TW504832B - Integrated component with metal-isolator-metal-capacitor and its manufacturing method - Google Patents
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Description
504832
五、發明説明（1 ) 本發明涉及一種具有導電軌之積體元件，其具有：由 含有銅之合金所構成之導電軌；及金屬-隔離體-金屬-電 容器所構成。 以BIPOLAR^BICMOS-和CMOS技術製成之高頻電路 需要積體電容器，其須具有較高之電壓線性，準確可調 之電容値及較低之寄生電容。目前所用之傳統式MOS 電容器由於電壓感應之空間電荷區而使電壓線性不足 夠。此外，至基板之較小距離造成很多寄生電容。這些 因難性可藉由使用所謂金屬-隔離體-金屬-電容器（MIM 電容器）來克服。此種MIM電容器在現有之多層金屬 之槪念中在積體化時應儘可能不受相鄰導電軌之影響 且不會因此而改變。 目前尙未有任何槪念可使MIM電容器積體化於此種 具有含銅導電軌之積體元件中。 由先前技藝開始，本發明之目的是提供一種積體元件， 其具有導電軌（由含銅之合金所構成）及積體式MI Μ電 容器，本發明亦涉及此種元件之製造方法。 此目的以申請專利範圍第1項之積體元件及第1 〇項 之方法來達成。 Μ ΙΜ電容器具有一個形成在導電軌用之金屬平面中 之電極。由於介電質中間層及金屬層可保持很薄，則 ΜΙΜ電容器不需很大之困難性即能以現有之槪念進行 積體化以製成一種具有被動元件之積體元件。 在ΜΙΜ電容器製造時，介電質中間層用作蝕刻停止 504832 五、發明説明（2 ) 層。這樣可確保：其下方之含銅之電極不會受到鈾刻介 質所侵蝕。此外，由於該作爲蝕刻停止層用之介電質中 間層未完全去除，則在金屬層及其下方之電極之間不會 形成短路。 Μ IM電容器以下述方式適當地製成：在導電軌用之金 屬平面中在裸露之電極上首先在整面上沈積一種作爲 飩刻停止層用之介電質中間層，然後整面上沈積一種金 屬層。在隨後對此金屬層進行結構化時，則介電質中間 層作爲飩刻停止層甩而保留在整面上。因此可使MI Μ 電容器之各邊緣上之短路現象被有效地抑制。 本發明之實施例以下將依據附圖來描述。圖式簡單 說明： 第1圖具有積體式ΜΙΜ電容器之積體元件之橫切 面之一部份。 第1圖是含有積體電路之被動元件之這些層之橫切 面。在第一金屬平面1中在非導電性之擴散位障2之 間配置導電軌3。導電軌3經由穿孔4而與ΜΙΜ電容 器7之配置在第二金屬平面5中之下（under)電極6相 連。在第1圖中，在金屬平面5中除了下電極6之外亦 存在其它之導電軌8。導電軌8和下電極6埋入中間 介電質9中。金屬平面1中以相同之材料作爲隔離介 電質10使各導電軌3互相隔離。在下電極6上施加一 種介電質中間層11，其上存在一種金屬層，此金屬層形 成上電極12。介電質中間層11在MIM電容器7之區 -4- 504832 五、發明説明（3 ) 域中所具有之厚度較MIM電容器7外部者還大且在整 面上延伸於中間介電質9上。 ΜIM電容器7之上電極12及導電軌3經由穿孔13 而與第三金屬平面15中之導電軌14相連。第三金屬 平面15中之上電極12,穿孔13及導電軌14存在於中 間介電質16中。最後，在第三金屬平面15上方存在另 一非導電之擴散位障1 7及另一覆蓋層1 8。 各導電軌3，8, 14,下電極5以及穿孔4,13是由含銅 之合金（較佳是純銅）所構成。爲了製成各導電軌 3，8, 14,下電極5以及穿孔4,13,須使用所謂鑲嵌 (Damascene)方法。 特別是爲了製成各導電軌8,14,下電極6以及各穿孔 4,13時須使用雙鑲嵌方法。 在鑲嵌方法中，例如首先在擴散位障2(其位於基板上) 上整面沈積該隔離介電質1〇。在此種方式中此基板是 一種均勻之基體且是一種具有層結構之基體。在隔離 介電質1 0中蝕刻出一些溝渠，其用作導電軌3。最後， 藉由共形（conform)之沈積導電位障19施加在溝渠 上。此位障19在隨後之電解中用作電極以沈積各導電 軌3用之銅。 如上所述，導電軌8,下電極6及穿孔4以雙鑲嵌方法 製成。首先在擴散位障2之整面上沈積中間介電質 9。然後由中間介電質9中蝕刻出各導電軌8所需之溝 渠及下電極6。在下一蝕刻步驟中在這些位置（其上設
504832_______— 五、發明説明（4 ) 有各穿孔4)上使這些溝渠加深。這樣所形成之各凹口 中然後以共形之沈積方式設置一種位障2 0。在隨後之 電解中在用作電極之此種位障20上累積該已沈積之 銅。 最後，在已整平之表面上整面沈積該介電質中間層 1 1及金屬層（其用作上電極1 2)。此種作爲上電極1 2 用之金屬層可以是一種由合金構成之均勻之層或一種 由金屬層及導電位障所構成之堆疊。然後利用介電質 中間層1 1中之蝕刻停止層來對MIM電容器7進行結 構化。此介電質中間層11因此保持在MIM電容器7 之外部。由於上電極1 2及下電極6在空間上已廣泛地 被電性地隔離，則在上電極1 2和下電極6之間不會發 生短路之危險性。其它優點是：介電質中間層11和上 電極12可施加在已整平之表面上。這樣可確保介電質 中間層1 1和上電極1 2之平坦性。 在形成MIM電容器7之後進行中間介電質16之沈 積。然後以雙鑲嵌方法形成導電軌1 4及穿孔1 3。此 時位障2 1用作銅沈積時所需之電極。在對各穿孔1 3 用之溝渠進行蝕刻時在MIM電容器7之上電極丨2上 及導電軌1 4上同時停止。 例如，Si3N4或Si02適合用作介電質中間層1 1之材 料。此外，介電常數較大之材料（例如，Ta2 0 5或 Bi2Sr3Ti03以及BaxSrHTiOhOSXSl)亦適合用作介電 質中間層1 1。特別有利的是：這些材料之蝕刻特性之細 504832 五、發明説明（5 ) 節不必已爲人所知，這是因爲蝕刻是停止於介電質中間 層1 1之中央。Ta，TaN以及矽化物及材料（例 如，1^，1^1^，1^\¥，\¥及\\^乂，0$\$2)適合用作上電極12。 此外，導電性材料Si，W，Cu，Au，Ag，Ti及Pt和其合金都 可用作上電極1 2。 在圖式中未顯示之其它形式之實施例中，上電極12 及介電質中間層1 1由SiN所構成之保護層所覆蓋。此 保護層作爲穿孔1 3之蝕刻用之停止層且可防止：穿孔 1 3被蝕刻時上電極1 2受到侵蝕。此外，上電極1 2向著 一側而被包封，因此可另外對該下電魎6形成隔離作 用。 最後須指出：所建議之積體元件特別適用於高頻技術 中〇 符號說明 1 ··.弟一*金屬平面 2…擴散位障 3.. .導電軌 4…穿孔 5.. .第二金屬平面 6 ...下電極 7…金屬-隔離體-金屬-電容器 8 ...導電軌 9.. .中間介電質 10.. .隔離介電質 504832 五、發明説明（6 ) 11·· .中間層 1 2 .. .上電極 13. .穿孔 14. .導電軌 15. .第三金屬平面 1 6 . .中間介電質 1 7 . ..擴散位障 1 8 . ..覆蓋層 19. ..導電位障 20,21…位障 -8-
Claims (1)
- 504832六、申請專利範圍 第90106055號「具有導電軌之積體元件及其製造方法」專利 案 （91年7月修正） Λ申請專利範圍 1· 一種具有導電軌（3,8，14)之積體元件，其由含銅之合金及 ΜΙΜ電容器（7)所構成，其特徵爲：電容器（7)由：導電軌用之 金屬平面（5)中之第一電極（6)，作爲蝕刻停止層用之介電 質中間層（11)，及金屬層（12)所構成。 2·如申請專利範圍第1項之積體元件，其中該介電質中間層 (11)另作爲擴散位障用。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之積體元件，其中金屬層（12) 是由各金屬層及導電位障所形成之堆疊。 4. 如申請專利範圍第1項之積體元件，其中金屬層（12)含有 至少一種由一群Al，Si，W，Cu，Au，Ag，Ti和Pt所形成之金 屬。 5. 如申請專利範圍第1項之積體元件，其中各導電軌（3,8，14) 及第一電極（6)藉由位障（19,20,21)而與中間介電質（9，16) 相隔開。 6. 如申請專利範圍第5項之積體元件，其中該位障（19,20,21) 由一群Ta，TaN，TiW，W，WNx，Ti，TiN或矽化物所形成之元件 所形成，其中0SXS2。 7. 如申請專利範圍第1項之積體元件，其中介電質中間層（11) 由3丨02或Si3N4所製成。 8. 如申請專利範圍第1項之積體元件，其中介電質中間層（11) 由介電常數>80之介電質材料所形成。 504832六、申請專利範圍 9. 如申請專利範圍第8項之積體元件，其中介電質中間層（11) 由一群Ta205，Bi2Si:3Ti03及BaxSr^TiOs所形成之材料所 製成，其中0SXS1 〇 10. —種具有導電軌（3,8,14)之積體元件之製造方法，此積體元 件由含有銅之合金及MIM電容器（7)所構成，首先形成一 種埋置於中間介電質（16)中之第一電極（6)，其特徵爲：在第 一電極（6)上方首先在整面上沈積一種介電質中間層（11) 及金屬層（12)，然後對此金屬層（12)進行結構化。 11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中此介電質中間層（11) 用作蝕刻停止層。 12·如申請專利範圍第1〇或第11項之方法，其中第一電極（6) 以雙鑲嵌法製成。 -2-
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