TWI377664B - Method and structure for creation of a metal insulator metal capacitor - Google Patents

Description

1377664 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大致關於半導體裝置，尤相關於新式金屬絕緣 體金屬（MIM)電容及其形成方法。 【先前技術】

金屬絕緣體金屬（MIM)電容是重要的，因為晶片微小 化需要整合多個被動元件。電容只是此等被動元件之一。 MIM電容的優點包括較少的封裝（footprint)、較高品質因 素（quality factor)、與較低寄生電容。一MIM電容包括一 絕緣體，其分開兩金屬層。與先前技術ΜIΜ電容相關的缺 點之一為發生在絕緣體與頂部金屬層界面處的邊緣缺陷。

第1圖繪示先前技術ΜΙΜ電容100，其易於造成邊緣 缺陷。邊緣缺陷導致早期裝置失效.因此，為改善屈服強 度，需要消除邊緣缺陷，或減弱頂部電極之周邊的介電常 數。絕緣體104分開兩導電層1〇2。邊緣缺陷no發生在 絕緣體1〇4與頂部導電層102的界面處。在消除邊緣缺陷 的努力中’發展出拉回化學（piillback chemistry)。此等拉 回化學造成MIM電容在與頂部導電層ι〇2的界面處具有較 厚的絕緣體1〇4。第2圖繪示具有拉回的先前技術MI Μ電 容。 第2圖繪示具有拉回的先前技術ΜΙΜ電容200。拉回 化學造成具有頂部導電層102之ΜΙΜ電容200，在頂部導 電層1〇2與絕緣體104界面處產生拉回220。絕緣體104 5 1377664 與頂部導電層102之接面處較厚230。較厚的絕 減少邊緣缺陷且亦減少漏電。減少漏電改善屈服 而，具有拉回之MIM電容200的缺點之一為此等 絕緣體104包括低K介電物（如SiN)時有效。然 造對含有高K界電物之絕緣體104無效。熟習該 可瞭解，高k介電物，包括但不限於下述材料 Al2〇3 與 Hf02。

第3圖繪示具有拉回與具有包括高k介電物 的先前技術MIM電容300。絕緣體104’包括高k 拉回化學不僅造成具有頂部導電層102之MIM電 導電層102與絕緣體104界面處為拉回220，且 在界面具有薄絕緣體1 04 ’。此種絕緣體1 04造成 並增加漏電。 在技術領域中需要改良MIM電容，其可減少 且維持所有介電物的高屈服強度。

缘體104 強度。然 構造僅在 而此等構 項技術者 • Ta205 ' 之絕緣體 .介電物。 容在頂部 MIM電容 邊緣缺陷 邊緣缺陷 緣體、導 層在絕緣 之導電層 與底部導 【發明内容】 本發明為關於電容結構及其形成方法。 第一實施例為關於一電容，包括導電層、絕 電層與保護層。絕緣體在一導電層上，而一導電 體上。在絕緣體與導電層之界面處，在絕緣體上 具有長度短於絕緣體之長度。保護層鄰近絕緣體 電層之界面。 第二實施例為關於一電容，包括導電層、絕緣體、保 1377664

護層與導電層。絕緣體在導電層上。保護層在絕緣 在絕緣體與保護層之界面處，導電層在保護層上且 於絕緣體之長度。 本發明解決與先前技術電容有關的前述問題。 本發明藉由使用保護層避免與高κ介電物有關的屈 (yield failure)。本發明為不受介電物影響。因此高 介電材料兩者皆可作為絕緣體而沒有負面影響產生 為了至少前述理由，本發明改良電容技術。 【實施方式】 本發明將參考所附圖式詳述。圖式中，結構的 樣以簡化方式繪示與圖樣化，以更清楚描述與描繪4 根據本發明綜述與介紹，本發明實施例為關於 其形成方法。所有實施例包括保護層沉積鄰近於其 二導電層沉積之絕緣體，或在其上有第二導電層沉 緣體上。在所有實施例中，在與導電層1〇2(第一 1 或保護層 5 40 (第二實施例）的界面處，頂部導電層 短於絕緣體1 0 4的長度。 本發明之第一實施例將參考第4 A至4 C圖描述 示改良電容器的形成，且更特定地為改良金屬絕緣 (MIM)電容。本發明之第一實施例包括沉積保護層 近絕緣體1 04。保護層440避免絕緣體1 04在拉回 間被移除。保護層440因此維持一厚絕緣體在頂部 102下。在第一實施例中，絕緣體1 04沉積在導電 體上。 長度短 尤其是 服破壞 與低k 多種態 發明。 電容及 上有第 積之絕 f施例） 的長度 ，其繪 體金屬 440鄰 製程期 導電層 層102 7 1377664 上，其標示為底部導電層 102。第一實施例將在此後進一 步描述。

第4A圖繪示包括本發明第一實施例之材料堆疊。如 所繪示，材料堆疊包括由絕緣體 104分隔開之兩導電層 1 02。第一實施例的選擇性但非必須特徵包括保護膜 440 沉積在钱刻终止層106上。導電層102可包括氛化欽、组、 氮化钽、鎢、鋁、銅或其任何組合，而絕緣體可包含三氧 化二鋁、氮化矽、二氧化姶、二氧化銼、氮氧化矽（SiOxNy)、 矽酸铪（H fSiOx)、二氧化矽、鈦酸鋰、三氧化二鑭、三氧 化二釔或其任何組合。絕緣體1 04較佳為氮化矽或其他可 承受四氟化碳電漿蝕刻之非氧化物介電物，此電漿蝕刻為 最常用於拉回製程。

第4B圖繪示本發明之第一實施例400。本發明之第一 實施例400包括具有保護層440之MIM電容，該保護層 4 4 0填入藉由部分移除絕緣體1 0 4所產生的空隙。如所繪 示，絕緣體1 0 4包括多層，然而如熟習該項技術者所瞭解， 絕緣體104不限於多層且可包括單層或雙層。拉回化學在 本發明之第一實施例400上實施，如上所述，其導致具有 導電層1 02之MIM電容在導電層1 02與絕緣體1 04的界面 處有拉回 220。然而很明顯地，拉回化學亦負面地影響絕 緣體1 04，因為絕緣體1 04已被部份地移除。為了避免因 為部分移除絕緣體1 04的屈服破壞，保護層440沉積在絕 緣體104上鄰近與導電層102界面。 第4C圖繪示具有額外選擇性特徵之本發明第一實施 8 1377664 例400。如所繪示，觸點108以及另一保護層440已加至 第一實施例，該另一保護層440為在絕緣體104上形成第 一保護層440的副產物。 本發明之第二實施例將參考第5A至5C圖描述，其繪 示進一步改良之MIM電容。本發明之第二實施例包括在絕 緣體104上沉積保護層540。在第一與第二實施例兩者中， 絕緣體104沉積在導電層102上。第二實施例將詳述於后。

第5 A圖繪示包括本發明第二實施例之材料堆疊。與 第4A圖之材料堆疊相比較，請注意，保護層540已沉積 在絕緣體104與導電層102間。 第5 B圖繪示包括本發明第二實施例5 0 0。繪示於第 4 B圖實施例與繪示於第5 B圖實施例的主要不同處為保護 層5 4 0沉積在絕緣體1 0 4與導電層1 0 2間。選擇性地，如 同本發明之第一實施例4 0 0般，第二實施例可包括沉積於 鄰近絕緣體104之保護層440。

第5C圖繪示具有額外選擇性特徵之本發明第二實施 例5 0 0。類似於第4 C圖，當沉積於蝕刻終止層1 0 6時，第 5C圖包括嵌入觸點108以及額外保護層440。 本發明解決關聯於先前技術MIM電容之前述問題。尤 其是本發明透過使用拉回化學減少關聯於MIM電容的邊 界缺陷，且本發明透過使用保護層440同時避免關聯於高 k介電物的屈服失敗。本發明為不受介電物影響。因此， 高與低k介電材料兩者可作為絕緣體104而不影響屈服強 度。 9 1377664 當本發明以特定較佳實施例與其他替代實施例詳細描 述，明顯地，多種替代、修飾與變化對熟悉該項技術者根 據前述描述為顯而易見。因此當落於本發明的真實範圍與 精神時，所附申請專利範圍亦欲包括所有此等替代、修飾 與變化。 【圖式簡單說明】

本發明的特徵與元件特性特別以所附申請專利範圍提 出。圖式僅為繪示目的，且不為依尺寸繪製。再者，圖式 中類似元件符號標示類似元件。然而本發明本身關於操作 的條理與方法，可最佳地以參考詳細說明與所附圖式瞭 解，其中： 第1圖繪示具有邊緣缺陷的先前技術MIM電容100; 第2圖繪示具有拉回的先前技術MIM電容200 ; 第3圖繪示具有包括高k介電物之絕緣體的先前技術 MIM 電容 300 ;

第4A圖繪示包括本發明第一實施例的材料堆疊； 第4B圖繪示本發明第一實施例400 ; 第4C圖繪示具有額外選擇性特徵之本發明第一實施 例 4 00 ； 第5A圖繪示包括本發明第二實施例的材料堆疊； 第5 B圖繪示本發明第二實施例5 0 0 ;以及 第5C圖繪示具有額外選擇性特徵之本發明第二實施 例 5 0 0。 10 1377664

【主要元件符號說明】 100 MIM電容 104 、 104’ 絕緣體 1 0 8觸點 200 MIM電容 3 00先前技術MIM電容 400第一實施例 5 0 0第二實施例 1 02導電層 1 0 6蝕刻終止層 1 10邊緣缺陷 220拉回 2 3 0絕緣體較厚處 440保護層 5 40保護層

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Claims (1)

1377664 第 π ii 號專利案/叫..L 申請專利範圍： 1. 一種電容，其包含： 一第一導電層； 一絕緣體，具有一第一長度以及一第一頂部表面以及 一第二頂部表面，該第一與第二頂部表面直接位於該第一 導電層上，其中該第一頂部表面高於第二頂部表面； 一第二導電層，在該絕緣體上具有一第二長度，該第 二導電層在該絕.緣體上與該絕緣體具有一界面，在該界面 該第二導電層之該第二長度短於該絕緣體之該第一長度； 一蝕刻終止層，位於該第二導電層上，以及一第二保 護層，位於該蝕刻終止層上，該第二保護層與該蝕刻終止 層實質上具有相同之長度；以及 一第一保護層，鄰近該界面且直接位在該絕緣體的該 第二頂部表面上，該第一保護層的頂部表面與該絕緣體的 該第一頂部表面共平面，且該第一保護層的至少一側邊緣 鄰近於該絕缘體的該側邊緣。 2.如申請專利範園第1項所述之電容，該絕緣體包含 複數層。 3.如申請專利範圍第1項所述之電容，該第一導電層 包括氮化欽、组、SL化组、鎮、铭及銅之至少一者。 12 1377664 4. 如申請專利範圍第1項所述之電容，該第二 包括氮化鈦、组、氮化组、鎮、銘及銅之至少一者 5. 如申請專利範圍第1項所述之電容，該絕緣 三氧化二鋁、氮化矽、二氡化銓、二氧化鍅、氮 (SiOxNy)、矽酸姶（HfSiOx)、二氧化矽、鈦酸鏍、三 鑭與三氧化二釔之至少一者。 6. 如申請專利範圍第1項所述之電容，該保護 氮化矽與碳化矽之其中一者。 7. 如申請專利範圍第1項所述之電容，該蝕刻 包含二氧化矽與SiCOH之其中一者。 8. 如申請專利範圍第1項所述之電容，該第一 介於10微米與10 00微米之一值，而該第二長度比 1微米至5微米。 9. 一種電容，其包含： 一第一導電層； 一絕緣體，在該第一導電層上具有一第一長度 一第一保護層，位在該絕緣體上；以及 一第二導電層，在該第一保護層上具有一第二 導電層 〇 體包含 氡化矽 氧化二 層包含 終止層 長度為 該值少 長度， 13 1377664 在該 該第 含複 層包 層包 含三 絕緣體上與該第一保護層相接之一界面，該導電層之 二長度短於該絕緣體之該第一長度。 10. 如申請專利範圍第9項所述之電容，更包含： 一第二保護層，鄰近該界面且位在該絕緣體上。 11. 如申請專利範圍第9項所述之電容，更包含： 一蝕刻终止層，位在該第二導電層上。 12. 如申請專利範圍第11項所述之電容，更包含： 一第三保護層，位在該蝕刻終止層上。 1 3 .如申請專利範圍第9項所述之電容，該絕緣體包 數層》 14. 如申請專利範圍第9項所述之電容，該第一導電 含氮化鈦、链、敗化组、鶴、铭及銅之至少一者。 15. 如申請專利範圍第9項所述之電容，該第二導電 含氛化欽、组、氮化组、鎮、銘及銅之至少一者。 16. 如申請專利範圍第9項所述之電容，該絕緣體包 氧化二鋁、氮化矽、二氧化給、二氧化锆、氮氧化矽 14 1377664 (SiOxNy)、矽酸铪（HfSiOx)、二氧化矽、鈦酸鉛、三氧化二 鑭與三氧化二釔之至少一者。 17. 如申請專利範圍第9項所述之電容，該保護層包 含氮化矽與碳化矽之其中一者。 18. 如_請專利範圍第11項所述之電容，該蝕刻终止 層包含二氧化矽與SiCOH之其中一者。 19. 如申請專利範圍第9項所述之電容，該第一長度 為介於10微米與10 00微米之一值，而第二長度比該值少 1微米至5微米。 20. —種形成一電容之方法，其包含下列步驟： 沉積一第一導電層在一基板上； 在該第一導電層上沉積具有一第一長度之一絕緣體； 移除該絕緣體之一部分； 以一第一保護層填充被移除的絕緣體之區域；以及 沉積一具有一第二長度之一第二導電層在該絕緣體 上。 21.如申請專利範圍第20項所述之方法，更包含： 移除在該絕緣體上之該第二導電層的一部分，使得在 15 1377664 該移除 導電層 22 沉 具有一 23 在 24 移 後，該負 25 蝕刻終 是同時 26 在 在 在 移 步驟之後，在與該第一導電層相接的界面，該第二 之該第二長度短於該絕緣體之該第一長度。 .如申請專利範圍第20項所述之方法，更包含： 積一蝕刻终止層，在位於該絕緣體上之該導電層上 長度。 •如申請專利範圍第20項所述之方法，更包含： 該钱刻終止層上沉積一第二保護層。 .如申請專利範圍第23項所述之方法，更包含： 除該第二保護層之一部分，使得在該移除步驟之 Ϊ二保護層與該蝕刻終止層實質上具有相同的長度。 .如申請專利範圍第24項所述之方法，其中移除該 止層之一部分與移除該第二保護層之一部分的步驟 發生。 .一種形成一電容之方法，其包含下列步驟： 一基板上沉積一第一導電層； 該第一導電層上沉積具有一第一長度之一絕緣體； 該絕緣體上沉積一第一保護層； 除該第一保護層與該絕緣體之一部分；以及 16 1377664 在該第一保護層上沉積具有一第二長度之一第二導電 層。 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，更包含： 以一第二保護層填充被移除之絕缘體之區域。 28. 如申請專利範圍第26項所述之方法，更包含： 移除在該第二保護層上之該第二導電層之一部分，使 得在與該第一保護層相接的界面，該導電層之該第二長度 短於該絕緣體之該第一長度。 2 9.如申請專利範圍第26項所述之方法，更包含： 在該導電層上沉積具有一長度之一蝕刻终止層。 30. 如申請專利範圍第26項所述之方法，更包含： 在該蝕刻終止層上沉積具有一長度之一第三保護層。 31. 如申請專利範圍第30項所述之方法，更包含： 移除該保護層之一部分，使得該第三保護層之該長度 實質上等於該蝕刻終止層之該長度。 32. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中移除該 蝕刻终止層之一部分與移除該第三保護層之一部分的步驟 17 1377664 是同時發生。 18