專利名稱：金屬－絕緣體－金屬電容結(jié)構(gòu)及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal，以下簡稱為MIM)電容結(jié)構(gòu)，尤指一種具有高電容量密度的MIM電容結(jié)構(gòu)及其制法。
背景技術(shù)：
電容元件常用于如射頻IC(radio frequency integrated circuits，RFIC)或單片微波IC(monolithic microwave integrated circuits，MMIC)等集成電路中做為電子無源元件。常見的電容結(jié)構(gòu)如金氧半導(dǎo)體(MOS)電容、P-N接面電容以及MIM電容。其中，MIM電容在某些應(yīng)用中可提供較優(yōu)于MOS電容及P-N接面電容的電性，這是由于MOS電容及P-N接面電容皆會受限于其本身結(jié)構(gòu)的問題，操作時半導(dǎo)體電極產(chǎn)生空穴層(depletion layer)，導(dǎo)致其頻率特性被限制。相較之下，MIM電容可以提供較佳的頻率及溫度相關(guān)特性(frequency and temperature characteristics)。此外，MIM電容可在金屬內(nèi)連線階段形成，也降低了與CMOS前段制程整合的困難度或復(fù)雜度。
結(jié)構(gòu)上，MIM電容包括一電容絕緣層，例如PECVD介電層，其是設(shè)置在下電極以及上電極之間。MIM電容往往需要占據(jù)芯片相當(dāng)大的面積。而為了達(dá)到增加電路集成度以降低成本，MIM電容必須朝高電容量密度(capacitancedensity)發(fā)展，才能增加電路密度。一種過去的方法是以降低PECVD介電層厚度(td)來達(dá)到增加電容量密度(ε0k/td)。然而，這種方法效果有限。這是由于降低介電層厚度(td)反而產(chǎn)生新的問題，例如高漏電流以及較差的RFtangent(射頻正切)系數(shù)損失。
另一種增加MIM電容的電容量密度的方法是采用高介電常數(shù)電容介電層。例如，美國專利第6232197號揭露一種改善邏輯電路中混合模式(mixed mode)電容的MIM電容及其作法。其中，電容下電極為多晶硅化金屬(polycide)，電容上電極則為金屬。電容介電層可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(SiON)、或氧化鉭(tantalum oxide)。其中氧化硅、氮化硅、氮氧化硅可以低壓化學(xué)氣相沉積法(Iow-pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、等離子加強化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、或高密度等離子化學(xué)氣相沉積法(high-density plasma CVD，HDPCVD)形成。電容介電層的厚度約介于100至500埃(angstrom)之間。
美國專利第6459117號揭露一種具有高品質(zhì)因數(shù)(Q fator)的MIM電容，其電容介電層是采用氮氧化硅(SiON)。相較于氧化硅，氮氧化硅具有相對較高的介電常數(shù)。美國專利第6468858號揭露一種形成MIM電容結(jié)構(gòu)的方法，其利用白金(platinum)作為電容上、下電極的材料，并以高介電常數(shù)材料，如Ta2O5、及BaTiO3作為電容介電層。Ta2O5及BaTiO3皆是利用化學(xué)氣相沉積法沉積至約50至200埃左右的厚度。
然而，前述以改變電容材質(zhì)為手段的習(xí)知作法成本較高。因此，目前業(yè)界仍然需要一種可以節(jié)省成本，且同時可以達(dá)到增加MIM電容的電容量密度的新的MIM電容結(jié)構(gòu)及其制法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種改良的MIM電容結(jié)構(gòu)及其制作方法，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可將單位電容值增大一倍的MIM電容結(jié)構(gòu)及其制作方法。
本發(fā)明的上述目的是由如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
一種金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是包含有一第一金屬層；一第一電容介電層，設(shè)于該第一金屬層上；
一第二金屬層，疊設(shè)于該第一電容介電層上，其中該第一金屬層、該第一電容介電層及該第二金屬層構(gòu)成一下電容結(jié)構(gòu)；一第二電容介電層，設(shè)于該第二金屬層上；以及一第三金屬層，疊設(shè)于該第二電容介電層上，其中該第二金屬層、該第二電容介電層及該第三金屬層構(gòu)成一上電容結(jié)構(gòu)；其中該第一金屬層及該第三金屬層電連接該MIM電容的第一電容端點，而該第二金屬層則電連接該MIM電容的第二電容端點。
所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層的面積小于該第一金屬層的面積。
所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第三金屬層的面積小于該第二金屬層的面積。
所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第一電容介電層是為PECVD介電層。
所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二電容介電層是為PECVD介電層。
所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層的厚度小于該第一金屬層的厚度。
所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層的厚度約為1000埃。
所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層包含有鈦金屬。
本發(fā)明還提供一種制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是包含有提供一基底；于該基底上依序形成一第一金屬層、第一電容介電層、第二金屬層、第二電容介電層、第三金屬層以及頂蓋層蝕刻該頂蓋層、該第三金屬層、該第二電容介電層、該第二金屬層以及該第一電容介電層直到暴露出該第一金屬層，藉此形成一由該第三金屬層、該第二電容介電層與該第二金屬層所構(gòu)成的上電容結(jié)構(gòu)；以一光阻覆蓋部分的該上電容結(jié)構(gòu)，且該光阻定義出該第一金屬層即將形成一下電容結(jié)構(gòu)的電極板形狀圖案；蝕刻未被該光阻覆蓋的該第一金屬層以及該頂蓋層、該第三金屬層與該第二電容介電層；以及去除該光阻。
所述的制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是該第二金屬層的厚度小于該第一金屬層的厚度。
所述的制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是該第二金屬層的厚度約為1000埃，該第一金屬層的厚度約為5000埃。
所述的制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是該第一、第二電容介電層皆為PECVD介電層。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明所提供的金屬-絕緣體-金屬電容結(jié)構(gòu)及其制法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有節(jié)省成本，增加MIM電容的電容量密度的優(yōu)點。
為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖。然而附圖僅供參考與輔助說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1為本發(fā)明較佳實施例MIM電容結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2至圖11以剖面示意本發(fā)明制作圖1中MIM電容結(jié)構(gòu)的方法。
具體實施例方式
請參閱圖1，圖1為本發(fā)明較佳實施例MIM電容結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。本發(fā)明MIM電容結(jié)構(gòu)10包含有一第一金屬層12，根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，第一金屬層12可以為金屬內(nèi)連線的第三層金屬線(Metal 3)或第四層金屬(Metal4)，但不限于此，且第一金屬層12可設(shè)于一底層100上，例如金屬層間介電層(inter-metal dielectric，IMD)。第二金屬層14設(shè)于第一金屬層12上方，并藉由一第一電容介電層13與第一金屬層12電性絕緣。第三金屬層16設(shè)于第二金屬層14上方，并藉由一第二電容介電層15與第二金屬層14電性絕緣。第三金屬層16上則覆有一頂蓋層(cap layer)22，其可為氮化硅或氧化硅所構(gòu)成。上述MIM電容結(jié)構(gòu)10是設(shè)于一沉積于底層100上的金屬層間介電層120中。上述MIM電容結(jié)構(gòu)10的第一金屬層12、第一電容介電層13與第二金屬層14構(gòu)成一第一電容(C1)，而第二金屬層14、第二電容介電層15與第三金屬層16則構(gòu)成一第二電容(C2)。上述MIM電容結(jié)構(gòu)10的第一金屬層12是經(jīng)由一穿過金屬層間介電層120的金屬導(dǎo)孔(via)31與第一端點線路(firstterminal)42電連接，第二金屬層14是經(jīng)由一穿過金屬層間介電層120的金屬導(dǎo)孔(via)32與第二端點線路(second terminal)44電連接，而第三金屬層16則經(jīng)由一穿過金屬層間介電層120以及設(shè)于第三金屬層16上的頂蓋層(cap layer)22的金屬導(dǎo)孔(via)33與第一端點線路(first terminal)42電連接。換言之，在本發(fā)明中，第一金屬層12與第三金屬層16是為電性相連，形成第一金屬層12與第三金屬層16上下將第二金屬層14夾住的類似三明治構(gòu)造。
請參閱圖2至圖11，本發(fā)明同時提供制作圖1中MIM電容結(jié)構(gòu)的方法。首先，如圖2所示，提供一基底(圖未示)，其上具有一底層100，例如金屬層間介電層(inter-metal dielectric，IMD)。接著，于底層100表面上依序形成第一金屬層12、第一電容介電層13、第二金屬層14、第二電容介電層15、第三金屬層16以及頂蓋層22。本發(fā)明較佳實施例，第一金屬層12是金屬內(nèi)連線的第三層金屬線(Metal 3)，其厚度約為5000埃，但習(xí)知該項技藝者應(yīng)理解本發(fā)明不限于此。第二金屬層14及第三金屬層16厚度可以約為1000埃的鈦/氮化鈦(Ti/TiN)合金等金屬所構(gòu)成，但不限于此。頂蓋層22根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例為氮化硅所構(gòu)成，但在其它實施例中，氧化硅亦可以使用。根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，第一電容介電層13與第二電容介電層15為PECVD介電層。在其它實施例中，第一電容介電層13與第二電容介電層15亦可為其它適當(dāng)?shù)碾娙萁殡姴牧纤鶚?gòu)成。
如圖3所示，接著利用黃光與蝕刻制程，將第一電容介電層13、第二金屬層14、第二電容介電層15、第三金屬層16以及頂蓋層22所構(gòu)成的堆疊膜結(jié)構(gòu)蝕刻定義成所要的上電容結(jié)構(gòu)50。蝕刻在蝕穿第一電容介電層13后即停止于第一金屬層12上。
如圖4所示，接著于第一電容介電層13、第二金屬層14、第二電容介電層15、第三金屬層16以及頂蓋層22所構(gòu)成的上電容結(jié)構(gòu)50上以及第一金屬層12上形成一光阻層，并進(jìn)行曝光顯影，形成光阻遮罩60a以及60b，其中光阻遮罩60a是用以定義第一金屬層12的圖案及大小，其并且覆蓋部分的上電容結(jié)構(gòu)50，如圖5所示，圖5顯示圖4中的光阻遮罩60a形狀以及其與上電容結(jié)構(gòu)50(圖5僅標(biāo)示最上層的頂蓋層22)的重疊情形。光阻遮罩60b則定義第三層金屬(metal 3)的其它電路。
如圖6所示，接著以光阻遮罩60a以及60b為蝕刻遮罩，進(jìn)行一金屬蝕刻制程，將未被光阻遮罩60a以及60b所遮蔽的第一金屬層12蝕刻掉，形成下電容結(jié)構(gòu)70以及導(dǎo)線210，其中下電容結(jié)構(gòu)70與先前形成的上電容結(jié)構(gòu)50構(gòu)成一三明治堆疊的電容結(jié)構(gòu)10。請參閱圖7，圖7為圖6中的電容結(jié)構(gòu)10旋轉(zhuǎn)九十度所呈現(xiàn)的立面示意圖。如圖7所示，未被光阻遮罩60a所遮蔽的部分上電容結(jié)構(gòu)50同樣在上述定義金屬導(dǎo)線的蝕刻制程中，利用第三金屬層16以及頂蓋層22作為蝕刻緩沖層，被蝕刻至第二電容介電層15，使第二金屬層14的面積小于該第一金屬層12的面積，第三金屬層16的面積小于該第二金屬層14的面積。在其它實施例中，蝕刻可以蝕穿第二電容介電層15而蝕刻至第二金屬層14。
如圖8以及圖9所示，其中圖9為圖8中的電容結(jié)構(gòu)10旋轉(zhuǎn)九十度所呈現(xiàn)的立面示意圖，接著于電容結(jié)構(gòu)10以及導(dǎo)線210上以CVD沉積金屬層間介電層120，然后于金屬層間介電層120內(nèi)形成多個金屬導(dǎo)孔31、32、33及310，其中金屬導(dǎo)孔31電連接第一金屬層12，金屬導(dǎo)孔32電連接第二金屬層14，金屬導(dǎo)孔33穿過頂蓋層22電連接第三金屬層16，而金屬導(dǎo)孔310電連接導(dǎo)線210。
最后，如圖10及圖11所示，其中圖11同樣為圖10中的電容結(jié)構(gòu)10旋轉(zhuǎn)九十度所呈現(xiàn)的立面示意圖，接著于金屬層間介電層120進(jìn)行第四層金屬(Metal 4)的定義，以于電容結(jié)構(gòu)10上方形成第一端點導(dǎo)體42以及第二端點導(dǎo)體44，并于金屬導(dǎo)孔310形成導(dǎo)線410，其電連接導(dǎo)線210。電容結(jié)構(gòu)10的第一金屬層12以及第三金屬層16是分別通過金屬導(dǎo)孔31以及33與第一端點導(dǎo)體42電連接，電容結(jié)構(gòu)10的第二金屬層14則通過金屬導(dǎo)孔32與第二端點導(dǎo)體44電連接。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是包含有一第一金屬層；一第一電容介電層，設(shè)于該第一金屬層上；一第二金屬層，疊設(shè)于該第一電容介電層上，其中該第一金屬層、該第一電容介電層及該第二金屬層構(gòu)成一下電容結(jié)構(gòu)；一第二電容介電層，設(shè)于該第二金屬層上；以及一第三金屬層，疊設(shè)于該第二電容介電層上，其中該第二金屬層、該第二電容介電層及該第三金屬層構(gòu)成一上電容結(jié)構(gòu)；其中該第一金屬層及該第三金屬層電連接該MIM電容的第一電容端點，而該第二金屬層則電連接該MIM電容的第二電容端點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層的面積小于該第一金屬層的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第三金屬層的面積小于該第二金屬層的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第一電容介電層是為PECVD介電層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二電容介電層是為PECVD介電層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層的厚度小于該第一金屬層的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層的厚度約為1000埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬-絕緣體-金屬電容，其特征是該第二金屬層包含有鈦金屬。
9.一種制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是包含有提供一基底；于該基底上依序形成一第一金屬層、第一電容介電層、第二金屬層、第二電容介電層、第三金屬層以及頂蓋層蝕刻該頂蓋層、該第三金屬層、該第二電容介電層、該第二金屬層以及該第一電容介電層直到暴露出該第一金屬層，藉此形成一由該第三金屬層、該第二電容介電層與該第二金屬層所構(gòu)成的上電容結(jié)構(gòu)；以一光阻覆蓋部分的該上電容結(jié)構(gòu)，且該光阻定義出該第一金屬層即將形成一下電容結(jié)構(gòu)的電極板形狀圖案；蝕刻未被該光阻覆蓋的該第一金屬層以及該頂蓋層、該第三金屬層與該第二電容介電層；以及去除該光阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是該第二金屬層的厚度小于該第一金屬層的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是該第二金屬層的厚度約為1000埃，該第一金屬層的厚度約為5000埃。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作金屬-絕緣體-金屬電容的方法，其特征是該第一、第二電容介電層皆為PECVD介電層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬－絕緣體－金屬(MIM)電容，包含有一第一金屬層；一第一電容介電層，設(shè)于該第一金屬層上；一第二金屬層，疊設(shè)于該第一電容介電層上，其中該第一金屬層、該第一電容介電層及該第二金屬層構(gòu)成一下電容結(jié)構(gòu)；一第二電容介電層，設(shè)于該第二金屬層上；以及一第三金屬層，疊設(shè)于該第二電容介電層上，其中該第二金屬層、該第二電容介電層及該第三金屬層構(gòu)成一上電容結(jié)構(gòu)；其中該第一金屬層及該第三金屬層電連接該MIM電容的第一電容端點，而該第二金屬層則電連接該MIM電容的第二電容端點。
文檔編號H01L27/10GK1624831SQ200310117088
公開日2005年6月8日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者高境鴻 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司