面下游离子化方法或熔炉/快速热退火(RTA)方法。
[0099]在一些实施例中，当使用等离子体离子化方法时，具有一氧化二氮(N2O)、水(H2O)、一氧化氮(NO)或氧(O2)的等离子体用于氧化氮化物层154a以形成氧化物层154b。在一些实施例中，在从约0.1微托至约1000托的范围内的压力下实施等离子体离子化方法。在一些实施例中，在从约1W至约10000W的范围内的RF功率下实施等离子体离子化方法。在一些实施例中，实施等离子体离子化方法的持续时间在从约I秒至约1000秒的范围内。
[0100]如图6E所示，根据本发明的一些实施例，在形成氧化物层154b之后，在氧化物层154b上形成CTM层158。CTM层158包括底部阻挡层158a、主要金属层158b和顶部阻挡层158c。
[0101]应该注意，每个层中的针孔处于不同的位置，并且因此相比于穿过单个层，电子更不可能穿过多个层。因此，用于穿过绝缘层154的两层传输电子的路径更长。当路径增大时，可以解决泄漏问题，并且进一步增大MM结构的击穿电压。
[0102]图7A至图7B示出了根据本发明的一些实施例的形成金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构150f的截面图示。
[0103]参照图7A，在CBM层152上形成氮化物层154a，在氮化物层154a上形成氧化物层154b，并且在氧化物层154b上形成第二氮化物层154c。在一些实施例中，第二氮化物层154c沉积在氧化物层154b上。
[0104]如图7B所示，根据本发明的一些实施例，在形成第二氮化物层154c之后，在第二氮化物层154c上形成第二氧化物层154d。然后，在第二氧化物层154d上形成CTM层158。绝缘层154由氮化物层154a、氧化物层154b、第二氮化物层154c和第二氧化物层154d构成。
[0105]应该注意，绝缘层154由四层制成。电子在多个层中的传输路径比单个层中的传输路径长，并且因此减少了漏电流的发生率，并且进一步增大了 MIM结构的击穿电压。
[0106]图8示出了根据本发明的一些实施例的金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构150g的截面图示。如图8所示，绝缘层154位于高k介电层153和高k介电层157之间。绝缘层154由包括氮化物层154a和氧化物层154b的两层制成。与图4E相比，图8中的绝缘层154由两层形成，并且图8中的绝缘层154具有较低的折射率。
[0107]图9示出了根据本发明的一些实施例的金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构150h的截面图示。
[0108]绝缘层154位于高k介电层153和高k介电层157之间。绝缘层154由包括氮化物层154a、氧化物层154b、第二氮化物层154c和第二氧化物层154d的四层制成。
[0109]提供了用于形成金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构的机制的实施例。MM电容器结构由CBM层、主要金属层和CTM层制成。绝缘层包括高k介电层和/或第二高k介电层。高k介电层形成在CBM层和绝缘层上。第二高k介电层形成在绝缘层和CTM层上。高k介电层用于提高MM电容器结构的K值。一旦增大了 K值，也就在不减小电容的情况下增大了绝缘层的厚度。因此，提高了击穿电压，并且改进了用于形成绝缘层的工艺窗口。此夕卜，绝缘层由单层或多层形成。与具有单层绝缘层的MIM结构相比，具有多层绝缘层的MM结构具有更高的击穿电压。
[0110]在一些实施例中，提供了一种金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构。MM电容器结构包括衬底和形成在衬底上的金属-绝缘体-金属(MM)电容器。MIM电容器包括电容器顶部金属(CTM)层、电容器底部金属(CBM)层和形成在CTM层和CBM层之间的绝缘体。绝缘体包括绝缘层和第一高k介电层，并且绝缘层包括氮化物层和氧化物层，并且氮化物层形成在第一高k介电层和氧化物层之间。
[0111]在一些实施例中，提供了一种金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构。MM电容器结构包括形成在衬底上的CBM层，并且CBM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层。MIM电容器结构包括形成在CBM层上的第一高k介电层和形成在第一高k介电层上的绝缘层。绝缘层包括第一氮化物层、第二氮化物层、第一氧化物层和第二氧化物层，并且第一氧化物层形成在第一氮化物层和第二氮化物层之间。MIM电容器结构包括形成在绝缘层上的CTM层，并且CTM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层。
[0112]在一些实施例中，提供了一种形成金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构的方法。该方法包括提供衬底和在衬底上形成电容器底部金属(CBM)层。CBM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层。该方法也包括在CBM层上形成第一高k介电层和在第一高k介电层上形成第一氮化物层。该方法还包括在第一氮化物层上形成第一氧化物层；以及在第一氧化物层上形成电容器顶部金属(CTM)层。
[0113]上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实现与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。
【主权项】
1.一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，包括: 衬底；以及 金属-绝缘体-金属(MM)电容器，形成在所述衬底上， 其中，所述MIM电容器包括: 电容器顶部金属(CTM)层； 电容器底部金属(CBM)层；和 绝缘体，形成在所述CTM层和所述CBM层之间， 其中，所述绝缘体包括绝缘层和第一高k介电层，并且其中，所述绝缘层包括氮化物层和氧化物层，并且所述氮化物层形成在所述第一高k介电层和所述氧化物层之间。
2.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构，所述绝缘体还包括第二高k介电层。
3.根据权利要求2所述的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，其中，所述第一高k介电层和所述第二高k介电层形成在所述绝缘层的相对两侧上。
4.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，所述第一高k介电层的相对介电常数在从约4至约400的范围内。
5.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，其中，所述第一高k介电层包括氧化钛(TixOy，X是实数，并且y是实数)、氧化钽(TaxOy，x是实数，并且y是实数)、氮氧化钛(TixOyNz，X是实数，y是实数，并且z是实数)或氮氧化钽(Tax0yNz，x是实数，y是实数，并且z是实数)。
6.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，其中，所述第一高k介电层的厚度在从约5埃至约50埃的范围内。
7.根据权利要求6所述的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，其中，所述CBM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层，并且其中，所述底部阻挡层和所述顶部阻挡层形成在所述主要金属层的相对两侧上。
8.根据权利要求7所述的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，其中，所述第一高k介电层形成在所述CBM层的所述顶部阻挡层和所述绝缘层之间。
9.一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，包括: CBM层，形成在衬底上，其中，所述CBM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层； 第一高k介电层，形成在所述CBM层上； 绝缘层，形成在所述第一高k介电层上，其中，所述绝缘层包括第一氮化物层、第二氮化物层、第一氧化物层和第二氧化物层，并且所述第一氧化物层形成在所述第一氮化物层和所述第二氮化物层之间；以及 CTM层，形成在所述绝缘层上，其中，所述CTM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层。
10.—种形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构的方法，包括: 提供衬底； 在所述衬底上形成电容器底部金属(CBM)层，其中，所述CBM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层； 在所述CBM层上形成第一高k介电层；在所述第一高k介电层上形成第一氮化物层；在所述第一氮化物层上形成第一氧化物层；以及在所述第一氧化物层上形成电容器顶部金属(CTM)层。
【专利摘要】本发明提供了金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构以及形成MIM电容器结构的方法。MIM电容器结构包括衬底和形成在衬底上的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。MIM电容器包括电容器顶部金属(CTM)层、电容器底部金属(CBM)层和形成在CTM层和CBM层之间的绝缘体。绝缘体包括绝缘层和第一高k介电层，并且绝缘层包括氮化物层和氧化物层，并且氮化物层形成在第一高k介电层和氧化物层之间。
【IPC分类】H01L21-02, H01L23-522
【公开号】CN104733431
【申请号】CN201410790320
【发明人】梁虔硕, 戴志和, 黄敬泓, 何盈苍, 江柏融
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月17日
【公告号】US20150171161