專利名稱：低成本金屬-絕緣體-金屬電容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明設計一種裝置，具體的說，本發(fā)明涉及一種低成本的金屬-絕緣體-金屬電容器。
背景技術：
金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器已經(jīng)廣泛用于功能電路如混合信號電路、模擬電路、射頻(RF)電路、動態(tài)隨機存取記憶體(DRAM)、嵌入式DRAM和邏輯運算電路。傳統(tǒng)的 MIM電容器形成在互連結構中。由于互連結構包括由鑲嵌工藝形成的銅線和銅通孔，因此可將傳統(tǒng)MIM電容器的形成與鑲嵌工藝集成。例如，可將MIM電容器的底部電極形成在互連結構的多個金屬層之一中，同時可將MIM電容器的頂部電極形成在兩個金屬層之間。傳統(tǒng)MIM電容器的形成工藝存在缺陷。通常使用的電容器-絕緣體材料如氧化硅和氮化硅與銅反應。由于MIM電容器的絕緣層很薄，因此需要精確地控制其厚度。因此，銅與絕緣體之間的反應會嚴重影響絕緣體的厚度和質量，從而導致MIM電容器電容量和可靠度的下降。因此需要另外的工藝步驟和層以阻止這種反應。從而增加了制造成本。而且， MIM電容器的形成會導致其他的寄生電容，尤其是對于形成在其中金屬線密度高的低層金屬層中的MIM電容器。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供了一種裝置，包括基板；在所述基板上方的頂部金屬層；在所述頂部金屬層中的含銅金屬部件；在所述頂部金屬層上方的第一鈍化層； 以及電容器，該電容器包括底部電極，包括至少位于所述第一鈍化層中的一部分；其中所述底部電極包括鋁；在所述底部電極上方的絕緣體；以及在所述絕緣體上方的頂部電極。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述頂部金屬層包括k值低于3. 8的低k介電層，所述含銅金屬部件在低k介電層中，以及其中所述第一鈍化層包括k值大于3. 9的非低k介電材料。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述絕緣體包括位于所述第一鈍化層中的部分。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述頂部電極包括位于所述第一鈍化層中的部分。根據(jù)本發(fā)明所述的器件還包括含鋁焊盤，所述含鋁焊盤包括延伸到所述第一鈍化層上的上部和位于所述第一鈍化層中且與頂部金屬層中的含銅線電連接的下部。根據(jù)本發(fā)明所述的器件還包括第二鈍化層，位于所述第一鈍化層上，其中所述含鋁焊盤直接位于所述第二鈍化層中的開口下面；和凸塊底部金屬(UBM)，從所述第二鈍化層往下延伸從而接觸所述含鋁焊盤。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述頂部電極包括鋁。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述底部電極的頂邊與所述第一鈍化層的頂表面在
同一平面。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述底部電極的頂邊低于所述第一鈍化層的頂表面。根據(jù)本發(fā)明所述的一種器件，包括基板；在所述基板上且包括頂部金屬層的多個金屬層，其中所述頂部金屬層還包括k值低于3. 8的低k介電層，和在所述低k介電層中的金屬線；在所述頂部金屬層上方的鈍化層；電容器，該電容器包括包括至少在所述鈍化層中且與所述金屬線接觸的一部分的底部電極，其中所述底部電極包括鋁，在所述底部電極上的絕緣體，和在所述絕緣體上的頂部電極；以及金屬焊盤，該金屬焊盤包括下部和上部，所述下部在所述鈍化層中并由與所述底部電極相同的材料形成，所述上部在所述下部上并接觸所述下部，其中所述上部由與所述頂部電極相同的材料形成。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述底部電極包括鋁銅，且其中所述金屬線包括基本純的銅。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述鈍化層包括k值大于3. 9的非低k材料。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述頂部電極包括鋁銅。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述底部電極包括與所述鈍化層的頂表面在同一平面的頂邊。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述頂電極包括位于所述鈍化層頂表面上方的部分。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，還包括再分配線，由與所述頂部電極相同的材料形成； 含鋁焊盤，在所述鈍化層中；和含銅線，在所述頂部金屬層中，其中所述頂部電極通過所述再分配線和所述含鋁焊盤與所述含銅線電連接。根據(jù)本發(fā)明所述的一種器件，包括頂部金屬層，該頂部金屬層包括k值低于3. 8 的低k介電層，和在所述低k介電層中的銅線；在所述頂部金屬層上方的鈍化層；以及電容器，該電容器包括底部電極，在所述鈍化層中且與所述銅線電連接，其中所述底部電極包括低于所述鈍化層的頂表面的頂表面，而且其中所述底部電極包括與所述鈍化層的頂表面在同一平面的頂邊；絕緣體，在所述底部電極上，其中部分絕緣體延伸到直接位于部分鈍化層上；和頂部電極，在所述絕緣體上，其中所述底部電極和所述頂部電極包括鋁銅，而且其中部分所述絕緣體和部分所述頂部電極從所述鈍化層內(nèi)部延伸到直接位于部分所述鈍化層上。根據(jù)本發(fā)明所述的器件還包括含鋁焊盤，所述含鋁焊盤包括在所述鈍化層中的下部；和在所述下部上且接觸所述下部的上部，其中所述上部延伸到所述鈍化層上方，且其中所述下部和所述上部由鋁銅形成。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述底部電極的底面與所述低k介電層中的所述銅線接觸。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中所述銅線包括基本純的銅。


為了更好地理解實施例及其優(yōu)點，現(xiàn)在將結合附圖所進行的以下描述作為參考， 其中圖1到圖11是根據(jù)各個實施例，在金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器的制造中， 中間階段的橫截面視圖；以及
圖12是示出其中頂部電極和底部電極都與下面的金屬層電連接的MIM電容器的橫截面視圖。
具體實施例方式下面，詳細討論本發(fā)明優(yōu)選實施例的制造和使用。然而，應該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應用的概念。所討論的具體實施例僅僅示出制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本公開的范圍。根據(jù)實施例提供了一種新穎的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器及其形成方法。 示出了根據(jù)實施例的制造MIM電容器的中間階段。討論了實施例的變化。在各個視圖和闡述的實施例中，相同的參考數(shù)字用于指示相同的元件。參考圖1，提供了包括基板10的晶圓2。在實施例中，基板10為半導體基板如硅基板，盡管基板10可包括其它半導體材料如硅鍺、碳化硅、砷化鎵等。半導體器件14可在基板10的表面形成。略圖示出了晶體管以代表半導體器件14。接觸插塞16形成在層間介質(ILD) 18中并與晶體管14的柵極、源極和漏極區(qū)域電連接。其中包括金屬線沈和通孔 28并與半導體器件14電連接的互連結構12形成在ILD18上。金屬線沈和通孔觀可由基本純的銅(例如銅的重量百分比大于約90%或大于約95%)或銅合金形成，且可使用公知的鑲嵌工藝形成。金屬線26和通孔觀可能基本不含有鋁或可能含有鋁?；ミB結構12包
括多個金屬層，稱為M1、M2......Mtop，其中金屬層M 1為直接位于ILD18上的金屬層，而金
屬層Mtop為位于鈍化層下的頂部金屬層。金屬層Ml到Mtop形成在金屬間介質(IMDs) 22 中，金屬間介質(IMDs)可由k值小于3.8的低k介電層形成。在一些實施例中，低k介電層的k值低于約3. 0且可能低于約2. 5。鈍化層形成在金屬層Mtop上。鈍化層30要么接觸金屬層Mtop，或要么緊密地位于頂部金屬層Mtop的上面且在鈍化層30和頂部金屬層Mtop之間具有蝕刻停止層四。在實施例中，鈍化層30由更密的介電材料形成且具有比IMDs22的介電材料更高的k值。例如，鈍化層可能包括k值大于3. 9的非低k介電材料如氧化硅、氮化硅等。然后參考圖2，光阻32形成在鈍化層30上且將光阻32圖案化。接著使用光阻32 作為掩模圖案化鈍化層30從而形成開口 34 (包括開口 34A和34B)。通過開口 34暴露出頂部金屬層Mtop中的金屬線(或金屬焊盤)26。然后移除光阻32。圖3示出了含鋁層36的沉積。在實施例中，含鋁層36由基本純的鋁形成，例如鋁的重量百分比大于約95%。在可替換的實施例中，含鋁層36包括鋁和銅，例如銅的重量百分比小于約5%。含鋁層36的厚度T2小于鈍化層30的厚度Tl，盡管厚度T2也可等于或大于厚度Tl。含鋁層36的形成方法包括物理氣相沉積(PVD)或其它合適的沉積方法。含鋁層36延伸到開口 34中，因此含鋁層36與頂部金屬層Mtop中的金屬線接觸和電連接。圖4和5A示出了含鋁層36的圖案化。在圖4中，形成和圖案化了光阻38，然后如圖5A所示，使用光阻38圖案化含鋁層36。結果移除了開口 34外部的含鋁層36部分，而保留了開口 ；34中的含鋁層36部分。含鋁層36的圖案化之后移除光阻38。盡管圖5A示出了含鋁層36的保留部分被限制在開口 34中，但是含鋁層36的保留部分也可延伸到開口 34之外且延伸到直接位于鈍化層30的頂表面上。下文中分別將位于開口 34A和34B中的含鋁層36部分稱為含鋁焊盤42A和42B。
在可替換的實施例中，除了使用光阻38圖案化含鋁層36，也可如圖3所示在含鋁層36上實施化學機械拋光(CMP)。結果如圖5B所示，移除了鈍化層30上的含鋁層36部分，而開口 34中的含鋁層36部分保持未被移除且將未被移除的含鋁層36部分分別稱為含鋁焊盤42A和42B。在得到的結構中，含鋁焊盤42A和42B的頂邊與鈍化層30的頂表面30a 基本在同一平面。作為對比，在圖5A所示的結構中，含鋁焊盤42A和42B的頂邊可能低于 (或高于)鈍化層30的頂表面30a。在圖6中，形成了絕緣層44，絕緣層44可能包括氧化硅、氮化硅或其多層。仔細地控制絕緣層44的厚度T3。在示例性的實施例中，厚度T3在約150埃到約300埃之間。而且，絕緣層44可形成為保形層，其在開口 34中的側壁部分的厚度與水平部分的厚度基本相同。參考圖7，形成和圖案化光阻46，然后使用光阻46圖案化絕緣層44。開口 34A中的絕緣層44部分為左邊，而移除直接位于鈍化層30的頂表面上的絕緣層44部分和延伸到開口 34B中的絕緣層44部分。然后移除光阻46。圖8示出了得到的絕緣層44。絕緣層44 的保留部分可包括開口 34A中的部分以及位于一部分鈍化層30上面且垂直覆蓋一部分鈍化層30的部分。接著也如圖8所示，例如使用PVD以厚層覆蓋形成含鋁層50。含鋁層50 延伸到開口 34A和34B中。含鋁層50的材料可選自與含鋁層36 (圖3)相同的候選材料。 而且，含鋁層50的材料和含鋁層36的材料可以相同也可以不同。參考圖9和10，將含鋁層50圖案化。如圖9所示，形成了光阻52，然后將光阻52 圖案化。然后，使用光阻52作為掩模圖案化含鋁層50，且圖10示出了得到的結構。含鋁層 50的保留部分包括直接位于絕緣層44上面且接觸絕緣層44的部分54A(下文中稱為含鋁焊盤54A)以及直接位于含鋁焊盤42B的上面且接觸含鋁焊盤42B的部分54B (下文中稱為含鋁焊盤MB)。含鋁焊盤54A和54B的每一個都可能包括延伸到一部分鈍化層30的上面且垂直覆蓋一部分鈍化層30的部分(例如54A'和MB')。在得到的結構中，含鋁焊盤 42B、絕緣層44和含鋁焊盤54A分別形成電容器56的底部電極、絕緣體和頂部電極。換句話說，含鋁焊盤54B接觸含鋁焊盤42B從而形成集成的含鋁焊盤MB/42B。圖11示出了其他的層形成在電容器56和含鋁焊盤MB/42B上之后的結構。在實施例中，形成了鈍化層60。鈍化層60可覆蓋電容器56，盡管在外部焊盤與頂部電極54A 電連接的情況下，也可通過鈍化層60中的開口(未示出)暴露出頂部電極54A。鈍化層60 可由有機材料如聚酰亞胺形成，雖然鈍化層也可由非有機材料如硅、氮化硅或其多層形成。 可由鈦層(未示出)和鈦層上的銅層(未示出)形成的凸塊底部金屬(UBM)62形成在鈍化層60的開口中且與含鋁焊盤MB/42B電連接。盡管圖11示出UBM62直接位于含鋁焊盤 54B/42B的上面，但是也可將部件54B用作再分配線(類似于圖12中的再分配線70)從而為含鋁焊盤MB/42B的連接重新設置路由，因此UBM62不是直接位于含鋁焊盤MB/42B的上面。然后金屬凸塊64形成在UBM62上。金屬凸塊64可為焊料凸塊或銅柱凸塊。圖12示出了電容器56的頂部電極54A與頂部金屬層Mtop中的多個金屬線26A之一的連接?？赏ㄟ^含鋁線70和含鋁焊盤74獲得電連接。含鋁線70可與頂部電極54A同時形成，而且含鋁線70可能為圖8所示圖案化的含鋁層50的一部分?？墒褂帽举|上相同的方法形成含鋁焊盤74而且含鋁焊盤74與含鋁焊盤MB/42B同時形成。因此，本文中不再討論含鋁線70和含鋁焊盤74的材料和形成工藝。
在實施例中，隨著電容器(圖11和圖1 形成在鈍化層30和覆蓋層中，可將形成工藝集成到含鋁部件形成中。因此，由于不需要另外的部件來防止銅和絕緣體之間的反應所以工藝簡單。從而降低了制造成本。根據(jù)實施例，一種器件包括基板上的頂部金屬層；頂部金屬層中的含銅金屬部件； 頂部金屬層上的鈍化層；和電容器。所述電容器包括至少其中一部分在鈍化層中的底部電極，其中底部電極包括鋁；底部電極上的絕緣體；和絕緣體上的頂部電極。根據(jù)另一個實施例，一種器件包括基板上的多個金屬層和頂部金屬層。頂部金屬層還包括k值低于3. 8的低k介電層以及低k介電層中的金屬線。所述器件還包括位于頂部金屬層上的鈍化層和電容器。所述電容器包括至少一部分在鈍化層中且與金屬線接觸的底部電極，其中底部電極包括鋁；底部電極上的絕緣體；以及絕緣體上的頂部電極。金屬焊盤包括位于鈍化層中的且由與底部電極相同的材料形成的下部；在下部上面且接觸下部的上部，其中上部由與頂部電極相同的材料形成。根據(jù)又一個實施例，一種器件包括頂部金屬層，所述頂部金屬層包含k值低于3. 8 的低k介電層；和位于低k介電層中的銅線。將鈍化層置于頂部金屬層的上面。電容器包括位于鈍化層中的且與銅線電連接的底部電極。底部電極包括低于鈍化層的頂表面的頂表面，其中底部電極包括與鈍化層的頂表面在同一平面的頂邊。電容器還包括底部電極上的絕緣體，其中部分絕緣體延伸到部分鈍化層的正上面；和絕緣體上的頂部電極，其中底部電極和頂部電極包括鋁銅，而且其中部分絕緣體和部分頂部電極從鈍化層內(nèi)部延伸到直接位于部分鈍化層上。根據(jù)又一實施例，方法包括提供包含基板的晶圓；和基板上的頂部金屬層，其中頂部金屬層包括介電層和介電層中的含銅金屬線。方法還包括在頂部金屬層上形成鈍化層； 在鈍化層中形成開口，通過開口暴露出含銅金屬線；和形成包括底部電極的電容器，其中底部電極的一部分在開口中。根據(jù)又一實施例，形成器件的方法包括提供包含基板的晶圓；和提供位于基板上的頂部金屬層，其中頂部金屬層包括第一介電層和位于第一介電層中的第一和第二含銅金屬線。所述方法還包括在頂部金屬層上形成第一鈍化層；在第一鈍化層中形成第一和第二開口，通過第一和第二開口分別暴露出第一和第二含銅金屬線；沉積第一含鋁層在第一鈍化層上并且延伸到第一和第二開口中；將第一含鋁層圖案化從而在第一開口中形成電容器的底部電極和在第二開口中形成含鋁焊盤的下部；在底部電極、第一鈍化層和含鋁焊盤的下部上形成絕緣層；將絕緣層圖案化從而形成在底部電極上且接觸底部電極的電容器的絕緣體，其中從第二開口中移除絕緣層；將第二含鋁層沉積在絕緣體、第一鈍化層和含鋁焊盤的下部上且接觸絕緣體、第一鈍化層和含鋁焊盤的下部；將第二含鋁層圖案化從而形成位于絕緣體正上方的電容器的頂部電極，和位于含鋁焊盤正上方并且接觸含鋁焊盤的下部的含鋁焊盤的上部。盡管已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應該理解，可以在不背離所附權利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領域普通技術人員應理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應實施例基本相同的功能或獲得基本相同結果的工藝、機器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權利要求應該包括在這樣的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。此外，每條權利要求構成單獨的實施例，并且多個權利要求和實施例的組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種裝置，包括 基板；在所述基板上方的頂部金屬層； 在所述頂部金屬層中的含銅金屬部件； 在所述頂部金屬層上方的第一鈍化層；以及電容器，包括底部電極，包括位于所述第一鈍化層中的至少一部分；其中所述底部電極包含鋁；在所述底部電極上方的絕緣體；以及在所述絕緣體上方的頂部電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的器件，其中所述頂部金屬層包括k值低于3.8的低k介電層， 所述含銅金屬部件在低k介電層中，以及其中所述第一鈍化層包括k值大于3. 9的非低k 介電材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的器件，其中所述絕緣體包括位于所述第一鈍化層中的部分以及其中所述頂部電極包括位于所述第一鈍化層中的部分。
4.根據(jù)權利要求1所述的器件還包括含鋁焊盤，所述含鋁焊盤包括延伸到所述第一鈍化層上的上部和位于所述第一鈍化層中且與頂部金屬層中的含銅線電連接的下部；第二鈍化層，位于所述第一鈍化層上，其中所述含鋁焊盤直接位于所述第二鈍化層中的開口下面；和凸塊底部金屬(UBM)，從所述第二鈍化層上方往下延伸從而接觸所述含鋁焊盤。
5.一種器件，包括 基板；在所述基板上且包括頂部金屬層的多個金屬層，其中所述頂部金屬層還包括 k值低于3.8的低k介電層；和在所述低k介電層中的金屬線； 在所述頂部金屬層上方的鈍化層； 電容器，包括底部電極，所述底部電極包括在所述鈍化層中且與所述金屬線接觸的至少一部分，其中所述底部電極包含鋁；在所述底部電極上的絕緣體；和在所述絕緣體上的頂部電極；以及金屬焊盤，包括下部，所述下部在所述鈍化層中并由與所述底部電極相同的材料形成；和上部，所述上部在所述下部上并接觸所述下部，其中所述上部由與所述頂部電極相同的材料形成。
6.根據(jù)權利要求5所述的器件，其中所述底部電極包含鋁銅，且其中所述金屬線包含基本純的銅。
7.根據(jù)權利要求5所述的器件，其中所述鈍化層包含k值大于3.9的非低k材料。
8.根據(jù)權利要求5所述的器件，其中所述底部電極包括與所述鈍化層的頂表面在同一平面的頂邊。
9.根據(jù)權利要求5所述的器件，還包括 再分配線，由與所述頂部電極相同的材料形成； 含鋁焊盤，在所述鈍化層中；和含銅線，在所述頂部金屬層中，其中所述頂部電極通過所述再分配線和所述含鋁焊盤與所述含銅線電連接。
10.一種器件，包括 頂部金屬層，包括k值低于3.8的低k介電層；和在所述低k介電層中的銅線； 在所述頂部金屬層上方的鈍化層； 電容器，包括底部電極，在所述鈍化層中且與所述銅線電連接，其中所述底部電極包括低于所述鈍化層的頂表面的頂表面，而且其中所述底部電極包括與所述鈍化層的頂表面在同一平面的頂邊；絕緣體，在所述底部電極上，其中部分絕緣體延伸到直接位于部分鈍化層上；和頂部電極，在所述絕緣體上，其中所述底部電極和所述頂部電極包含鋁銅，而且其中部分所述絕緣體和部分所述頂部電極從所述鈍化層內(nèi)部延伸到直接位于部分所述鈍化層上； 以及含鋁焊盤，所述含鋁焊盤包括 在所述鈍化層中的下部；和在所述下部上且接觸所述下部的上部，其中所述上部延伸到所述鈍化層上，且其中所述下部和所述上部由鋁銅形成。
全文摘要
一種器件包括基板上的頂部金屬層；頂部金屬層中的含銅金屬部件；在頂部金屬層上的鈍化層；和電容器。電容器包括至少一部分在第一鈍化層中的底部電極，其中底部電極包括鋁；底部電極上的絕緣體；以及在絕緣體上的頂電極。
文檔編號H01L29/92GK102456751SQ20111032588
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權日2010年11月5日
發(fā)明者盧澤華, 周淳樸 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司