专利名称：用于制造用于半导体器件的电容器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于半导体器件的电容器，更具体地，涉及一种用于半导体器件的具有金属-绝缘体-金属(MIM)结构的电容器。
背景技术：
传统上，作为一种半导体器件的图像传感器将光学图像变换成电信号，其一般可分类成电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。
CCD包括设置成矩阵形式的多个光电二极管，用于将光学信号变换成电信号；形成在光电二极管之间的多个竖直电荷耦合器件(VCCD)，用于在竖直方向上发射在每个光电二极管中产生的电荷；多个水平电荷耦合器件(HCCD)，用于在水平方向上发射从每个VCCD发射的电荷；以及感测放大器，用于感测在水平方向上发射的电荷以输出电信号。
CCD具有复杂的操作机制和高功率消耗是公知的。另外，其制造方法是很复杂的，因为在其制造中要求多个步骤的光刻法(photolithography)过程。尤其是难以将CCD与其他器件如控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换器等集成到单个芯片中。CCD的这些缺点阻碍产品的小型化。
为了克服CCD的上述缺点，最近已经开发了CMOS图像传感器作为新生代的图像传感器。CMOS图像传感器通常包括通过CMOS制作技术形成在半导体基片中的MOS晶体管。在CMOS图像传感器中，MOS晶体管连同外围电路如控制电路、信号处理电路等一起相关于单位像素的数目而形成。CMOS图像传感器采用MOS晶体管依次检测每个像素的输出的切换模式。更特别地，CMOS图像传感器在每个像素中包括光电二极管和MOS晶体管，从而以切换模式依次检测每个像素的电信号以表达给定的图像。
CMOS图像传感器具有如低功率消耗和相对简单的制作过程的优点。另外，CMOS图像传感器可以与控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换器等集成，由于使用了使得产品能够小型化的CMOS制造技术。CMOS图像传感器已经广泛地使用在如数字静照相机、数字摄像机等的各种应用中。
同时，为了改善作为多媒体的半导体器件的功能，存储器单元阵列与外围电路一起集成在一个芯片中。因此，适合用于大量信息的高速度数据处理的电容器元件的开发已经上升为关键技术。
通常，用于半导体器件的电容器可以分类成两种类型一种是多晶硅-绝缘体-多晶硅(PIP)电容器，主要使用在DRAM(动态随机存取存储器)中作为亚180nm技术中的模拟电容器；且另一种是MIM电容器。
但是，PIP电容器的问题在于用作上和下电极的多晶硅材料具有相对高的电阻率，并且由于耗尽现象而引起寄生电容。因此，亚130nm技术通常采用MIM电容器。
下文中，将参照后面的图描述用于制造半导体器件中的电容器的传统方法。
图1a到1d是横截面图，图示了用于制造半导体器件中的电容器的传统方法。
如图1a中所示，第一金属层沉积在半导体基片100上，并且其通过光刻法和蚀刻过程被选择性地移除，从而形成下电极110。
如图1b中所示，电介质层120形成在半导体基片100的整个表面上，覆盖下电极110。
如图1c中所示，第二金属层沉积在电介质层120上，并且其通过光刻法和蚀刻过程被选择性地移除，从而形成上电极130。
如图1d中所示，层间(interlevel)电介质层140形成在半导体基片100的整个表面之上，覆盖上电极130。
接着，层间电介质层140被化学地和机械地抛光，以促进随后的过程、尤其是掩蔽过程(masking process)。
在此情形中，考虑CMP(化学机械抛光)过程的处理裕度，设计和控制上电极130上的层间电介质层140的厚度，以不暴露上电极130的顶表面。CMP过程的处理裕度理想的是被最小化，以降低层间电介质层的总拓扑(topology)。在上述传统方法中，考虑上面的包括CMP过程的处理裕度的需求，上电极130之上的层间电介质层140的最小厚度被设计为大约3000。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于制造半导体器件中的电容器的方法，其具有用于电容器的上电极上的最小厚度的层间电介质层。
为了实现上面的目的，用于根据本发明制造半导体器件中的电容器的方法的一实施例包括步骤在半导体基片上形成下电极；在半导体基片的整个表面上形成第一层间电介质层，覆盖下电极；选择性地移除第一层间电介质层以形成暴露下电极的表面的开口；以连续顺序在包括开口的半导体基片的整个表面之上形成电介质层和导电层；平坦化导电层以在开口中形成上电极；以及在包括上电极的半导体基片的整个表面之上形成第二层间电介质层。
另外，用于根据本发明制造半导体器件中的电容器的方法的另一实施例包括步骤在半导体基片上形成下电极；在半导体基片的整个表面上形成电介质层，覆盖下电极；在电介质层上形成第一层间电介质层；选择性地移除第一层间电介质层以形成暴露电介质层的表面的开口；在包括开口的半导体基片的整个表面之上形成导电层；平坦化导电层以在开口中形成上电极；以及在包括上电极的半导体基片的整个表面之上形成第二层间电介质层。
通过参考经常参照附图的本发明的下面的描述，本发明的这些和其他方面将变得明显。
图1a到1d是横截面视图，图示了用于制造半导体器件中的电容器的传统方法。
图2a到2f是横截面视图，图示了用于根据本发明制造半导体器件中的电容器的方法的第一实施例。
图3a到3e是横截面视图，图示了用于根据本发明制造半导体器件中的电容器的方法的第二实施例。
图4是横截面视图，图示了包括根据本发明制造的电容器的CMOS图像传感器。
具体实施例方式
如图2f所示，根据本发明的用于半导体器件的电容器包括下电极210，形成在半导体基片200上；第一层间电介质层220，形成在半导体基片200的整个表面上，包括暴露下电极210的表面的开口230；上电极250，在下电极210之上的开口230中；电介质层240，插入在下电极210和上电极250之间；以及第二层间电介质层260，形成在半导体基片200的整个表面之上，覆盖上电极250。这里，第二层间电介质层260使用USG(未掺杂的硅酸盐玻璃)以300～500的厚度形成。
图2a到2f是横截面视图，图示了用于根据本发明制造半导体器件中的电容器的方法的第一实施例。
如图2a中所示，使用溅射或化学气相沉积(CVD)过程以500～1000的厚度将第一金属层沉积在半导体基片200上，并且通过光刻法和蚀刻过程将其选择性地移除，从而形成下电极210。
这里，可以使用从铝(Al)、铜(Cu)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、铂(Pt)、钨(W)以及它们的合金的组中选择的任何一个来形成第一金属层。
如图2b所示，第一层间电介质层220形成在半导体基片200的整个表面上，覆盖下电极210。
通过光刻法和蚀刻过程选择性地移除第一层间电介质层220，从而形成暴露下电极210的表面的开口230。
如图2c中所示，电介质层240以500～1000的厚度形成在包括开口230的半导体基片200的整个表面之上。
这里，电介质240可以包括从ONO(氧化物-氮化物-氧化物)、NO(氮化物-氧化物)、NON(氮化物-氧化物-氮化物)、BST(BaSrTiO3)、PZT(PbZrTiO3)、Ta2O3以及氮化硅的组中选择的任何一个。
如图2d中所示，第二金属层250a沉积在电介质层240上。
这里，可以使用从铝(Al)、铜(Cu)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、铂(Pt)、钨(W)以及它们的合金的组中选择的任何一个来形成第二金属层250a。
在第二金属层250a由Ti/TiN形成的情形中，Ti层以400～600的厚度形成，并且TiN层以1000～2000的厚度形成在Ti层上。
如图2e中所示，在第二金属层250a的整个表面上执行CMP过程，从而在开口230中形成上电极250。
这里，使用第一层间电介质层220的表面作为端点，执行CMP过程以选择性地抛光第一层间电介质层220上的第二金属层250a和电介质层240，从而上电极250仅保留在开口230中。
如图2f所示，第二层间电介质层260形成在半导体基片200的整个表面之上，覆盖上电极250。
这里，在形成第二层间电介质层260之前，第一层间电介质层220和开口230中的上电极250通过CMP过程来平坦化。因此，不必要执行用于平坦化第二层间电介质层260的附加CMP过程。
另外，可以以最小厚度设计第二层间电介质层260到不暴露上电极250的程度，因为不需要考虑用于CMP过程的处理裕度。
图3a到3e是横截面视图，图示了用于根据本发明制造半导体器件中的电容器的方法的第二实施例。
如图3a中所示，使用溅射或化学气相沉积(CVD)过程以500～1000的厚度将第一金属层沉积在半导体基片300上，并且通过光刻法和蚀刻过程将其选择性地移除，从而形成下电极310。
这里，可以使用从铝(Al)、铜(Cu)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、铂(Pt)、钨(W)以及它们的合金的组中选择的任何一个来形成第一金属层。
如图2b中所示，电介质层320以500～1000的厚度形成在半导体基片300的整个表面上，覆盖下电极310。
这里，电介质320可以包括从ONO(氧化物-氮化物-氧化物)、NO(氮化物-氧化物)、NON(氮化物-氧化物-氮化物)、BST(BaSrTiO3)、PZT(PbZrTiO3)、Ta2O3以及氮化硅的组中选择的任何一个。
第一层间电介质层330形成在电介质层320上，并且然后通过光刻法和蚀刻过程将其选择性地移除，从而形成暴露电介质层320的表面的开口340。
如图3c中所示，第二金属层350a沉积在半导体基片300的整个表面之上，填充到开口340中。
这里，可以使用从铝(Al)、铜(Cu)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、铂(Pt)、钨(W)以及它们的合金的组中选择的任何一个来形成第二金属层350a。
在第二金属层350a由Ti/TiN形成的情形中，Ti层以400～600的厚度形成，并且TiN层以1000～2000的厚度形成在Ti层上。
如图3d中所示，在第二金属层350a的整个表面上执行CMP过程，从而在开口340中形成上电极350。
这里，使用第一层间电介质层330的表面作为端点，执行CMP过程以选择性地抛光第一层间电介质层330上的第二金属层350a，从而上电极350仅保留在开口340中。
如图3e中所示，使用USG(未掺杂的硅酸盐玻璃)材料，第二层间电介质层360以300～500的厚度形成在半导体基片300的整个表面之上。第二层间电介质层360的厚度可以减小到最小尺度，只要其可以起到绝缘层的作用。
这里，在形成第二层间电介质层360之前，第一层间电介质层330和开口340中的上电极350通过CMP过程而平坦化以便形成上电极350。因此，不必要执行用于平坦化第二层间电介质层360的附加CMP过程。
另外，可以以最小厚度设计第二电介质层360到不暴露上电极350的程度，因为不需要考虑用于CMP过程的处理裕度。
在形成根据本发明的第一或第二实施例的半导体器件的电容器之后，可以执行典型的制造过程来制造其中集成有电容器元件的半导体器件。本发明可以应用于图像传感器、尤其是CMOS图像传感器。例如，包括根据本发明的第一实施例制造的电容器元件的CMOS图像传感器在图4中图示。参见图4，包括下电极210、电介质层240和上电极250的电容器连同覆盖电容器的第一和第二层间电介质层220和260一起形成在预定的器件结构上。在形成电容器之后，CMOS图像传感器通过包括滤色器阵列(CFA)和微透镜(ML)的形成过程的随后过程而完全制造。这里，在传统方法中，层间电介质层应该以至少3000的厚度形成在上电极上。但是，根据本发明，上电极上的层间电介质层260的厚度可以减小达到大约300～500。
用于根据本发明制造半导体器件中的电容器的上述方法具有如下优点。
第一，层间电介质层以最小厚度形成在上电极上，使得可以改善图像传感器的性能。
第二，MIM电容器的上电极以孔形的开口形成，使得可以防止上电极的形成期间的电介质层的损坏，并且可以改善器件的可靠性。
第三，可以有效防止由于可以在上电极的形成期间产生的金属颗粒而导致的图像传感器的白缺陷(white defect)，因为上电极以孔形的开口形成。
尽管已经参照本发明的某些优选实施例示出并描述了本发明，本领域技术人员应该理解，可以在不脱离如由所附权利要求所限定的精神和范围的情况下在其中进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种用于制造半导体器件中的电容器的方法，包括步骤在半导体基片上形成下电极；在所述半导体基片的整个表面上形成第一层间电介质层，覆盖所述下电极；选择性地移除所述第一层间电介质层以形成暴露所述下电极的表面的开口；在包括所述开口的所述半导体基片的整个表面之上以连续顺序形成电介质层和导电层；平坦化所述导电层以在所述开口中形成上电极；以及在包括所述上电极的所述半导体基片的整个表面之上形成第二层间电介质层。
2.如权利要求1的方法，其中所述第二层间电介质层使用USG(未掺杂的硅酸盐玻璃)材料形成。
3.如权利要求1的方法，其中所述第二层间电介质层以300～500的厚度形成。
4.如权利要求1的方法，其中所述导电层包括从铝(Al)、铜(Cu)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、铂(Pt)、钨(W)以及它们的合金的组中选择的任何一个。
5.如权利要求1的方法，其中所述电介质层包括从ONO(氧化物-氮化物-氧化物)、NO(氮化物-氧化物)、NON(氮化物-氧化物-氮化物)、BST(BaSrTiO3)、PZT(PbZrTiO3)、Ta2O3以及氮化硅的组中选择的任何一个。
6.如权利要求1的方法，其中所述平坦化步骤利用所述第一层间电介质层的顶表面作为端点以选择性地抛光所述导电层和所述电介质层。
7.一种用于制造半导体器件中的电容器的方法，包括步骤在半导体基片上形成下电极；在所述半导体基片的整个表面上形成电介质层，覆盖所述下电极；在所述电介质层上形成第一层间电介质层；选择性地移除所述第一层间电介质层以形成暴露所述电介质层的表面的开口；在包括所述开口的所述半导体基片的整个表面之上形成导电层；平坦化所述导电层以在所述开口中形成上电极；以及在包括所述上电极的所述半导体基片的整个表面之上形成第二层间电介质层。
8.如权利要求7的方法，其中所述第二层间电介质层使用USG(未掺杂的硅酸盐玻璃)材料形成。
9.如权利要求7的方法，其中所述第二层间电介质层以300～500的厚度形成。
10.如权利要求7的方法，其中所述导电层包括从铝(Al)、铜(Cu)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、铂(Pt)、钨(W)以及它们的合金的组中选择的任何一个。
11.如权利要求7的方法，其中所述电介质层包括从ONO(氧化物-氮化物-氧化物)、NO(氮化物-氧化物)、NON(氮化物-氧化物-氮化物)、BST(BaSrTiO3)、PZT(PbZrTiO3)、Ta2O3以及氮化硅的组中选择的任何一个。
12.如权利要求7的方法，其中所述平坦化步骤利用所述第一层间电介质层的顶表面作为端点以选择性地抛光所述导电层。
13.一种图像传感器，包括根据权利要求1到12中的任何一项所制造的电容器。
全文摘要
公开了一种用于制造半导体器件中的电容器的方法。本方法包括步骤在半导体基片上形成下电极；在所述半导体基片的整个表面上形成第一层间电介质层，覆盖所述下电极；选择性地移除所述第一层间电介质层以形成暴露所述下电极的表面的开口；在包括所述开口的所述半导体基片的整个表面之上以连续顺序形成电介质层和导电层；平坦化所述导电层以在所述开口中形成上电极；以及在包括所述上电极的所述半导体基片的整个表面之上形成第二层间电介质层。
文档编号H01L21/82GK1897222SQ200610098799
公开日2007年1月17日 申请日期2006年7月14日 优先权日2005年7月14日
发明者韩昌勋 申请人:东部电子株式会社