TWI274379B - MIM capacitor structure and method of manufacturing the same - Google Patents
MIM capacitor structure and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- TWI274379B TWI274379B TW094146470A TW94146470A TWI274379B TW I274379 B TWI274379 B TW I274379B TW 094146470 A TW094146470 A TW 094146470A TW 94146470 A TW94146470 A TW 94146470A TW I274379 B TWI274379 B TW I274379B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- metal
- insulator
- multilayer structure
- capacitor structure
- nitride multilayer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/75—Electrodes comprising two or more layers, e.g. comprising a barrier layer and a metal layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/65—Electrodes comprising a noble metal or a noble metal oxide, e.g. platinum (Pt), ruthenium (Ru), ruthenium dioxide (RuO2), iridium (Ir), iridium dioxide (IrO2)
Description
'•doc/g r2743s7〇9wf. 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種金屬·絕緣體-金屬 (Metal-Insulator-Metal，縮寫為MIM)電容結構及其製造方 法，且特別是有關於一種可避免下電極誘發絕緣層結晶的 金屬-絕緣體-金屬電容結構及其製造方法。 【先前技術】 金屬-絕緣體-金屬（MIM)結構的電容將是下世代 DRAM電容的主要形式，且使用高介電係數(high—k)材料作 為絕緣層，才可在縮小的電容面積下獲得足夠的電容值。 而結晶型態的電極材料的電阻值較低，具有較佳的導電效 果，因此目前的金屬-絕緣體_金屬（MIM)電容結構的電極多 採用這種材料。但是在電容製作過程中，結晶型態的電極 材料會誘發其上方的絕緣材料形成結晶，對高介電係數材 料而言，將會產生較大的漏電流。這是因為結晶材料内晶 ^的存在’是造成電荷損失最大的因素，且在後續電晶體 高溫熱處理過程中之熱穩定性變差，導致電容值下降。 【發明内容】 本發明的目的就是在提供一種金屬-絕緣體-金屬 (MIM)電容結構，具有低漏電的優點。 本發明的再一目的是提供一種金屬-絕緣體_金屬電容 ，，的製造方法，以有效提升電容的品質，進而大幅增加 向介電係數薄膜材料在DRAM電容元件的應用可行性。 本發明提出—種金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容結構，包 5 doc/g 括上電極(upper dectr〇de)、下電極〇〇wer e][ectr〇de)以及絕 緣層，其中絕緣層位於上電極與下電極之間。而這種金屬_ 絕緣體-金屬電容結構的特徵在於下電極包括一層導體層 乂及至屬氮化物多層結構（metal nitride multilayer structure)。金屬氮化物多層結構是位於導體層與絕緣層之 間，其中金屬氮化物多層結構的氮含量逐漸向絕緣層的方 向增加，且金屬氮化物多層結構是非結晶（am〇rph〇us)型 態。 φ 依照本發明的較佳實施例所述結構，上述之導體層與 、 金屬氮化物多層結構的材料可以是相同的。 • 依照本發明的較佳實施例所述結構，上述金屬氮化物 多層結構的材料包括TiN或TaN。 依照本發明的較佳實施例所述結構，上述金屬氮化物 多層結構是由數層超薄膜(ultrathinfiim)所構成，其中金屬 氮化物多層結構的每一層超薄膜的厚度約在數埃至數十埃 之間。此外，前述超薄膜的層數例如是在三層以上。 • 依照本發明的較佳實施例所述結構，上述之導體層的 材料包括TiN、TaN、Ru、Pt或多晶矽等導電材料。曰 依照本發明的較佳實施例所述結構，絕緣層的材料包 括高介電係數(high-k)材料，如TaW5、Al2〇3、Hf〇2或Ti〇= 本發明提出一種金屬-絕緣體-金屬電容結構的製造^ 法，包括先提供一導體層，再於導體層上形成一金屬氮化 物多層結構，以使其與導體層組成一下電極。其中，金屬 氮化物多層結構是非結晶型態且其氮含量隨下電極之^數 6 1274规 ;wf.doc/g 逐漸增加。接著’於下電極的該金屬氮化物多層結構上形 成一絕緣層，再於絕緣層上形成一上電極。 依照本發明的較佳實施例所述方法，上述於導體層上 形成金屬氮化物多層結構的方法是利用化學氣相沉積 (Chemical Vapor Depositi〇n, CVD)、物理氣相沈積(ph㈣㈤ Vapor Deposition，PVD或原子層沈積（Wic二叮打 Deposition，ALD)等真空薄膜沉積系統。
依照本發明的較佳實施例所述方法，上述之導體層與 金屬氮化物多層結構的材料可以是相同的。 曰〃、 依照本發明的較佳實施例所述方法， 物多層結構的材料包括TiN或TaN。 依照本發明的較佳實施例所述方法， 多層結構是由數層超薄膜所構成。 依照本發明的較佳實施例所述方法， 料包括TiN、TaN、Ru、Pt或多晶石夕。 上述之金屬氮化 上述金屬氮化物 上述導體層的材
依恥本發明的較佳實施例所述方法，上 料包括高介電魏㈣，如Ta2(V =層= 或 Ti02。 IxA1y° N Hf0： 本發明因為在下電極接近絕緣層 態:金屬氮化物多層結構，且其中金屬氮二 =量，向絕緣層的方向增加，所以二： 曰曰性，進而有效提升電容的品質。 、、彖㈢的、、、口 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優 易懂，下文特舉較佳實施例，並 b ”、、 如口所附圖式，作詳細說 Γ27431 f.doc/g 明如下。 【實施方式】 圖1為依照本發明之—較佳實施例之金屬_絕緣體_金 屬（MIM)電容結構的剖面圖。 6月麥妝圖1，本實施例的金屬_絕緣體-金屬（MIM)電容 結構包括上電極⑽、下電極11〇以及絕緣層·其中絕 緣層120日位於上電極！⑼與下電極⑽之間。而且，下電 極110疋由一層導體層112以及一金屬氮化物多層結構 (multilayer structure metal nitride layer) 114 所構成，這層金 屬氮化物多層結構114是位於導體層112與絕緣層i2〇之 間，其中金屬氮化物多層結構114的氮含量逐漸向絕緣層 120的方向增加，且金屬氮化物多層結構1M是非結晶型 態。 度參照圖1，上述金屬氮化物多層結構114是由 數層超薄膜(ultrathinfilm)所構成，而每一層超薄膜的厚度 例如疋=在數埃(人)至數十埃之間，較佳為5〜10埃左右。 此外，前述超薄膜的層數例如是在三層以上。而上述金屬 乳化物夕層結構114的材料例如TiN或TaN。導體層112 的材料例如是TiN、TaN、Ru、pt或多晶矽(p〇ly叫等任何 適合的導電材料。因此，導體層112與金屬氮化物多層結 構的材料可以選擇是相同或不同。當金屬氮化物多層 結構U4的材料與導體層112相同時，可增加導體層112 與絕緣層120之間的附著性，所以此金屬氮化物多層曰結構 114可視為導體層112與絕賴120之間的緩衝層(buffer 1274339 wf.doc/g layer)，此外可有效降低製程成本。而絕緣層12〇的材料較 佳為尚介電係數(high_k)材料，如Ta2〇5、Αΐ2〇3、Η&Α1 〇、 Hf02 或 Ti02。 y 由於這個實施例採用非結晶型態的金屬氮化物多層結 構，使得絕緣層不易形成結晶型態，可承受後續製程之高 溫環境，同時改善下電極與絕緣層的界面特性，進而有效 提升金屬-絕緣體-金屬電容結構的品質。 圖2為依照本發明之另一較佳實施例之金屬-絕緣體_ 金屬電容結構的製造流程步驟圖。 請參照圖2，於步驟200中，提供一導體層，導體層 的材料例如是TiN、TaN、Ru、Pt或多晶矽等任何適合的 導電材料。 之後，於步驟210中，於導體層上形成一金屬氮化物 夕層結構，以便與導體層組成一下電極。其中，金屬氣化 物多層結構是非結晶型態且其氮含量隨下電極之層數逐漸 增加。可利用一真空薄膜沉積系統來執行這個步驟，例如 是化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積（ALD)系統 此外，當導體層與金屬氮化物多層結構的材料相同 時，可在不增加製程複雜度情況下，完成導體層鍍著後， 接著利用製程參數的調變，來連續形成金屬氮化物多層結 構。舉例來說，使用電漿輔助原子層沉積系統時，其步驟 是先通入TiCU前驅物（precursor)，再通氣體將未反應的 前驅物帶走，此步驟稱為“purge”。接著，通入含有氮氣和 氫氣(Νζ/Η2)的反應氣體(reactant gas)之電漿(plasma)進行 9 I27437& 6twf.doc/g 反應，此#呈序為-個循環(cycle)，以形成厚度例如是數十 埃j ™薄膜，以完成下電極的導體層。之後，關掉TiN 的前驅物’再使用製程中鑛著谓薄膜的參數，在苴表面 沉^同樣為TiN的超薄膜，並隨著超薄膜的層數增加而增 =氮含量’以完成下電極之金屬氮化物多層結構。前述 厚度極薄(約為數埃〜數十埃）。由於金屬氮化物多 中曰的氮(N)相對於金屬（如Ti或Ta)成分的比例越 冋八、，、口日日性越差，且每一層的厚度愈薄， 戶:以此金屬氮化物多層結構將會以非結晶型。能曰曰二二匕 由於後續製程有可能遭遇高溫熱處理的環境，合使下 電極之導體層與絕緣層之間容易相互擴散 j 氮化物多層結構還可扮演擴散阻障 .述金屬 角色。 [月又丨且丨羊層（dlffusi〇n barrier)的 構上ΪΪ丄220中’於下電極的金屬氮化物多層姓 構上形成一、、，巴緣層，其中絕緣層的 、。 , -2〇5. Al2〇3 由於絕緣層是形成在上述非結晶型態的全屬HU102。 構上，所以不會像習知受到下層結晶匕物多層結 而能形成非結晶型態，以降低漏電流失材料，響，進 的電容值。 、夭亚侍到較高 取後’於步驟23G巾，於絕緣層上形 综上所述，本發明之特點是在形成 上，極。 成非結晶型態的金屬氮化物多層結構，以^之前，先形 化，進而防止漏電流的損失。此外，除了 免絕緣層結晶 '、J虿利於形成非晶 • 127437g 06twf.doc/g 一 一 电谷的漏電流外，金屬氮 化物^層結構也可提高電容在後續高溫魏的結晶溫度， 並改善下電極與絕緣層的界面特性，將可有效提升元 穩定度和可靠度。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限J本發明，任何熟習此技#者，在不脫離本發明之 =範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之^ 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為依照本發明之一較佳實施例之金屬_絕緣體_ 屬（MIM)電容結構的剖面圖。 “ 圖2為依照本發明之另一較佳實施例之金屬·絕緣體_ 金屬（MIM)電容結構的製造流程步驟圖。 _ 【主要元件符號說明】 100 :上電極
型態的高介電係數絕緣層 110 :下電極 112 ·導體層 114 :金屬氮化物多層結構 120 :絕緣層 200〜230 :步驟
Claims (1)
- * 127437¾ 06twf.doc/g 十、申請專利範圍： 1·一種金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容結構，包括一上電 極、一下電極以及一絕緣層，該絕緣層位於該上電極與該 下電極之間，其特徵在於： 該下電極包括： 一導體層；以及 一金屬氮化物多層結構，位於該導體層與該絕緣層之 間，其中該金屬氮化物多層結構的氮含量逐漸向該絕緣層 的方向增加，且該金屬氮化物多層結構是非結晶型態。 2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬-絕緣體-金屬電 容結構，其中該導體層與該金屬氮化物多層結構的材料相 同。 3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬-絕緣體-金屬電 容結構，其中該金屬氮化物多層結構的材料包括TiN或 TaN 〇 4. 如申請專利範圍第1項所述之金屬-絕緣體-金屬電 容結構，其中該金屬氮化物多層結構是由多數層超薄膜所 構成。 5. 如申請專利範圍第4項所述之金屬-絕緣體-金屬電 容結構，其中該金屬氮化物多層結構的每一層超薄膜的厚 度在數埃至數十埃之間。 6. 如申請專利範圍第4項所述之金屬-絕緣體-金屬電 容結構，其中該金屬氮化物多層結構的該些超薄膜的層數 在三層以上。 12 Ί274379( 06twf.doc/g 多晶石夕。 s的材料包括TiN、TaN、Ru、Pt或 8·如申請專利節_ 容結構，其中該絕^ 項所述之金屬絕緣體-金屬電 料。 、彖層的材料包括高介電係數(high-k)材 容二如lit利範圍第8項所述之金屬-絕緣體-金屬電Γ> U以包括該絕緣層的材料包括Ta2〇5、A1203、 HfxAlyO > Hf02 ^ Ti〇2 〇 括‘：10.種金屬-絕緣體_金屬電容結構的製造方法，包 提供一導體層； 導二:!ϊ體層上形成一金屬氮化物多層結構，以便與該 2層下電極，其中該金屬氮化物多層結構是非結 曰曰含量隨該下電極之層數逐漸增加；於該下電極的該金職化物多層結構上形成一 層；以及 於该絕緣層上形成一上電極。 “ ―11·如申請專利範圍第10項所述之金屬-絕緣體-金屬 電容結構的f造方法，其巾於該導體層上形成該金屬氮化 物多層結構的方法包括利用一真空薄膜沉積系統。 12·如申請專利範圍第11項所述之金屬-絕緣體-金屬 電容結構的製造方法，其中該真空薄膜沉積系統包括化學 氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)、物理氣相沈 13 I27437S 06twf.doc/g 積(Physical Vapor Deposition, PVD 或原子層沈積(Atomic Layer Deposition，ALD)系統。 13. 如申請專利範圍第10項所述之金屬-絕緣體-金屬 電容結構的製造方法，其中該導體層與該金屬氮化物多層 結構的材料相同。 14. 如申請專利範圍第10項所述之金屬-絕緣體-金屬 電容結構的製造方法，其中該金屬氮化物多層結構的材料 包括TiN或TaN。 • 15.如申請專利範圍第10項所述之金屬-絕緣體-金屬 ^ 電容結構的製造方法，其中該金屬氮化物多層結構是由多 « 數層超薄膜所構成。 16. 如申請專利範圍第10項所述之金屬-絕緣體-金屬 電容結構的製造方法，其中該導體層的材料包括TiN、 TaN、Ru、Pt或多晶石夕。 17. 如申請專利範圍第10項所述之金屬-絕緣體-金屬 電容結構的製造方法，其中該絕緣層的材料包括高介電係 φ 數(high-k)材料。 18. 如申請專利範圍第17項所述之金屬-絕緣體-金屬 電容結構的製造方法，其中該絕緣層的材料包括Ta205、 Al2〇3、HfxAlyO、Hf02 或 Ti02。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW094146470A TWI274379B (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | MIM capacitor structure and method of manufacturing the same |
| US11/463,893 US20070145525A1 (en) | 2005-12-26 | 2006-08-11 | Mim capacitor structure and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW094146470A TWI274379B (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | MIM capacitor structure and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI274379B true TWI274379B (en) | 2007-02-21 |
| TW200725698A TW200725698A (en) | 2007-07-01 |
Family
ID=38192634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW094146470A TWI274379B (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | MIM capacitor structure and method of manufacturing the same |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070145525A1 (zh) |
| TW (1) | TWI274379B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007081189A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Elpida Memory Inc | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
| JP2009027017A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Elpida Memory Inc | 絶縁体膜、キャパシタ素子、ｄｒａｍ及び半導体装置 |
| US8564094B2 (en) | 2009-09-09 | 2013-10-22 | Micron Technology, Inc. | Capacitors including at least two portions of a metal nitride material, methods of forming such structures, and semiconductor devices including such structures |
| WO2014144538A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Gottlieb Stacey | Fingernail system for use with capacitive touchscreens |
| KR102253595B1 (ko) * | 2015-01-06 | 2021-05-20 | 삼성전자주식회사 | 캐패시터를 포함하는 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| CN107665945A (zh) * | 2016-07-28 | 2018-02-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种阻变随机存储器及其制造方法 |
| CN113394341A (zh) * | 2020-03-13 | 2021-09-14 | 联华电子股份有限公司 | 金属-绝缘层-金属电容器及其制作方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6770924B1 (en) * | 1994-05-13 | 2004-08-03 | Micron Technology, Inc. | Amorphous TiN films for an integrated capacitor dielectric/bottom plate using high dielectric constant materials |
| US5663088A (en) * | 1995-05-19 | 1997-09-02 | Micron Technology, Inc. | Method of forming a Ta2 O5 dielectric layer with amorphous diffusion barrier layer and method of forming a capacitor having a Ta2 O5 dielectric layer and amorphous diffusion barrier layer |
| US6750500B1 (en) * | 1999-01-05 | 2004-06-15 | Micron Technology, Inc. | Capacitor electrode for integrating high K materials |
| US6407435B1 (en) * | 2000-02-11 | 2002-06-18 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Multilayer dielectric stack and method |
| US7129580B1 (en) * | 2001-04-17 | 2006-10-31 | Genus, Inc. | Methods and procedures for engineering of composite conductive films by atomic layer deposition |
-
2005
- 2005-12-26 TW TW094146470A patent/TWI274379B/zh not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-08-11 US US11/463,893 patent/US20070145525A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20070145525A1 (en) | 2007-06-28 |
| TW200725698A (en) | 2007-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1790674B (zh) | 具有氧化锆的电容器及其制造方法 | |
| TWI322487B (en) | Method for fabricating capacitor in semiconductor device | |
| TWI274379B (en) | MIM capacitor structure and method of manufacturing the same | |
| US8574983B2 (en) | Method for fabricating a DRAM capacitor having increased thermal and chemical stability | |
| TW583727B (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
| US8679939B2 (en) | Manufacturable high-k DRAM MIM capacitor structure | |
| US8542523B2 (en) | Method for fabricating a DRAM capacitor having increased thermal and chemical stability | |
| CN109841498B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| JP4046588B2 (ja) | キャパシタの製造方法 | |
| TWI295823B (en) | Method for forming a titanium nitride layer and method for forming a lower electrode of a mim capacitor using the titanium nitride layer | |
| TW200834821A (en) | Method of forming a structure having a high dielectric constant, a structure having a high dielectric constant, a capacitor including the structure, and method of forming the capacitor | |
| TW201212122A (en) | A high-k dielectric material and methods of forming the high-k dielectric material | |
| TW544915B (en) | A capacitor for semiconductor devices and a method of fabricating such capacitors | |
| KR100968427B1 (ko) | 불순물이 도핑된 유전막을 포함하는 캐패시터 및 그 제조방법 | |
| Pawlak et al. | Direct physical evidence of mechanisms of leakage and equivalent oxide thickness reduction in metal-insulator-metal capacitors based on RuOx/TiOx/SrxTiyOz/TiN stacks | |
| US20140185182A1 (en) | Semiconductor device with rutile titanium oxide dielectric film | |
| JP5262233B2 (ja) | 窒化ジルコニウム界面層を有するキャパシター構造 | |
| TW473901B (en) | Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
| CN101604626B (zh) | 一种制作半导体电容元件的方法 | |
| TW201044426A (en) | Capacitor and process for manufacturing capacitor | |
| CN100565881C (zh) | 金属-绝缘体-金属电容结构及其制造方法 | |
| US20110222207A1 (en) | Methods of forming a dielectric layer structure, and methods of manufacturing a capacitor using the same | |
| TW200947670A (en) | Method for fabricating a semiconductor capacitor device | |
| KR20080084434A (ko) | Ｍⅰｍ 커패시터 및 이의 제조 방법 | |
| CN116721905B (zh) | 半导体器件及其制作方法和电子设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |