專利名稱：金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，尤其涉及一種金屬-絕緣體-金屬電容的下電極的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為了按照摩爾定律的縮放比例創(chuàng)建單元面積增大的器件，與此同時確保各種應(yīng)用所需的高水平性能(泄露、擊穿或電壓線性)，金屬-絕緣體_金屬器件成為一種重要的元件，尤其是金屬_絕緣體_金屬電容更是一種關(guān)鍵的元件。 金屬_絕緣體_金屬電容通常是一種三明治結(jié)構(gòu)，其上層金屬電極和下層金屬電極之間被一層薄絕緣層隔離。現(xiàn)有技術(shù)中，所述下層金屬電極通過連續(xù)沉積形成在具有絕緣介質(zhì)層的半導(dǎo)體襯底的表面。所述下層金屬電極的材料通常為銅鋁合金，所述絕緣介質(zhì)層通常為二氧化硅層。然而，由于金屬的熱膨脹系數(shù)(Coefficients Of Thermal Expansion, CTE)比絕緣材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)大，例如，銅鋁合金的熱膨脹系數(shù)大約是二氧化硅的熱膨脹系數(shù)的10倍， 且所述下層金屬電極的厚度通常為10000埃，在連續(xù)沉積形成所述下層金屬電極的過程中，晶圓的溫度(dynamic wafer temperature)會隨著金屬層沉積的過程而逐步升高，所述金屬電極和所述絕緣材質(zhì)之間的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致所述金屬電極和所述絕緣材質(zhì)之間產(chǎn)生壓縮應(yīng)力(compressive stress) 0所述壓縮應(yīng)力使得所述金屬電極的表面產(chǎn)生凸起 (hillock) 11，如圖1所示。所述晶圓溫度上升的越高，所述凸起11在所述金屬電極的表面的分布密度越小，但凸起會11越來越大。所述金屬電極的表面的凸起11向所述絕緣體中延伸，從而導(dǎo)致所述金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的擊穿電壓(Breakdown Voltage,BV) 降低。請參閱圖2，圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)的方法制備的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的GOI測試結(jié)果的累計分布(Cumulative Distribution Function, CDF)圖。由圖可見， 一些采用現(xiàn)有技術(shù)的方法制備的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件在較低的電壓就被擊穿 (initial failure)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有利于提高擊穿電壓的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法。一種金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，包括如下步驟提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣介質(zhì)層；在所述絕緣介質(zhì)層表面形成鈦襯墊； 在所述鈦襯墊表面形成第一氮化鈦層；分多步在所述第一氮化鈦層的表面形成金屬層；在所述金屬層的表面形成第二氮化鈦層。上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述絕緣介質(zhì)層為二氧化硅層。上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述鈦襯墊的厚度為300埃。
上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述第一氮化鈦層的厚度為200埃。上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述第二氮化鈦層的厚度為600埃。上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述金屬層的厚度為10000埃。上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述金屬層為銅金屬層或者鋁金屬層或者銅鋁金
屬層。 上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，在分多步形成所述金屬層的步驟中，通過降低目標(biāo)偏置電壓來降低所述金屬層的沉積率。上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，采用物理氣相沉積的方式形成所述第一氮化鈦層和所述第二氮化鈦層。上述方法優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件為金屬_絕緣體-金屬電容。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法分多步在所述第一氮化鈦層的表面形成所述金屬層，可以有效的降低所述金屬層形成過程中晶圓的溫度，從而避免金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的表面因晶圓溫度升高而產(chǎn)生凸起，有利于提高金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種具有表面凸起的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下金屬電極的示意圖。圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)的方法制備的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的GOI測試結(jié)果的累計分布圖。圖3是本發(fā)明的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法的流程圖。圖4是采用本發(fā)明的方法制備的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的表面示意圖。圖5是采用本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)的方法制備的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的GOI測試結(jié)果的對比累計分布圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。請參閱圖3，圖3是本發(fā)明的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法的流程圖。優(yōu)選的，所述金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件為集成被動器件(Integrated Passive Devices, IPD)，更優(yōu)選的，所述金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件為金屬-絕緣體-金屬電容。本發(fā)明的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法包括如下步驟提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣介質(zhì)層。優(yōu)選的，所述絕緣介質(zhì)層為二氧化硅層。所述半導(dǎo)體襯底是硅襯底或者砷化鎵襯底或者其他類型的襯底。所述半導(dǎo)體襯底和所述絕緣介質(zhì)層也可以為絕緣體上硅(SOI)。有代表性的，所述半導(dǎo)體襯底還可以包括許多各種各樣的有源半導(dǎo)體器件，如金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)或雙極晶體管，在此不再詳細(xì)描述。 在所述絕緣介質(zhì)層表面形成鈦襯墊(Liner)。優(yōu)選的，采用離子化金屬電漿 (Ionized Metal Plasma, IMP)工藝在所述絕緣介質(zhì)層表面形成所述鈦襯墊。優(yōu)選的，所述鈦襯墊的厚度為300埃。形成所述鈦襯墊后，在另一反應(yīng)室內(nèi)，在所述鈦襯墊表面形成第一氮化鈦(TiN) 層。優(yōu)選的，采用物理氣相沉積的方式形成所述第一氮化鈦層，所述第一氮化鈦層的厚度為 200 埃。分多步在所述第一氮化鈦層的表面形成金屬層。優(yōu)選的，所述金屬層的厚度為 10000埃，所述金屬層可以為銅金屬層或者鋁金屬層或者銅鋁金屬層。分多步在所述第一氮化鈦層的表面形成所述金屬層，即各步之間有時間間隙(idle st印)，從而有利于晶圓溫度的散發(fā)，從而可以避免因連續(xù)沉積而導(dǎo)致的晶圓溫度持續(xù)上升的問題。進(jìn)一步的，通過降低目標(biāo)偏置電壓(target bias power)來降低金屬沉積材料的動能(kinetic energy)，從而降低所述金屬層的沉積率(Low Deposition Rate)，進(jìn)而達(dá)到在形成所述金屬層的過程中進(jìn)一步降低晶圓溫度的目的。具體的，所述金屬層的沉積功率可以為6KW(現(xiàn)有技術(shù)為 12KW)。在所述金屬層的表面形成第二氮化鈦層。優(yōu)選的，采用物理氣相沉積的方式形成所述第二氮化鈦層，所述第二氮化鈦層的厚度為600埃。至此形成所述金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極。在形成所述下電極后，也可以依次形成絕緣介質(zhì)層和上電極而形成金屬_絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法分多步在所述第一氮化鈦層的表面形成所述金屬層，可以有效的降低所述金屬層形成過程中晶圓的溫度，從而避免金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的表面因晶圓溫度升高而產(chǎn)生凸起，有利于提高金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。 請參閱圖4，圖4是采用本發(fā)明的方法制備的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的下電極的表面示意圖。由圖可見，采用本發(fā)明的方法制備的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的表面平坦，可以避免因晶圓溫度升高而產(chǎn)生的大的凸起。請參閱圖5，圖5是采用本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)的方法制備的金屬_絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的GOI測試結(jié)果的對比累計分布圖。由圖可見，采用現(xiàn)有技術(shù)的方法制備的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件在電壓低于10V的情況下，就有可能發(fā)生被擊穿現(xiàn)象，而采用本發(fā)明的方法制備的金屬-絕緣體_金屬半導(dǎo)體器件的擊穿電壓可以提高的20V。 在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明并不限于在說明書中所述的具體實施例。
權(quán)利要求
1.一種金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣介質(zhì)層； 在所述絕緣介質(zhì)層表面形成鈦襯墊； 在所述鈦襯墊表面形成第一氮化鈦層； 分多步在所述第一氮化鈦層的表面形成金屬層； 在所述金屬層的表面形成第二氮化鈦層。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層為二氧化硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，所述鈦襯墊的厚度為300埃。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，所述第一氮化鈦層的厚度為200埃。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，所述第二氮化鈦層的厚度為600埃。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，所述金屬層的厚度為10000埃。
7.如權(quán)利要求1到6中任意一項所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，所述金屬層為銅金屬層或者鋁金屬層或者銅鋁金屬層。
8.如權(quán)利要求1到6中任意一項所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，在分多步形成所述金屬層的步驟中，通過降低目標(biāo)偏置電壓來降低所述金屬層的沉積率。
9.如權(quán)利要求1到6中任意一項所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，采用物理氣相沉積的方式形成所述第一氮化鈦層和所述第二氮化鈦層。
10.如權(quán)利要求1到6中任意一項所述的金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，其特征在于，所述金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件為金屬-絕緣體-金屬電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的下電極的制備方法，包括如下步驟提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底表面形成絕緣介質(zhì)層；在所述絕緣介質(zhì)層表面形成鈦襯墊；在所述鈦襯墊表面形成第一氮化鈦層；分多步在所述第一氮化鈦層的表面形成金屬層；在所述金屬層的表面形成第二氮化鈦層。本發(fā)明的制備方法有利于降低金屬-絕緣體-金屬半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。
文檔編號H01L21/02GK102157356SQ20111006176
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者劉瑋蓀, 趙波 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司