专利名称：金属－绝缘体－金属电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal，缩写为MIM)电容器，且特别涉及一种具有高介电常数(highk)电容介质层以及低漏电的金属-绝缘体-金属电容器。
背景技术：
半导体存储器主要包含晶体管与电容，而当半导体存储器进入高纵横比的工艺，意味着电容在元件上可使用的空间减少了。由于计算机软件所需存储空间成长速度剧增，因而所需电容也随之增加。因此，半导体工艺技术为了满足这样的需求，必须在工艺技术上有所改变。
目前增加电容但不浪费空间的方法是采用高介电常数(high-k)材料作为绝缘层而制造的一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容，以便在缩小的电容面积下获得足够的电容值。其中TiO2也属于具有高介电常数的一种用于金属-绝缘体-金属电容器的电容介电材料。而且，目前研究发现当TiO2以金红石相(rutile phase)存在时，其k值可高达100以上。但是，要使TiO2由目前以一般原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)形成的锐钛矿(anatase)相转变成金红石相，通常需要经高温煅烧(大约是在摄氏700度以上)来达到相变化(phase transfer)，这样高的温度将造成其它层材料的损害(damage)。此外，因为TiO2的能带隙(band gap)较小，所以还有严重的漏电问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，可在不损害其它材料层的情况下增加TiO2电容介质层的介电常数。
本发明的再一目的是提供一种金属-绝缘体-金属电容器，以增加TiO2电容介质层的介电常数并同时改善TiO2电容介质层的漏电现象。
本发明提出一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，包括上电极(upperelectrode)、下电极(lower electrode)以及电容介质层。上电极位于下电极上，而电容介质层则位于上电极与下电极之间。其中，电容介质层包括多层TiO2层以及至少一层四方晶体(tetragonal)结构材料层，而四方晶体结构材料层是位于两两TiO2层之间，且每一四方晶体结构材料层具有相同厚度。
依照本发明的一实施例所述的金属-绝缘体-金属电容器，上述四方晶体结构材料层的材料包括能带隙(band gap)比TiO2高的材料。举例来说，四方晶体结构材料层的材料例如为ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
依照本发明的一实施例所述的金属-绝缘体-金属电容器，每一层四方晶体结构材料层的厚度在0.5埃～200埃之间。
依照本发明的一实施例所述的金属-绝缘体-金属电容器，上述四方晶体结构材料层的层数从1层到300层。
本发明另提出一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，包括下电极、上电极以及电容介质层。上电极位于下电极上，而电容介质层则位于上电极与下电极之间。其中，电容介质层包括互相交叠的多层四方晶体(tetragonal)结构材料层以及多层TiO2层，且四方晶体结构材料层的厚度自电容介质层的中间层开始分别向上电极与下电极逐渐增加。
依照本发明的另一实施例所述的金属-绝缘体-金属电容器，上述四方晶体结构材料层的材料包括能带隙(band gap)比TiO2高的材料。举例来说，四方晶体结构材料层的材料例如为ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
依照本发明的另一实施例所述的金属-绝缘体-金属电容器，每一层四方晶体结构材料层的厚度从0.5埃到200埃不等。
依照本发明的另一实施例所述的金属-绝缘体-金属电容器，上述四方晶体结构材料层的层数从3层到300层。
本发明采用四方晶体结构材料层与TiO2层互相堆叠所构成的结构作为电容介质层，因此可借着这些穿插在TiO2层之间的四方晶体结构材料层来截断可能的漏电路径，同时利用这些四方晶体结构材料层来诱发形成于其上的TiO2层产生介电常数较高的金红石相(rutile phase)。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为依照本发明的一较佳实施例的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的剖面图。
图2为依照本发明的另一较佳实施例的金属-绝缘体-金属电容器的剖面图。
主要元件标记说明100、200金属-绝缘体-金属电容器102、202下电极104、204上电极106、206电容介质层108、208TiO2层110、210a、210b、210c四方晶体结构材料层具体实施方式
图1为依照本发明的一较佳实施例的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的剖面图。
请参照图1，本实施例的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器100包括下电极102、上电极104以及电容介质层106。上电极104是位于下电极102上，而电容介质层106则位于上电极104与下电极102之间。而电容介质层106主要是包括多层TiO2层108以及至少一层四方晶体(tetragonal)结构材料层110，其中四方晶体结构材料层110是位于两两TiO2层108之间，且每一四方晶体结构材料层110具有相同厚度，以便通过重复相同的工艺参数来形成这种薄膜。上述四方晶体结构材料层110的材料包括能带隙(band gap)比TiO2高的材料；举例来说，如ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2、SrO2或其它适合的材料。此外，每一层四方晶体结构材料层110的厚度例如在0.5埃～200埃之间、层数则是依照所需可以从1层到300层。而上述每一层的TiO2层108的厚度可以是相同或不同的。
图2为依照本发明的另一较佳实施例的金属-绝缘体-金属电容器的剖面图。
请参照图2，这个实施例的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器200与上一实施例类似，也是由下电极202、上电极204以及电容介质层206所构成。其中差异在于电容介质层206包括互相交叠的多层四方晶体(tetragonal)结构材料层210a、210b、210c以及多层TiO2层208，且四方晶体结构材料层210a、210b、210c的厚度自电容介质层206的中间层开始分别向上电极204与下电极202逐渐增加。如本图所示，在中间层的四方晶体结构材料层210a的厚度最薄，而在最接近上、下电极204与202的四方晶体结构材料层210c的厚度最厚。如此一来，可利用这种厚度自电容介质层的中间层分别向上、下电极逐渐增加的设计，进一步阻断漏电路径。此外，上述四方晶体结构材料层210a、210b、210c的材料例如是能带隙比TiO2高的材料，如ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2、SrO2或其它适合的材料。而每层四方晶体结构材料层210a、210b、210c的厚度从0.5埃到200埃不等、层数则视所需可从3层到300层。此外，每一层TiO2层208的厚度可依照所需设成相同或不同。
综上所述，在本发明的电容介质层是采用四方晶体结构材料层与TiO2层互相堆叠所构成，所以可通过TiO2层之间能带隙较高的四方晶体结构材料层来截断可能的漏电路径。同时，利用这些四方晶体结构材料层来诱发形成于其上的TiO2往金红石相变化，以增加其介电常数。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种金属-绝缘体-金属电容器，其特征是包括下电极；上电极，位于该下电极上；以及电容介质层，位于该上电极与该下电极之间，其中该电容介质层包括多层TiO2层；以及至少一层四方晶体结构材料层，位于上述这些TiO2层之间，且每一四方晶体结构材料层具有相同厚度。
2.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是该四方晶体结构材料层的材料包括能带隙比TiO2高的材料。
3.根据权利要求2所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是该四方晶体结构材料层的材料包括ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
4.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是每一四方晶体结构材料层的厚度在0.5埃～200埃之间。
5.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是该四方晶体结构材料层的层数从1层到300层。
6.一种金属-绝缘体-金属电容器，其特征是包括下电极；上电极，位于该下电极上；以及电容介质层，位于该上电极与该下电极之间，其中该电容介质层包括互相交叠的多层四方晶体结构材料层以及多层TiO2层，且上述这些四方晶体结构材料层的厚度自该电容介质层的中间层分别向该上电极与该下电极逐渐增加。
7.根据权利要求6所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是该四方晶体结构材料层的材料包括能带隙比TiO2高的材料。
8.根据权利要求7所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是该四方晶体结构材料层的材料包括ZrO2、PbO2、SnO2、BaO2或SrO2。
9.根据权利要求6所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是每一四方晶体结构材料层的厚度从0.5埃到200埃。
10.根据权利要求6所述的金属-绝缘体-金属电容器，其特征是该四方晶体结构材料层的层数从3层到300层。
全文摘要
本发明提出一种金属－绝缘体－金属(MIM)电容器，包括下电极、上电极以及电容介质层。上电极位于下电极上，而电容介质层则位于上电极与下电极之间。其中，电容介质层包括多层TiO
文档编号H01G4/12GK1988078SQ200510132219
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者林哲歆, 王庆钧, 李隆盛 申请人:财团法人工业技术研究院