專利名稱：電容結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制作方法，特別是涉及一種電容結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體元件集成度的增加，元件的尺寸逐漸縮小，相對(duì)地使作為電容器的空間愈來愈小，也因此降低了電容器的電容值。而在進(jìn)入深次微米(deep sub-micron)的工藝后，電容器的電容值降低的問題即更為嚴(yán)重。
一般來說，電容器主要可分為三種金屬-絕緣層-金屬(metal-insulator-meta，MIM)電容器、金屬線-金屬線(metal-line to metal-line，MOM)電容器以及金屬-絕緣層-多晶硅(metal-insulator-silicon，MIS)電容器。其中，金屬-絕緣層-金屬電容器與金屬線-金屬線電容器在深次微米IC中的使用相當(dāng)普遍，然而其單位面積電容值卻偏低在集成電路的設(shè)計(jì)中，為了提高集成電路電容器的電容值，有三種較為有效的方法第一，減低電極之間介電膜層的厚度；然而，此方法較難以控制所形成的介電膜層的均勻度及穩(wěn)定度。第二，增加電極的表面積；然而，由于其工藝十分繁瑣，會(huì)造成量產(chǎn)的困難。第三，采用高介電常數(shù)(high-k)的介電材料使用高介電常數(shù)的材料；然而，使用高介電常數(shù)的材料雖然可以得到高的電容密度，但是卻會(huì)有嚴(yán)重的可靠度問題發(fā)生。
圖1A至圖1C為現(xiàn)有金屬-絕緣層-金屬電容結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供基底100?；?00具有電容區(qū)101與導(dǎo)線區(qū)103。導(dǎo)線區(qū)103的基底100中已形成有導(dǎo)線102。導(dǎo)線102的材料例如為金屬。接著，于電容區(qū)101的基底100上依序形成金屬層104、絕緣層106與金屬層108。金屬層104、108的材料例如為鋁。絕緣層106的材料例如為氧化硅。
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，進(jìn)行第一次的光刻工藝與蝕刻工藝，移除部分金屬層108與絕緣層106，以定義出上電極108a與絕緣層106a。隨后，進(jìn)行第二次的光刻工藝與蝕刻工藝，移除部分金屬層104，定義出下電極104a以完成電容器10的制作。
之后，進(jìn)行一般熟知的內(nèi)連線工藝。請(qǐng)參照?qǐng)D1C，于基底100上形成介電層110。介電層110的材料例如為氧化硅。然后，進(jìn)行第三次的光刻工藝與蝕刻工藝，以于介電層110中形成接觸窗開口112、114、116。隨后，于接觸窗開口112、114、116中填入金屬材料，以形成接觸窗插塞112a、114a、116a。接觸窗插塞112a連接上電極108a。接觸窗插塞114a連接下電極104a。接觸窗插塞116a連接導(dǎo)線102。
在上述的制作過程中，由于定義上電極108a、下電極104a以及形成接觸窗開口112、114、116時(shí)，需要進(jìn)行三次的光刻工藝與蝕刻工藝，也就是說，必須使用三道光掩模，因而增加了工藝的成本，且使得工藝較為復(fù)雜。
此外，在進(jìn)行內(nèi)連線工藝時(shí)，由于接觸窗插塞112a、114a、116a分別與上電極108a、下電極104a以及導(dǎo)線102連接，使得接觸窗開口112、114、116必須具有不同的深度。因此，在進(jìn)行蝕刻工藝時(shí)，需要同時(shí)兼顧接觸窗開口116的深度是否足夠以及觸窗開口112、114的深度是否過深而使電極受到損害，導(dǎo)致第三次的蝕刻工藝難以控制。
另外，假如需要增加電容器10的電容值，則必須要增加上電極108a、絕緣層106a與下電極104a的面積，而無法達(dá)到縮小元件尺寸以增加積集度的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供一種電容結(jié)構(gòu)，其具有較高的單位面積電容值。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電容結(jié)構(gòu)制作方法，可以省去制作下電極時(shí)所使用的光掩模。
本發(fā)明提出一種電容結(jié)構(gòu)，包括一基底、一第一金屬層、一蝕刻終止層、一連接層、一第二金屬層與一絕緣層。第一金屬層配置于基底中。蝕刻終止層配置于基底上，其中蝕刻終止層具有一開口，此開口暴露出部分第一金屬層。連接層配置于開口與部分蝕刻終止層的表面。第二金屬層配置于連接層上。絕緣層配置于第二金屬層與連接層之間。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)，上述的蝕刻終止層例如為氧化硅層、氮化硅層或由氧化硅層與氮化硅層所組成的復(fù)合層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)，上述的連接層的材料例如為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述電容結(jié)構(gòu)，上述的絕緣層的材料例如為氧化硅、氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)，上述的第一金屬層的材料例如為銅。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)，上述的第二金屬層的材料例如為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
本發(fā)明另提出一種電容結(jié)構(gòu)的制作方法，首先，提供一基底，此基底中已形成有第一金屬層。接著，于基底上形成蝕刻終止層。然后，于蝕刻終止層中形成開口，暴露出部分第一金屬層。隨后，于開口與蝕刻終止層的表面上形成連接層。繼之，于連接層上形成絕緣層。而后，于絕緣層上形成第二金屬層。之后，移除開口外的部分第二金屬層、絕緣層與連接層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述移除開口外的部分第二金屬層、絕緣層與連接層的方法例如是先于基底上形成圖案化光致抗蝕劑層，此圖案化光致抗蝕劑層覆蓋開口與開口外的部分第二金屬層。然后，以圖案化光致抗蝕劑層為掩模，進(jìn)行蝕刻工藝，移除部分第二金屬層、絕緣層與連接層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述的蝕刻終止層例如為氧化硅層、氮化硅層或由氧化硅層與氮化硅層所組成的復(fù)合層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述的連接層的材料例如為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述的絕緣層的材料例如為氧化硅、氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述的第一金屬層的材料例如為銅。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述的第二金屬層的材料例如為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述在移除開口外的部分第二金屬層、絕緣層與連接層之后，更可以于基底上形成介電層，以及于介電層中形成第一接觸窗插塞與第二接觸窗插塞，其中第一接觸窗插塞與第一金屬層連接，而第二接觸窗插塞與第二金屬層連接。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述在形成第二金屬層之后以及在移除開口外的部分第二金屬層、絕緣層與連接層之前，更可以于第二金屬層上形成保護(hù)層，再移除開口外的部分保護(hù)層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，上述的保護(hù)層的材料例如為氮化硅或氮氧化硅。
在本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)中，利用配置于開口與部分蝕刻終止層的表面的連接層，可以將基底中的金屬層延伸出基底表面并與連接層組成下電極，而不需要于基底上另外配置下電極。而且，由于下電極的工藝可與一般內(nèi)連線工藝整合，且在蝕刻終止層中形成開口的工藝可與一般對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的工藝整合，因此在制作本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)時(shí)，可以省去現(xiàn)有專用以制作下電極的一道光掩模，從而降低了生產(chǎn)成本并簡(jiǎn)化了工藝。
此外，將連接層配置于開口側(cè)壁上，還可以增加電容器單位橫向面積(unit lateral area)的電容值，而不需要增加上、下電極的面積來增加電容值，以達(dá)到提高積集度的目的。
另外，在本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)的制作過程中，可以利用氧化硅層與位于氧化硅層下方的氮化硅層所組成的復(fù)合層來作為蝕刻終止層，可以在利用蝕刻工藝定義電容器時(shí)，使蝕刻工藝更容易控制，而不會(huì)傷害到基底或基底中的金屬層。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實(shí)施例，以更詳細(xì)地說明本發(fā)明。


圖1A至圖1C為現(xiàn)有電容結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。
圖2A至圖2D為依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的電容結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。
圖3為依照本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的電容結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說明10、20電容器100、200基底101電容區(qū)
102導(dǎo)線103導(dǎo)線區(qū)104、108、202、212、212a金屬層104a下電極106、106a、210、210a絕緣層108a上電極110、218介電層112、114、116、220a、222a接觸窗開口112a、114a、116a、220、222、224接觸窗插塞204蝕刻終止層204a、204a’氧化硅層204b氮化硅層206開口208、208a連接層214、214a保護(hù)層216圖案化光致抗蝕劑層226導(dǎo)線具體實(shí)施方式
圖2A至圖2D為依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的電容結(jié)構(gòu)的制作流程剖面圖。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供基底200?；?00中已形成有金屬層202與一般半導(dǎo)體元件(未繪示)，其中金屬層202是本實(shí)施例的電容器的下電極的一部分，此點(diǎn)將于稍后說明。金屬層202的材料例如為銅。接著，于基底200上形成蝕刻終止層204。蝕刻終止層204例如是由氧化硅層204a與位于其下方的氮化硅層204b所組成的復(fù)合層，形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。此外，在另一實(shí)施例中，蝕刻終止層204也可以是氧化硅層或氮化硅層的單一膜層。然后，于蝕刻終止層204中形成開口206，暴露出部分金屬層202。開口206的形成方法例如是先于基底200上形成圖案化光致抗蝕劑層(未繪示)，此圖案化光致抗蝕劑層覆蓋部分金屬層202上方的蝕刻終止層204。然后，以圖案化光致抗蝕劑層為掩模，進(jìn)行蝕刻工藝。之后，再移除圖案化光致抗蝕劑層。特別一提的是，作為電容器下電極的一部分的金屬層202的工藝可與一般金屬鑲嵌(damascene)工藝整合，且形成開口206的工藝可與一般對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(alignment mark)的工藝整合，因此可省去專用以制作下電極的一道光掩模。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，于開口206與蝕刻終止層204的表面上形成連接層208。連接層208的材料例如為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁，形成方法例如為化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。繼之，于連接層208上形成絕緣層210。絕緣層210的材料例如為氧化硅或氮化硅，或是一般常見的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)層，形成方法例如為化學(xué)氣相沉積法。而后，于絕緣層210上形成金屬層212。金屬層212的材料例如為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁，形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2B，在形成金屬層212之后，還可以選擇性地于金屬層212上形成保護(hù)層214。保護(hù)層214的材料例如為氮化硅或氮氧化硅，形成方法例如為化學(xué)氣相沉積法。保護(hù)層214可以在后續(xù)的內(nèi)連線工藝中，于形成接觸窗開口時(shí)，避免下方的膜層受到損害。之后，于基底200上形成圖案化光致抗蝕劑層216。圖案化光致抗蝕劑層216覆蓋開口206以及開口206旁邊部分的金屬層212，也就是預(yù)定形成電容器的上電極的區(qū)域。
接下來，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，以圖案化光致抗蝕劑層216為掩模，進(jìn)行蝕刻工藝，移除開口206外的部分保護(hù)層214、金屬層212、絕緣層210、連接層208與氧化硅層204a，形成保護(hù)層214a、金屬層212a、絕緣層210a、連接層208a與氧化硅層204a’，并定義出電容器20。隨后，移除圖案化光致抗蝕劑層216。值得一提的是，由于連接層208a與金屬層202電連接，因此在本實(shí)施例中，電容器20的下電極即為連接層208a與金屬層202，而上電極為金屬層212a。
此外，在本實(shí)施例中，蝕刻終止層204是由氧化硅層204a與位于其下方的氮化硅層204b所組成，且氧化硅層204a對(duì)氮化硅層204b具有較高的蝕刻選擇比，因此在定義電容器20的過程中，可以很容易地控制蝕刻工藝至氮化硅層204b即停止，避免蝕刻至基底200與金屬層202。
之后，進(jìn)行一般熟知的內(nèi)連線工藝。請(qǐng)參照?qǐng)D2D，于基底200上形成介電層218。介電層218的材料例如為氧化硅，形成方法例如為化學(xué)氣相沉積法。然后，于介電層218中形成接觸窗插塞220與接觸窗插塞222，其中接觸窗插塞220與金屬層202連接，而接觸窗插塞222與金屬層212a連接。接觸窗插塞220、222的形成方法例如是先進(jìn)行光刻工藝與蝕刻工藝，以于介電層218中形成接觸窗開口220a、222a。然后，于介電層218上形成一層金屬材料層(未繪示)，并填滿接觸窗開口220a、222a。之后，例如進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，移除介電層218上的金屬材料層。
特別一提的是，由于在金屬層212a上已形成有保護(hù)層214a，因此可以避免因?yàn)榻佑|窗開口220a與接觸窗開口222a的深度不同，而使金屬層212a在蝕刻工藝中受到損害。也就是說，由于介電層218對(duì)保護(hù)層214a具有較高的蝕刻選擇比，因此在進(jìn)行形成深度較深的接觸窗開口220a時(shí)，保護(hù)層214a可以避免過度蝕刻造成接觸窗開口222a的深度過深而傷害到金屬層212a的問題，進(jìn)而使得蝕刻工藝更容易控制。
此外，在進(jìn)行圖2D所述的內(nèi)連線工藝時(shí)，當(dāng)金屬層202下方已具有其它內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，可以直接通過接觸窗插塞224與下方的導(dǎo)線226連接，而不需要另外形成接觸窗插塞220，請(qǐng)參照?qǐng)D3。
以下將以圖2C為例來對(duì)本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)做說明。
請(qǐng)參照?qǐng)D2C，本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)包括基底200、金屬層202、蝕刻終止層204、連接層208a、金屬層212a與絕緣層210a。金屬層202配置于基底200中。蝕刻終止層204配置于基底200上，其中蝕刻終止層204具有開口206。開口206暴露出部分金屬層202。連接層208a配置于開口206與部分蝕刻終止層204的表面。金屬層212a配置于連接層208a上。絕緣層210a配置于金屬層212a與連接層208a之間。由于連接層208a配置于開口206與部分蝕刻終止層204的表面，使得金屬層206可以通過連接層208a而延伸出基底200表面而組成電容器20。也就是說，電容器20包括由連接層208a與金屬層206組成的下電極、絕緣層210a以及上電極212a。
此外，因?yàn)檫B接層208a配置于部分蝕刻終止層204的表面，使得開口206的側(cè)壁也可以具有電容值，進(jìn)而提高了電容器20單位面積的電容值。另一方面，假如需要具有較高電容值的電容器20，只需要將蝕刻終止層204的厚度增加，即增加開口206側(cè)壁的高度，即可增加電容器20的電容值，而不需要增加上、下電極的面積。換句話說，本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)可以通過增加電容器20的厚度來增加電容值，并可使電容器20的面積縮小，達(dá)到提高積集度的目的。
綜上所述，在本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)中，將連接層配置于開口與部分蝕刻終止層的表面，可以使位于基底中的金屬層通過連接層而延伸出基底表面并與連接層組成下電極，而不需要于基底上另外形成下電極。
而且，由于本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)中，作為下電極的一部分的金屬層的工藝可與一般內(nèi)連線工藝整合，且在蝕刻終止層中形成開口的工藝可與一般對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的工藝整合，因此在制作本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)時(shí)，可以省去現(xiàn)有專用以定義下電極的一道光掩模，從而降低了生產(chǎn)成本并簡(jiǎn)化了工藝。
此外，將連接層配置于開口側(cè)壁上，還可以使電容器的單位橫向面積電容值增加，避免了一般電容器必須通過增加上、下電極的面積來增加電容值的問題，以達(dá)到提高積集度的目的。
另外，在本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)的制作過程中，可以利用氧化硅層與位于氧化硅層下方的氮化硅層所組成的復(fù)合層來作為蝕刻終止層，可以在利用蝕刻工藝定義電容器時(shí)，使蝕刻工藝更容易控制，而部會(huì)傷害到基底或基底中的金屬層。
再者，在本發(fā)明的電容結(jié)構(gòu)的制作過程中，于上電極上形成的保護(hù)層可以避免在進(jìn)行后續(xù)的內(nèi)連線工藝時(shí)，因?yàn)楸┞冻鱿码姌O的接觸窗開口的深度大于暴露出上電極的接觸窗開口的深度，而在形成接觸窗開口的過程中損害到上電極。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電容結(jié)構(gòu)，包括基底；第一金屬層，配置于該基底中；蝕刻終止層，配置于該基底上，其中該蝕刻終止層具有開口，該開口暴露出部分該第一金屬層；連接層，配置于該開口與部分該蝕刻終止層的表面；第二金屬層，配置于該連接層上；以及絕緣層，配置于該第二金屬層與該連接層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其中該蝕刻終止層包括氧化硅層、氮化硅層或由氧化硅層與氮化硅層所組成的復(fù)合層。
3.如權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其中該連接層的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
4.如權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其中該絕緣層的材料包括氧化硅、氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其中該第一金屬層的材料包括銅。
6.如權(quán)利要求1所述的電容結(jié)構(gòu)，其中該第二金屬層的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
7.一種電容結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供基底，該基底中已形成有第一金屬層；于該基底上形成蝕刻終止層；于該蝕刻終止層中形成開口，暴露出部分該第一金屬層；于該開口與該蝕刻終止層的表面上形成連接層；于該連接層上形成絕緣層；于該絕緣層上形成第二金屬層；以及移除該開口外的部分該第二金屬層、該絕緣層與該連接層。
8.如權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中移除該開口外的部分該第二金屬層、該絕緣層與該連接層的方法包括于該基底上形成圖案化光致抗蝕劑層，該圖案化光致抗蝕劑層覆蓋該開口與該開口外的部分該第二金屬層；以該圖案化光致抗蝕劑層為掩模，進(jìn)行蝕刻工藝，移除部分該第二金屬層、該絕緣層與該連接層。
9.如權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中該蝕刻終止層包括氧化硅層、氮化硅層或由氧化硅層與氮化硅層所組成的復(fù)合層。
10.如權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中該連接層的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
11.如權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中該絕緣層的材料包括氧化硅、氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅。
12.如權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中該第一金屬層的材料包括銅。
13.如權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中該第二金屬層的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或鋁。
14.如權(quán)利要求7所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中在移除該開口外的部分該第二金屬層、該絕緣層與該連接層之后，還包括于該基底上形成介電層，以及于該介電層中形成第一接觸窗插塞與第二接觸窗插塞，其中該第一接觸窗插塞與該第一金屬層連接，而該第二接觸窗插塞與該第二金屬層連接。
15.如權(quán)利要求14所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中在形成該第二金屬層之后以及在移除該開口外的部分該第二金屬層、該絕緣層與該連接層之前，還包括于該第二金屬層上形成保護(hù)層；以及移除該開口外的部分該保護(hù)層。
16.如權(quán)利要求15所述的電容結(jié)構(gòu)的制作方法，其中該保護(hù)層的材料包括氮化硅或氮氧化硅。
全文摘要
一種電容結(jié)構(gòu)，其包括一基底、一第一金屬層、一蝕刻終止層、一連接層、一第二金屬層與一絕緣層。第一金屬層配置于基底中。蝕刻終止層配置于基底上，其中蝕刻終止層具有一開口，此開口暴露出部分第一金屬層。連接層配置于開口與部分蝕刻終止層的表面。第二金屬層配置于連接層上。絕緣層配置于第二金屬層與連接層之間。
文檔編號(hào)H01L29/92GK101047184SQ20061007151
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者蔡明軒 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司