专利名称：金属电容器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路的制造方法，特别有关于一种在半导体集成电路上形成金属电容器的制造方法。
背景技术：
传统的金属电容器的制造方法是在电容器图案化完成后在其周边形成一氮化硅层，而此种周边包围有氮化硅层的金属电容器结构会造成金属电容器的侧壁电性崩溃较早于主体元件的崩溃。
为了能够更清楚说明公知的金属电容器的制造方法，将配合图式，作详细说明如后。首先，如图1A所示，提供一半导体基底10，此半导体基底10具有至少一金属结构11，而该金属结构11是在包括绝缘层12及蚀刻停止层14所组成的复合的绝缘层中形成。
接著，请参见图1B，在金属结构11上形成一金属电容器20。形成金属电容器的步骤包括，先使用微影及蚀刻制程于蚀刻停止层14中定义一开口，再依序形成一下电极层22、一介电质层24、一上电极层26及一抗反射涂层28，然后，使用微影及蚀刻制程定义下电极层22、介电质层24、上电极层26及抗反射涂层28以得到金属电容器20。之后，在金属电容器20上形成一氮化硅层30。
在上述公知的金属电容器的制程中，于电容器图案化完成后在其周边形成一氮化硅层30，此种结构会造成金属电容器的侧壁电性崩溃较早于主体元件的崩溃。
为解决上述由于电容器周边的氮化硅层所造成金属电容器的侧壁崩溃问题，Lucent Technologies Bell Laboratories的Ruichen Liu等人所发表的“Singlemask metal-insulatof-metal(MIM)capacitor with copper damascene metallizationfor sub-0.18μm mixed-mode signal and system-on-a-chip(SOC)applications”中提到Infineon/IBM group提出使用氮化硅层作为金属障壁层以建构一铜MIM电容器，其结构请参照图2A，半导体基底50、金属结构5l、绝缘层52、金属电容器53、下电极层54、介电质层56、上电极层58及氮化硅层60。其中为防止漏电流沿著金属电容器/氮化硅层间的介面发生，需多加一道光罩制程将金属电容器两侧侧壁上的氮化硅层去除，如图2B所示。如此将增加制程的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属电容器的制造方法，其可避免金属电容器的侧壁由于铜扩散造成电性崩溃较早于主体元件的崩溃，及防止漏电流沿着金属电容器/氮化硅层间的介面发生。
本发明的目的可通过如下措施来实现一种金属电容器的制造方法，首先，提供一半导体基底，具有一镶嵌铜结构。然后，在上述镶嵌铜结构上形成一金属层。接著，在上述金属层上形成一金属电容器，其中该金属电容器具有由氮化钽层或氮化钛层所构成的电极层。最后，在上述金属电容器的侧壁形成一绝缘侧壁层。
所述的形成该金属层的步骤，包括在该镶嵌铜结构上依序形成一第一蚀刻停止层及一介电层；在该镶嵌铜结构上的该第一蚀刻停止层及该介电层中形成一电容器开窗口；以及在该电容器开窗口内形成一金属层填满该电容器开窗口。
上述方法还包括下列步骤在该金属电容器上形成一第二绝缘层及第二蚀刻停止层；以及在该第二蚀刻停止层及该第二绝缘层中形成一第二镶嵌铜结构且与该金属电容器电性连接。
上述的形成该金属电容器的步骤，包括依序形成一下电极层、一介电质层、一上电极层及一抗反射涂层；以及定义该下电极层、该介电质层、该上电极层及该抗反射涂层以形成该金属电容器。
上述的该下电极层是形成一厚度为250至350的氮化钽层或氮化钛层。
上述的介电质层是形成一厚度为350至400的氧化钽层、二氧化硅层或氮化硅层。
上述的上电极层是形成一厚度为450至550的氮化钽层或氮化钛层。
上述的抗反射涂层是形成一厚度为250至350的氮化钛层。
上述的第一及第二绝缘层是一氧化物层。
上述的第一及第二蚀刻停止层是一氮化硅层。
上述的镶嵌铜结构是为单镶嵌铜结构。
上述的镶嵌铜结构是为双镶嵌铜结构。
上述的形成该绝缘侧壁层的步骤，包括使用电浆促进化学气相沉积法全面性形成一二氧化硅层；以及蚀刻该二氧化硅层以形成该绝缘侧壁层。
本发明相比现有技术具有如下优点本发明使用氮化钽层或氮化钛层取代铜层作为电容器的电极层可以有效阻止铜扩散(铜易扩散进入二氧化硅层)，因此可以使用氧化钽层、二氧化硅层或其他高介电常数材料取代氮化硅层作为介电质层，以防止氮化硅材料的易漏电现象。再者，本发明在金属电容器的侧边形成绝缘侧壁层，使得金属电容器能被隔离不会与氮化硅层直接接触，可防止漏电流沿著金属电容器/氮化硅层间的介面发生，而不会造成金属电容器的侧壁电性，崩溃较早于主体元件的崩溃，且可以获得较佳的线性电容电压。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下图1A至图1B是显示传统的金属电容器的制造方法的制程剖面图。
图2A至图2B是显示Infineon/IBM group所提出的金属电容器的结构。
图3A至图3F是代表本发明实施例的金属电容器的制造方法的制程剖面图。
具体的实施方式实施例本发明提出一种金属电容器的制造方法，首先提供一半导体基底100，此半导体基底100具有至少一镶嵌铜结构，如图3A所示，镶嵌铜结构可以为单镶嵌铜结构或双镶嵌铜结构，本实施例是以双镶嵌铜结构来举例说明，本发明的半导体元件的详细构造尚包括场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)，但未详示于图中，以简化该图示及其后的说明。为了方便说明本实施例的多层双镶嵌铜结构是以X层铜结构来举例说明，此铜结构的层数可为数层至数十层或以上，并无一定的限制，双镶嵌铜结构是由一导孔部VX-1及一内连接部MX所组成，而该导孔部VX-1及内连接部MX是在包括绝缘层102、106及蚀刻停止层104所组成的复合的绝缘层中形成，绝缘层102、106例如是氧化物层，蚀刻停止层104、108例如是氮化硅层。而本实施例是以在第X层铜结构上方形成金属电容器来举例说明。
接著，仍请参见图3A，在内连接部MX上依序形成一第一蚀刻停止层108及一介电层110。介电层110例如形成一厚度约6500至7000的氟硅玻璃层。
然后，在内连接部MX上的第一蚀刻停止层108及介电层110中形成一电容器开窗口(capacitor open window)112。例如使用微影及蚀刻制程定义介电层110及蚀刻停止层108以得到电容器开窗口112。
其次，请参阅图3B，在电容器开窗口112内形成一金属层114至介电层110的上平面止，金属层114为一单镶嵌金属结构。金属层114例如以物理气相沉积制程形成铜金属层，再利用平坦化制程，如化学机械研磨，将多馀铜金属层磨除。
再者，请参阅图3C，在金属层114上形成一金属电容器。形成金属电容器的步骤包括，先依序形成一下电极层116、一介电质层118、一上电极层120及一抗反射涂层122。下电极层116例如形成一厚度够250至350的氮化钽层或氮化钛层；介电质层118可以使用介电常数大于3的介电质层，例如形成一厚度约350至400的氧化钽层、二氧化硅层或氮化硅层；上电极层120例如形成一厚度约450至550的氮化钽层或氮化钛层；抗反射涂层122例如形成一厚度约250至350的氮化钛层。
之后，请参阅图3D，定义下电极层116、介电质层118、上电极层120及抗反射涂层122以形成金属电容器124。例如使用微影及蚀刻制程定义下电极层116、介电质层118、上电极层120及抗反射涂层122以得到金属电容器124的结构。
接着，请参见图3E，在金属电容器124的侧壁形成一绝缘侧壁层126。例如使用电浆促进化学气相沉积法全面性形成一二氧化硅层，再蚀刻此二氧化硅层以形成绝缘侧壁层126，如此即完成本发明的金属电容器。在本发明的金属电容器124完成后，可继续在金属电容器124上形成一第二蚀刻停止层128及一第二绝缘层130。
最后，请参见图3F，在介电层110、第二蚀刻停止层128及第二绝缘层130中形成一第二双镶嵌铜结构MX+1且与金属电容器124电性连接。图3F中标示VX者为导孔部VX。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此顼技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书范围为准。
权利要求
1.一种金属电容器的制造方法，包括下列步骤提供一半导体基底，具有一镶嵌铜结构；在该镶嵌铜结构上形成一金属层；在该金属层上形成一金属电容器，其中该金属电容器具有由氮化钽层或氮化钛层所构成的电极层；以及在该金属电容器的侧壁形成一绝缘侧壁层。
2.如权利要求1所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的形成该金属层的步骤，包括在该镶嵌铜结构上依序形成一第一蚀刻停止层及一介电层；在该镶嵌铜结构上的该第一蚀刻停止层及该介电层中形成一电容器开窗口；以及在该电容器开窗口内形成一金属层填满该电容器开窗口。
3.如权利要求1所述的金属电容器的制造方法，其特征在于还包括下列步骤在该金属电容器上形成一第二绝缘层及第二蚀刻停止层；以及在该第二蚀刻停止层及该第二绝缘层中形成一第二镶嵌铜结构且与该金属电容器电性连接。
4.如权利要求1所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的形成该金属电容器的步骤，包括依序形成一下电极层、一介电质层、一上电极层及一抗反射涂层；以及定义该下电极层、该介电质层、该上电极层及该抗反射涂层以形成该金属电容器。
5.如权利要求1或3所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的第一及第二绝缘层是一氧化物层。
6.如权利要求2或3所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的第一及第二蚀刻停止层是一氮化硅层。
7.如权利要求4所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的该下电极层是形成一厚度为250至350的氮化钽层或氮化钛层。
8.如权利要求4所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的介电质层是形成一厚度为350至400的氧化钽层、二氧化硅层或氮化硅层。
9.如权利要求4所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的上电极层是形成一厚度为450至550的氮化钽层或氮化钛层。
10.如权利要求4所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的抗反射涂层是形成一厚度为250至350的氮化钛层。
11.如权利要求1所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的镶嵌铜结构是为单镶嵌铜结构。
12.如权利要求1所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的镶嵌铜结构是为双镶嵌铜结构。
13.如权利要求1所述的金属电容器的制造方法，其特征在于所述的形成该绝缘侧壁层的步骤，包括使用电浆促进化学气相沉积法全面性形成一二氧化硅层；以及蚀刻该二氧化硅层以形成该绝缘侧壁层。
全文摘要
本发明涉及一种金属电容器的制造方法，该方法首先提供一半导体基底，具有一镶嵌铜结构；然后，在上述镶嵌铜结构上形成一金属层；接著，在上述金属层上形成一金属电容器，其中该金属电容器具有由氮化钽层或氮化钛层所构成的电极层；最后，在上述金属电容器的侧壁形成一绝缘侧壁层。
文档编号H01L21/70GK1482667SQ02131610
公开日2004年3月17日 申请日期2002年9月11日 优先权日2002年9月11日
发明者黄崎峰, 陈俊宏, 王是琦, 林志贤 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司