專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于微波電路的砷化鎵集成電路，特別涉及集成由高介電常數(shù)材料構(gòu)成的大電容器和由低介電常數(shù)的介質(zhì)材料構(gòu)成的小電容器的技術(shù)。
在用于微波電路的砷化鎵(GaAs)集成電路中，已經(jīng)集成了場效應(yīng)晶體管(FET)、用作電源或用作耦合電容器的大電容器及匹配電路所需的小電容器。關(guān)于大電容器的電極間的介質(zhì)材料，一般采用相對介電常數(shù)為100以上的SrTiO3(STO)、BaTiO3、[BaxSr1-x]TiO3(BST)、PbTiO3或[PbZr]TiO3(PZT)等薄膜。小電容器的電極間的介質(zhì)材料采用相對介電常數(shù)較低約為7的SiNx。
日本專利申請?zhí)卦S公開平6-120425公開了一種FET和電容器的集成。根據(jù)該公開的技術(shù)，首先形成FET，然后利用高介電常數(shù)材料形成大電容器。
然而，由于該公開的技術(shù)中FET和電容器分開形成，制造步驟數(shù)增多。而且，為了形成具有不同電容的電容器，還需要其它的制造步驟。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件及用較少制造步驟制造該半導(dǎo)體器件的制造方法制造，所說半導(dǎo)體器件為包括實(shí)際有不同電容的電容器的集成電路。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，有小電容的電容器(稱作小電容器)的上電極和有大電容的電容器(稱為大電容器)的下電極同時(shí)形成。即，在小電容器的下電極上形成了低介電常數(shù)材料膜后，同時(shí)形成小電容器的上電極與大電容器的下電極，并在大電容器的下電極上形成高介電常數(shù)材料膜和上電極。于是形成了小電容器的上電極和大電容器的下電極形成為同一導(dǎo)電膜的不同區(qū)的半導(dǎo)體器件。低介電常數(shù)材料膜的介電常數(shù)低于形成于大電容器下電極上的高介電常數(shù)材料膜的介電常數(shù)便已足夠。導(dǎo)電膜可由金屬材料或?qū)щ娧趸锊牧蠘?gòu)成。
最好是在襯底上形成有源元件，并在形成有源元件的電極的同時(shí)，形成小電容器的下電極。
具體說，在形成例如有源元件的柵極等電極時(shí)，在襯底的一部分上保留該金屬膜。用層間膜覆蓋有源元件和金屬膜。在層間膜中形成開口，用以暴露該金屬膜的一部分。在晶片上依次形成低介電常數(shù)介質(zhì)材料的介質(zhì)膜(此后稱之為低介電常數(shù)膜)、第一導(dǎo)電膜、高介電常數(shù)介質(zhì)材料的介質(zhì)膜(此后稱之為高介電常數(shù)膜)及第二導(dǎo)電膜。通過處理第二導(dǎo)電膜、高介電常數(shù)膜和第一導(dǎo)電膜形成大電容器，通過去掉對應(yīng)于所說金屬膜位置處的第二導(dǎo)電膜和高介電常數(shù)膜，并處理第一導(dǎo)電膜，形成小電容器。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，小電容器的電極間的介質(zhì)材料為由高介電常數(shù)膜和低介常數(shù)膜構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)，去掉大電容器的低介電常數(shù)膜，并同時(shí)形成大小電容器的下電極，同時(shí)形成大小電容器的上電極。即，同時(shí)形成小電容器的的下電極和大電容器的下電極，并依次在這些下電極上依次形成高介電常數(shù)膜和低介電常數(shù)膜。去掉將要形成大電容器區(qū)域中的低介電常數(shù)膜，在將要形成小電容器的區(qū)域上的低介電常數(shù)膜上，以及將要形成大電容器區(qū)域中的高介電常數(shù)膜上，同時(shí)形成大小電容器的上電極。于是，所說半導(dǎo)體器件包括小電容器和大電容器，它們具有同時(shí)形成的下電極、作為電極間介質(zhì)層同時(shí)形成的高介電常數(shù)膜、只在小電容器的電極間層中形成的低介電常數(shù)膜和作為相同導(dǎo)電膜同時(shí)形成的上電極。
最好是至少形成一個有源元件，并在形成有源元件電極的同時(shí)形成大小電容器的下電極。
具體說，在襯底上形成有源元件，在所說襯底的至少兩部分上保留用于形成有源元件的電極的金屬膜，用層間膜覆蓋有源元件和所說金屬膜，在層間膜的兩個區(qū)域中形成開口，以暴露所說金屬膜的某些部分，層疊有高介電常數(shù)的第二介質(zhì)膜和有低介電常數(shù)的第一介質(zhì)膜，從所說兩個區(qū)域中將要形成大電容器的一個區(qū)上去掉第一介質(zhì)膜，并通過處理導(dǎo)電膜，在存在低介電常數(shù)膜的區(qū)域中形成小電容器，在去掉了低介電常數(shù)膜的區(qū)域中形成大電容器。
參考下面結(jié)合各附圖對本發(fā)明的說明，本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚。


圖1a-1e是展示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造步驟的半導(dǎo)體器件的剖面圖；圖2a和2b是展示根據(jù)第二實(shí)施例的制造步驟的半導(dǎo)體器件的剖面圖；圖3a-3e是展示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的制造步驟的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖1a-1e是由GaAs襯底、FET、形成于襯底上的小電容器和大電容器構(gòu)成的半導(dǎo)體器件的剖面圖，展示了本發(fā)明第一實(shí)施例的制造步驟。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，在GaAs襯底11上形成具有柵極12a和歐姆電極12b的FET12，并在形成FET12的柵極12a時(shí)，在GaAs襯底11的一部分上保留金屬膜13，如圖1a所示。在該實(shí)施例中，柵極12a和金屬膜13為濺射的Au/WSi膜。
然后，如圖1b所示，用SiO2層間膜14覆蓋FET12和金屬膜13，在SiO2層間膜14中形成開口，以暴露金屬膜13的一部分，在整個晶片上形成低介電常數(shù)膜15。在該實(shí)施例中，低介電常數(shù)膜15為等離子CVD形成的SiNx膜。
然后，如圖1c所示，以疊置的方式形成第一導(dǎo)電膜16、高介電常數(shù)膜17和第二導(dǎo)電膜18。第一導(dǎo)電膜16為雙層結(jié)構(gòu)，上層Ti部分厚為20nm，下層Pt部分厚為70nm，高介電常數(shù)膜17由STO構(gòu)成。Ti和SiNx間的附著力很大，而Pt和STO間的反應(yīng)很弱。在該實(shí)施例中，第二導(dǎo)電膜18為100nm厚的Pt/TiN膜。
此后，如圖1d所示，處理第二導(dǎo)電膜18、高介電常數(shù)膜17和第一導(dǎo)電膜16，形成大電容器20。同時(shí)，對應(yīng)于金屬膜13去掉第二導(dǎo)電膜18和高介電常數(shù)膜17，并通過進(jìn)一步處理第一導(dǎo)電膜16形成小電容器19。這種情況下，第一導(dǎo)電膜16構(gòu)成小電容器19的上電極和大電容器20的下電極。
然后，如圖1e所示，利用層間膜21掩埋大電容器20。然后，在小電容器19的下電極(第一導(dǎo)電膜16)上和大電容器20的上電極(第二導(dǎo)電膜18)上的層間膜21的各部分中形成通孔，并在分別在低介電常數(shù)膜15和層間膜中形成通孔，從而露出FET的柵極12a和小電容器19的下電極(金屬膜13)，形成布線22。在所示的實(shí)例中，F(xiàn)ET12的一個電極與小電容器19的下電極相連，小電容器19的下電極與大電容器20的下電極相連，大電容器20的上電極與形成于同一襯底上的其它元件相連。
圖2a和2b是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖，展示了圖1d所示制造步驟后的制造步驟。該實(shí)施例中，在形成了小電容器和大電容器后，用層間膜23將它們掩埋起來，由此將晶片表面平面化，如圖2a所示，然后，在FET、小電容器和大電容器的各電極位置處形成通孔，由此形成布線22，如圖2b所示。
圖3a-3e是具有FET、小電容器和大電容器的半導(dǎo)體器件的剖面圖，展示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的制造步驟。
該實(shí)施例中，在襯底31上形成具有柵極32a和歐姆電極32b的FET32，并在形成FET32的柵極32a時(shí)，在襯底31的至少兩個區(qū)域上保留金屬膜33，用作大小電容器的下電極，如圖3a所示。
然后，如圖3b所示，用層間膜34覆蓋FET 32和金屬膜33，在層間膜34中形成開口，以暴露金屬膜33的一部分。
然后，如圖3c所示，層疊高介電常數(shù)膜35和低介電常數(shù)膜36，并利用光刻膠37作掩模，進(jìn)行干法腐蝕，去掉將要形成大電容器區(qū)域上的低介電常數(shù)膜36。去掉了低介電常數(shù)膜36后，去掉光刻膠37，并形成厚為100nm的第一導(dǎo)電膜38，如圖3d所示。
然后，如圖3e所示，在除將要形成大小電容器的區(qū)域外的區(qū)域上去掉第一導(dǎo)電膜38、低介電常數(shù)膜36和高介電常數(shù)膜35。于是，得到具有設(shè)于上下電極間的高介電常數(shù)膜35和低介電常數(shù)膜36的小電容器39，并得到具有設(shè)于上下電極間的高介電常數(shù)膜35的大電容器40。最后以圖1e或2b所示的方式形成布線。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，同時(shí)形成第一電容器的至少一個電極和具有不同于第一電容器的介電常數(shù)的第二電容器的至少一個電極，與分開形成這些電容器的情況相比，可以簡化制造工藝。特別是，在同時(shí)形成一個電容器的下電極和另一個電容器的上電極時(shí)，與常規(guī)制造工藝相比，可以簡化制造工藝。
權(quán)利要求
1．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所說半導(dǎo)體器件包括形成于一個襯底上具有小電容的第一電容器和具有大電容的第二電容器，該方法包括以下步驟在所說第一電容器的下電極上形成具有低介電常數(shù)的第一介質(zhì)膜，并在所說第一介質(zhì)膜上同時(shí)形成所說第一電容器的上電極和所說第二電容器的下電極，及在所說第二電容器的下電極上形成具有高介電常數(shù)的第二介質(zhì)膜，并在所說第二介質(zhì)膜上形成所說第二電容器的上電極。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所說襯底上形成有源元件的步驟，其中所說第一電容器的所說下電極與所說有源元件的電極同時(shí)形成。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟在所說襯底的一部分上保留用于形成所說有源元件的所說電極的金屬膜；用層間膜覆蓋所說有源元件和所說金屬膜；在所說層間膜中形成開口，以暴露所說金屬膜的一部分；形成所說第一介質(zhì)膜，在所說第一介質(zhì)膜上形成第一導(dǎo)電膜，在所說第一導(dǎo)電膜上形成所說第二介質(zhì)膜，并在所說第二介質(zhì)膜上形成第二導(dǎo)電膜；處理所說第二導(dǎo)電膜、所說第二介質(zhì)膜和所說第一導(dǎo)電膜，從而形成第二電容器，去掉所說金屬膜上的第二導(dǎo)電膜和所說第二介質(zhì)膜，并處理所說第一導(dǎo)電膜，從而形成所說第一電容器。
4．一種半導(dǎo)體器件，包括有小電容的第一電容器和有大電容的第二電容器，所說第一和第二電容器形成于一個襯底上，所說第一電容器的上電極和所說第二電容器的下電極形成為一個導(dǎo)電膜的不同區(qū)。
5．如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，還包括形成于所說襯底上的有源元件，其中所說第一電容器的下電極為與所說有源元件的電極同時(shí)形成的金屬膜。
6．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所說半導(dǎo)體器件包括有小電容的第一電容器和具有大電容的第二電容器，該方法包括以下步驟形成所說第二電容器和所說第一電容器的下電極；在所說下電極上分別形成具有低介電常數(shù)的第一介質(zhì)膜和具有高介電常數(shù)的第二介質(zhì)膜；從將要形成所說第二電容器的區(qū)域上去掉所說第一介質(zhì)膜；及在將要形成所說第一電容器的區(qū)域的所說第一介質(zhì)膜上及將要形成所說第二電容器的區(qū)域的所說第二介質(zhì)膜上，分別同時(shí)形成上電極。
7．如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所說襯底上形成有源元件的步驟，其中所說第一和第二電容器的所說下電極與所說有源元件的電極同時(shí)形成。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，還包括以下步驟在所說襯底的至少兩個部分上保留用于形成所說有源元件的所說電極的金屬膜；用層間膜覆蓋所說有源元件和所說金屬膜；在所說層間膜的所說兩個區(qū)域形成開口，以暴露所說金屬膜的某些部分；層疊具有高介電常數(shù)的第二介質(zhì)膜和具有低介電常數(shù)的第一介質(zhì)膜；及從所說至少兩個區(qū)域中將要形成大電容器的一個區(qū)上去掉所說第一介質(zhì)膜，處理導(dǎo)電膜，在所說一個區(qū)域中形成所說第二電容器，并在保留所說第一介質(zhì)膜的所說區(qū)域中形成第一電容器。
9．一種半導(dǎo)體器件，包括有小電容的第一電容器和有大電容的第二電容器，所說第一和第二電容器形成于一個襯底上，其中所說第一和第二電容器的下電極形成一個導(dǎo)電膜的不同區(qū)，所說第一和第二電容器具有高介電常數(shù)并同時(shí)形成為電極間介質(zhì)層的介質(zhì)膜，所說第一電容器的所說電極間介質(zhì)層具有低介電常數(shù)的介質(zhì)膜，及所說第一和第二電容器的上電極由相同材料的導(dǎo)電膜形成。
10．如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，還包括所說襯底上的至少一個有源元件，其中所說第一和第二電容器的下電極為與所說有源元件的一個電極同時(shí)形成的金屬膜。
全文摘要
為了利用最少的制造步驟在襯底上形成有小電容的第一電容器和有大電容的第二電容器,同時(shí)形成第一電容器的至少一個電極和第二電容器的至少一個電極。
文檔編號H01L21/70GK1217574SQ98124470
公開日1999年5月26日 申請日期1998年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月10日
發(fā)明者西村武史, 巖田直高 申請人:日本電氣株式會社