專利名稱：半導(dǎo)體器件中的電容器及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件中的電容器及其制造方法，尤其涉及一種具有金屬/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)的電容器及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件越來越高度集成，用于形成電容器的空間減小。因此，大量的研究已致力于確?？捎每臻g內(nèi)具有足夠的電容。
電容器的電容由電極的面積、介電層的介電常數(shù)和所述電極之間的距離來確定。因此，為了增加電容，已經(jīng)大量并廣泛地研究了以下方法，即增加電容器的有效面積的方法、降低兩個電極之間的介電層的厚度的方法、以及使用具有高介電常數(shù)的材料代替介電層的方法。
由于高度集成與小型化，增加有效面積的方法會減少其他器件的芯片占用面積。更好的解決方案是通過優(yōu)化成層工藝來增加電容。然而，難以沉積上部膜并且結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，從而導(dǎo)致制造工藝難。此外，當(dāng)介電常數(shù)增加或介電層厚度減小時，漏電流可能增加，且可能由于電學(xué)擊穿等而產(chǎn)生不合格的器件。

發(fā)明內(nèi)容
實施例涉及一種半導(dǎo)體器件中的電容器及其制造方法，尤其涉及一種具有金屬/絕緣體/金屬(MIM)的結(jié)構(gòu)的電容器及其制造方法。
實施例涉及一種電容更大并避免產(chǎn)生不合格器件的電容器。
實施例涉及一種半導(dǎo)體器件中的電容器，其包括襯底；下部電極；其形成于該襯底上方；擴(kuò)散阻擋層，其形成于該下部電極上方；多個團(tuán)塊(agglomerate)，其形成于該擴(kuò)散阻擋層上方；介電層，其沿著所述團(tuán)塊的表面形成以由此形成不平坦的表面；以及上部電極，其形成于該介電層上方。
所述團(tuán)塊可包括低熔點金屬，該低熔點金屬可為Sn或Zn。
該介電層可包括選自Si3N4、SiO2、Ta2O5、TiO2、PZT、PLZT和BaTiO3中的至少一種。
該擴(kuò)散阻擋層可包括Ru或RuO2。
所述團(tuán)塊可呈球形形狀，所有團(tuán)塊的投影面積可占該擴(kuò)散阻擋層面積的50％至60％。
實施例涉及一種半導(dǎo)體器件中的電容器的制造方法，其包括在襯底上形成第一金屬膜；在該第一金屬膜上方形成第二金屬膜；在該第二金屬膜上方形成低熔點金屬膜；熱處理該低熔點金屬膜以形成球形團(tuán)塊；在所述團(tuán)塊上形成介電膜；在該介電膜上形成第三金屬膜；以及蝕刻該第三金屬膜、該介電膜、所述團(tuán)塊、氧化膜和該第一金屬膜。
該第二金屬膜可由Ru形成。
在形成該第二金屬膜之后，該方法還可包括氧化該第二金屬膜，且可在N2O或O2氣體的氣氛中在300℃至400℃下通過熱處理來進(jìn)行此類氧化。
該低熔點金屬膜可由Zn或Sn形成。
通過原子層沉積等可形成該低熔點金屬膜。
所述熱處理可在惰性氣體氣氛中在等于或低于200℃的溫度下進(jìn)行。
同樣，該惰性氣體可包括選自Ar、He、Ne、Kr、Xe和Rn中的至少一種。
該介電膜可形成為約100的厚度。


圖1示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件中電容器的剖視圖；以及圖2至圖4依次示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖視圖。
具體實施例方式
在附圖中，將厚度放大以清楚地描述多個層和區(qū)域，其中附圖中出現(xiàn)的相同部件由相同的附圖標(biāo)記表示。
圖1示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件中電容器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
如圖1所示，電容器114包括下部電極102、擴(kuò)散阻擋層104、團(tuán)塊106、介電層108和上部電極110。
具體地，如圖所示，下部電極102形成于襯底100上。
襯底包括半導(dǎo)體元件(未示出)和/或可電連接至所述半導(dǎo)體元件的金屬導(dǎo)線等。下部電極102也可電連接至襯底上的所述半導(dǎo)體元件和/或金屬元件。下部電極102可由包含W、Al或Ti的單層形成，或者由包含TiN或TaN的多層或子層形成。
擴(kuò)散阻擋層104形成于下部電極102上方，多個團(tuán)塊106形成于擴(kuò)散阻擋層104上方。
擴(kuò)散阻擋層104用于阻止位于該擴(kuò)散阻擋層104上方的金屬原子擴(kuò)散到下部膜中，或者用于阻止位于擴(kuò)散阻擋層104下方的金屬原子擴(kuò)散到上部膜中。這種擴(kuò)散阻擋層104由Ru或RuO2形成，厚度為10至1000。
團(tuán)塊106可形成為球形形狀以增加團(tuán)塊106上方的膜的表面積。低熔點金屬例如Zn或Ru聚集而形成團(tuán)塊106。此外，團(tuán)塊106可以均勻地或不均勻地分布于擴(kuò)散阻擋層104上方。所有團(tuán)塊106的投影面積占擴(kuò)散阻擋層104面積的40％至60％。
介電層108和上部電極110在團(tuán)塊106上成層。由于團(tuán)塊為球形，所以形成于團(tuán)塊表面上的介電層108的表面積增加。而且，介電層108由于團(tuán)塊106而具有不平坦的表面，且其平均厚度可為例如約100。
介電層108可由包含Si3N4、SiO2、Ta2O5、TiO2、PZT、PLZT和BaTiO3中至少一個的單層或雙層形成。
與下部電極類似，上部電極110可由包含W、Al或Ti等的單層形成，或者由包含TiN或TaN等的多層或子層形成。
阻擋金屬層(未示出)還可形成于上部電極110與介電層108之間，以便增加接觸性能并防止上部電極110的金屬原子的遷移。阻擋金屬層可由包含Ti或TiN的一個或多個層形成。
在實施例中，使用團(tuán)塊易于增加介電層108的表面積。因此，可以容易地增加電容器的電容而無需改變半導(dǎo)體器件的設(shè)計或其層間結(jié)構(gòu)。
例如TEOS(正硅酸四乙酯)的絕緣層形成于上部電極110上以覆蓋電容器114。
以下參考附圖描述半導(dǎo)體器件中的電容器的制造方法。
圖2至圖4依次示出了根據(jù)實施例的電容器的制造工藝的實例的剖視圖。
如圖2所示，通過濺射等在襯底100上形成第一金屬膜和第二金屬膜的層。第一金屬膜102a可由W形成，第二金屬膜104a可由Ru形成。
隨后，可以在O2或N2O的等離子體氣氛中在300℃至400℃下通過熱處理來氧化第二金屬膜104a，由此形成包括例如RuO2的氧化膜104b。
如圖3所示，例如Sn的低熔點金屬沉積于氧化膜104b上，由此形成低熔點金屬膜。在本實例中，通過原子層沉積等形成200厚的Sn層。
隨后，低熔點金屬膜聚集以形成球形團(tuán)塊106。低熔點金屬膜可以在惰性氣體氣氛中在等于或低于200℃的溫度下通過熱處理而聚集。膜聚集的原因在于降低薄膜的表面能。如果溫度高于200℃，則薄膜并不聚集而是蒸發(fā)。
同樣，所述惰性氣體包括選自Ar、He、Ne、Kr、Ze和Rn中的至少一種氣體。
另外，介電材料沉積于團(tuán)塊106上，由此形成介電膜108a。介電膜108a沿著團(tuán)塊106表面形成有約100的厚度。此外，由于并未均勻地形成的介電膜108a，所以就擴(kuò)大了其表面積。
如圖4所示，通過濺射等在介電膜10ga上沉積金屬，由此形成第三金屬膜110a。第三金屬膜110a可包括W。
隨后，如圖1所示，通過選擇性蝕刻工藝蝕刻第三導(dǎo)電膜110a、介電膜108a、團(tuán)塊106、氧化膜104b和第一導(dǎo)電膜102a，從而完成電容器的制造，其中該電容器包括上部電極110、介電層108、團(tuán)塊106、擴(kuò)散阻擋層104和下部電極102。
根據(jù)電容器的設(shè)計情況，下部電極102可寬于上部電極110，或者其可以與上部電極110寬度相同。
隨后，沉積氧化物材料等以覆蓋電容器114，由此形成層間絕緣膜112。該層間絕緣膜可形成有例如5000至6000的厚度。而且，如果需要，還可以進(jìn)行形成金屬導(dǎo)線、金屬線、金屬連接與/或?qū)娱g絕緣膜的工藝。
如前文所述，實施例涉及一種半導(dǎo)體器件中的電容器及其制造方法。根據(jù)實施例，形成球形團(tuán)塊以增加介電層的表面積，以使可容易地增加電容器的電容而無需改變半導(dǎo)體器件的設(shè)計或其結(jié)構(gòu)，從而提供高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見的是，可以對所公開的實施例進(jìn)行各種修改和變化。因此，這意味著，所公開的實施例旨在覆蓋在所附權(quán)利要求書及其等同范圍內(nèi)的所有顯而易見的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種電容器，包括襯底；下部電極，其形成于所述襯底上方；擴(kuò)散阻擋層，其形成于所述下部電極上方；多個團(tuán)塊，其形成于所述擴(kuò)散阻擋層上方；介電層，其覆蓋著所述團(tuán)塊并因所述團(tuán)塊而具有不平坦的表面；以及上部電極，其形成于所述介電層上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述團(tuán)塊包括低熔點金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容器，其中所述低熔點金屬包括Sn或Zn中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述介電層包括Si3N4、SiO2、Ta2O5、TiO2、PZT、PLZT和BaTiO3中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述擴(kuò)散阻擋層包括Ru。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述團(tuán)塊呈球形形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所有所述團(tuán)塊的投影面積占所述擴(kuò)散阻擋層面積的近似50％至60％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述擴(kuò)散阻擋層包括RuO2。
9.一種半導(dǎo)體器件中的電容器的制造方法，包括在襯底上方形成第一金屬膜；在所述第一金屬膜上方形成第二金屬膜；在所述第二金屬膜上方形成低熔點金屬膜；熱處理所述低熔點金屬膜以形成球形團(tuán)塊；在所述團(tuán)塊上方形成介電膜；在所述介電膜上方形成第三金屬膜；以及蝕刻所述第三金屬膜、所述介電膜、所述團(tuán)塊、所述第二金屬膜和所述第一金屬膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中所述第二金屬膜處于氧化狀態(tài)，且其中蝕刻所述第二金屬膜的步驟包括蝕刻被氧化的金屬層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中所述第二金屬膜由Ru形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造方法，還包括在形成所述第二金屬膜之后，氧化所述第二金屬膜，其中在N2O或O2氣體的氣氛中在300℃至400℃下通過熱處理所述第二金屬膜來進(jìn)行所述氧化。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中所述低熔點金屬膜由Zn或Sn形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中通過原子層沉積形成所述低熔點金屬膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中所述熱處理在惰性氣體氣氛中在等于或低于200℃的溫度下進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造方法，其中所述惰性氣體包括Ar、He、Ne、Kr、Xe和Rn中的至少一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中所述介電膜形成有近似為100的厚度。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件中的電容器，包括襯底；下部電極，其形成于所述襯底上方；擴(kuò)散阻擋層，其形成于所述下部電極上方；多個團(tuán)塊，其形成于所述擴(kuò)散阻擋層上方；介電層，其形成于所述團(tuán)塊的表面上方以形成不平坦的表面；以及上部電極，其形成于所述介電層上方。
文檔編號H01L21/82GK1992353SQ20061017243
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者李載晰 申請人:東部電子股份有限公司