专利名称：在内连接系统中的电容器以及其制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种集成电路元件以及其制作方法，且特别是有关于一种在双重镶嵌内联机系统中的电容器，以及将电容器的制作与双重金属镶嵌制作工艺结合的方法。
背景技术：
在集成电路中通常会使用到电容器，一般来说，要在内联机系统中形成电容器与一般的内联机制作工艺的差异与需要修改的地方很多。在美国专利第6,124,194号中提到一种典型的在内联机系统中制作电容器或是反融丝(antifuse)单元的方法，其内容图标请参考图1A-图1D。如图1A所示，在一个绝缘层100中有两条暴露出来的金属线102，104，而在绝缘层100上有另外一层绝缘层106，会覆盖金属线102，104。绝缘层106进一步包括一个介层洞108形成于其中，介层洞108会与金属线相连接；在绝缘层106与介层洞108上会形成一层氮化硅层110，氮化硅层110更进一步的被定义过以在介层洞108上方形成一个开口112，并在金属线104上方的第一绝缘层106上形成开口114。请参照图1B，接着在整个结构上形成一层保险(fusing)单元层116，覆盖定义过的氮化硅层110并填满开口112，114。请参照图1C，定义保险(fusing)层116以形成一个电容器元件或是在开口112中形成一个保险单元118；然后在整个结构上形成一层绝缘层120，定义此绝缘层120以在电容器单元118上形成金属线开口122，并在第二绝缘层120中形成一个导线开口124；进一步的定义第一绝缘层106以形成出一个介层开口126。接着请参考图1D，沉积一层金属层以形成一条金属线130以及一个双重镶嵌结构132。
但是，如同之前讨论的，要将一个电容器的制作过程与内联机系统作结合是很复杂的，因为需要用到多次罩幕定义的步骤来形成电容器以及内联机系统，使得制作工艺耗费成本以及时间。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种在内联机系统中有电容器的结构，以及一种将电容器的制作与双重金属镶嵌制作工艺结合在一起的方法，可以用一般的双重金属镶嵌制作工艺来达成，而不需要额外的变更与修改制作工艺。
此外，本发明提供一种在内联机系统中有电容器的结构，以及一种将电容器的制作与双重金属镶嵌制作工艺结合在一起的方法，其中制作工艺裕度(window)较宽所以可以达到比较高的封装密度。
根据本发明上述与其它目的，本发明提供一种将电容器的制作与双重金属镶嵌制作工艺结合在一起的方法的步骤包括，提供用一第一绝缘层覆盖第一与第二金属线结构，然后在第二金属线上形成一个薄膜堆栈结构，然后进一步在堆栈层、第一绝缘层、第一以及第二金属层上形成一层内金属介电层，第一双重乡间内联机以及第二双重镶嵌内联机会分别形成于其上，并与第一金属线以及薄膜堆栈结构相接触。
根据本发明提供的方法，薄膜堆栈结构比如是氮化钽/非晶硅/氮化钽的交替堆栈结构，另外进一步的在非晶硅上用氧气电浆加以处理。
根据本发明提供的在双重金属镶嵌系统中含有电容器的结构包括至少一个第一铜线以及第二铜线沉积在绝缘层中，然后在绝缘层上沉积一层内金属介电层，且至少有一第一双重金属镶嵌结构以及一第二双重金属镶嵌结构会分别被沉积在第一铜线以及第二铜线上方的内金属介电层中，其中第一双重金属镶嵌结构会与第一铜线接触，第一双重金属镶嵌结构会与第一铜线相接触，电容器会置于其中并与第二双重金属镶嵌结构以及第二铜线相连接，此外电容器的位置比如在双重金属镶嵌结构的介层洞中。
根据本发明，可以接续进行一般的双重金属镶嵌结构来制作电容器，使内联机制作工艺的进行干扰达到最小；另外只需要一个额外的罩幕，用于在双重金属镶嵌结构中形成电容器，这样的方法可以有效的节省成本。
此外，定义薄膜堆栈结构的步骤的制作工艺裕度不会很严谨，因此可以得到较高的封装密度。
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，并配合附图，作详细说明。
图1A-图1D绘示为公知的一种在双重金属镶嵌内联机系统中制作电容器的方法；以及图2A-图2D绘示为依照本发明一较佳实施例，一种在双重金属镶嵌内联机系统中制作电容器的方法。
标号说明100，106，120，222，242，246绝缘层102，104，130，224，226金属线108介层洞 110氮化硅层
112，114开口 116保险层118 电容器单元122金属线开口124，248，250导线开口 126，252，254介层洞开口132，260，262 双重金属镶嵌结构222 绝缘层224、226 金属线 232 薄膜堆栈结构236 非晶系硅层240、244 绝缘薄膜242、246 绝缘层 248、250 导线开口256 阻障层258 金属层260、262 双重金属镶嵌内联机具体实施方式
图2A-图2D绘示为依照本发明一较佳实施例，一种在双重金属镶嵌内联机系统中制作电容器的方法。
请参照图2A，提供一绝缘层222于一半导体晶圆层220上，此半导体晶圆层220比如是一层绝缘层，形成在一个比如为硅基底的基底(未图标)上，其中可能包含许多元件已经形成于其上或其中，此绝缘层222可以是能够阻挡导电的任何材料，比如是掺杂或是未掺杂的氧化硅、像是磷硅酸盐玻璃或是氟化硅玻璃等硅酸盐玻璃、像是旋涂介电质、氧化氟等低介电常数介电材料之类的材质。绝缘层222进一步包括两个暴露出来的导电单元，比如为两条金属线224，226，此金属线224，226比如是铜线，其形成方式比如先在绝缘层222中形成沟渠(未图标)，然后沿着沟渠表面形成一层共形的阻障层230，接着在阻障层230上形成一层金属层，再进行化学机械研磨制作工艺或是回蚀刻以移除多余的金属层与阻障层。
请参照图2B，在绝缘层222、金属线226与金属线224上形成一层堆栈层(未图标)，其厚度较佳为1000至1500埃，接着以绝缘层222、金属线224，226作为蚀刻阻挡层定义并蚀刻堆栈层，以在金属线226上形成一个薄膜堆栈结构232，此薄膜堆栈结构232比如包括氮化钽层234/非晶系硅层236/氮化钽层238形成的交叠层，系用以作为电容器单元，但是此薄膜堆栈结构232也可以包括以氮化钽/非晶系碳化物/氮化钽、氮化钽/碳化硅/氮化钽、氮化钛/非晶系硅/氮化钛、氮化钛/非晶系碳化物/氮化钛、氮化钛/碳化硅/氮化钛等堆栈层其中之一构成。
此外，依照本发明，可以进一布在薄膜堆栈结构232的非晶系硅层236上进行一道氧气电浆处理，氧气电浆处理进行的目的在于非晶系硅层236上形成一层薄的氧化硅层(未图标)。
在完成薄膜堆栈结构232的形成以后，在一层内金属介电层中进行一般的双重金属镶嵌制作工艺，其中可以双重金属的蚀刻中可以先蚀刻介层洞也可以先蚀刻沟渠。
请参照图2C，在绝缘层222、金属线224，226以及薄膜堆栈结构232上形成一层共形的绝缘薄膜240，之后在共形的绝缘层240上形成一层绝缘层242，然后进一步的在绝缘层242形成另一层绝缘薄膜244，然后在绝缘薄膜244上形成一层绝缘层246。根据本发明，可以在形成绝缘薄膜244之前对绝缘层242进行平坦化，绝缘薄膜240，244用以作为蚀刻阻挡层，其厚度约为1300埃，绝缘薄膜240，244的材质包括氮化硅、碳化硅等，用以作为内金属介电层的绝缘层242，246的材质包括掺杂或未掺杂的氧化硅、硅酸盐玻璃、低介电常数介电材料等。
参照图2C，进行微影与蚀刻制作工艺来定义绝缘层246以及绝缘薄膜244，借此以在金属线224上方形成一个导线开口248，并在薄膜堆栈结构232上方形成一个导线开口250；另外进一步进行另一道微影与蚀刻制作工艺来定义位于导线开口248，250下方的之绝缘薄膜240以及绝缘层242，借此以分别形成一个介层洞开口252以及介层洞开口254。
在本发明中，微影与蚀刻制作工艺可以用来定义绝缘层242，246与绝缘薄膜244，240，借此以先在绝缘层242内形成介层洞开口252，254；另一道微影与蚀刻制作工艺可以用来定义绝缘层246与绝缘薄膜244，以形成导线开口248与250。
接着请参照图2D，依序在绝缘层246上形成一层阻障层256与一层金属层258，填满导线开口248，250与介层洞开口252，254，以分别形成一个双重金属镶嵌内联机260以及另一个双重金属镶嵌内联机262；其中阻障层256的材质比如为氮化钛，而金属层258的材质比如为铜、钛、钽、铝、铝铜合金等，阻障层256与金属层258的形成方式比如物理气相沉积法或化学气相沉积法。
从堆栈结构层的形成到双重金属镶嵌内联机的形成步骤可以重复进行用以形成下层内联机。
因此，根据本发明提供的在双重金属镶嵌内联机系统中有电容器的积体元件至少包括两条比如为铜线的金属线224，226形成于绝缘层222中；薄膜堆栈结构232比如为包括氮化钽、非晶系硅层236以及氮化钽层交互堆栈的结构层，设置于金属线226上，其中薄膜堆栈结构232中的非晶系硅层进一步包括用氧气电浆加以处理过，放置于金属线226上方的薄膜堆栈结构232可以延伸到金属线226的周边，或是限制在金属线226的边缘内；双重金属镶嵌内联机260，262形成在绝缘薄膜240、绝缘层242、绝缘薄膜244以及绝缘层246之中，位于金属线224与薄膜堆栈结构232上方，并分别与其相接触。此外，薄膜堆栈结构232放置在双重金属镶嵌内联机260，262的介层洞部分。
根据本发明提供的一种在双重金属镶嵌制作工艺中制作电容器的方法，在形成薄膜堆栈结构以后，接着进行一般的双重金属镶嵌制作工艺，以完成在双重金属镶嵌内联机系统中形成电容器的制作工艺，此方法对制作流程的干扰最小，此外在双重金属镶嵌内联机系统中加入电容器的制作工艺只需要一个额外的罩幕，因此本发明之方法可以有效的节省成本。
此外，在定义堆栈层的制作工艺裕度不会很紧，因此可以有较高的封装密度，本发明可因此适用于较高密度/较细的间距(＜1微米的间距)的金属-绝缘体-金属的应用上。
另外，因为反融丝(antifuse)具有与电容器相似的结构，所以本发明也可以用来制作反融丝；此外本发明提到进行一道氧气电浆处理步骤以在薄膜堆栈结构中的非晶系硅层上形成一层薄的氧化物薄膜，漏电流的问题可以得到改善，特别在当电压被施加在反融丝的上方时。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。
权利要求
1.一种在双重金属镶嵌内联机系统中制作电容器的方法，其特征在于包括下列步骤提供一半导体晶圆层，其中至少有一金属线；在该金属线上形成一堆栈层；定义该堆栈层以在该金属线上形成一电容器结构，并与该属线相接触；在该电容器结构上形成一内金属介电层；以及同时形成一第一双重金属镶嵌内联机于该电容器结构上并与其相接触以及一第二双重金属镶嵌内联机在该内金属介电层内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于形成该堆栈层的步骤包括依序形成一氮化钽层、一非晶系硅层以及一氮化钽层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于该非晶系硅层上会进行一道氧气电浆处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该堆栈层的结构组合包括氮化钽/非晶系氮化物/氮化钽、氮化钽/碳化硅/氮化钽、氮化钛/非晶系硅层/氮化钛、氮化钛/非晶系碳化物/氮化钛、以及氮化钛/碳化硅/氮化钛。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该内金属介电层以一氧化物材料、一硅化玻璃材料、一四乙基正硅酸盐材料或是一低介电常数介电材料形成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于形成该第一双重金属镶嵌内联机以及该第二双重金属镶嵌内联机的步骤包括定义该内金属介电层以于该电容器结构上形成一第一导线开口，并形成一第二导线开口；定义该内金属介电层以在该第一导线开口的下方形成一第一介层洞开口，暴露出一部份的电容器结构上，并在该第二导线开口的下方形成一第二介层洞开口；以及用一金属层填满该第一导线开口、该第二导线开口、该第一介层洞开口以及该第二介层洞开口。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于形成该第一双重镶嵌内联机与该第二双重镶嵌内联机的步骤包括定义该内金属介电层以形成一第一介层洞开口暴露出该电容器结构上，并形成一第二介层洞开口；定义该内金属介电层以于该第一介层洞上方形成一第一导线开口，并在该第二介层洞上方形成一第二导线开口；以及用一金属层填满该第一导线开口、该第二导线开口、该第一介层洞开口以及该第二介层洞开口。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于该第一双重金属镶嵌内联机以及该第二双重金属镶嵌内联机以铜形成。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于该第一双重金属镶嵌内联机以及该第二双重金属镶嵌内联机的材质系选自钽、钛、铝以及氧化铝合金其中之一。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于形成该内金属介电层的步骤包括依序形成一第一蚀刻阻挡层、一第一绝缘层、一第二蚀刻阻挡层以及一第二绝缘层。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于该金属线以铜形成。
12.一种在一双重金属镶嵌内联机系统中制作一电容器的方法，其特征在于包括下列步骤提供一半导体晶圆层，其中至少有一金属线；在该金属线上形成由一第一导电层、一非经系硅层与一第二导电层构成的一堆栈层作为一电容器单元；形成一共形的第一蚀刻阻挡层于该电容器单元、该金属线；形成一第一绝缘层于该第一蚀刻阻挡层上；平坦化该第一绝缘层；形成一第二蚀刻阻挡层于该平坦化的第一绝缘层上；形成一第二绝缘层于该第二蚀刻阻挡层上；进行一第一双重金属镶嵌的介层洞以及一第一双重金属镶嵌的沟渠的蚀刻步骤，以同时在该电容器单元上形成一第一双重金属镶嵌开以及形成一第二双重金属镶嵌开口；在该第一双重金属镶嵌开口、该第二双重金属镶嵌开口以及该第二绝缘层上形成一共形的阻障层；在该组障层与该第二绝缘层上形成一金属层，并填满该第一双重金属镶嵌开口与该第二双重金属镶嵌开口；以及移除在该第一双重金属镶嵌开口以及该第二双重金属镶嵌开口以外的该金属层以及该组障层。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于该金属线以铜形成。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于该非晶系硅层上会进行一道氧气电浆处理。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于该金属线的材质选自铜、钽、钛、铝以及氧化铝合金其中之一。
16.一种在一双重金属镶嵌内联机系统中制作一电容器单元的方法，其特征在于包括下列步骤提供至少一金属线；在该金属线上形成该电容器单元；以及同时在该电容器单元上形成一第一双重金属镶嵌内联机，以及形成一第二双重金属镶嵌内联机。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于该电容器单元形成在该第一与该第二双重金属镶嵌内联机的介层洞部分。
18.一种将一电容器结合在一内联机系统中的积体元件，其特征在于包括至少一金属线；一平坦化的第一绝缘层，位于该金属线上；一蚀刻阻挡层，位于该平坦的第一绝缘层；一第二绝缘层，位于该蚀刻阻挡层；一第一介层洞、一第二介层洞与该电容器，结合在该第一绝缘层中，其中该第一介层洞系结合在该电容器上方并与其接触，而该电容器则结合在该金属线上方并与其接触；以及一第一导线与一第二导线结合于该第二绝缘层以及该蚀刻阻挡层中，其中该第一导线系结合在该第一介层洞上并与其相连接，该第二导线结合在该第二介层洞上并与其相连接。
19.如权利要求18所述的元件，其特征在于该电容器包括由一氮化钽层、一非晶系硅层以及一氮化钽层组成的一堆栈层。
20.如权利要求19所述的元件，其特征在于该非晶系硅层进一步包括一薄的氧化硅薄膜。
21.如权利要求18所述的元件，其特征在于该金属线包括铜。
22.如权利要求18所述的元件，其特征在于该第一介层洞、该第二介层洞、该第一导线与该第二导线包括铜。
23.一种集成元件，在一双重金属镶嵌内联机系统中含有一电容器，其特征在于包括至少一铜线；一平坦化的绝缘层，位于该铜线上；至少一第一双重金属镶嵌结构与一第二双重金属镶嵌结构，分别位于该绝缘层；一电容器单元位于该铜线与该第二双重金属镶嵌结构之间并与其接触。
24.如权利要求23所述的元件，其特征在于该电容器单元包括由一氮化钽层、一非晶系硅层以及一氮化钽层组成之一堆栈层。
25.如权利要求24所述的元件，其特征在于该非晶系硅层进一步包括一薄的氧化硅薄膜。
26.如权利要求23所述的元件，其特征在于该第一金属线与该第二金属线包括铜。
27.如权利要求23所述的元件，其特征在于该第一绝缘层与该第二绝缘层所用的材质选自一氧化物材料、一硅化物玻璃材料、一四乙基正硅酸盐材料、以及一低介电常数介电材料其中之一。
28.如权利要求23所述的元件，其特征在于该电容器单元位于该第一双重金属镶嵌结构与一第二双重金属镶嵌结构中之一介层洞部分。
全文摘要
一种将电容器结合于内联机系统中的集成元件制作方法，提供至少有一层第一金属线以及一第二金属线于一绝缘层中，沉积一层堆栈层并加以定义以在第二金属线上形成一个薄膜堆栈结构，在薄膜堆栈结构、第一金属线以及绝缘层上形成一层内金属介电层，然后至少形成第一双重金属镶嵌内联线以及第二双重金属镶嵌内联机，分别与第一金属线以及薄膜堆栈结构相接触。
文档编号H01L29/00GK1523655SQ0310620
公开日2004年8月25日 申请日期2003年2月21日 优先权日2003年2月21日
发明者郝洺音, 游萃蓉, 陈进来, 谢聪敏, 彭迺真, 叶日诚, 郝 音 申请人:联华电子股份有限公司