氮化矽保護層(未示出)。

然後，可在基底100上形成介電層104。介電層104可覆蓋接墊102。介電層104的材料例如是氧化矽等介電材料。介電層104的形成方法例如是化學氣相沉積法。

請參照圖1B與圖2B，可在介電層104中形成格狀開口OP1。舉例來說，格狀開口OP1的上視形狀可為格狀(圖1B)。格狀開口OP1貫穿介電層104，而使得介電層104具有多個介電柱104a。介電柱104a的上視形狀可包括圓形、橢圓形或多邊形。格狀開口OP1可圍繞多個介電柱104a。在一些實施例中，格狀開口OP1可暴露出部分接墊102。格狀開口OP1的形成方法例如是對介電層104進行圖案化。在一些實施例中，可藉由微影製程與蝕刻製程(如，乾式蝕刻製程)對介電層104進行圖案化。在另一些實施例中，可利用圖案化硬罩幕層作為罩幕，對介電層104進行乾式蝕刻製程，而對介電層104進行圖案化。此外，在用以形成格狀開口OP1的乾式蝕刻製程中，接墊102可用以作為蝕刻終止層。在一些實施例中，在接墊102上具有氮化矽保護層(未示出)的情況下，更可對氮化矽保護層進行圖案化，而使得格狀開口OP1貫穿氮化矽保護層，且暴露出部分接墊102。

請參照圖1C與圖2C，可在介電層104上形成填入格狀開口OP1的電極材料層106。電極材料層106可覆蓋多個介電柱104a。電極材料層106的材料例如是氮化鈦(TiN)或鎢等導電材料。電極材料層106的形成方法例如是化學氣相沉積法。

請參照圖1D與圖2D，可移除部分電極材料層106，而暴露出多個介電柱104a，且形成電極106a。電極106a可電性連接至接墊102。部分電極106a可位在格狀開口OP1中，亦即部分電極106a可位在介電層104中。由於部分電極106a可位在格狀開口OP1中，藉此可使得電極106a的形狀包括格狀。舉例來說，電極106a的上視形狀可包括格狀(圖1D)。在一些實施例中，部分電極106a可位在介電層104的頂面TS上。此外，位在介電層104中的電極106a與位在介電層104的頂面TS上的電極106a可為一體成型且可彼此連接。部分電極材料層106的移除方法例如是藉由微影製程與蝕刻製程(如，乾式蝕刻製程)對電極材料層106進行圖案化。

請參照圖1E與圖2E，可移除多個介電柱104a，而形成貫穿電極106a的多個開口OP2。在一些實施例中，開口OP2可暴露出部分接墊102。介電柱104a的移除方法例如是濕式蝕刻法。

請參照圖2F，可共形地在電極106a上與多個開口OP2中形成介電材料層108。介電材料層108可為單層結構或多層結構。介電材料層108的材料可為高介電常數(high-k)材料，如氧化鋯(ZrO ₂)、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化鉿(HfO ₂)或其組合。

請參照圖2G，在介電材料層108上形成電極材料層110。電極材料層110填入多個開口OP2。電極材料層110可為單層結構或多層結構。在本實施例中，電極材料層110是以多層結構為例。舉例來說，電極材料層110可包括電極材料層112、電極材料層114與電極材料層116，但本發明並不以此為限。電極材料層112可共形地形成在介電材料層108上。電極材料層112的材料例如是氮化鈦等導電材料。電極材料層112的形成方法例如是化學氣相沉積法。電極材料層114可形成在電極材料層112上，且可填入多個開口OP2。電極材料層114的材料例如是摻雜多晶矽等導電材料。電極材料層114的形成方法例如是化學氣相沉積法。電極材料層116可形成在電極材料層114上。電極材料層116的材料例如是鎢等導電材料。電極材料層116的形成方法例如是化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。

請參照圖2H，對電極材料層110與介電材料層108進行圖案化，而形成電極110a與介電層108a。舉例來說，可藉由微影製程與蝕刻製程(如，乾式蝕刻製程)對電極材料層110與介電材料層108進行圖案化。在對電極材料層110所進行的圖案化製程中，可分別對電極材料層116、電極材料層114與電極材料層112進行圖案化，而形成電極116a、電極114a與電極112a。在本實施例中，電極110a可為多層結構。舉例來說，電極110a可包括依序設置在介電層108a上的電極112a、電極114a與電極116a，但本發明並不以此為限。在另一些實施例中，電極110a可為單層結構。

在一些實施例中，可依據需求進一步地對電極106a進行圖案化，而使得電極106a具有所需的圖案。藉由上述方法，可在基底100上形成電容器118。電容器118包括電極106a、電極110a與介電層108a。

以下，藉由圖2H來說明本實施例的電容器結構10。此外，雖然電容器結構10的形成方法是以上述方法為例來進行說明，但本發明並不以此為限。

請參照圖2H，電容器結構10包括基底100與電容器118。電容器118包括電極106a、電極110a與介電層108a。電極106a設置在基底100上。電極106a具有貫穿電極106a的多個開口OP2，且電極106a的形狀包括格狀。舉例來說，電極106a的上視形狀可包括格狀(圖1E)。由於電極106a的形狀包括格狀，因此電極106a可具有較大的表面積，藉此可提升單位面積的電容量。電極110a設置在電極106a上，且填入多個開口OP2。電極110a可為單層結構或多層結構。介電層108a設置在電極106a與電極110a之間。介電層108a可為單層結構或多層結構。

電容器結構10更可包括接墊102。接墊102設置在電極106a與基底100之間。接墊102可用以作為電極106a的著陸墊(landing pad)。電極106a可電性連接至接墊102，因此接墊102可視為電極106a的延伸部。亦即，電極106a的表面積可藉由接墊102來進一步地提升，因此可進一步地提升單位面積的電容量。

電容器結構10更可包括介電層104。介電層104設置在基底100上。部分電容器118可位在介電層104中。在一些實施例中，部分電容器118可位在介電層104的頂面TS上。

另外，電容器結構10中的各構件的詳細內容(如，材料與形成方法等)已於上述實施例進行詳盡地說明，於此不再說明。

基於上述實施例可知，在電容器結構10及其製造方法中，由於電極106a的形狀包括格狀，因此電極106a可具有較大的表面積，藉此可提升單位面積的電容量。

綜上所述，在上述實施例的電容器結構及其製造方法中，由於電容器結構包括格狀電極，因此可提升電極的表面積，進而可提升單位面積的電容量。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:電容器結構 100:基底 102:接墊 104:介電層 104a:介電柱 106, 110, 112, 114, 116:電極材料層 106a, 110a, 112a, 114a, 116a:電極 108:介電材料層 108a:介電層 OP1, OP2:開口 TS:頂面

圖1A至圖1E為根據本發明的一些實施例的電極的製造流程上視圖。圖2A至圖2H為根據本發明的一些實施例的電容器結構的製造流程剖面圖。

10:電容器結構

100:基底

102:接墊

104:介電層

106a,110a,112a,114a,116a:電極

108a:介電層

OP2:開口

TS:頂面

Claims

一種電容器結構，包括：基底；以及電容器，包括：第一電極，設置在所述基底上，其中所述第一電極具有貫穿所述第一電極的多個開口，且所述第一電極的形狀包括格狀；第二電極，設置在所述第一電極上，且填入多個所述開口；以及第一介電層，設置在所述第一電極與所述第二電極之間。
如請求項1所述的電容器結構，其中所述第二電極包括單層結構。
如請求項1所述的電容器結構，其中所述第二電極包括多層結構。
如請求項1所述的電容器結構，更包括：接墊，設置在所述第一電極與所述基底之間，其中所述第一電極電性連接至所述接墊。
如請求項1所述的電容器結構，更包括：第二介電層，設置在所述基底上，其中部分所述電容器位在所述第二介電層中。
一種電容器結構的製造方法，包括：提供基底；以及在所述基底上形成電容器，其中所述電容器包括：第一電極，設置在所述基底上，其中所述第一電極具有貫穿所述第一電極的多個開口，且所述第一電極的形狀包括格狀；第二電極，設置在所述第一電極上，且填入多個所述開口；以及第一介電層，設置在所述第一電極與所述第二電極之間。
如請求項6所述的電容器結構的製造方法，其中所述第一電極的形成方法包括：在所述基底上形成第二介電層；在所述第二介電層中形成格狀開口，其中所述格狀開口貫穿所述第二介電層，而使得所述第二介電層具有多個介電柱，其中所述格狀開口圍繞多個所述介電柱；在所述第二介電層上形成填入所述格狀開口的電極材料層，其中所述電極材料層覆蓋多個所述介電柱；以及移除部分所述電極材料層，而暴露出多個所述介電柱，且形成所述第一電極。
如請求項7所述的電容器結構的製造方法，更包括：移除多個所述介電柱，而形成貫穿所述第一電極的多個所述開口。
如請求項6所述的電容器結構的製造方法，其中所述第一介電層與所述第二電極的形成方法包括：共形地在所述第一電極上與多個所述開口中形成介電材料層；在所述介電材料層上形成電極材料層，其中所述電極材料層填入多個所述開口；以及對所述電極材料層與所述介電材料層進行圖案化，而形成所述第二電極與所述第一介電層。
如請求項6所述的電容器結構的製造方法，更包括：在形成所述第一電極之前，在所述基底上形成接墊，其中所述第一電極電性連接至所述接墊。