專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有MIM(金屬-絕緣體-金屬)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
在用于移動(dòng)通信等領(lǐng)域的高頻模擬集成電路中，除高速運(yùn)行的有源元件(晶體管元件(器件)等)之外，還需要無源元件，例如電阻(電阻器)、電容(電容器)以及電感器。于是，就要求這些電路降低寄生電阻和寄生電容，以提高運(yùn)行速度并降低功耗。在這些元件中，電容元件涉及使用MIM(金屬-絕緣體-金屬)元件，MIM元件與傳統(tǒng)的MOS型電容元件相比，能夠更大程度地降低寄生電阻量和寄生電容量(例如參見以下給出的專利文獻(xiàn)1)。
此外，從降低寄生電容和實(shí)現(xiàn)元件(器件)高速運(yùn)行的角度看，發(fā)現(xiàn)銅(Cu)等金屬布線適用于集成電路(參見以下給出的專利文獻(xiàn)2)[專利文獻(xiàn)1]日本特開2001-237375[專利文獻(xiàn)2]日本特開2003-264235[專利文獻(xiàn)3]日本特開2004-63990發(fā)明內(nèi)容上述技術(shù)給出將MIM結(jié)構(gòu)和Cu布線組合到半導(dǎo)體器件中的啟示。但在結(jié)構(gòu)方面有可能沒有充分考慮降低寄生電阻和寄生電容。本發(fā)明的目的是提供一種能夠比現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步降低寄生電阻和寄生電容并提高高頻特性的技術(shù)。
為解決上述問題，本發(fā)明采用以下方案。即，本發(fā)明為一種半導(dǎo)體器件，包括第一布線層，形成于襯底上；層間絕緣膜，形成于該第一布線層上；孔，形成于該層間絕緣膜中并在該層間絕緣膜的上表面具有開口；第一金屬層，覆蓋該孔的內(nèi)表面；第二金屬層，嵌入覆蓋有該第一金屬層的孔；電介質(zhì)絕緣膜，形成于該第一金屬層上；以及第二布線層，形成于該電介質(zhì)絕緣膜上，其中，覆蓋該孔的內(nèi)壁表面的第一金屬層構(gòu)成該電介質(zhì)絕緣膜下層的下電極的至少一部分，該第二布線層面向下電極的區(qū)域構(gòu)成該電介質(zhì)絕緣膜上層的上電極，并嵌入包括該下電極、該電介質(zhì)絕緣膜和該上電極的電容器。
此外，本發(fā)明也可以設(shè)置作為第一金屬層替代物的第三金屬層，該第三金屬層形成于該層間絕緣膜上并連接至該第一金屬層和第二金屬層，該第三金屬層構(gòu)成該電介質(zhì)絕緣膜下層的下電極。
根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比可顯著提高半導(dǎo)體器件的高頻特性。


圖1為示出半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)的實(shí)例的視圖；圖2為示出嵌入鑲嵌結(jié)構(gòu)而形成的半導(dǎo)體器件的第二實(shí)例的視圖；圖3為示出基本對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的視圖；圖4A為示出形成層間膜和停止膜并進(jìn)行圖案化以形成金屬(Cu)鑲嵌布線的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖4B為示出形成層間膜和停止膜并進(jìn)行圖案化以形成金屬(Cu)鑲嵌布線的工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；圖5A為示出在溝槽內(nèi)通過濺射及電鍍形成金屬層(Cu)和阻擋金屬膜(Ta)的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖5B為示出在溝槽內(nèi)通過濺射及電鍍形成金屬層(Cu)和阻擋金屬膜(Ta)的工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；圖6A為示出在鑲嵌布線上形成孔的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖6B為示出在鑲嵌布線上形成孔的工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；圖7A為示出形成層間絕緣膜132的圖案的工藝和去除防擴(kuò)散膜131的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖7B為示出形成層間絕緣膜132的圖案的工藝和去除防擴(kuò)散膜131的工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；圖8A為示出形成金屬層的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖8B為示出形成金屬層的工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；圖9A為示出金屬層的CMP工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖9B為示出金屬層的CMP工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；
圖10A為示出形成用作MIM區(qū)下電極的圖案的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖10B為示出在形成用作MIM區(qū)下電極的圖案的工藝中標(biāo)記區(qū)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖11A為示出形成用作MIM區(qū)的電容區(qū)的電介質(zhì)絕緣膜135的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖11B為示出在MIM區(qū)的電容區(qū)中形成電介質(zhì)絕緣膜135的工藝中標(biāo)記區(qū)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖12A為示出對(duì)用于圖案化MIM區(qū)的電容區(qū)的光致抗蝕劑204進(jìn)行涂覆、曝光和顯影的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖12B為示出在對(duì)用于圖案化MIM區(qū)的電容區(qū)的光致抗蝕劑204進(jìn)行涂覆、曝光和顯影的工藝中標(biāo)記區(qū)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖13A為示出上電極的圖案形成工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖13B為示出在上電極的圖案形成工藝中標(biāo)記區(qū)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖14A為示出蝕刻阻擋金屬膜116、金屬層115和阻擋金屬膜114的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖14B為示出蝕刻阻擋金屬膜116、金屬層115和阻擋金屬膜114的工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；圖15A為示出形成覆蓋結(jié)構(gòu)的工藝的視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖15B為示出形成覆蓋結(jié)構(gòu)的工藝的視圖(標(biāo)記區(qū))；圖15C為示出形成覆蓋結(jié)構(gòu)的工藝的視圖(修改例)；圖16A為關(guān)于在本發(fā)明的第一實(shí)施例中說明的工藝中形成的剖面結(jié)構(gòu)的俯視圖(MIM區(qū)和正常區(qū))；圖16B為關(guān)于在本發(fā)明的第一實(shí)施例中說明的工藝中形成的剖面結(jié)構(gòu)的俯視圖(標(biāo)記區(qū))；圖16C為關(guān)于在本發(fā)明的第一實(shí)施例中說明的工藝中形成的剖面結(jié)構(gòu)的俯視圖(修改例)；圖17A為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的MIM區(qū)和正常區(qū)的剖視圖；圖17B為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的標(biāo)記區(qū)的剖視圖；
圖18A為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的MIM區(qū)和正常區(qū)的俯視圖；圖18B為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的標(biāo)記區(qū)的俯視圖；圖19為示出孔的剖面形狀為長(zhǎng)度在縱向和橫向不同的矩形的修改例的視圖；圖20為示出鑲嵌布線區(qū)的寬度擴(kuò)大的修改例的視圖；圖21為示出增加孔數(shù)目的修改例的視圖；圖22為示出組合槽孔(grooved hole)和矩形孔的修改例的視圖，其中槽孔的剖面形狀在縱向和橫向的長(zhǎng)度不同，矩形孔基本類似于普通正方形；圖23為鑲嵌布線區(qū)的寬度擴(kuò)大并且孔的剖面形狀為長(zhǎng)度在縱向和橫向不同的矩形的修改例；圖24為示出半導(dǎo)體器件的剖視圖，在該半導(dǎo)體器件中，從MIM結(jié)構(gòu)的下電極通向鑲嵌布線的孔未設(shè)置于上電極P1的下方；圖25為示出半導(dǎo)體器件的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中，從MIM結(jié)構(gòu)的下電極通向鑲嵌布線的孔未設(shè)置于上電極P1的下方；圖26為示出孔的剖面形狀為長(zhǎng)度在縱向和橫向不同的矩形的修改例的視圖；圖27為示出半導(dǎo)體器件的剖視圖，在該半導(dǎo)體器件中疊置多個(gè)電介質(zhì)絕緣層；圖28為示出半導(dǎo)體器件的剖視圖，在該半導(dǎo)體器件中電介質(zhì)絕緣層的邊緣與上電極的邊緣局部對(duì)準(zhǔn)；圖29為示出利用虛設(shè)(dummy)絕緣層制造半導(dǎo)體器件的工藝的剖視圖(1)；圖30為示出利用虛設(shè)絕緣層制造半導(dǎo)體器件的工藝的剖視圖(2)；圖31為示出利用虛設(shè)絕緣層制造半導(dǎo)體器件的工藝的剖視圖(3)；圖32為示出利用虛設(shè)絕緣層制造半導(dǎo)體器件的工藝的剖視圖(4)；圖33為示出利用虛設(shè)絕緣層制造半導(dǎo)體器件的工藝的剖視圖(5)；圖34為示出在輔助金屬層上形成抗蝕圖的工藝的剖視圖；圖35為示出通過利用等離子體化學(xué)氣相沉積(CVD)方法形成電介質(zhì)絕緣膜的工藝的剖視圖；
圖36為示出在電介質(zhì)絕緣層上涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑的工藝的剖視圖；圖37為示出在由阻擋金屬、金屬層和阻擋金屬構(gòu)成的鋁布線上涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑的工藝的剖視圖；圖38為示出蝕刻鋁布線的工藝的剖視圖；圖39為示出蝕刻電介質(zhì)絕緣膜的工藝的剖視圖；圖40為示出通過去除層間絕緣膜上的膠層(glue layer)形成輔助金屬層的制造半導(dǎo)體器件的工藝的剖視圖(1)；圖41為示出通過去除層間絕緣膜上的膠層形成輔助金屬層的制造半導(dǎo)體器件的工藝的剖視圖(2)；圖42為示出半導(dǎo)體器件的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中以沿上電極P1外圍的形式設(shè)置鑲嵌布線；圖43為示出半導(dǎo)體器件的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中在電極的下方區(qū)域中未設(shè)置孔圖案112A，而設(shè)置鑲嵌布線113A；圖44為示出半導(dǎo)體器件的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中在上電極的延伸區(qū)正下方的區(qū)域中未設(shè)置鑲嵌布線；圖45為示出半導(dǎo)體器件的實(shí)例1的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中在MIM區(qū)中形成上電極P1與鑲嵌布線111A的重疊區(qū)域；圖46為示出半導(dǎo)體器件的實(shí)例2的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中在MIM區(qū)中形成上電極P1與鑲嵌布線111A的重疊區(qū)域；圖47為示出半導(dǎo)體器件的實(shí)例3的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中在MIM區(qū)中形成上電極P1與鑲嵌布線111A的重疊區(qū)域；圖48為示出半導(dǎo)體器件的實(shí)例4的俯視圖，在該半導(dǎo)體器件中在MIM區(qū)中形成上電極P1與鑲嵌布線111A的重疊區(qū)域；圖49為示出利用本發(fā)明的第一至第八實(shí)施例中的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的視圖；圖50為示出本發(fā)明的第一至第八實(shí)施例適用的半導(dǎo)體器件。
具體實(shí)施例方式
以下將參照

根據(jù)實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式(以下稱為實(shí)施例)的半導(dǎo)體器件。以下實(shí)施例的結(jié)構(gòu)為示例，本發(fā)明不限于實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
《發(fā)明實(shí)質(zhì)》圖1示出半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)的實(shí)例。圖1為包括MIM結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的剖視圖。如圖1所示，該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底300；氧化硅膜(SiO2)301，形成于半導(dǎo)體襯底300上；氮化硅膜(SiN)302，形成于氧化硅膜301上；氧化硅膜303，形成于氮化硅膜302上；溝槽309，形成于氧化硅膜303中；阻擋金屬膜310，覆蓋溝槽309的底表面和側(cè)表面；金屬布線311(Cu)，填充阻擋金屬膜310內(nèi)的溝槽部分；氮化硅膜331，形成于金屬布線311(和氧化硅膜303)上；MIM結(jié)構(gòu)360，形成于氮化硅膜331上；氧化硅膜333，形成于MIM結(jié)構(gòu)360(和氮化硅膜331)上；氮化硅膜334，形成于氧化硅膜333上；氧化硅膜335，形成于氮化硅膜334上；溝槽339，形成于氧化硅膜335中；金屬布線336，嵌入溝槽339中；孔337A、337B，將金屬布線336連接至MIM結(jié)構(gòu)，孔337A、337B填充有與金屬布線336相同類型的金屬(Cu)；孔337C，類似地將金屬布線336連接至金屬布線311；以及阻擋金屬膜338，覆蓋包括溝槽339和孔337A-337C的結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，溝槽339填充有與金屬布線336相同類型的金屬(Cu)。
此處，鑲嵌結(jié)構(gòu)由包括溝槽309、阻擋金屬膜310以及金屬布線311的結(jié)構(gòu)形成，其中阻擋金屬膜310覆蓋溝槽309的底表面和側(cè)表面，而金屬布線311填充阻擋金屬膜310內(nèi)的溝槽部分。此外，稱為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)包括嵌有金屬布線336的溝槽339、以及嵌有與金屬布線336相同類型的金屬(Cu)的孔337A、337B、337C。雙鑲嵌結(jié)構(gòu)指包括溝槽和孔的鑲嵌結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，MIM結(jié)構(gòu)360由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，例如從上層開始，該三層結(jié)構(gòu)為氮化鈦(TiN)/氧化硅膜(SiO2)/氮化鈦(TiN)，并且可在該三層結(jié)構(gòu)的上層進(jìn)一步形成氮化硅(SiN)或碳化硅(SiC)層。
填充孔337A的金屬(Cu)和覆蓋孔337A內(nèi)壁的阻擋金屬膜338將金屬布線336向下連接至MIM結(jié)構(gòu)的下電極(TiN)。此外，填充孔337B的金屬(Cu)和覆蓋孔337B內(nèi)壁的阻擋金屬膜338將金屬布線336向下連接至MIM結(jié)構(gòu)360的上電極(TiN)。另外，填充孔337C的金屬(Cu)和覆蓋孔337C內(nèi)壁的阻擋金屬膜338將金屬布線336向下連接至金屬布線311。應(yīng)該注意，包括孔337A-337C、阻擋金屬膜338以及布線336的層也稱為通路層、孔層、塞層或簡(jiǎn)稱為層間絕緣膜層。
因此，在圖1中，MIM元件如此形成以嵌入具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的通路層(層間絕緣膜層)。
此外，在半導(dǎo)體器件中，在圖1的右側(cè)區(qū)域中形成用于疊置層間圖案的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350。在鑲嵌結(jié)構(gòu)(為通過將阻擋金屬膜310或金屬布線311嵌入溝槽309而平面化的結(jié)構(gòu))中，在拋光金屬(Cu)之后表面平面化。因此，如果在上述表面上進(jìn)一步形成金屬膜(例如作為MIM元件的TiN膜)，則不會(huì)在金屬膜表面上保留臺(tái)階部分，并且例如金屬布線311等在先形成的層(pre-layer)的位置將不可識(shí)別。因此，在形成用作MIM元件下電極的TiN層之前，形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350，并將對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350用于形成TiN層之后的對(duì)準(zhǔn)。
通常，層間對(duì)準(zhǔn)涉及利用臺(tái)階部分或利用穿透絕緣膜的光的反射率差異。但是，為了在圖1所示的鑲嵌結(jié)構(gòu)上層之上形成MIM元件而形成金屬層的情況下，需要利用臺(tái)階部分檢測(cè)在先形成的層的位置。
為了在形成鑲嵌結(jié)構(gòu)之后預(yù)先形成臺(tái)階部分，在金屬布線311上層之上形成氮化硅膜331或形成氧化硅膜之后，通過利用光致抗蝕劑進(jìn)行圖案化而形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350的圖案，并通過蝕刻形成所需要的臺(tái)階部分。因而，為形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350，需要單掩模圖案。注意，即便對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350形成于鑲嵌結(jié)構(gòu)的金屬布線311下方的層時(shí)，臺(tái)階部分也會(huì)由于金屬布線311的嵌入以及CMP(化學(xué)機(jī)械平面化)而消失。
將說明圖1的半導(dǎo)體器件的制造工藝。首先，形成絕緣膜(SiO2→SiN→SiO2)，圖案化光致抗蝕劑，蝕刻形成溝槽309以及除去光致抗蝕劑(此時(shí)圖案化所用的掩模稱為例如MxL)。此外，通過嵌入形成由阻擋金屬膜310和金屬布線311構(gòu)成的層，其中通過CMP(化學(xué)機(jī)械平面化)去除阻擋金屬膜310和金屬布線311的多余層，從而在圖1的下側(cè)區(qū)域中形成第一層鑲嵌結(jié)構(gòu)。因此，鑲嵌結(jié)構(gòu)指通過將阻擋金屬膜310和金屬布線311嵌入溝槽309而平面化的結(jié)構(gòu)。此處，阻擋金屬膜310例如為氮化鉭(TaN)。此外，金屬布線311例如為銅(Cu)。
隨后，形成包含在金屬布線311和氮化硅膜(SiN)331中的金屬(Cu)防擴(kuò)散膜，該防擴(kuò)散膜用作蝕刻相鄰層的停止膜。隨后，形成SiO2薄層。該SiO2薄層也可以不存在。接著，為了形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350，進(jìn)行圖案化和蝕刻(在本實(shí)施例中以下將這次圖案化所用的掩模稱為CAL)。在形成構(gòu)成隨后的MIM結(jié)構(gòu)的金屬層(下電極)之后，通過利用在形成圖案時(shí)所形成的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350，執(zhí)行與基層(base layer)的對(duì)準(zhǔn)。
隨后，通過濺射、等離子體CVD(化學(xué)氣相沉積)方法等，形成TiN膜(下電極)和SiO2膜(電介質(zhì)絕緣層)、TiN膜(上電極)以及SiN膜，而構(gòu)成MIM元件。
接著，利用預(yù)先形成的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記350，通過光致抗蝕劑形成與MIM下電極對(duì)應(yīng)的掩模圖案，蝕刻由SiN/TiN/SiO2/TiN構(gòu)成的MIM元件部分，并除去光致抗蝕劑(在本實(shí)施例中以下將這次圖案形成所用的掩模稱為CAP1)。
此外，通過光致抗蝕劑形成與上電極對(duì)應(yīng)的掩模圖案，蝕刻由SiN/TiN/SiO2構(gòu)成的部分，并除去光致抗蝕劑(在本實(shí)施例中以下將這次圖案形成所用的掩模稱為CAP2)。當(dāng)形成與下電極對(duì)應(yīng)的掩模圖案時(shí)，可在布圖(未示出)中的不同位置預(yù)設(shè)此時(shí)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。當(dāng)通過采用形成下電極時(shí)所用的標(biāo)記形成上電極時(shí)，可實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)。
隨后，形成與后來構(gòu)成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的通路層相對(duì)應(yīng)的絕緣膜層(SiO2)333，絕緣膜333的厚度比最終目標(biāo)膜厚要厚。原因在于，避免由于CMP產(chǎn)生層間臺(tái)階部分，從而使由MIM元件所產(chǎn)生的臺(tái)階部分不會(huì)引起任何問題，例如Cu殘留在后來形成的雙鑲嵌層內(nèi)的布線中。然后，拋光如此形成的層間絕緣膜333，包括通過CMP平面化。經(jīng)過上述處理，形成與平面目標(biāo)膜厚相匹配的通路層(層間絕緣膜333)。
隨后，形成氮化硅膜334，其作為用于形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的蝕刻停止膜。此外，形成氧化硅膜335，其作為用于金屬布線336的絕緣膜。
此后，根據(jù)通常的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)構(gòu)成方法進(jìn)行處理。人們已經(jīng)提出一些雙鑲嵌結(jié)構(gòu)構(gòu)成方法。將按照稱為預(yù)通路(pre-via)方法的方法，繼續(xù)本實(shí)施例的說明。
利用作為布線絕緣層的氧化硅膜335上的光致抗蝕劑，形成孔337A、337B、337C。此時(shí)，根據(jù)穿透疊置層間膜的光的反射率的差異，檢測(cè)前面形成的鑲嵌布線的金屬，并進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)(在本實(shí)施例中以下將這次圖案形成所用的掩模稱為Mx+1C，此處，Mx+1C代表位置比形成鑲嵌布線所用的掩模MxL高一層的接觸層)。
此外，蝕刻氧化硅膜335/氮化硅膜334/層間絕緣膜333，直至暴露金屬布線311上的氮化硅膜331，并除去光致抗蝕劑。于是，以通過回蝕刻與上電極相對(duì)應(yīng)的TiN膜上的SiN的方式(預(yù)先適當(dāng)形成較厚的SiN膜)，在上電極上部停止孔337B。由于選擇率取決于下電極(TiN)上材料的差異，從而在下電極上部停止孔337A。
隨后，涂覆樹脂(不會(huì)與隨后的光致抗蝕劑混合的材料)，覆蓋孔337A-337C內(nèi)部，樹脂經(jīng)過溶解僅保留在孔337A-337C內(nèi)，利用光致抗蝕劑形成與布線層336(溝槽339)相對(duì)應(yīng)的掩模圖案(在本實(shí)施例中以下將這次圖案形成所用的掩模稱為例如Mx+1L)。此時(shí)，預(yù)先形成標(biāo)記圖案，該標(biāo)記圖案將成為在先形成的孔圖案布局上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。當(dāng)形成布線圖案時(shí)，利用標(biāo)記圖案的臺(tái)階部分進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，從而使得孔圖案(包括孔337A-337C的層)可以與布線圖案精確對(duì)準(zhǔn)。
進(jìn)而，蝕刻布線的絕緣膜335，直至暴露絕緣膜335正下方的氮化硅膜334，其中使用具有布線圖案(金屬布線336的圖案)的光致抗蝕劑作為掩模。隨后，除去光致抗蝕劑。于是，同時(shí)去除嵌入孔內(nèi)的樹脂。
隨后，利用形成于布線圖案中的SiO2溝槽339和形成于孔圖案中的SiO2孔337A-337C作為掩模，通過蝕刻同時(shí)去除作為溝槽339下層的氮化硅膜334和作為孔337C下層的氮化硅膜331，從而形成與鑲嵌布線的接觸區(qū)(孔337C)。于是，同時(shí)去除MIM結(jié)構(gòu)上的SiN，并且還形成與上電極的接觸區(qū)(孔337B)。
在這種狀態(tài)下，從表面暴露鑲嵌布線(Cu)、MIM上電極(TiN)以及MIM下電極(TiN)，其中可形成MIM結(jié)構(gòu)和布線結(jié)構(gòu)。最后，形成阻擋金屬膜338和金屬布線336(Cu)，以同時(shí)嵌入溝槽339和孔337A-337C，并通過CMP去除阻擋金屬膜338和金屬布線336的多余部分。通過上述工藝，完成MIM結(jié)構(gòu)和雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成。上述進(jìn)行的工藝使MIM結(jié)構(gòu)能夠嵌入雙鑲嵌結(jié)構(gòu)(其中，氧化硅膜333作為層間絕緣膜)。
圖2示出半導(dǎo)體器件的第二實(shí)例，其中形成嵌入鑲嵌結(jié)構(gòu)的MIM結(jié)構(gòu)。在第二實(shí)例中，在MIM結(jié)構(gòu)正下方的區(qū)域外形成構(gòu)成鑲嵌層的阻擋金屬膜310和金屬布線311。
第二實(shí)例與圖1所示實(shí)例的不同點(diǎn)是未形成作為MIM結(jié)構(gòu)360下層的金屬布線311。此外，在圖1中，由嵌入溝槽339的金屬布線336和將金屬布線336連接至MIM結(jié)構(gòu)和鑲嵌布線的孔337A、337B以及337C構(gòu)成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，相反，圖2的實(shí)例與圖1所示實(shí)例的不同點(diǎn)是基于RIE(活性離子蝕刻)在孔337A、337B以及337C的上層之上形成鋁布線340。
直至形成MIM結(jié)構(gòu)360和層間絕緣膜333，圖2的半導(dǎo)體器件的制造方法與圖1所示實(shí)例相同。以如圖1相同的方式，形成與通路層相對(duì)應(yīng)的層間絕緣膜333，層間絕緣膜333的厚度足以實(shí)現(xiàn)后來的平面化。
之后，涂覆并顯影用于形成孔347A-347C的抗蝕圖(用于該圖案形成的掩模也稱為例如Mx+1C)。進(jìn)而，通過蝕刻將孔347A向下開口至形成下電極的TiN，并且在TiN表面停止蝕刻。此外，通過蝕刻將孔347B向下開口至MIM區(qū)360上層的SiN，并且在SiN表面停止蝕刻。另外，通過蝕刻將孔347C向下開口至金屬布線311上層的氮化硅膜331，并且在氮化硅膜331的表面停止蝕刻。
接著，通過包含氧氣的等離子體灰化除去抗蝕圖。此外，利用層間絕緣膜333作為掩模，蝕刻MIM區(qū)360上層的SiN和氮化硅膜331。因此，孔347B向下開口至MIM結(jié)構(gòu)的上電極(TiN)表面以及金屬布線311的表面。
之后，形成膠層(TiN)312和金屬(鎢)313。此外，通過CMP平面化膠層(TiN)312和金屬(鎢)313。
此外，依序形成防擴(kuò)散膜353、金屬層351(Al(Cu))和防擴(kuò)散膜352。然后，涂覆、曝光并顯影用于形成鋁布線340的光致抗蝕劑。于是，采用與孔347A-347一同形成的臺(tái)階部分(掩模Mx+1C中預(yù)設(shè)的臺(tái)階圖案)作為與基層對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。之后，通過RIE形成鋁布線340。
圖3示出基本對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。圖3中，實(shí)箭頭線的左側(cè)(箭頭的后方區(qū)域)代表用于形成基層的掩模，而實(shí)箭頭線的右側(cè)(箭頭的尖端)代表用于形成基層上層的掩模。例如，MxL指第x層金屬線路。MxL代表用于圖1中鑲嵌布線的溝槽309的圖案形成的掩模。
此外，虛線代表用于間接對(duì)準(zhǔn)的掩模之間的關(guān)系。例如，Mx+1C與CAL之間的關(guān)系表明通過利用由掩模MxL形成的圖案的金屬反射標(biāo)記實(shí)現(xiàn)間接對(duì)準(zhǔn)。
此外，Mx+1C代表第(x+1)層(比第x層高一層)金屬接觸。Mx+1C為用于形成例如圖1中孔337A-337C的掩模。此外，CAL代表電容器對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，在本實(shí)施例中將其稱為插入層(digging layer)。并且，CAP指電容器層，并對(duì)應(yīng)于MIM結(jié)構(gòu)。CAP1代表用于下電極的圖案形成的掩模。此外，CAP2代表用于上電極的圖案形成的掩模。
此外，在圖3中，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)檢測(cè)方法寫在實(shí)箭頭線的上方和下方。例如，為了對(duì)準(zhǔn)由Mx+1C代表的接觸層與由MxL代表的金屬布線層，根據(jù)鑲嵌金屬層上的金屬的光反射與層間絕緣膜的反射之間的差異，檢測(cè)對(duì)準(zhǔn)位置。
此外，由Mx+1L代表的金屬布線層與由Mx+1C代表的接觸層之間的對(duì)準(zhǔn)，涉及利用形成于鑲嵌布線上的層間絕緣膜中的臺(tái)階部分。這個(gè)臺(tái)階部分是在形成由Mx+1C代表的接觸層時(shí)形成。
此外，當(dāng)形成由CAL代表的插入層時(shí)，同樣，根據(jù)鑲嵌金屬層上的金屬的光反射與層間絕緣膜的反射之間的差異，檢測(cè)對(duì)準(zhǔn)位置。接著，利用形成于由CAL代表的插入層中的臺(tái)階部分，對(duì)準(zhǔn)CAP1掩模圖案，并形成MIM結(jié)構(gòu)的下電極。圖3中，這個(gè)臺(tái)階部分被描述為HM/金屬/電介質(zhì)絕緣層/金屬層間絕緣膜內(nèi)的臺(tái)階部分。此處，HM(硬掩模)指圖1中位于MIM結(jié)構(gòu)360最高區(qū)域處的氮化物膜或碳化物膜(SiN或SiC)。此外，層間絕緣膜中的臺(tái)階部分指圖1的右側(cè)區(qū)域中形成于層間絕緣膜303處的標(biāo)記350。
利用嵌入掩模CAP1的臺(tái)階對(duì)準(zhǔn)CAP2掩模圖案，并形成MIM結(jié)構(gòu)的上電極。圖3中，這個(gè)臺(tái)階部分被描述為HM/金屬/電介質(zhì)絕緣層/金屬臺(tái)階部分。
但是，在上述工藝中，為形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，除用于形成MIM元件的掩模圖案之外，還需要另一掩模圖案，并且由于圖案形成、蝕刻等引起工藝的數(shù)目增加。此外，為形成MIM元件，金屬層(例如TiN的下電極和上電極)的形成需要與正常元件形成工藝和布線工藝分離的工藝，并且為組成正常的結(jié)構(gòu)，工藝的數(shù)目增加。
通過上述方法，在鑲嵌布線結(jié)構(gòu)(金屬布線311)的正上方形成MIM結(jié)構(gòu)，并由鑲嵌布線支持(backed)MIM結(jié)構(gòu)的下電極，從而降低寄生電阻，并能夠提高高頻電路中的Q值(參見例如日本特開2003-264235)。
但是，即使在這種技術(shù)所示的工藝中，與圖1所示的工藝類似，也存在分別形成下電極、電介質(zhì)絕緣膜和上電極的工藝，導(dǎo)致膜形成工藝的數(shù)目增加。
并且，MIM結(jié)構(gòu)360的特性提高也需要通過盡可能地將元件設(shè)置于遠(yuǎn)離襯底的位置而降低寄生電容。
另外，在由鑲嵌布線支持MIM結(jié)構(gòu)下電極的情況下，為了不將構(gòu)成鑲嵌布線的金屬(Cu)暴露至蝕刻氣體，需要利用防擴(kuò)散膜覆蓋鑲嵌布線。替代地，需要將鑲嵌布線包圍在MIM結(jié)構(gòu)的電極平面區(qū)域內(nèi)，從而使布線布局圖案的自由度下降。即，布線不能置于MIM結(jié)構(gòu)的電極平面區(qū)域的邊界線之外，因此需要引出至下層布線。因而，導(dǎo)致在襯底附近的層中存在電極引線。選擇盡可能地將電容元件設(shè)置于遠(yuǎn)離襯底的位置，可導(dǎo)致寄生電容的下降，因此，利用這種結(jié)構(gòu)雖然可有效地降低寄生電阻，但在寄生電容方面又產(chǎn)生問題。
注意，也可以考慮通過檢測(cè)用于覆蓋這種技術(shù)所采用的鑲嵌布線的防擴(kuò)散膜中的臺(tái)階部分，實(shí)現(xiàn)MIM結(jié)構(gòu)的圖案形成的對(duì)準(zhǔn)。但是，這個(gè)臺(tái)階部分約為70nm這樣低，難以檢測(cè)。
因此，在以下實(shí)施例中，將由于增加掩模圖案產(chǎn)生的工藝數(shù)目以及形成電極所需的工藝數(shù)目限制為最小值，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步有效降低寄生電阻和寄生電容。
具體說來，在實(shí)施例中，通過將MIM結(jié)構(gòu)嵌入布線層限制掩模圖案的數(shù)目增加，并且通過部分共享常規(guī)工藝限制工藝數(shù)目增加。此外，在這種情況下，通過將MIM結(jié)構(gòu)遷移至比布線層高很多的層，實(shí)現(xiàn)關(guān)于襯底的寄生電容的下降和電極電阻的下降。
因此，在以下實(shí)施例中，MIM結(jié)構(gòu)未設(shè)置于金屬布線(例如，圖1中定義為層間絕緣膜的氧化硅膜333)中，而是設(shè)置于塞層(鎢層)的上部區(qū)域中，該塞層連接至比雙鑲嵌結(jié)構(gòu)高很多的層(層間絕緣膜335)并在鋁布線層之下。此外，利用覆蓋形成塞層的鎢的膠層作為MIM結(jié)構(gòu)的下電極。另一方面，利用塞層上層的鋁布線層作為上電極。另外，在這種情況下，將塞層的標(biāo)記圖案用于電極與電介質(zhì)絕緣膜之間的掩模圖案對(duì)準(zhǔn)。
利用這種結(jié)構(gòu)，(1)共享形成MIM結(jié)構(gòu)電極的工藝和鋁布線層的圖案形成工藝，(2)不采用用于形成插入層的掩模(CAL)，并將臺(tái)階圖案嵌入塞層。因此，如圖1至3所示，能夠減少將MIM結(jié)構(gòu)嵌入鑲嵌層的工藝數(shù)目、掩模圖案數(shù)目、關(guān)于襯底的寄生電容和電極電阻。
《第一實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D4A至圖16A說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。在該半導(dǎo)體器件中，在鑲嵌結(jié)構(gòu)的上層之上形成金屬(Al)布線和鎢塞層，并以盡可能減少工藝數(shù)目增加的方式形成MIM元件。將說明半導(dǎo)體器件的制造方法。
此處，如圖4A和4B為成對(duì)的一樣，圖4A-15B包括多對(duì)附圖。在上述附圖中，圖nA(n＝4-15)示出一個(gè)半導(dǎo)體襯底上MIM區(qū)的結(jié)構(gòu)和正常區(qū)的結(jié)構(gòu)。此外，圖nB(n＝4-15)示出在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底上其它區(qū)域中形成的標(biāo)記區(qū)的結(jié)構(gòu)。此處，MIM區(qū)代表形成MIM結(jié)構(gòu)的區(qū)域，正常區(qū)代表形成半導(dǎo)體器件的基本元件或布線的區(qū)域，以及標(biāo)記區(qū)代表形成用于對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的區(qū)域。但是，圖nB基本示出與圖nA所示相同的工藝。
圖4A示出形成層間絕緣膜和停止膜并在其上進(jìn)行圖案化以形成金屬(Cu)鑲嵌布線的工藝。此外，圖4B示出標(biāo)記區(qū)中與上述工藝相同的工藝。
如圖4A(圖4B)所示，首先，在半導(dǎo)體襯底100上形成層間絕緣膜(例如SiO2)101。應(yīng)該注意，在本申請(qǐng)的說明書中所述的襯底100不僅包括半導(dǎo)體襯底自身，而且包括形成有諸如晶體管等半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底。所述半導(dǎo)體襯底也可以是可進(jìn)一步形成有一個(gè)或更多布線層的半導(dǎo)體襯底。
隨后，形成在蝕刻布線時(shí)用作停止膜的氮化硅膜102(50nm的SiN)。這種氮化硅膜也稱為停止膜。隨后，形成用于使布線絕緣的層間絕緣膜103(例如400nm的SiO2)。接著，涂覆、曝光和顯影用作布線圖案掩模的光致抗蝕劑201，從而形成布線圖案。因此，在MIM區(qū)和正常區(qū)中形成所需的圖案(圖4A)。此外，在標(biāo)記區(qū)中也形成與MIM區(qū)和正常區(qū)中的圖案類似的圖案(圖4B)。
此外，通過使用例如氟化碳(CF)系蝕刻氣體(以下，以諸如CF、CHF、CF4、C4F8以及C4F6等化學(xué)式表示氟化碳系氣體)的等離子體蝕刻方法，利用光致抗蝕劑201作為掩模，蝕刻層間絕緣膜103。在暴露用作蝕刻停止膜的氮化鈦膜102時(shí)，則停止蝕刻。利用上述工藝，鑲嵌布線中的溝槽110A(參見圖5A)向下開口至氮化硅膜102。
隨后，通過使用氧氣(O2)等的等離子體灰化，去除光致抗蝕劑201。隨后，采用在先形成的層間絕緣膜103的溝槽圖案作為掩模窗口，通過利用CF或CHF等的混合氣體的蝕刻，去除蝕刻停止膜102。鑲嵌布線中的溝槽110A向下開口至層間絕緣膜101。
圖5A(圖5B)為示出在溝槽內(nèi)通過濺射及電鍍形成金屬層111(Cu)和阻擋金屬膜110(Ta)的工藝的視圖(圖5A中省略半導(dǎo)體襯底100，以下相同)。即，舉例說來，通過采用濺射方法形成阻擋金屬膜110，隨后通過電鍍方法形成金屬層111(與根據(jù)本發(fā)明的第一布線層相對(duì)應(yīng)，其例如為1000nm厚的Cu膜)。在形成阻擋金屬膜110之后，通過相同的濺射方法，由與金屬層111相同的材料形成厚度為100nm量級(jí)的籽晶膜(seed film)(未示出)，并且通過電鍍方法形成達(dá)到所需厚度的金屬層111，其中籽晶層用作電極層。
圖6A(圖6B)為示出在鑲嵌布線中形成孔的工藝的視圖。首先，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，去除層間絕緣膜103上的金屬層111以及阻擋金屬膜110之上的多余膜。因此，平面化金屬層111和層間絕緣膜110，從而僅保留溝槽110A內(nèi)的金屬層111和層間絕緣膜110，溝槽110A形成于層間絕緣膜103和蝕刻停止膜102中。分別在MIM區(qū)、正常區(qū)(圖5A)以及標(biāo)記區(qū)(圖5B)中形成鑲嵌布線111A，鑲嵌布線111A包括金屬層111和阻擋金屬膜110(參見圖6A)。
隨后，在鑲嵌布線層上形成防擴(kuò)散膜131，在該鑲嵌布線層中，金屬層111和阻擋金屬膜110嵌入層間絕緣膜103內(nèi)。防擴(kuò)散膜131具有在后來進(jìn)行的蝕刻工藝中用作蝕刻停止膜的功能，以及防止金屬?gòu)慕饘賹?11擴(kuò)散的功能。防擴(kuò)散膜131由例如氮化硅(SiN)構(gòu)成，并通過等離子體CVD方法形成為70nm厚。隨后，形成層間絕緣膜(例如600nm的SiO2)132(參見圖6A)。
隨后，如圖6A所示，涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑202，從而形成孔圖案(例如，開口尺寸為500nm)。如圖6B所示，在本實(shí)施例中，當(dāng)形成這種孔圖案時(shí)，在標(biāo)記區(qū)中形成寬度較寬的溝槽或孔。在此標(biāo)記區(qū)中的溝槽或孔用作對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記150，用于更高層上的對(duì)準(zhǔn)。以下也將對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記150稱為標(biāo)記150。
此處，孔圖案與在先形成的層的對(duì)準(zhǔn)涉及利用下層的鑲嵌布線111A的圖案。在這種情況下，通過利用經(jīng)由層間絕緣膜132觀察的金屬層111與層間絕緣膜103之間的光發(fā)射的差異，檢測(cè)基層的鑲嵌布線111A內(nèi)預(yù)定圖案的位置，從而對(duì)準(zhǔn)孔圖案。
圖7A(圖7B)為示出層間絕緣膜132的圖案形成工藝和去除防擴(kuò)散膜131的去除工藝的視圖。首先，如圖6A所示，使用光致抗蝕劑202作為掩模，并且通過利用例如CF系蝕刻氣體，等離子體蝕刻層間絕緣膜132。這次蝕刻停在用作停止膜的防擴(kuò)散膜131上。從而在層間絕緣膜132中形成孔112A。
隨后，通過使用氧氣(O2)的等離子體灰化，去除光致抗蝕劑202。接著，采用層間絕緣膜132作為掩模，通過使用例如CF系或CHF系混合氣體的等離子體蝕刻，去除防擴(kuò)散膜131。從而暴露鑲嵌布線(金屬層111)。即，孔112A向下開口至金屬層111。注意，此時(shí)如圖7B所示，在標(biāo)記區(qū)中同時(shí)形成寬槽或?qū)捒椎呐_(tái)階圖案(以下稱為標(biāo)記150)。
圖8A(圖8B)為示出金屬層形成工藝的視圖。首先，通過濺射方法形成膠層112(與根據(jù)本發(fā)明的第一金屬層相對(duì)應(yīng)，例如由150nm厚的TiN形成膠層112)。隨后，通過CVD方法形成金屬層113(其由例如300nm厚的鎢(W)形成，并與根據(jù)本發(fā)明的第二金屬層相對(duì)應(yīng))。如圖8A所示，結(jié)構(gòu)為寬度約為500nm的孔112A的圖案形成于MIM區(qū)和正常區(qū)中，并在形成膠層112之后通過CVD方法嵌入金屬(鎢)。
如圖8B所示，在標(biāo)記區(qū)中形成較寬的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記150的圖案(開口尺寸約為2微米至5微米)。這個(gè)開口尺寸被設(shè)定為這樣的尺寸即便以各向同性的方案均勻形成上層圖案時(shí)，開口也不會(huì)被完全嵌入。因而，例如，如果膠層112形成為150nm厚時(shí)金屬層113形成為300nm厚，則盡管開口的寬度有可能在一側(cè)窄450納米(nm)并在兩側(cè)窄900納米(nm)，但是在確保開口尺寸在2微米至5微秒量級(jí)的條件下，標(biāo)記區(qū)不會(huì)被完全嵌入。此外，在防擴(kuò)散膜131形成為70nm時(shí)，層間絕緣膜132形成為600nm，因此標(biāo)記區(qū)中的臺(tái)階部分未被完全嵌入，而仍保留。在隨后的工藝中在襯底的整個(gè)表面上形成金屬層之后，如果不能利用金屬層的反射進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，則利用這個(gè)臺(tái)階部分與基層圖案對(duì)準(zhǔn)。換句話說，利用由于標(biāo)記150中的臺(tái)階部分導(dǎo)致的光發(fā)射的變化進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。
圖9A(圖9B)為示出金屬層113的CMP工藝的視圖。如圖9A(圖9B)所示，通過CMP方法去除金屬層113，從而保留膠層112。在這種情況下，如圖9A所示，在MIM區(qū)和正常區(qū)的孔112a中以嵌入狀態(tài)保留金屬層113。由此，形成包括膠層112和金屬層113的塞層113A。此外，如圖9B所示，在標(biāo)記區(qū)，在保留標(biāo)記150中的臺(tái)階部分的狀態(tài)下，保留金屬層113。
此處，當(dāng)通過CMP方法去除金屬層113時(shí)，為了避免所形成的要嵌入孔112A中的金屬層113表面上發(fā)生殘留，應(yīng)用適當(dāng)程度的過拋光(過量拋光)。在這種情況下，如圖9A所示，有可能在膠層112與金屬層113之間產(chǎn)生臺(tái)階部分。
圖10A(圖10B)示出形成將成為MIM區(qū)中的下電極的圖案的工藝。如圖10A所示，涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑203，從而在MIM區(qū)中形成下電極圖案。于是，光致抗蝕劑203的基層為整個(gè)表面上的金屬層，因而不能利用金屬材料與絕緣層之間的反射率差異。因此，利用預(yù)先形成的標(biāo)記150中的臺(tái)階部分(參見圖10B)，使光致抗蝕劑的圖案與基層對(duì)準(zhǔn)。此時(shí)，如圖10B所示，在標(biāo)記區(qū)中進(jìn)一步制備用于進(jìn)行下一次對(duì)準(zhǔn)的圖案203A。
圖11A(圖11B)示出形成將成為MIM區(qū)中的電容元件的電介質(zhì)絕緣層135的工藝。在此工藝中，利用光致抗蝕劑203作為掩模(參見圖10A)，通過使用例如氯氣(Cl2)等氣體的等離子體蝕刻，蝕刻膠層112，然后通過采用氧氣(O2)等的等離子體灰化，去除光致抗蝕劑203。于是，暫時(shí)暴露構(gòu)成下電極的金屬層113和膠層112。
之后，如圖11A所示，利用等離子體CVD方法，形成將成為MIM區(qū)中的電容元件的電介質(zhì)絕緣層135(其由例如50nm厚的SiO2形成)。此時(shí)，在標(biāo)記區(qū)中，承襲(take over)由于較早形成的金屬層113和膠層112產(chǎn)生的標(biāo)記150中的臺(tái)階部分。
注意，作為SiO2的替代物，電介質(zhì)絕緣層135的材料可使用用于形成絕緣膜的SiON、SiCN、SiC、SiOC、SiN等。
圖12A(圖12B)示出涂覆、曝光和顯影用于圖案化MIM區(qū)中的電容元件的光致抗蝕劑204的工藝。如圖12A所示，為形成將成為MIM區(qū)中的電容元件的圖案，涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑204。同時(shí)，如圖12B所示，也在標(biāo)記區(qū)中形成標(biāo)記圖案204A，用于后來進(jìn)行的工藝中的對(duì)準(zhǔn)。
圖13A(圖13B)為示出形成上電極的圖案的工藝的視圖。如圖12A所示，使用光致抗蝕劑204作為掩模，通過使用CF系氣體的等離子體蝕刻去除電介質(zhì)絕緣膜135。此外，灰化光致抗蝕劑204，從而從表面暴露正常區(qū)中的金屬層113和膠層112。隨后，如圖13A所示，通過采用濺射方法，依序形成阻擋金屬膜114(其由例如50nm厚的TiN形成)、金屬層115(其由例如1000nm厚的AlCu形成)和阻擋金屬膜116(其由例如50nm厚的TiN形成)。此時(shí)，如圖13B所示，由電介質(zhì)絕緣膜135、金屬層113和膠層112構(gòu)成的臺(tái)階部分在阻擋金屬膜116上承襲。
此外，如圖13A(13B)所示，涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑205，從而同時(shí)形成MIM區(qū)中的上電極圖案、正常區(qū)中的電路圖案(圖13A)和標(biāo)記區(qū)中的圖案(圖13B)。于是，利用前述的臺(tái)階部分進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)與正常區(qū)精確對(duì)準(zhǔn)時(shí)，利用由膠層112、金屬層113和電介質(zhì)絕緣膜135產(chǎn)生的臺(tái)階部分MK1(參見圖13B)就足夠，而當(dāng)與MIM區(qū)精確對(duì)準(zhǔn)，適當(dāng)利用標(biāo)記區(qū)中由各層形成的圖案(圖13B中的臺(tái)階部分MK2、臺(tái)階部分MK3等)就足夠。因此，可見可根據(jù)對(duì)準(zhǔn)精度和關(guān)于在先形成的層采取怎樣的圖案清晰度，來選擇采用哪個(gè)臺(tái)階部分。以與正常區(qū)匹配的方式繼續(xù)第一實(shí)施例的討論。
圖14A(圖14B)為示出蝕刻阻擋金屬膜116、金屬層115和阻擋金屬膜114的蝕刻工藝步驟的視圖。在此工藝中，如圖13A(圖13B)所示，光致抗蝕劑205用作掩模。即，如圖14A(圖14B)所示，通過使用氯系(Cl)混合氣體等的等離子體蝕刻，去除阻擋金屬膜116、金屬層115和阻擋金屬膜114，直至從表面暴露層間絕緣膜132。隨后，通過采用O2氣體等的等離子體灰化去除光致抗蝕劑205。在此階段，在MIM區(qū)中形成上電極P1，在正常區(qū)中形成布線P2、P3，以及在圖14B的標(biāo)記區(qū)中形成用于下一層對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記P4至P7。
因此，在由阻擋金屬膜116、金屬層115和阻擋金屬膜114構(gòu)成的布線層(與根據(jù)本發(fā)明的第二布線層相對(duì)應(yīng))上形成上電極P1。此外，由上電極P1、電介質(zhì)絕緣膜135和下電極(膠層112)構(gòu)成MIM結(jié)構(gòu)160。
如圖14A所示，上電極P1距離層間絕緣膜132的臺(tái)階高度(step level)大于正常區(qū)中的布線層P2、P3。這是因?yàn)閷娱g絕緣膜135(以及用作下電極的膠層112)夾在上電極P1的下層部分之間。
圖15A(圖15B)為示出覆蓋結(jié)構(gòu)的膜形成工藝的視圖。如圖15A(圖15B)所示，通過形成絕緣膜136(其由例如1400nm厚的SiO2形成)和絕緣膜137(其由例如500nm厚的SiN形成)，形成覆蓋結(jié)構(gòu)。注意，盡管未示出，但是由阻擋金屬膜116、金屬層115和阻擋金屬膜114構(gòu)成的布線層形成有將成為焊盤的圖案。然后，通過光致抗蝕劑等在覆蓋結(jié)構(gòu)上制備窗口，以暴露將成為焊盤的Al布線。然后，利用等離子體蝕刻等形成開口，從而能夠制備與外部的連接區(qū)。
圖15C示出半導(dǎo)體器件的實(shí)例，其中在圖15B的標(biāo)記區(qū)中的鑲嵌布線層上制備布線圖案DL1，該布線圖案DL1從外部圍繞作為下一層的標(biāo)記150的區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)適用于在形成下一層的標(biāo)記150時(shí)需要避免暴露鑲嵌布線層的層間絕緣膜103表面的情況，或者需要避免過蝕刻損害層間絕緣膜103的情況。
在這種結(jié)構(gòu)中，在布線圖案DL1上，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記150形成為被布線圖案的平面區(qū)域(布線圖案寬度的內(nèi)部區(qū)域)圍繞。因而，在蝕刻標(biāo)記150中的臺(tái)階部分的情況下，由防擴(kuò)散膜131或?qū)娱g絕緣膜132保護(hù)除布線圖案DL1之外層間絕緣膜103的區(qū)域。因此，在蝕刻標(biāo)記150中的臺(tái)階部分的情況下，當(dāng)需要避免暴露基層的層間絕緣膜103時(shí)，或如果有可能由于過蝕刻等損害基層時(shí)，圖15C所示的結(jié)構(gòu)有效。因而，可以根據(jù)下一層的工藝適當(dāng)?shù)夭捎脠D15C所示的結(jié)構(gòu)。
圖16A至圖16C為關(guān)于在第一實(shí)施例中說明的工藝形成的剖面結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖16A至圖16C中，實(shí)線代表阻擋金屬膜114、金屬層115和阻擋金屬膜116的圖案，其包括上電極P1。此外，虛線表示電介質(zhì)絕緣膜135的圖案，點(diǎn)劃線代表用作下電極的膠層112，包含交叉線的實(shí)方線代表孔圖案(包括填充有諸如鎢等金屬113的溝槽以及寬溝槽，從而形成塞層113A)，延長(zhǎng)虛線代表金屬層111(鑲嵌布線111A)。圖16A中的X1-X2部分與圖15A中的剖視圖相對(duì)應(yīng)。類似地，圖16B中的Y1-Y2部分與圖15B中的剖視圖相對(duì)應(yīng)，以及圖16C中的Z1-Z2部分與圖15C的剖視圖相對(duì)應(yīng)。
如圖16A所示，金屬層111(鑲嵌布線111A)經(jīng)由塞層113A連接至上電極P1和下電極(膠層112)。圖16A中的實(shí)例為上電極P1圍繞平面區(qū)域中整個(gè)電容區(qū)(電介質(zhì)絕緣膜135)的區(qū)域，并在更內(nèi)側(cè)形成作為下電極的膠層112。另一方面，在正常區(qū)中，形成用作電路區(qū)的正常布線(金屬布線114至116和鑲嵌布線111A)。
在圖16A中，部分上電極P1在圖16A的俯視圖中向上延伸至電介質(zhì)絕緣膜135的現(xiàn)有區(qū)域之外。這是因?yàn)樾纬芍丿B區(qū)域，在該重疊區(qū)域中上電極P1與鑲嵌布線111A的延伸區(qū)重疊。在上電極P1形成于最上層的情況下，為了形成上電極P1與鑲嵌布線111A之間的重疊區(qū)域，需要這樣的延伸區(qū)P1A。
此外，在圖16A中，延伸區(qū)P1A的橫向(圖16A中的左右方向)寬度比上電極P1的主區(qū)(包括電介質(zhì)絕緣膜135的平面區(qū)域內(nèi)部)窄。這種結(jié)構(gòu)將關(guān)于襯底的寄生電容降低至一定程度，從而使上電極P1(Al布線)更薄。
圖16B為關(guān)于圖15B中的剖視圖的俯視圖。如圖16B所示并且如剖視圖所示，具有較大布線寬度的圖案(標(biāo)記150)被設(shè)置于標(biāo)記區(qū)的平面中。圖16C為關(guān)于圖15C中的剖視圖的俯視圖，并示出在鑲嵌布線層(金屬層111)上形成標(biāo)記150的情況的實(shí)例。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，形成定義為電容元件的MIM結(jié)構(gòu)，其中在作為覆蓋結(jié)構(gòu)的絕緣膜136、137正下方，即定義為最上布線層的金屬層115以及阻擋金屬膜114、116構(gòu)成上電極P1。此外，MIM結(jié)構(gòu)的下電極由形成為下層的金屬(鎢)層113和用于形成金屬層113的膠層112構(gòu)成，其中電介質(zhì)絕緣膜135夾在上電極P1與金屬層113之間。因而，例如，與在作為圖1所示的鑲嵌布線層的金屬布線311和與塞層113A相對(duì)應(yīng)的孔337A-337C之間(層間絕緣膜333)構(gòu)成MIM結(jié)構(gòu)的情況相比，本實(shí)施例的MIM結(jié)構(gòu)可形成于更高的層上(即，通過將塞層113A嵌入下電極，形成最上層上的金屬布線114-116作為上電極P1)。
因此，在第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，形成MIM結(jié)構(gòu)，其中最遠(yuǎn)離圖4A所示的半導(dǎo)體襯底100的金屬布線114-116用作電極。因此，獲得可最大程度降低MIM結(jié)構(gòu)的寄生電容的結(jié)構(gòu)。
此外，作為上電極P1的金屬布線114-116通過構(gòu)成塞層113A的膠層112和金屬(鎢)層113連接至位于上電極P1正下方的鑲嵌布線111A。此外，下電極本身由膠層112和金屬層113構(gòu)成，并連接至正下方的鑲嵌布線111A。因此，獲得可最大程度降低MIM結(jié)構(gòu)的寄生電阻的結(jié)構(gòu)。
此外，作為采用上述結(jié)構(gòu)的結(jié)果，利用與形成孔112A的掩模相同的掩模形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記150的圖案，其中孔112A用于嵌入構(gòu)成塞層113A的膠層112和金屬(鎢)層113，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記150圖案化之后的臺(tái)階部分可用于在圖案化MIM結(jié)構(gòu)的下電極(并且根據(jù)需要上電極P1可能出現(xiàn))時(shí)與下層(即塞層113A)對(duì)準(zhǔn)。從而通過分別獨(dú)立設(shè)置的掩模，不需要圖案化用于圖案化MIM結(jié)構(gòu)下電極的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。因此，例如與在如圖1所示作為鑲嵌布線層的金屬布線311與用作塞層113A的孔337A-337C之間形成MIM結(jié)構(gòu)的情況相比，能夠減少掩模的數(shù)目以及圖案化工藝的數(shù)目。
另外，以與形成孔112A的層相同的工藝，形成此對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記150的臺(tái)階部分，因此可以選擇開口尺寸和深度，從而即使與上層圖案堆疊時(shí)臺(tái)階部分也能保持足夠的高度。因此，與檢測(cè)用于覆蓋鑲嵌布線的防擴(kuò)散膜中的臺(tái)階部分的情況相比，能夠獲得更高的檢測(cè)精度和更高的檢測(cè)重復(fù)性。
《第二實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D17A至圖18B中的圖示說明本發(fā)明的第二實(shí)施例。如圖16A所示，第一實(shí)施例采用如下結(jié)構(gòu)上電極P1在其上向下層突出的平面區(qū)域，圍繞電介質(zhì)絕緣膜135的圖案的平面區(qū)域。但是，相反地，以下這種結(jié)構(gòu)也是可行的，即上電極P1的平面區(qū)域部分包含在電介質(zhì)絕緣膜135的區(qū)域內(nèi)或下電極(膠層112)的區(qū)域內(nèi)。換句話說，可采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中電介質(zhì)絕緣膜135的平面區(qū)域或下電極(膠層112)的平面區(qū)域包圍上電極P1的至少部分平面區(qū)域。第二實(shí)施例示出這種類型的半導(dǎo)體器件。第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)和操作與第一實(shí)施例相同。因此，以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記相同的元件，并省略其說明。
圖17A示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的MIM區(qū)和正常區(qū)。如圖17A中的剖視圖所示，MIM區(qū)中的上電極P1被電介質(zhì)絕緣膜135的平面區(qū)域或下電極(膠層112)的平面區(qū)域包圍在內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)通過在前面說明的上電極P1的蝕刻中，以如下方式進(jìn)行蝕刻工藝而實(shí)現(xiàn)使得圖13A所示的光致抗蝕劑205的寬度比電介質(zhì)絕緣膜135的寬度窄，并在電介質(zhì)絕緣膜135上停止所述蝕刻工藝。另一方面，在正常區(qū)中，設(shè)置與第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)(布線P2、P3)。
圖17B示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的標(biāo)記區(qū)的剖視圖。在圖17B中，與上電極P1屬于同一層的標(biāo)記P5、P6被電介質(zhì)絕緣膜135圍繞在內(nèi)。但是，可以與第一實(shí)施例相同的方式，使得與上電極P1屬于同一層的標(biāo)記P5、P6的平面區(qū)域?qū)㈦娊橘|(zhì)絕緣膜135的平面區(qū)域圍繞在內(nèi)。
圖18A示出構(gòu)成(對(duì)應(yīng)于)圖17A中的剖視圖的半導(dǎo)體器件的俯視圖。在圖18A的俯視圖上，部分上電極P1在圖18A的俯視圖中向上延伸至電介質(zhì)絕緣膜135的現(xiàn)有區(qū)域之外。這是因?yàn)樾纬芍丿B區(qū)域，在該重疊區(qū)域中上電極P1與鑲嵌布線111A的延伸區(qū)重疊。在上電極P1形成于最上層的情況下，為了形成上電極P1與鑲嵌布線111A之間的重疊區(qū)域，需要這個(gè)延伸區(qū)P1A。
此外，在圖18A中，延伸區(qū)P1A的橫向(圖18A中的左右方向)寬度比上電極P1的主區(qū)(被電介質(zhì)絕緣膜135的平面區(qū)域圍繞在內(nèi))窄。與圖16A的情況相同，這種結(jié)構(gòu)能夠減小在MIM結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有區(qū)域(電介質(zhì)絕緣膜135)內(nèi)部與外部之間延伸的區(qū)域中上電極P1的區(qū)域尺寸。因此，將關(guān)于襯底的寄生電容降低至一定程度，從而使上電極P1(Al布線)更薄。
圖18B示出標(biāo)記區(qū)的剖視圖(圖17B)所示的半導(dǎo)體器件的俯視圖。該俯視圖示出用于上電極/正常布線的布線圖案114-116被電介質(zhì)絕緣膜135的區(qū)域圍繞在內(nèi)的實(shí)例。
《第三實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D19至圖23中的圖示說明本發(fā)明的第三實(shí)施例。在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，構(gòu)成塞層113A的孔112A的剖面形狀采用基本類似于正方形的矩形。但是，孔112A的剖面形狀并不限于這些形狀。第三實(shí)施例將說明塞層113A的孔112A的剖面形狀的修改例，該塞層113A用于將鑲嵌布線連接至上/下電極以及正常布線區(qū)。第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)和操作與第一和第二實(shí)施例相同。因此，以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記與第一和第二實(shí)施例相同的元件，并省略其說明。
圖19中，孔112A(填充有金屬層113的區(qū)域)的剖面形狀采用矩形，該矩形的長(zhǎng)度在縱向和橫向不同，并且孔112A形成為槽狀。孔112A形成為槽狀，從而能夠降低形成下電極的膠層112與金屬層113之間的電阻以及從下電極至鑲嵌布線111A的連接電阻。
除了圖19中的結(jié)構(gòu)之外，圖20示出一種結(jié)構(gòu)，其中擴(kuò)大鑲嵌布線區(qū)(金屬層111)寬度。通過這種結(jié)構(gòu)，可以降低從MIM電極引出的布線區(qū)的寄生電阻。
圖21示出一種結(jié)構(gòu)，其中繼續(xù)擴(kuò)大圖20中的鑲嵌布線區(qū)寬度，并增加將下電極(膠層112)連接至鑲嵌布線111A的塞層113A的孔112A數(shù)目。以與圖19和20相同的方式，通過這種結(jié)構(gòu)，能夠降低下電極的寄生電阻，即形成下電極的膠層112與金屬層113之間的電阻以及從下電極至鑲嵌布線111A的連接電阻。
圖22示出一種方案，其中通過利用圖20中鑲嵌布線111A(金屬層111)的寬布線寬度，組合槽狀圖案PAT1和矩形圖案PAT2作為將下電極連接至鑲嵌布線111A的塞層113A的孔112A，PAT1剖面形狀的長(zhǎng)度在縱向和橫向不同，PAT2近似于普通正方形。這種結(jié)構(gòu)以與圖19至21相同的方式降低下電極的寄生電阻。
圖23示出一種結(jié)構(gòu)，其中利用圖20中鑲嵌布線111A(金屬層111)的寬布線寬度，并進(jìn)一步設(shè)置多個(gè)槽狀圖案PAT1作為將下電極連接至金屬層111的塞層113A的孔112A，每個(gè)PAT1剖面形狀的長(zhǎng)度在縱向和橫向不同。這種結(jié)構(gòu)也能夠降低下電極的寄生電阻。
《第四實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D24至圖26中的圖示說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。在第一至第三實(shí)施例中，從下電極引至鑲嵌布線111A的塞層113A(膠層112、金屬層113)基本形成于下電極之下。此外，塞層113A的孔112A設(shè)置于電介質(zhì)絕緣膜135下方(電介質(zhì)絕緣膜135向下層突出的層間絕緣膜上的平面區(qū)域)以及上電極P1下方(上電極P1向下層突出的層間絕緣膜上的平面區(qū)域)。
第四實(shí)施例將示出一種半導(dǎo)體器件，其中將MIM結(jié)構(gòu)的下電極引出至鑲嵌布線111A的孔112A未設(shè)置于上電極P1下方的平面區(qū)域上。第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)和操作與第一和第二實(shí)施例相同。因此，以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記與第一至第三實(shí)施例相同的元件，并省略其說明。
如圖24所示，在MIM結(jié)構(gòu)160的左側(cè)區(qū)域中，上電極P1從電介質(zhì)絕緣膜135的平面區(qū)域向左延伸。另一方面，在MIM結(jié)構(gòu)160的右側(cè)區(qū)域中，下電極(膠層112)和電介質(zhì)絕緣膜135從上電極P1的平面區(qū)域向右延伸。
此外，用于連接的塞層113A的孔112A未設(shè)置于上電極P1與下電極(膠層112的區(qū)域)重疊的區(qū)域中，即作為電容元件的區(qū)域中下電極這一側(cè)上。圖24中，填充有金屬層113的孔112A形成于作為電容元件的區(qū)域右側(cè)，即下電極和電介質(zhì)絕緣膜135從上電極P1向下層突出的平面區(qū)域進(jìn)一步向右延伸的區(qū)域中。
圖25示出包括圖24所示的MIM區(qū)的半導(dǎo)體器件的俯視圖。由圖25可見，相對(duì)于上電極P1、電介質(zhì)絕緣膜135和下電極(膠層112)的重疊區(qū)域，孔圖案(填充有金屬層113的孔112A)設(shè)置于圖25的右側(cè)，其中未設(shè)置上電極P1。
在這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體器件中，孔圖案未設(shè)置于下電極(膠層112)之下，因而在進(jìn)行CMP時(shí)不會(huì)在MIM電容區(qū)中產(chǎn)生臺(tái)階部分(參加圖9A)，該臺(tái)階部分是由金屬層113(例如鎢)和膠層112(阻擋金屬膜，例如氮化鈦)產(chǎn)生的，從而易于在電容區(qū)中形成平面結(jié)構(gòu)。
在考慮電容區(qū)特性的情況下，下電極中的臺(tái)階部分可能成為導(dǎo)致數(shù)據(jù)分散(data spread)的因素。通過采用第四實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)可減少電容區(qū)特性的數(shù)據(jù)分散。尤其是在臺(tái)階部分中未形成高質(zhì)量各向同性的電介質(zhì)絕緣膜的情況下，特性的數(shù)據(jù)分散容易增加。此外，如果膜厚較薄，則介電強(qiáng)度電壓特性被認(rèn)為下降。因而，第四實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)能夠減小這種特性的數(shù)據(jù)分散或耐壓的下降。
圖26示出一種結(jié)構(gòu)，其中，與第三實(shí)施例一樣，將下電極連接至布線層111的塞層113A(孔112A)采用剖面形狀在縱向和橫向具有不同寬度的狀。如第三實(shí)施例所述，通過形成槽狀的孔112A可降低下電極的寄生電阻。
《第五實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D27說明根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。在第五實(shí)施例中，MIM結(jié)構(gòu)160和塞層113A的圖案布局狀況與第四實(shí)施例相同。但是，第五實(shí)施例將示出一種半導(dǎo)體器件，其中疊置多層電介質(zhì)絕緣膜，每層電介質(zhì)絕緣膜夾在上電極P1與下電極(膠層112和金屬層113)之間。
圖27為根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖，其包括MIM區(qū)和正常區(qū)。如圖27所示，夾在上電極P1與下電極之間的電介質(zhì)絕緣膜分為兩層。通常，MIM區(qū)的絕對(duì)電容表示為如下平行板電容器的公式C＝(er×eO×S)/d[F]C電容er相對(duì)介電常數(shù)e0真空介電常數(shù)8.854×10-10[F/m]S對(duì)置(opposed)面積[m2]d電介質(zhì)絕緣層厚度[m]為了增加絕對(duì)電容，減小電介質(zhì)絕緣層的厚度或增加電介質(zhì)絕緣層的相對(duì)介電常數(shù)是有效的。如果簡(jiǎn)單地減小膜厚，則需要擔(dān)心介電強(qiáng)度電壓的惡化。因此，可以考慮如下的解決方案將具有良好的介電強(qiáng)度電壓特性的材料與具有高相對(duì)介電常數(shù)的材料結(jié)合。
在圖27示出的剖面圖中，第一電介質(zhì)絕緣膜140(其相對(duì)介電常數(shù)例如為7并由30nm厚的SiN形成)和第二電介質(zhì)絕緣膜141(其相對(duì)介電常數(shù)例如為4.1并由20nm厚的SiO2形成)依序堆疊于電介質(zhì)絕緣層上，并通過第一實(shí)施例或第二實(shí)施例中所述的工藝形成上述結(jié)構(gòu)。
此處，第一電介質(zhì)絕緣膜140以及第二電介質(zhì)絕緣膜141所用的材料以SiN和SiO2為例，但是，也可以適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合用于形成絕緣層的材料，例如碳化硅(SiC)、氮碳化硅(SiCN)和氮氧化硅(SiON)。
通過上述結(jié)構(gòu)，在由第一絕緣層140增加介電常數(shù)之后，通過由第二絕緣層141確保絕緣介電強(qiáng)度電壓，能夠降低膜厚。因此，可以增加MIM結(jié)構(gòu)160的電容。
注意，在上述實(shí)施例中，首先，形成氮化硅膜(SiN)，并在其上形成氧化硅膜(SiO2)。但是，本發(fā)明的實(shí)施例不限于上述工序?？梢愿鶕?jù)基層的材料替換膜形成工序。例如，利用含氨的氣體和含硅烷(SiH4)的氣體通過等離子體CVD形成氮化物膜。在這種情況下，如果基層材料包含有機(jī)材料，則有機(jī)材料有可能被氨損害。如果基層包含上述材料，則首先形成氧化硅膜(SiO2)。然后，形成氮化硅膜(SiN)。
換句話說，在形成上述兩層膜之一時(shí)，如果這種膜的形成工藝有可能損害基層材料，則首先形成另一層膜，以降低損害基層的可能性，然后形成前一層膜。
《第六實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D28說明根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。在第五實(shí)施例中，在電介質(zhì)絕緣層上形成疊置結(jié)構(gòu)，該疊置結(jié)構(gòu)包括第一電介質(zhì)絕緣膜140和第二電介質(zhì)絕緣膜141。作為第五實(shí)施例的修改例，第六實(shí)施例示出一種半導(dǎo)體器件，其中電介質(zhì)絕緣層的邊緣與上電極P1的邊緣局部對(duì)準(zhǔn)。第六實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的其它構(gòu)造和操作與第五實(shí)施例相同。因此，以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記與第五實(shí)施例相同的元件，并省略其說明。
圖28為根據(jù)第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖視圖，其包括MIM區(qū)和正常區(qū)。圖28和圖27的不同點(diǎn)在于圖28中，在剖視圖中的MIM區(qū)160的右上方區(qū)域中，上電極P1的邊緣與第一電介質(zhì)絕緣膜140和第二電介質(zhì)絕緣膜141(以下簡(jiǎn)稱為電介質(zhì)絕緣疊置結(jié)構(gòu)140、141)的邊緣對(duì)準(zhǔn)。換句話說，上電極P1的側(cè)邊表面與電介質(zhì)絕緣疊置結(jié)構(gòu)140、141的側(cè)邊表面構(gòu)成近似垂直于下電極的平面。在這種結(jié)構(gòu)中，在執(zhí)行與圖27相同的工藝時(shí)，在上電極P1的蝕刻工藝中，上電極P1被向下去除至疊置電介質(zhì)絕緣膜。
因此，當(dāng)適當(dāng)過蝕刻上電極P1時(shí)，由于層間絕緣膜132、膠層112和電介質(zhì)絕緣膜140、141之間的選擇率關(guān)系，可以去除第一電介質(zhì)絕緣層140和第二電介質(zhì)絕緣層141。換句話說，即使在采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，除非通過蝕刻去除下電極，仍可獲得MIM區(qū)160的電容特性。
《第七實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D29至33中的圖示說明本發(fā)明的第七實(shí)施例。第五實(shí)施例和第六實(shí)施例均示出其中疊置電介質(zhì)絕緣膜的半導(dǎo)體器件。第七實(shí)施例將示出一種結(jié)構(gòu)形成方法，該方法通過進(jìn)一步降低疊置電介質(zhì)絕緣膜的厚度，能夠增加MIM區(qū)的絕緣電容。換句話說，在第七實(shí)施例中，第二電介質(zhì)絕緣膜用作虛設(shè)絕緣膜?！疤撛O(shè)”指的是這樣的絕緣膜，其盡管作為圖案形成工藝中的蝕刻掩模而存在，但在圖案形成之后消失，而不成為MIM元件的部件。因此，電介質(zhì)絕緣層由除虛設(shè)絕緣膜之外的絕緣膜構(gòu)成。
第七實(shí)施例中半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)和操作與第五和第六實(shí)施例相同。因此，以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記與第五和第六實(shí)施例相同的元件，并省略其說明。
圖29至33示出第七實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造工藝。首先，如圖29所示，在形成圖10A所示下電極區(qū)的工藝之后，利用圖27所述的方法，通過采用等離子體CVD方法，依序形成電介質(zhì)絕緣膜142(其相對(duì)介電常數(shù)例如為7并由30nm厚的SiN形成)和虛設(shè)絕緣層143(例如由40nm厚的SiO2形成)，然后涂覆、曝光和顯影用于電介質(zhì)絕緣膜的圖案形成的光致抗蝕劑204，從而形成抗蝕圖。
如圖30所示，利用光致抗蝕劑204作為掩模，通過使用例如CF系氣體等，等離子體蝕刻虛設(shè)絕緣層143，從而形成其圖案。蝕刻停止于電介質(zhì)絕緣膜142上。如果適當(dāng)?shù)剡x擇該蝕刻條件，則能夠獲得這樣的選擇率使蝕刻在虛設(shè)絕緣層143上進(jìn)行但停止于電介質(zhì)絕緣膜142上。眾所周知，可以通過調(diào)整氣體類型和氣壓控制這種選擇率。隨后，通過包含氧氣(O2)的等離子體灰化去除光致抗蝕劑204。通過這些工序，在進(jìn)行包含氧氣(O2)的等離子體灰化時(shí)，虛設(shè)絕緣層143可保護(hù)電介質(zhì)絕緣膜142。
如圖30所示，利用虛設(shè)絕緣層143作為掩模，通過采用CF系/CHF系混合氣體等蝕刻電介質(zhì)絕緣膜142，從而如圖31所示，可在下電極(膠層112、金屬層113)上形成電介質(zhì)絕緣膜142的圖案。由于去除了光致抗蝕劑，因此，當(dāng)利用虛設(shè)絕緣層143作為掩模蝕刻時(shí)，可以隨著電介質(zhì)絕緣膜142的蝕刻去除大部分的虛設(shè)絕緣層143。盡管虛設(shè)絕緣層143被用作掩模，但根據(jù)蝕刻條件可以從電介質(zhì)絕緣膜142上去除虛設(shè)絕緣層143。換句話說，可以選擇氣體類型和氣壓，從而相同程度地蝕刻虛設(shè)絕緣層143和電介質(zhì)絕緣膜142。
此外，如果仍留有較薄的虛設(shè)絕緣層143，則可以通過基于氫氟酸的濕蝕刻方法去除虛設(shè)絕緣層143。于是，在不存在電介質(zhì)絕緣膜142的圖案的區(qū)域中，從表面暴露層間絕緣膜132，但是，層間絕緣膜132的膜厚比蝕刻虛設(shè)絕緣層143之后的殘留物的厚度大得多，因此，不必過于擔(dān)心層間絕緣膜132消失，有足夠的余量(margin)用來去除電介質(zhì)絕緣膜142上存在的虛設(shè)絕緣層143。
在等離子體蝕刻中，虛設(shè)絕緣層143保持被光致抗蝕劑204臨時(shí)保護(hù)的狀態(tài)(圖29)，并且如果隨后用作掩模，則暴露至等離子體蝕刻。但是，位于虛設(shè)絕緣層143下方的電介質(zhì)絕緣膜142受到保護(hù)(圖30)。等離子體蝕刻的優(yōu)選條件是減少對(duì)電介質(zhì)絕緣膜142的損害，因此虛設(shè)絕緣層143具有抑制對(duì)電介質(zhì)絕緣膜142損害的作用。此外，虛設(shè)絕緣層143消失，從而消除對(duì)MIM區(qū)電容特性的直接貢獻(xiàn)。因而，在MIM區(qū)中形成薄得多的電介質(zhì)絕緣膜區(qū)，因此可以認(rèn)為這些工藝是有效方案。
接著，如圖32所示，形成阻擋金屬膜114、金屬層115和阻擋金屬膜116，并進(jìn)一步涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑205(未示出)。通過這一工藝，在MIM區(qū)中形成上電極P1，并在正常區(qū)中形成與電路圖案P2、P3相對(duì)應(yīng)的抗蝕圖(未示出)。此外，采用該抗蝕圖作為掩模，通過使用氯系(Cl)氣體等的等離子體蝕刻形成上電極P1和布線圖案P2、P3。此時(shí)，在與第六實(shí)施例所述相同的工藝中，獲得電介質(zhì)絕緣膜142的蝕刻形狀。
隨后，如圖33所示，以與上述各實(shí)施例相同的方式，利用等離子體CVD方法以覆蓋結(jié)構(gòu)的方式，形成絕緣層136(其由例如1400厚的SiO2形成)和絕緣層137(其由例如500nm厚的SiN膜形成)。
使用第七實(shí)施例給出的方法，能夠抑制對(duì)電介質(zhì)絕緣膜142的損害，以形成比第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件更薄的電介質(zhì)絕緣膜142，并增加絕對(duì)電容。
第七實(shí)施例以使用SiN和SiO2作為用于電介質(zhì)絕緣膜142和虛設(shè)絕緣層143的材料的情況為例，但是，也可以為絕緣層適當(dāng)結(jié)合諸如SiC、SiCN、SiON等材料。
《第八實(shí)施例》以下將參照?qǐng)D34至39中的圖示說明根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。前述各實(shí)施例已經(jīng)說明了MIM區(qū)和正常區(qū)的基本工藝、上電極和下電極的平面布局、孔圖案的平面布局、形成電介質(zhì)絕緣膜的詳細(xì)方法及其修改例。第八實(shí)施例將示出關(guān)于如何減小下電極的寄生電阻的技術(shù)修改。其它構(gòu)造和操作與第一至第七實(shí)施例相同。因此，以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記與第一至第七實(shí)施例相同的元件，并省略其說明。
圖34示出第八實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中輔助金屬層上的抗蝕圖。首先，在第一實(shí)施例中如圖10A所示的工藝中，形成用作下電極的膠層112。在圖10A中，連續(xù)形成下電極圖案，但是根據(jù)第八實(shí)施例，在此工藝之前，通過使用濺射方法形成輔助金屬層120(對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的第三金屬層，其由例如TiN150nm厚的形成)。
隨后，如圖34所示，涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑203，從而形成對(duì)應(yīng)于下電極的抗蝕圖。此工藝與圖10A相同。
接著，利用光致抗蝕劑203作為掩模，通過使用氯系(Cl)氣體等的蝕刻，去除構(gòu)成疊置結(jié)構(gòu)的輔助金屬層120和膠層112。并且，通過采用氧氣(O2)的等離子體灰化，去除光致抗蝕劑203。然后，如圖35所示，通過利用等離子體CVD方法形成電介質(zhì)絕緣膜135。
接著，如圖36所示，在電介質(zhì)絕緣層135上涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑204，從而形成與電介質(zhì)絕緣膜圖案相對(duì)應(yīng)的光致抗蝕劑204的圖案。此外，利用光致抗蝕劑204作為掩模，蝕刻電介質(zhì)絕緣層135，從而圖案化電介質(zhì)絕緣層135。
隨后，使用濺射方法形成阻擋金屬膜114、金屬層115和阻擋金屬膜116。此外，如圖37所示，涂覆、曝光和顯影光致抗蝕劑205。然后，在MIM區(qū)中形成具有與圖27相同圖案的上電極圖案P1，并在正常區(qū)中形成與布線圖案P2、P3相對(duì)應(yīng)的抗蝕圖。
然后，如圖38所示，使用圖37中的光致抗蝕劑205作為掩模，通過利用氯系(Cl)氣體等的等離子體蝕刻，蝕刻阻擋金屬膜116、金屬層115和阻擋金屬膜114，直至暴露電介質(zhì)絕緣膜135和層間絕緣膜132。隨后，通過包含氧氣(O2)的等離子體灰化去除光致抗蝕劑205。
圖39示出在上述等離子體蝕刻中進(jìn)一步蝕刻電介質(zhì)絕緣膜135的情況。即使存在類似于上述實(shí)施例的模式(參見圖32)時(shí)，也可以獲得MIM區(qū)的電容特性。盡管未示出，但通過與其它實(shí)施例相同的工藝組織隨后的工藝。
如上所述，由于設(shè)置輔助金屬層120，下電極由輔助金屬層120、膠層112和金屬層113構(gòu)成。因而，如圖38或39所示，下電極的厚度增加。因此，下電極的剖面面積尺寸增加，并且下電極在平面方向(圖38或39中的橫向)的電阻減小。
在第八實(shí)施例中，如圖38或39所示，當(dāng)通過CMP去除金屬層113時(shí)，保留膠層112。但是，作為替代方案，可以采用如下結(jié)構(gòu)可以從層間絕緣膜132與金屬層113一起完全去除膠層112的上部區(qū)域，從而僅保留孔112A內(nèi)的膠層112。
換句話說，如圖9A所示，當(dāng)對(duì)金屬層113和膠層112執(zhí)行CMP時(shí)，可以去除膠層112，直至如圖40中露出層間絕緣膜132，而不保留膠層112。然后，如圖40和41所示，在圖案化光致抗蝕劑203和蝕刻輔助金屬層120之后，可以通過與圖36至38或39相同的工藝形成MIM區(qū)。
因此，從層間絕緣膜132去除膠層112，并且在層間絕緣膜132上直接形成輔助金屬層120(對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的第三金屬層)，從而下電極可以由輔助金屬層120、膠層112和金屬層113構(gòu)成。通過這種結(jié)構(gòu)，與圖34至39所示的結(jié)構(gòu)相比，可以容易地平面化孔112A的上層(膠層112和金屬層113)。這是因?yàn)闆]有膠層112的分散殘留物。此外，能夠減少由層間絕緣膜132的上部區(qū)域和金屬層113產(chǎn)生的臺(tái)階部分(參見圖9A)。因而，可以減小MIM區(qū)特性(靜電電容、絕緣壓阻等)的數(shù)據(jù)分散。
《其它修改例》其它平面布局被示出。圖42示出采用如下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件圖25中的上電極形狀基本保持不變，鑲嵌布線設(shè)置為沿上電極P1外圍的形式并且僅與上電極P1的上電極引出區(qū)(延伸區(qū)P1A)重疊，而且在上電極P1之下未設(shè)置布線。在上電極P1與下電極(膠層112)之間的重疊區(qū)之下未設(shè)置孔圖案112A。由于這種結(jié)構(gòu)在上電極P1與下電極之間的重疊區(qū)中未設(shè)置孔圖案，因此在MIM區(qū)的電容元件區(qū)中不存在臺(tái)階部分。
此外，如圖43所示，在電極的下部區(qū)域中未設(shè)置孔圖案112A，但是可以采用僅設(shè)置鑲嵌布線113A的平面結(jié)構(gòu)。具體說來，在圖43中，鑲嵌布線113A形成為網(wǎng)狀。通過CMP平面化鑲嵌布線自身，從而使圖43中鑲嵌布線113A(網(wǎng)狀區(qū))的上層難以產(chǎn)生臺(tái)階部分。因而，通過圖43所示的結(jié)構(gòu)，也可以減少M(fèi)IM區(qū)的電容元件中的臺(tái)階部分，并且可以減少特性(靜電電容、介電強(qiáng)度電壓等)的數(shù)據(jù)分散。此外，可使引出布線區(qū)的寄生電阻低于圖42。
此外，與圖42相對(duì)照，圖44示出在位于上電極P1的引出區(qū)(延伸區(qū)P1A)正下方的區(qū)域中未形成鑲嵌布線111A。換句話說，與圖42相對(duì)照，其中經(jīng)由塞層113A連接至下電極的鑲嵌布線111A設(shè)置為矩形框狀，圖44示出矩形框的上框區(qū)被部分截去而采取C旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。通過這種結(jié)構(gòu)，也可以減少M(fèi)IM區(qū)中電容元件區(qū)域中的臺(tái)階部分。
此外，根據(jù)如何在平面內(nèi)延伸互連，也可以在MIM區(qū)中形成上電極P1與鑲嵌布線111A之間的重疊區(qū)域。圖45示出半導(dǎo)體器件的俯視圖，其中在MIM結(jié)構(gòu)的平面區(qū)域內(nèi)形成上電極P1與鑲嵌布線111A之間的重疊區(qū)域。在這個(gè)實(shí)例中，上電極P1的平面區(qū)域形成在下電極中包含的膠層112的平面區(qū)域內(nèi)。然后，上電極P1與鑲嵌布線111A經(jīng)由塞層113B(鎢)而彼此連接。塞層113B在上電極P1與鑲嵌布線111A之間延伸，從而在用作下電極的膠層112中和電介質(zhì)絕緣膜135中形成窗口112B和窗口135B。
此外，在圖45中，用于將下電極(膠層112的區(qū)域)連接至鑲嵌布線111A的塞層113A，形成在上電極P1的矩形區(qū)域外部。因此，通過在上電極P1外部形成塞層113A可平面化上電極P1。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行CMP時(shí)由于構(gòu)成塞層113A的膠層112和金屬層113之間拋光量的差異而易于產(chǎn)生臺(tái)階部分(參見圖9A)。
圖46示出圖45所示的半導(dǎo)體器件的修改例，其中設(shè)置兩個(gè)從上電極P1至鑲嵌布線111A的引出區(qū)。在此重疊區(qū)中，上電極P1通過塞層113C、113D連接至鑲嵌布線111A。為了實(shí)現(xiàn)這一連接，在用作下電極的膠層112中和電介質(zhì)絕緣膜135中形成窗口112C、112D和135C、135D。
注意在圖45和46的情況下，在上電極P1上形成大致為U形(C或L與I組合形)的開口170。此外，用于將上電極P1連接至鑲嵌布線111A的塞層113A，將上電極的突出區(qū)域171連接至鑲嵌布線111A，該突出區(qū)域171形成為伸入開口170中。因此，通過設(shè)置具有開口170和突出區(qū)域171的上電極P1，可以減小位于MIM區(qū)的邊界附近的上電極P1的區(qū)域尺寸。例如，在圖45的實(shí)例中，構(gòu)成MIM區(qū)的電介質(zhì)絕緣層的窗口135B和下電極的窗口112B，形成于開口170正下方。在MIM區(qū)的上述窗口附近，上電極P1的高度(在膜厚方向)可能不同于未形成MIM區(qū)的正常區(qū)。換句話說，穿過(traversing)下電極的區(qū)域邊緣(邊界)和穿過電介質(zhì)絕緣層的區(qū)域邊緣(邊界)，可能導(dǎo)致MIM區(qū)附近的高度變動(dòng)。在MIM區(qū)附近上電極P1的高度變動(dòng)影響光刻工藝。因此，上電極P1的線寬(布線)可能變動(dòng)。因而，在這些區(qū)域中，由于MIM區(qū)導(dǎo)致電容元件的特性易于變動(dòng)。
但是，如圖45和46所示，上電極P1設(shè)置有窗口170和突出區(qū)域171，從而能夠減小易于產(chǎn)生上述特性變動(dòng)區(qū)域的區(qū)域尺寸(上電極P1的突出區(qū)域171的寬度)，并能夠使整個(gè)MIM區(qū)的特性穩(wěn)定。
注意，如圖47和48所示，可以采用上電極P1未設(shè)置有窗口170和突出區(qū)域171的結(jié)構(gòu)。
《實(shí)施例的其它效果》圖49示出利用第一至第八實(shí)施例中的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。如圖49所示，在圖4A至48所示的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)中，形成孔112A時(shí)定義為臺(tái)階部分的標(biāo)記150能夠?qū)崿F(xiàn)上層MIM區(qū)中的下電極(掩模CAP1)對(duì)準(zhǔn)。因而，如圖1至3所示，不需要通過單獨(dú)的掩模形成由CAL代表的插入層，從而可以減少掩模數(shù)目和工藝數(shù)目。
圖50示出本發(fā)明適用的半導(dǎo)體器件的實(shí)例。該半導(dǎo)體器件采用由7層銅布線和單層鋁布線構(gòu)成的多層布線結(jié)構(gòu)。
硅襯底400形成有限定元件區(qū)的元件隔離膜402。在由隔離膜402限定的元件區(qū)中，設(shè)置包括柵極404和源/漏擴(kuò)散層406的MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管。
在形成有MOS晶體管的硅襯底400上，形成層間絕緣膜408，層間絕緣膜408由包括PSG膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。層間絕緣膜408嵌有接觸塞410，接觸塞410由鎢膜和氮化鈦膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
在嵌有接觸塞410的層間絕緣膜408上，形成層間絕緣膜412，層間絕緣膜412由包括氧化硅膜和SiLK(注冊(cè)商標(biāo))膜(或SOG膜)的疊層構(gòu)成。層間絕緣膜412嵌有布線層414，布線層414由包括銅膜和鉭膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
在嵌有布線層414的層間絕緣膜412上，形成層間絕緣膜416，層間絕緣膜416由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜416上，形成層間絕緣膜418，層間絕緣膜418由氧化硅膜和SiLK膜(或SOG膜)的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜416和層間絕緣膜418內(nèi)，形成布線層420，布線層420由銅膜和鉭膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中通路區(qū)嵌入層間絕緣膜416，而布線區(qū)嵌入層間絕緣膜418。
在嵌有布線層420的層間絕緣膜418上，形成層間絕緣膜422，層間絕緣膜422由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜422上，形成層間絕緣膜424，層間絕緣膜424由氧化硅膜和SiLK膜(或SOG膜)的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜422和層間絕緣膜424內(nèi)，形成布線層426，布線層426由銅膜和鉭膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中通路區(qū)嵌入層間絕緣膜422，而布線區(qū)嵌入層間絕緣膜424。
在嵌有布線層426的層間絕緣膜424上，形成層間絕緣膜428，層間絕緣膜428由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜428上，形成層間絕緣膜430，層間絕緣膜430由氧化硅膜和SiLK膜(或SOG膜)的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜428和層間絕緣膜430內(nèi)，形成布線層432，布線層432由銅膜和鉭膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中通路區(qū)嵌入層間絕緣膜428，而布線區(qū)嵌入層間絕緣膜430。
在嵌有布線層432的層間絕緣膜430上，形成層間絕緣膜434，層間絕緣膜434由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜434上，形成層間絕緣膜436，層間絕緣膜436由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜434和層間絕緣膜436內(nèi)，形成布線層438，布線層438由銅膜和鉭膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中通路區(qū)嵌入層間絕緣膜434，而布線區(qū)嵌入層間絕緣膜436。
在嵌有布線層438的層間絕緣膜436上，形成層間絕緣膜440，層間絕緣膜440由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜440上，形成層間絕緣膜442，層間絕緣膜442由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜440和層間絕緣膜442內(nèi)，形成布線層444，布線層444由銅膜和鉭膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中通路區(qū)嵌入層間絕緣膜440，而布線區(qū)嵌入層間絕緣膜442。
在嵌有布線層444的層間絕緣膜442上，形成層間絕緣膜446，層間絕緣膜446由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜446上，形成層間絕緣膜448，層間絕緣膜448由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。在層間絕緣膜446和層間絕緣膜448內(nèi)，形成布線層450，布線層450由銅膜和鉭膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中通路區(qū)嵌入層間絕緣膜446，而布線區(qū)嵌入層間絕緣膜448。
在嵌有布線層450的層間絕緣膜448上，形成層間絕緣膜452，層間絕緣膜452由氧化硅膜和氮化硅膜的疊層構(gòu)成。層間絕緣膜452嵌有接觸塞454，接觸塞454由鎢膜和氮化鈦膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
在嵌有接觸塞454的層間絕緣膜452上，形成布線層456，布線層456由氮化鈦膜、鋁膜和氮化鈦膜的疊層構(gòu)成。
在形成有布線層456的層間絕緣膜452上，形成覆蓋膜458，覆蓋膜458由氮化硅膜和氧化硅膜的疊層構(gòu)成。
因此，制成具有由7層銅布線和單層鋁布線構(gòu)成的多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
舉例說來，在夾在接觸塞454與布線層456之間的分層區(qū)中，可形成實(shí)施例中所述的MIM結(jié)構(gòu)，其中下電極為由鎢膜和氮化鈦膜的疊置結(jié)構(gòu)構(gòu)成的接觸塞454，而上電極為由氮化鈦膜、鋁膜和氮化鈦膜的疊層構(gòu)成的布線層456。因此，可以在相對(duì)硅襯底400盡可能高的分層上形成MIM結(jié)構(gòu)，從而能夠以降低寄生電容并實(shí)現(xiàn)元件(器件)加速的方式構(gòu)成MIM結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括第一布線層，形成于半導(dǎo)體襯底上；層間絕緣膜，形成于該第一布線層上；孔，形成于該層間絕緣膜中并在該層間絕緣膜的上表面具有開口；第一金屬層，覆蓋該孔的內(nèi)表面；第二金屬層，嵌入覆蓋有第一金屬層的孔；電介質(zhì)絕緣膜，形成于該第一金屬層上；以及第二布線層，形成于該電介質(zhì)絕緣膜上，其中，嵌入具有下電極和上電極的電容器，該下電極包括覆蓋孔的內(nèi)壁表面的第一金屬層，而該上電極包括該第二布線層的面向該下電極的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該第一金屬層位于該層間絕緣膜與該電介質(zhì)絕緣膜之間，并從該孔的內(nèi)壁表面經(jīng)由該開口延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中第三金屬層形成在如此延伸的第一金屬層上，并且該第三金屬層構(gòu)成該下電極的至少一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中第三金屬層形成在該層間絕緣膜上，該第三金屬層連接至該第一金屬層或第二金屬層，并且該第三金屬層構(gòu)成該下電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該孔形成在該層間絕緣膜上的平面區(qū)域中，并與該上電極為面對(duì)面關(guān)系，在該平面區(qū)域上方該上電極向該襯底的下層突出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該孔形成在該層間絕緣膜上的平面區(qū)域的外部區(qū)域中，在該平面區(qū)域上該上電極向該襯底的下層突出，并且該第一金屬層從該平面區(qū)域延伸至形成有該孔的外部區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中該孔形成在該層間絕緣膜上的平面區(qū)域的外部區(qū)域中，在該平面區(qū)域上該上電極向該襯底的下層突出，并且該第三金屬層從該平面區(qū)域延伸至形成有該孔的外部區(qū)域。
8.一種半導(dǎo)體器件，包括第一布線層，形成于半導(dǎo)體襯底上；層間絕緣膜，形成于該第一布線層上；孔，形成于該層間絕緣膜中并在該層間絕緣膜的上表面具有開口；第一金屬層，覆蓋該孔的內(nèi)表面；第二金屬層，嵌入覆蓋有該第一金屬層的孔；第三金屬層，形成于該層間絕緣膜上，并連接至該第一金屬層和第二金屬層；電介質(zhì)絕緣膜，形成于該第三金屬層上；以及第二布線層，形成于該電介質(zhì)絕緣膜上，其中，嵌入具有下電極和上電極的電容器，該下電極包括該第三金屬層，而該上電極包括該第二布線層的面向該下電極的區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中該第一布線層為鑲嵌布線層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中在形成該孔的過程中形成作為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的臺(tái)階部分，該對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記用于使該孔的上層與包括該孔的層重疊，并且在該臺(tái)階部分的上層形成該臺(tái)階部分的殘留物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中在該上電極基本向下層突出的平面區(qū)域內(nèi)包括該電介質(zhì)絕緣膜的平面區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中設(shè)置于該下電極下層上的孔的剖面為槽形，該槽形在第一方向的寬度大于在第二方向的寬度，該第二方向基本垂直于該第一方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中包括在該第一布線層中的布線形成于該第一布線層的平面區(qū)域中，在該平面區(qū)域上該上電極向下層突出。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中包括在該第一布線層中的布線形成于該第一布線層的平面區(qū)域的外部區(qū)域中，在該平面區(qū)域上該上電極向下層突出。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中該第二布線層是該半導(dǎo)體器件的布線層中位于最上層的布線層，而該第一布線層是該半導(dǎo)體器件中位于該第二布線層下層的布線層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，還包括焊盤部分，能夠連接引線，該引線將該第一布線層和第二布線層連接至該半導(dǎo)體器件的外部區(qū)域，其中，該上電極基本由與形成該焊盤部分的相同材料形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，還包括該第二布線層上的覆蓋結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中該上電極的側(cè)邊表面與該電介質(zhì)絕緣膜的側(cè)邊表面構(gòu)成基本垂直于該下電極的平面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的半導(dǎo)體器件，其中該電介質(zhì)絕緣膜具有多個(gè)疊置電介質(zhì)膜，各疊置電介質(zhì)膜呈現(xiàn)不同的特性。
20.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成第一布線層；在該第一布線層上形成層間絕緣膜；形成孔，該孔在該層間絕緣膜的上表面具有開口；用第一金屬層覆蓋該孔的內(nèi)表面；將第二金屬層嵌入覆蓋有第一金屬層的孔；在該第一金屬層上形成電介質(zhì)絕緣膜；以及在該電介質(zhì)絕緣膜上形成第二布線層，其中，覆蓋該孔的內(nèi)壁表面的第一金屬層構(gòu)成該電介質(zhì)絕緣膜下層的下電極的至少一部分，該第二布線層面向該下電極的區(qū)域構(gòu)成該電介質(zhì)絕緣膜上層的上電極，以及嵌入具有該下電極、該電介質(zhì)絕緣膜和該上電極的電容器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中該電介質(zhì)絕緣膜形成步驟包括以下步驟形成第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成第二絕緣層；在該第二絕緣層上形成抗蝕圖；利用該抗蝕圖作為掩模，在該第二絕緣層上形成圖案；除去該抗蝕圖；以及利用該第二絕緣層上形成的圖案作為掩模，在該第一絕緣層上形成圖案；其中，在形成該第一絕緣層的圖案的過程中或在形成該第一絕緣膜的圖案之后，去除該第二絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，在該半導(dǎo)體器件中，襯底設(shè)置有第一布線層111、第一布線層111上的層間絕緣膜132、形成于層間絕緣膜中的孔112A、覆蓋孔112A的第一金屬層112、形成于孔112A內(nèi)的第二金屬層113、第一金屬層112上的電介質(zhì)絕緣膜135、以及電介質(zhì)絕緣膜135上的第二布線層114－116，其中，第一金屬層112構(gòu)成下電極的至少一部分，第二布線層114－116面向下電極的區(qū)域構(gòu)成上電極，并由下電極、電介質(zhì)絕緣膜135和上電極P1構(gòu)成電容器160。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1941371SQ20061001988
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者渡邊健一 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社