金屬-絕緣體-金屬（mim）電容器和形成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器和形成方法。在一些實(shí)施例中，MIM電容器具有布置在半導(dǎo)體襯底上方的電容器底部金屬(CBM)電極。MIM電容器具有設(shè)置在CBM電極上方的高k電介質(zhì)和布置在高k介電層上方的電容器頂部金屬(CTM)電極。MIM電容器具有垂直地設(shè)置在高k介電層上方并且與CTM電極橫向分隔開(kāi)的偽結(jié)構(gòu)。偽結(jié)構(gòu)包括具有與CTM電極相同的材料的導(dǎo)電體。
【專利說(shuō)明】
金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器和形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器和形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容器是一種用于在電場(chǎng)內(nèi)儲(chǔ)存能量的無(wú)源雙端子電器件。電容器包含通過(guò)介電 層分隔開(kāi)的至少兩個(gè)電極。電容器的電容與兩個(gè)電極之間的面積成正比，并且與兩個(gè)電極 之間的距離（例如，介電層的厚度）成反比。因此，可W通過(guò)增加電極的面積，和/或通過(guò) 減小它們之間的距離來(lái)增加電容器的電容。
[0003] 金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器是一種常用于集成電路（IC)中的電容器。MIM 電容器通常包括布置在電極之間的介電材料，電極包括設(shè)置在后段制程度E0L)金屬堆疊 件內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種金屬-絕 緣體-金屬（MIM)電容器，包括：電容器底部金屬（CBM)電極，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方；高k 介電層，設(shè)置在所述CBM電極上方；電容器頂部金屬（CTM)電極，設(shè)置在所述高k介電層上 方；W及偽結(jié)構(gòu)，垂直地設(shè)置在所述高k介電層上方并且與所述CTM電極橫向分隔開(kāi)，其中， 所述偽結(jié)構(gòu)包括具有與所述CTM電極相同的材料的導(dǎo)電體。 陽(yáng)0化]在上述MIM電容器中，還包括：一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件，沿著所述偽結(jié)構(gòu)和所述 CTM電極的側(cè)壁延伸，其中，所述高k介電層和所述CBM電極的側(cè)壁與所述側(cè)壁間隔件的側(cè) 壁垂直對(duì)準(zhǔn)。
[0006] 在上述MIM電容器中，所述一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件包括氮化娃（SiN)。
[0007] 在上述MIM電容器中，還包括：CBM接觸通孔，W處于所述CTM電極和所述偽結(jié)構(gòu) 之間的位置設(shè)置在所述CBM電極的上表面上擬及CTM接觸通孔，設(shè)置在所述CTM電極的上 表面上。
[0008] 在上述MIM電容器中，所述CBM電極包括沿著位于設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上方的 介電層內(nèi)的多個(gè)溝槽的底部和側(cè)面設(shè)置并且沿著所述介電層的上表面延伸的導(dǎo)電襯墊；其 中，所述高k介電層包括沿著所述CBM電極的上表面設(shè)置的導(dǎo)電襯墊；W及其中，所述CTM 電極W橫向布置在所述溝槽的所述側(cè)面之間并且沿著所述介電層的上表面橫向延伸的位 置設(shè)置在所述溝槽中。
[0009] 在上述MIM電容器中，還包括：CTM掩模，設(shè)置在所述CTM電極上；其中，所述偽結(jié) 構(gòu)還包括W與所述CTM掩模橫向?qū)?zhǔn)的位置設(shè)置在所述導(dǎo)電體上的偽掩模，并且所述偽掩 模包括與所述CTM掩模相同的材料。
[0010] 在上述MIM電容器中，所述CTM掩模包括氮化娃（SiN)、氮氧化娃（SiON)或碳化娃 (SiC)。
[0011] 在上述MIM電容器中，還包括：蝕刻停止層，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的上表面和所 述CBM電極之間。
[0012] 在上述MIM電容器中，所述蝕刻停止層包括氮化娃（SiN)或碳化娃（SiC)。
[0013] 在上述MIM電容器中，所述CTM電極和所述CBM電極包括侶（Al)、粗燈a)、氮化粗 燈aN)、鐵燈i)、氮化鐵燈iN)或它們的組合。
[0014] 在上述MIM電容器中，所述高k介電層包括鐵（Ti)、銷（Pt)、釘（Ru)、氧化給 (Hf〇x>)、氧化侶（Al〇x)、氧化粗燈a〇x)或它們的組合。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器，包括： 多個(gè)溝槽，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上面的介電材料內(nèi)；電容器底部金屬（CBM)電極，沿著所述多 個(gè)溝槽的底部和側(cè)面設(shè)置并且沿著所述介電材料的上表面橫向延伸；高k介電層，沿著所 述CBM電極的上表面設(shè)置；W及電容器頂部金屬（CTM)電極，包括設(shè)置在未被所述CBM電極 和所述高k介電層填充的所述多個(gè)溝槽中的空間內(nèi)的導(dǎo)電體，并且從所述CBM電極的邊緣 向回橫向設(shè)置。
[0016] 在上述MIM電容器中，還包括：CTM掩模，垂直地設(shè)置在所述CTM電極的上面；化及 一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件，沿著所述CTM電極和所述CTM掩模的側(cè)壁延伸。
[0017] 在上述MIM電容器中，還包括：CBM接觸通孔，垂直地延伸穿過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)側(cè) 壁間隔件并且設(shè)置在未被所述CTM電極覆蓋的所述CBM電極的上表面上；W及CTM接觸通 孔，設(shè)置在所述CTM電極的上表面上。
[0018] 在上述MIM電容器中，還包括：偽結(jié)構(gòu)，通過(guò)所述CBM接觸通孔與所述CTM電極橫 向間隔開(kāi)，并且包括由與所述CTM電極相同的材料制成的導(dǎo)電體化及上面的偽掩模；其中， 所述偽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁橫向鄰接所述側(cè)壁間隔件。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種形成金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器的 方法，包括：在半導(dǎo)體襯底上方制備堆疊件，所述堆疊件包括由高k介電層分隔開(kāi)的第一導(dǎo) 電層和第二導(dǎo)電層；圖案化所述第一導(dǎo)電層W形成電容器頂部金屬（CTM)電極和與所述 CTM電極間隔開(kāi)的偽導(dǎo)電體；沿著所述第一導(dǎo)電層的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁形成一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁 間隔件；利用處于合適位置處的所述側(cè)壁間隔件蝕刻所述高k介電層和所述第二導(dǎo)電層W 形成自對(duì)準(zhǔn)的高k電介質(zhì)和電容器底部金屬（CBM)電極；W及在所述CTM電極上形成CTM 接觸通孔和形成CBM接觸通孔，所述CBM接觸通孔延伸穿過(guò)所述CTM電極和所述偽導(dǎo)電體 之間的所述側(cè)壁間隔件。
[0020] 在上述方法中，形成一個(gè)或多個(gè)所述側(cè)壁間隔件包括：形成從所述高k介電層的 頂面沿著圖案化的所述第一導(dǎo)電層的側(cè)壁連續(xù)地延伸的共形介電層W覆蓋所述第一導(dǎo)電 層的頂面；W及對(duì)所述共形介電層實(shí)施垂直蝕刻W去除位于所述高k介電層的頂面上方的 部分和位于所述第一導(dǎo)電層的頂面上方的部分。
[0021] 在上述方法中，在所述半導(dǎo)體襯底上面的介電材料內(nèi)的多個(gè)溝槽的底部和側(cè)面上 并且在所述介電材料的上表面上形成所述第一導(dǎo)電層。
[0022] 在上述方法中，在形成所述第一導(dǎo)電層和所述高k介電層之后，通過(guò)沉積薄第二 導(dǎo)電層和隨后電鍛較厚第二導(dǎo)電層而在所述多個(gè)溝槽的剩余空間內(nèi)形成所述第二導(dǎo)電層。
[0023] 在上述方法中，在形成所述第一導(dǎo)電層和所述高k介電層之后，通過(guò)物理汽相沉 積（PVD)、化學(xué)汽相沉積（CVD)或化學(xué)鍛在所述多個(gè)溝槽的剩余空間內(nèi)形成所述第二導(dǎo)電 層。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可W更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào) 的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，對(duì)各種部件沒(méi)有按比例繪制并且僅僅用于說(shuō)明的目的。實(shí)際 上，為了清楚討論起見(jiàn)，各種部件的尺寸可W被任意增大或縮小。
[00巧]圖IA示出了金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器的一些實(shí)施例的截面圖。
[0026] 圖IB示出了包括金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器的集成忍片的一些實(shí)施例的 截面圖。
[0027] 圖2示出了形成MIM電容器的方法的一些實(shí)施例的流程圖。
[0028] 圖3至圖10示出了形成MIM電容器的方法的一些實(shí)施例的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 應(yīng)當(dāng)理解，W下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的許多不同實(shí)施 例或?qū)嵗?。下面描述了部件和布置的具體實(shí)例W簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，運(yùn)些僅僅是實(shí)例，而不 旨在限制本發(fā)明。例如，在第二部件上方或者之上形成第一部件可W包括第一部件和第二 部件W直接接觸的方式形成的實(shí)施例，且也可W包括在第一部件和第二部件之間可W形成 額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可W不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可W在 各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和字符。運(yùn)種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，并且其本身并不表 示所論述的實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0030] 另外，為便于描述，本文中可W使用諸如"在…之下"、"在…下方"、"下"、"在…之 上"、"上"等的空間相對(duì)位置術(shù)語(yǔ)，W描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)（另一些） 元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)位置術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操 作中的不同方位。例如，如果翻轉(zhuǎn)附圖中的器件，則描述為位于其他元件"下方"或"之下" 的元件可W定向?yàn)樵谄渌虿考?之上"。因此，示例性術(shù)語(yǔ)"在…下方呵W包括"在… 之上"和"在…下方"的方位。裝置可WW其他方式定向（旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上），并 且因此可W對(duì)本文中使用的空間相對(duì)位置描述符同樣作相應(yīng)的解釋。
[0031] 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不斷降低集成忍片部件的尺寸來(lái)提高集成忍片的性能和降低集 成忍片的功率。在MIM(金屬-絕緣體-金屬）電容器的情況下，集成忍片部件的尺寸的減 小也減小了 MIM電容器能夠儲(chǔ)存的電容或能量。運(yùn)是因?yàn)殡S著集成忍片部件的尺寸的縮 小，電容器電極的尺寸也縮小。由于MIM電容器的電容與電極的面積成正比，電極尺寸的減 小也導(dǎo)致MIM電容器的電容的減小。電容的減小使得它很難滿足當(dāng)今的集成忍片中所使用 的器件規(guī)格。
[0032] 因此，本發(fā)明設(shè)及一種改進(jìn)的MIM(金屬-絕緣體-金屬）電容器結(jié)構(gòu)，W及相關(guān) 的處理方法，MIM電容器結(jié)構(gòu)提供相對(duì)較大的電容值，同時(shí)消耗相對(duì)較小的忍片面積。在一 些實(shí)施例中，MIM電容器包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方的電容器底部金屬（CBM)電極。高k介 電層設(shè)置在CBM電極上方，并且電容器頂部金屬（CTM)電極設(shè)置在高k介電層上方。在一 些實(shí)施例中，CBM和CTM電極包括增大CBM和CTM電極之間的面積的"銀齒"形狀。MIM電 容器可W進(jìn)一步包括垂直設(shè)置在高k介電層上方并且與CTM電極橫向間隔開(kāi)的偽結(jié)構(gòu)。偽 結(jié)構(gòu)可W包括具有與頂電極相同的材料的導(dǎo)電體，其用作自對(duì)準(zhǔn)掩模W從制造工藝中消除 在圖案化CBM電極中通常使用的光掩模并且W改進(jìn)CBM電極的臨界尺寸（CD)控制。
[0033] 圖IA示出了根據(jù)一些實(shí)施例的金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器100的截面圖。
[0034] MIM電容器100包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上面的介電材料102上方的電容器底 部金屬（CBM)電極106。CBM電極106通過(guò)高k介電層108與電容器頂部金屬（CTM)電極 110垂直分離。
[0035] 在一些實(shí)施例中，CBM電極106包括設(shè)置在介電材料102中的一個(gè)或多個(gè)溝槽111 內(nèi)的導(dǎo)電材料。一個(gè)或多個(gè)溝槽111從介電材料102的上表面102s垂直延伸至介電材料 102內(nèi)的位置。將CBM電極106的導(dǎo)電材料布置在一個(gè)或多個(gè)溝槽111內(nèi)使得CBM電極106 具有在不同的垂直位置之間變化的形狀，從而使得CBM電極106具有根據(jù)橫向位置而改變 高度的"銀齒"或彎曲形狀。高k介電層108共形地設(shè)置在CBM電極106的上表面上并且 沿著CBM電極106的側(cè)壁，從而也具有"銀齒"形狀。CTM電極110 W橫向布置在一個(gè)或多 個(gè)溝槽111的側(cè)表面之間W及在高k介電層108的上表面上方橫向延伸的位置設(shè)置在一個(gè) 或多個(gè)溝槽111內(nèi)。CTM電極110具有根據(jù)橫向位置而改變的厚度。CTM接觸通孔122可 W垂直地延伸穿過(guò)CTM掩模112至CTM電極110的上表面。
[0036] CBM電極106的"銀齒"形狀在不增加 MIM電容器100使用的半導(dǎo)體襯底101的 表面面積的情況下（即，不增加其上方布置有MIM電容器100的半導(dǎo)體襯底101的面積）， 增大了 CBM電極106和CTM電極110之間的表面面積。運(yùn)是因?yàn)镃BM電極106和CTM電極 110之間的面積具有垂直分量（沿著溝槽111的側(cè)壁）和橫向分量（沿著介電材料102的 頂面）。通過(guò)增大CBM電極106和CTM電極110之間的表面面積，在不增加 MIM電容器100 使用的半導(dǎo)體襯底101的面積的情況下，增大了 MIM電容器IOOa的電容。
[0037] 在一些實(shí)施例中，偽結(jié)構(gòu)116設(shè)置在高k介電層108和CBM電極106上方。偽結(jié)構(gòu) 116與CTM電極110橫向分隔開(kāi)。偽結(jié)構(gòu)116可W包括偽導(dǎo)電體118和位于偽導(dǎo)電體118 上面的偽掩模120。偽導(dǎo)電體118可W具有與CTM電極110相同的材料。在一些實(shí)施例中， 沿著CTM電極110和偽結(jié)構(gòu)116的側(cè)壁設(shè)置一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件114。偵幢間隔件114 可W具有與CBM電極106和高k介電層108的側(cè)壁垂直對(duì)準(zhǔn)的外側(cè)壁。在一些實(shí)施例中， CBM接觸通孔124 W處于CTM電極110和偽結(jié)構(gòu)116之間的位置而設(shè)置在CBM電極的上表 面上。 陽(yáng)03引偽結(jié)構(gòu)116和側(cè)壁間隔件114用作用于在形成MIM電容器100期間圖案化CBM電 極106的自對(duì)準(zhǔn)掩模。通過(guò)使用偽結(jié)構(gòu)116和側(cè)壁間隔件114作為自對(duì)準(zhǔn)掩模，可W從制 造工藝中消除在圖案化CBM電極106中通常使用的光掩模并且可W改進(jìn)CBM電極106的臨 界尺寸（CD)控制。
[0039] 圖IB示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器100的集 成忍片126的截面圖。
[0040] 集成忍片126包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上方的多個(gè)介電層102a-102d。多個(gè)介 電層102a-102d可W包括一種或多種介電材料，諸如低k介電層、超低k介電層、極低k介 電層和/或二氧化娃層。諸如金屬通孔層103和/或金屬引線層105的一個(gè)或多個(gè)金屬 結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在多個(gè)介電層l〇2a-102d內(nèi)。多個(gè)介電層102a-102d通過(guò)多個(gè)蝕刻停止層 巧化)104曰、104b和128垂直分離。在一些實(shí)施例中，例如，多個(gè)蝕刻停止層104曰、104b和 128可W包括氮化娃（SiN)或碳化娃（SiC)。
[0041] MIM電容器100設(shè)置在位于半導(dǎo)體襯底101上面的多個(gè)介電層102a-102d中的一 個(gè)或多個(gè)內(nèi)。例如，MIM電容器100設(shè)置在介電層10化和102c內(nèi)。MIM電容器10化包括 通過(guò)高k介電層108與電容器頂部金屬（CTM)電極110分隔開(kāi)的電容器底部金屬（CBM)電 極 106。
[0042] 在一些實(shí)施例中，CBM電極106包括沿著位于介電層10化內(nèi)的多個(gè)溝槽111的底 部和側(cè)面設(shè)置的共形的導(dǎo)電襯墊。在運(yùn)樣的實(shí)施例中，CBM電極106從蝕刻停止層104b上 方延伸穿過(guò)蝕刻停止層104b并且到達(dá)位于蝕刻停止層104b下面的介電層10化內(nèi)的位置 處。在一些實(shí)施例中，CBM電極106鄰接蝕刻停止層104b的頂面。高k介電層108可W包 括沿著CBM電極106的上表面設(shè)置的共形的介電襯墊。CTM電極110可W設(shè)置在未被CBM 電極106和高k介電層108填充的多個(gè)溝槽111中的空間內(nèi)，并且從CBM電極106的邊緣 向回橫向設(shè)置。在一些實(shí)施例中，CTM掩模112可W垂直地設(shè)置在CTM電極110上方。 陽(yáng)0創(chuàng)在各個(gè)實(shí)施例中，CBM電極106和/或CTM電極110可W包括侶（Al)、粗燈a)、氮 化粗（TaN)、鐵（Ti)、氮化鐵（TiN)或它們的組合。在一些實(shí)施例中，例如，CBM電極106和/ 或CTM電極110可W具有介于約100埃(A)和約IQOOA范圍內(nèi)的厚度。在各個(gè)實(shí)施例中， 高k介電層108可W包括金屬氧化物組分，諸如鐵（Ti)、銷（Pt)、釘（Ru)、氧化給化fOx)、 氧化侶（AlOx)、氧化粗燈aOx)或它們的組合。在一些實(shí)施例中，例如，高k介電層108可W 具有介于約1OA和約1OOA的范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施例中，CTM掩模112可W包括氮化 娃（SiN)、保護(hù)性氮氧化娃（PE-SiON)或碳化娃（SiC)。 W44] 在一些實(shí)施例中，偽結(jié)構(gòu)116設(shè)置在高k介電層108和CBM電極106上方。偽結(jié) 構(gòu)116與CTM電極110橫向分隔開(kāi)。偽結(jié)構(gòu)116可W包括偽導(dǎo)電體118和位于偽導(dǎo)電體 118上面的偽掩模120。偽導(dǎo)電體118可W具有與CTM電極110相同的材料。然而，偽導(dǎo) 電體118具有基本上平坦的底面（與CTM電極110相反，CTM電極110具有非平坦底面）。 在一些實(shí)施例中，偽掩模120可W包括氮化娃（SiN)、保護(hù)性氮氧化娃（PE-SiON)或碳化娃 (SiC)。
[0045] 在一些實(shí)施例中，非平坦蝕刻停止層128設(shè)置在圍繞偽結(jié)構(gòu)116的介電層102c上 方。在圍繞MIM電容器10化的區(qū)域中，非平坦蝕刻停止層128布置在蝕刻停止層104b上 方的第一高度hi處并且在位于CTM電極110和偽結(jié)構(gòu)116上面的區(qū)域中，非平坦蝕刻停止 層128布置在蝕刻停止層104b上方的第二高度h2處。在一些實(shí)施例中，第二高度h 2大于 第一高度hi。在一些實(shí)施例中，例如，非平坦蝕刻停止層128可W包括氮化娃（SiN)或碳化 娃（SiC)。
[0046] 側(cè)壁間隔件114沿著CTM掩模112和偽掩模120的側(cè)壁向上延伸。例如，側(cè)壁間隔 件114可W包括基于氮化物的材料，諸如氮化娃（SiN)。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁間隔件114 可W橫向設(shè)置在CTM掩模112和偽掩模120之間。在一些實(shí)施例中，CBM接觸通孔124的 相對(duì)兩側(cè)鄰接橫向設(shè)置在CTM掩模112和偽掩模120之間的側(cè)壁間隔件114。
[0047] 在一些實(shí)施例中，MIM電容器100相對(duì)于多個(gè)溝槽111可W是非對(duì)稱的。例如，MIM 電容器1〇化的CBM電極106可W從多個(gè)溝槽111向外橫向延伸作為在第一方向上的第一延 伸和作為在第二相反方向上延伸至更大距離的第二延伸。在一些實(shí)施例中，偽結(jié)構(gòu)116設(shè) 置在第二延伸（即，從溝槽向外延伸至更大距離處的CBM電極106的區(qū)域上方）上方。在 其他實(shí)施例中（未示出），MIM電容器100相對(duì)于多個(gè)溝槽111可W是對(duì)稱的。 W48] 圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的形成MIM電容器的方法200的流程圖。
[0049] 雖然所公開(kāi)的方法200在本文中被示出和描述為一系列的行為或事件，但是應(yīng)當(dāng) 理解，所示出的運(yùn)些行為或事件的順序不應(yīng)解釋為限制意義。例如，一些行為可W W不同的 順序發(fā)生和/或與除了本文中示出和/或描述的行為或事件之外的其他行為或事件同時(shí)發(fā) 生。此外，并非所有示出的行為都是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面或本發(fā)明的實(shí)施例所必 須的。此外，可WW-個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的行為和/或階段來(lái)執(zhí)行本文中示出的一個(gè)或多個(gè)行 為。
[0050] 在步驟202中，在半導(dǎo)體襯底上方制備第一導(dǎo)電層、高k介電層和第二導(dǎo)電層的堆 疊件。在一些實(shí)施例中，步驟202可W進(jìn)一步包括步驟201和203。在步驟201中，在介電 材料內(nèi)形成多個(gè)溝槽。在步驟203中，在溝槽的底部和側(cè)面上W及在介電材料的上表面上 形成共形（第二）導(dǎo)電層，在第二導(dǎo)電層上形成高k介電層，W及在溝槽的剩余空間內(nèi)填充 第一導(dǎo)電層。
[005U 在步驟204中，圖案化第一導(dǎo)電層W形成電容器頂部金屬（CTM)電極化及與CTM 電極間隔開(kāi)的偽導(dǎo)電體。
[0052] 在步驟206中，沿著圖案化的第一導(dǎo)電層的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁形成一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁 間隔件。在一些實(shí)施例中，步驟206可W進(jìn)一步包括步驟205和207。在步驟205中，形成 從高k介電層的頂面沿著圖案化的第一導(dǎo)電層的側(cè)壁連續(xù)地延伸的共形介電層W覆蓋圖 案化的第一導(dǎo)電層的頂面。在步驟207中，對(duì)共形介電層實(shí)施垂直蝕刻W去除位于高k介 電層和圖案化的第一導(dǎo)電層上方的部分W形成一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件。
[0053] 在步驟208中，利用處于合適位置的側(cè)壁間隔件蝕刻高k介電層和第二導(dǎo)電層W 形成自對(duì)準(zhǔn)的高k介電層和電容器底部金屬（CBM)電極。
[0054] 在步驟210中，形成CBM接觸通孔和CTM接觸通孔。在一些實(shí)施例中，穿過(guò)側(cè)壁間 隔件在CTM電極和偽導(dǎo)電層之間形成CBM接觸通孔。 陽(yáng)化5] 圖3至圖10示出了形成MIM電容器的方法的截面圖的一些實(shí)施例。雖然結(jié)合方 法200描述了圖3至圖10,但是應(yīng)當(dāng)理解，在圖3至圖10中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)不限制于該方法，相 反，可W代表獨(dú)立于該方法的單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。
[0056] 圖3示出了對(duì)應(yīng)于步驟201的截面圖300的一些實(shí)施例。
[0057] 如截面圖300中所示，在介電材料102和任選的蝕刻停止層104內(nèi)形成諸如Ilia、 IUbUllc的多個(gè)溝槽111。在一些實(shí)施例中，介電材料102是圍繞設(shè)置在半導(dǎo)體襯底（未 示出）上方的多個(gè)金屬互連層中的一個(gè)（諸如金屬通孔層103和金屬引線層105)的ILD 層。介電材料102可W包括低k介電層、超低k介電層、極低k介電層、和/或二氧化娃層。 在各個(gè)實(shí)施例中，介電材料102可W是固體或多孔低k材料。
[0058] 在一些實(shí)施例中，通過(guò)選擇性地將未被掩蔽層302覆蓋的區(qū)域中的介電材料102 暴露于蝕刻劑304來(lái)形成溝槽111。掩蔽層302可W是在蝕刻停止層104上形成的諸如氮 化娃的氮化物，但是其他材料也是合適的，蝕刻停止層104可W是碳化娃。在一些實(shí)施例 中，蝕刻劑304可W包括干蝕刻劑。在一些實(shí)施例中，干蝕刻劑可W具有包括含氣物質(zhì)（例 如，CF4、CHF3、CaFs等）的蝕刻化學(xué)物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，例如，蝕刻化學(xué)物質(zhì)可W進(jìn)一步 包括氧或氨。在其他實(shí)施例中，蝕刻劑304可W包括包含氨氣酸化巧的濕蝕刻劑。在一些 實(shí)施例中，通過(guò)在介電材料102內(nèi)實(shí)施各向異性蝕刻，蝕刻劑304可W形成多個(gè)溝槽。
[0059] 圖4示出了對(duì)應(yīng)于步驟203的截面圖400的一些實(shí)施例。
[0060] 如截面圖400中所示，在溝槽111的底部和側(cè)面上W及在介電材料102的上表面 102s上方共形地形成第二導(dǎo)電層402。在各個(gè)實(shí)施例中，第二導(dǎo)電層402可W鄰接介電材 料102的上表面102s或蝕刻停止層104的上表面104s。在第二導(dǎo)電層402上形成高k介 電層404。在高k介電層404上形成第一導(dǎo)電層406 W填充溝槽111的剩余空間
[0061] 在一些實(shí)施例中，可W通過(guò)使用沉積技術(shù)（例如，CVD、陽(yáng)-CVD、PVD等）形成第一 導(dǎo)電層406、第二導(dǎo)電層402和高k介電層404。在一些實(shí)施例中，在形成第二導(dǎo)電層402 之前，可W在多個(gè)溝槽111中形成擴(kuò)散阻擋襯墊（未示出）。在一些實(shí)施例中，可W通過(guò)蒸 發(fā)或沉積薄層或晶種層，W及通過(guò)電鍛填充剩余的空間來(lái)形成第一導(dǎo)電層406。在一些其他 實(shí)施例中，可W通過(guò)物理汽相沉積（PVD)、化學(xué)汽相沉積（CVD)或無(wú)電鍛來(lái)形成第一導(dǎo)電層 406?？蒞隨后實(shí)施平坦化工藝（例如，化學(xué)機(jī)械平坦化工藝）W實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電層406的平 坦頂面。
[0062] 圖5至圖6示出了對(duì)應(yīng)于步驟204的截面圖500和600的一些實(shí)施例。
[0063] 如截面圖500所示，在第一導(dǎo)電層406上方可W形成第二掩蔽層502。在一些 實(shí)施例中，第二掩蔽層502可W是氧化物，諸如二氧化娃、氮化娃（SiN)、保護(hù)性氮氧化娃 (PE-SiON)、或碳化娃（SiC)。 陽(yáng)064] 如截面圖600所示，根據(jù)第=掩蔽層602圖案化第一導(dǎo)電層（例如，圖5的元件 406) W形成CTM電極110 W及與CTM電極110間隔開(kāi)的偽導(dǎo)電體118。在一些實(shí)施例中， 通過(guò)將未被第立掩蔽層602 (例如，包括間隔開(kāi)的第一部分602a和第二部分60化的光刻膠 層）覆蓋的區(qū)域中的工件暴露于蝕刻劑604可W圖案化第一導(dǎo)電層。在圖案化之后，圖案 化的第二掩蔽層可W包括分別位于CTM電極110和偽導(dǎo)電體118上面的CTM掩模112和偽 掩模120。在各個(gè)實(shí)施例中，蝕刻劑604可W包括濕蝕刻劑（例如，氨氣酸、憐酸等）或干蝕 刻劑。在圖案化CTM電極110和偽導(dǎo)電體118之后，隨后去除第S掩蔽層602。 陽(yáng)0化]圖7示出了對(duì)應(yīng)于步驟205的截面圖700的一些實(shí)施例。
[0066] 如截面圖700所示，在襯底上形成共形介電層702。共形介電層702沿著CTM電極 110的側(cè)壁表面1 IOs從高k介電層404的上表面404s連續(xù)地延伸W覆蓋CTM電極110的 頂面11化。在一些實(shí)施例中，共形介電層702還可W連續(xù)地延伸到CTM掩模112和偽掩模 120的側(cè)壁和頂面上（如果適用）。
[0067] 圖8示出了對(duì)應(yīng)于步驟207的截面圖800的一些實(shí)施例。
[0068] 如截面圖800所示，將工件暴露于蝕刻劑802,蝕刻劑802配置為用于去除位于高 k介電層404的上表面404s和CTM電極110的頂面11化上方的區(qū)域中的共形介電層702。 使用蝕刻劑802去除共形介電層702形成沿著側(cè)壁表面IlOs的側(cè)壁間隔件114。
[0069] 圖9示出了對(duì)應(yīng)于步驟208的截面圖900的一些實(shí)施例。
[0070] 如截面圖900所示，利用位于合適位置的側(cè)壁間隔件114,通過(guò)蝕刻劑902蝕刻高 k介電層404和第二導(dǎo)電層402 W形成自對(duì)準(zhǔn)的高k介電層108和電容器底部金屬（CBM) 電極106。位于CTM電極110和偽結(jié)構(gòu)116之間的高k介電層404和第二導(dǎo)電層402受到 側(cè)壁間隔件114的保護(hù)，從而使得高k介電層和第二導(dǎo)電層的部分不被側(cè)壁間隔件114覆 蓋，去除CTM掩模112和偽掩模120。CBM電極106、高k介電層108和側(cè)壁間隔件114的側(cè) 壁906s、908s和914s垂直對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，使用干蝕刻工藝去除高k介電層404和 第二導(dǎo)電層402的部分。 陽(yáng)071] 圖10示出了對(duì)應(yīng)于步驟210的截面圖1000的一些實(shí)施例。 陽(yáng)07引如截面圖1000所示，在上部層間介電（ILD)層1002內(nèi)形成CTM接觸通孔122和 CBM接觸通孔124。CTM接觸通孔122形成為穿過(guò)CTM掩模112。CBM接觸通孔124形成為 穿過(guò)CTM電極110和偽導(dǎo)電體118之間的側(cè)壁間隔件114和高k介電層108。在一些實(shí)施 例中，也可W在CTM接觸通孔122和CBM接觸通孔124上方形成金屬引線層10化。
[0073] 在一些實(shí)施例中，可W通過(guò)蝕刻上部ILD層1002 W形成延伸穿過(guò)上部ILD層1002 和CTM掩模112 W及延伸穿過(guò)上部ILD層1002和側(cè)壁間隔件114的開(kāi)口來(lái)形成CTM接觸 通孔122和CBM接觸通孔124。然后用金屬填充開(kāi)口 W形成CTM接觸通孔122和CBM接觸 通孔124, CTM接觸通孔122和CBM接觸通孔124分別從CTM電極110和CBM電極106延伸 至金屬引線層10化。
[0074] 應(yīng)當(dāng)理解，雖然在論述本文中描述的方法的各方面中，在整個(gè)文件中參考示例性 結(jié)構(gòu)，但是那些方法不受呈現(xiàn)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)的限制。相反，方法（和結(jié)構(gòu)）都被認(rèn)為是互相獨(dú) 立的并且在不考慮圖中示出的任何特定方面的情況下能夠單獨(dú)地表示和實(shí)踐。此外，可W W任何合適的方式，諸如利用旋轉(zhuǎn)、瓣射、生長(zhǎng)和/或沉積技術(shù)等形成本文所描述的層。
[00巧]此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員基本對(duì)說(shuō)明書(shū)和附圖的閱讀和/或理解可W容易地想 到等效變化和/或修改。本文中的公開(kāi)包括運(yùn)種修改和變化，并且通常不旨在限制于此。例 如，雖然本文中提供的圖被示出和描述為具有特定的滲雜類型，但是，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員能夠意識(shí)到可W利用可選的滲雜類型。
[0076] 因此，本發(fā)明設(shè)及一種改進(jìn)的MIM(金屬-絕緣體-金屬）電容器結(jié)構(gòu)，W及相關(guān) 的處理方法，該MIM電容器結(jié)構(gòu)提供相對(duì)較大的電容值，同時(shí)消耗相對(duì)較小的忍片面積。
[0077] 在一些實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)及一種金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器。MIM電容器 包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方的電容器底部金屬（CBM)電極。MIM電容器還包括設(shè)置在CBM 電極上方的高k電介質(zhì)。MIM電容器還包括設(shè)置在高k介電層上方的電容器頂部金屬（CTM) 電極。MIM電容器還包括垂直地設(shè)置在高k介電層上方并且與CTM電極橫向分隔開(kāi)的偽結(jié) 構(gòu)。偽結(jié)構(gòu)包括具有與CTM電極相同的材料的導(dǎo)電體。 陽(yáng)07引在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)及一種金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器。MIM電 容器包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上面的介電材料內(nèi)的多個(gè)溝槽。MIM電容器還包括沿著多個(gè)溝 槽的底部和側(cè)面設(shè)置并且沿著介電材料的上表面橫向延伸的電容器底部金屬（CBM)電極。 MIM電容器還包括沿著CBM電極的上表面設(shè)置的高k介電層。MIM電容器還包括包含設(shè)置在 未被CBM電極和高k介電層填充的多個(gè)溝槽中的空間內(nèi)的導(dǎo)電體的電容器頂部金屬（CTM) 電極，CTM電極從CBM電極的邊緣向回橫向設(shè)置。
[0079] 在又另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)及一種形成金屬-絕緣體-金屬（MIM)電容器的 方法。該方法包括在半導(dǎo)體襯底上方制備包括由高k介電層分隔開(kāi)的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo) 電層的堆疊件。該方法還包括圖案化第一導(dǎo)電層W形成電容器頂部金屬（CTM)電極和與 CTM電極間隔開(kāi)的偽導(dǎo)電體。該方法還包括沿著第一導(dǎo)電層的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁形成一個(gè)或 多個(gè)側(cè)壁間隔件。該方法還包括利用處于合適位置處的側(cè)壁間隔件蝕刻高k介電層和第二 導(dǎo)電層W形成自對(duì)準(zhǔn)的高k電介質(zhì)和電容器底部金屬（CBM)電極。該方法還包括在CTM電 極上形成CTM接觸通孔和形成CBM接觸通孔，CBM接觸通孔延伸穿過(guò)CTM電極和偽導(dǎo)電體 之間的側(cè)壁間隔件。
[0080] 上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可W更好地理解本發(fā)明的方 面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可W容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改用于實(shí) 現(xiàn)與在此所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人 員也應(yīng)該意識(shí)到，運(yùn)種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精 神和范圍的情況下，在此他們可W做出多種變化、替換W及改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種金屬-絕緣體-金屬（Μ頂）電容器，包括： 電容器底部金屬（CBM)電極，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方； 高k介電層，設(shè)置在所述CBM電極上方； 電容器頂部金屬（CTM)電極，設(shè)置在所述高k介電層上方；以及 偽結(jié)構(gòu)，垂直地設(shè)置在所述高k介電層上方并且與所述CTM電極橫向分隔開(kāi)，其中，所 述偽結(jié)構(gòu)包括具有與所述CTM電極相同的材料的導(dǎo)電體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Μ頂電容器，還包括： 一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件，沿著所述偽結(jié)構(gòu)和所述CTM電極的側(cè)壁延伸，其中，所述高k 介電層和所述CBM電極的側(cè)壁與所述側(cè)壁間隔件的側(cè)壁垂直對(duì)準(zhǔn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Μ頂電容器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件包括氮化硅 (SiN)〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Μ頂電容器，還包括： CBM接觸通孔，以處于所述CTM電極和所述偽結(jié)構(gòu)之間的位置設(shè)置在所述CBM電極的上 表面上；以及 CTM接觸通孔，設(shè)置在所述CTM電極的上表面上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Μ頂電容器， 其中，所述CBM電極包括沿著位于設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上方的介電層內(nèi)的多個(gè)溝槽 的底部和側(cè)面設(shè)置并且沿著所述介電層的上表面延伸的導(dǎo)電襯墊； 其中，所述高k介電層包括沿著所述CBM電極的上表面設(shè)置的導(dǎo)電襯墊；以及 其中，所述CTM電極以橫向布置在所述溝槽的所述側(cè)面之間并且沿著所述介電層的上 表面橫向延伸的位置設(shè)置在所述溝槽中。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Μ頂電容器，還包括： CTM掩模，設(shè)置在所述CTM電極上； 其中，所述偽結(jié)構(gòu)還包括以與所述CTM掩模橫向?qū)?zhǔn)的位置設(shè)置在所述導(dǎo)電體上的偽 掩模，并且所述偽掩模包括與所述CTM掩模相同的材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Μ頂電容器，其中，所述CTM掩模包括氮化硅（SiN)、氮氧化 硅（SiON)或碳化硅（SiC)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Μ頂電容器，還包括： 蝕刻停止層，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的上表面和所述CBM電極之間。9. 一種金屬-絕緣體-金屬（Μ頂）電容器，包括： 多個(gè)溝槽，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上面的介電材料內(nèi)； 電容器底部金屬（CBM)電極，沿著所述多個(gè)溝槽的底部和側(cè)面設(shè)置并且沿著所述介電 材料的上表面橫向延伸； 高k介電層，沿著所述CBM電極的上表面設(shè)置；以及 電容器頂部金屬（CTM)電極，包括設(shè)置在未被所述CBM電極和所述高k介電層填充的 所述多個(gè)溝槽中的空間內(nèi)的導(dǎo)電體，并且從所述CBM電極的邊緣向回橫向設(shè)置。10. -種形成金屬-絕緣體-金屬（M頂）電容器的方法，包括： 在半導(dǎo)體襯底上方制備堆疊件，所述堆疊件包括由高k介電層分隔開(kāi)的第一導(dǎo)電層和 第二導(dǎo)電層； 圖案化所述第一導(dǎo)電層以形成電容器頂部金屬（CTM)電極和與所述CTM電極間隔開(kāi)的 偽導(dǎo)電體； 沿著所述第一導(dǎo)電層的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁形成一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁間隔件； 利用處于合適位置處的所述側(cè)壁間隔件蝕刻所述高k介電層和所述第二導(dǎo)電層以形 成自對(duì)準(zhǔn)的高k電介質(zhì)和電容器底部金屬（CBM)電極；以及 在所述CTM電極上形成CTM接觸通孔和形成CBM接觸通孔，所述CBM接觸通孔延伸穿 過(guò)所述CTM電極和所述偽導(dǎo)電體之間的所述側(cè)壁間隔件。
【文檔編號(hào)】H01L23/64GK105826166SQ201510367048
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年6月29日
【發(fā)明人】謝靜佩, 徐晨祐, 劉世昌
【申請(qǐng)人】臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司