专利名称：金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及一 种能够实现半导体器件的可靠性提高的金属-绝缘体-金属(MIM ) 电容器及其制造方法。
背景技术：
近来用于半导体器件的高度集成技术引起了其中集成了模拟 电容器与逻辑电路的半导体器件的研究和发展。目前，可以获得这 种产品。对于在互补金属氧化物硅(CMOS)逻辑部件(logic)中 使用的模拟电容器而言，其可以采用多晶硅-绝缘体-多晶硅(PIP) 或金属-绝纟彖体-金属(MIM)的形式。
相比于MOS型电容器或结电容器，由于不依赖于偏压，这种 PIP或MIM电容器需要被相对精确地构造。对于具有PIP结构的电 容器而言，导电多晶石如故用于电容器的上部电才及和下部电才及。由于 这个原因，在电极和介电薄膜之间的接触面处可能发生氧化。可能 形成天然氧4b月莫(自然fU匕月莫，natural oxide film),减小了电容器 的总电容。此外，由于形成在多晶硅层中的势垒区，可能出现电容 的减小。由于这些原因，PIP电容器不适用于高速和高频操作。
为了解决这个问题，提出了其中上部电极和下部电极都使用金
属层形成的MIM电容器。目前，由于MIM电容器呈现出^f氐的电阻 率(specific resistance )而且不呈现出由内部损井毛引起的寄生电容， 所以可以在高性能的半导体器件中使用MIM电容器。
然而，相关的MIM电容器对于他们^使用的有效区域具有相对 低的电容量。通过增大电容器面积或通过使用具有高介电常数的膜 来#是高电容值或许是可能的。
增大电容器面积的方法遗憾地增大了芯片的面积。同样，使用 具有高介电常婆t的膜需要在i殳备方面额外的才殳入或新的工艺。此 外，在用于铜线的化学机械抛光(CMP)工艺期间可能在形成大的 下部电容器铜图样处出现凹陷(dishing)现象。也就是，铜线可能 :故凹进去。在这种情形下，几乎不可能获得精确的电容值。这可能 引起模拟器件特性的恶化，包括漏电压(leakage voltage )和击穿电 压的降低。从而，可靠性成为问题。
发明内容
本发明实施例涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体地， 涉及一种能够实现半导体器件的可靠性提高的金属-绝缘体-金属 (MIM)电容器及其制造方法。本发明实施例涉及一种金属-绝缘 体-金属(MIM)电容器，该电容器可以包4舌第一绝纟彖膜，形成 在第一绝缘膜上方的第一金属层和形成在第一金属层上方的第一 电容器绝缘膜(capacitor insulating film )。第二金属层可以在部分第 一电容器绝缘膜上方形成而第二电容器绝缘膜可以在第二金属层 上方形成。第三金属层可以在部分第二电容器绝纟彖力莫上方形成而氮 化膜可以在第三金属层上方形成。多层绝缘膜(multilayer insulating film)可以在所得到的结构的整个上部表面上方形成。第一和第二
金属线可以形成在接触孔中,该接触孔在贯穿多层绝缘膜之后贯穿 第一电容器绝缘膜、第二电容器绝缘膜和氮化膜。
本发明实施例涉及一种制造金属-绝缘体-金属(MIM)电容器 的方法，该方法包括在包括第一金属层的第一绝纟彖膜上方顺序地 形成第一电容器绝缘膜、第二金属层、第二电容器绝缘膜、第三金 属层和氮化膜；蚀刻多层绝缘膜、氮化膜、第一电容器绝缘膜和第 二电容器绝缘膜，从而形成接触孔；以及在接触孔中沉积铜，并使 用化学机械抛光工艺平坦化所沉积的铜，/人而形成第一和第二金属 线。
实例图1是示出了根据本发明实施例的MIM电容器的平面图。
实例图2是沿着实例图1的线A-A，截取的横截面图。
实例图3A到图3G是示出了制造在实例图1中所示的MIM电 容器的方法的截面图。
具体实施例方式
现在将详细参照与金属-绝*彖体-金属(MIM)电容器及其制造 方法相关联的本发明的实施例，其实例将在附图中示出。实例图1 是示出了根据本发明实施例的MIM电容器的平面图。实例图2是 沿着实例图1的线A-A，截取的横截面图。
如实例图1和图2中所示，根据本发明实施例的MIM电容器 可以包括下部绝缘膜100。可以在下部绝纟彖膜100上方形成下部金 属层110。可以在下部金属层110上方形成第一电容器绝纟彖力莫120, 以及可以在部分第一电容器绝缘膜120上方形成中心金属层(central metal layer) 130。可以在中心金属层130上方形成第二电 容器绝缘膜140。该MIM电容器同样可以包括形成在部分第二电 容器绝-彖膜140上方的上部金属层150，形成在上部金属层150上 方的氮化膜160,以及形成在包括氮化膜160的第一电容器绝缘膜 120上方的多层绝缘膜165。该MIM电容器可以进一步包括贯穿 第一电容器绝缘膜120和多层绝缘膜165以连接上部金属层150和 下部金属层110的第一金属线170。第二金属线180贯穿第二电容 器绝續』莫140和多层绝全彖膜165,以连4妾下部金属层110和中心金 属层130。
可以-使用诸如铜的金属形成下部金属层110以具有裂缝结构 (slitted structure )。下部金属层110的裂》逢结构隔离开各部分下部 金属层110。裂缝结构使得在用于下部金属层110的化学机械抛光 (CMP)工艺期间防止凹陷现象成为可能。由于防止了凹陷现象，所 以可以稳、定地获得所期望的电容和击穿电压以及可4妄受的漏电流 (leakage current )。从而，可以提高电容器的可靠性。
可以使用Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一种在第一电容器绝缘 膜120所期望的部分上方形成中心金属层130。可以使用Ti、 Ti/TiN 和Ti/Al/TiN中的一种在第二电容器绝缘膜140上方形成上部金属 层150以便其具有裂缝结构。第一电容器绝缘膜120、第二电容器 绝缘膜140和氮化膜160可以由相同的材料制成。第一电容器绝缘 膜120和第二电容器绝缘膜140可以具有450埃到700埃的厚度。
第一铜线170可以连4妄上部金属层150和下部金属层110。第 二铜线180可以连4妻下部金属层110和中心金属层130。由于上部 金属层150和下部金属层110可以通过第一铜线170连接，所以该 上部金属层150和下部金属层110起到电容器的顶板(top plate) 的作用。由于下部金属层110和中心金属层130可以通过第二铜线 180连接，所以该下部金属层110和中心金属层130起到底才反(bottom
plate )的作用。由于通过由第一铜线170连接的上部金属层150和 下部金属层IIO构成的电容器部分和通过由第二铜线180连接的下 部金属层110和中心金属层130构成的电容器部分可以平行的连 才妄，所以可以纟是高总的电容值。
在上述的结构中，使用现有的设备和工艺，而不需要任何额外 的设备投入或任何额外的工艺设置，MIM电容器实现了电容值的增 加。由于对于现有的电容器区域确保电容值的增加是可能的，所以 可以使半导体器件的尺寸最小化。
在下文中，将描述制造4艮据本发明实施例的具有上述结构的 MIM电容器的方法。实例图3A到图3G是示出了制造根据本发明 实施例的MIM电容器的方法的截面图。如实例图3A所示，可以偵: 用图样化工艺在下部绝缘膜100上方形成下部金属层110。其后， 可以在下部金属层110上方顺序地沉积第一电容器绝缘膜120、中 心金属层130、第二电容器绝缘膜140、上部金属层150和氮化膜 160。随后，可以通过曝光和显影工艺使用第一掩模来在氮化膜160 上方形成第一掩才莫图样200。
下部金属层110可以由诸如铜的金属制成。中心金属层130和 上部金属层150可以4吏用Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一种制成。 每个下部金属层110和上部金属层150都可以形成具有裂t逢结构。 第一电容器绝纟彖膜120、第二电容器绝纟彖膜140和氮化力莫160可以 由相同的材料制成。第 一 电容器绝缘膜120和第二电容器绝缘膜140 可以具有450埃到700埃的厚度。氮化膜160可以厚于第一电容器 绝缘膜120和第二电容器绝缘膜140。
如实例图3B所示，可以使用第一掩才莫图样200通过干蚀刻工 艺或湿蚀刻工艺来蚀刻氮化膜160和上部金属层150,以1更可以部 分暴露第二电容器绝缘膜140。然后，可以去除第一掩模图样200。
随后，可以通过曝光和显影工艺使用第二掩模来在包括被蚀刻的氮
化膜160和上部金属层150的第二电容器绝纟彖膜140上方形成第二 掩模图样220。
如实例图3C所示，可以使用第二掩模图样220通过干蚀刻工 艺或湿蚀刻工艺来蚀刻中心金属层130和第二电容器绝缘膜140, 以部分地暴露第一电容器绝缘膜120。然后，可以去除第二掩才莫图 样220。随后，可以在包括被蚀刻的氮化膜160和上部金属层150 的第一电容器绝纟彖膜120上方沉积多层绝纟彖膜165。可以通过曝光 和显影工艺使用第三掩模来在多层绝缘膜165上方形成第三掩模图 样260。
如实例图3D所示，可以使用第三掩模图样260通过干蚀刻工 艺或湿蚀刻工艺来蚀刻多层绝缘膜165。这可以暴露第一电容器绝 》彖膜120、第二电容器绝纟彖膜140和氮化膜160。然后，可以去除 第三掩才莫图样260 。可以4吏用全表面々虫刻工艺(full-surface etching process)在多层绝缘膜165的一皮蚀刻的部分上方涂覆牺牲光刻月交 (sacrificial photoresist) 280。然后，通过4吏用了第四掩才莫的曝光和 显影工艺，可以在包括牺牲光刻胶280的多层绝缘膜165上方形成 第四掩才莫图样300。
如实例图3E所示，可以使用第四掩模图样300通过干蚀刻工 艺在涂覆有牺牲光刻月交280的区域中部分蚀刻多层绝乡彖月莫165和牺 牲光刻月交280。这个处理可以:故用来在多层绝^彖膜165所暴露的部 分中形成^皮蚀刻至一定深度的凹槽(groove )。
如实例图3F所示，然后，可以使用光刻胶剥离工艺(photoresist stripping process )去除残留的牺牲光刻月交280和第四掩才莫图样300 以形成接触孔。可以通过接触孔暴露下部金属层110、中心金属层 130和上部金属层150。
ii
如实例图3G所示，可以在4妄触孔中沉积铜。可以通过CMP 工艺平坦化所沉积的铜以形成第一铜线170和第二铜线180。
通过上面的描述中可以清楚的知道，4艮据本发明实施例的MIM 电容器可以具有以下作用。首先，使用现有的设备和工艺，而不需 要没有任何额外的i殳备4殳入或任何额外的工艺i殳置，MIM电容器就 能实现电容值的增加。其次，对于现有的电容器区域保证电容值的 增加是可能的，从而使芯片的尺寸最小化。第三，隔离开电容器的 下部金属层的各部分以在CMP处理期间防止凹陷现象是可能的。 第四，通过防止凹陷现象可以稳定地获得所期望的电容、漏电流和 击穿电压。从而，可以^是高电容器的可靠性。
在所披露的本发明实施例中可以作各种修改及变形，这对于本 领域的技术人员而言是显而易见且明显的。因此，本发明意在涵盖 在所附权利要求及其等同替换的范围内的对披露的本发明实施例 的显而易见且明显的 <奮改和变形。
权利要求
1. 一种装置，包括:第一绝缘膜；第一金属层，形成在所述第一绝缘膜上方；第一电容器绝缘膜，形成在所述第一金属层上方；第二金属层，形成在部分所述第一电容器绝缘膜上方；第二电容器绝缘膜，形成在所述第二金属层上方；第三金属层，形成在部分所述第二电容器绝缘膜上方；氮化膜，形成在所述第三金属层上方；多层绝缘膜，形成在所得到的结构的整个上部表面的上方；以及第一金属线和第二金属线，形成在接触孔中，所述接触孔在贯穿所述多层绝缘膜之后贯穿所述第一电容器绝缘膜、所述第二电容器绝缘膜和所述氮化膜。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一金属线连接所述 第三金属层和所述第 一金属层。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二金属线连接所述 第 一金属层和所述第二金属层。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一金属层使用铜形 成以具有裂^t结构。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二金属层由Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一种制成。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第三金属层使用Ti、 Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一种形成以具有裂缝结构。
7. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电容器绝缘膜、 所述第二电容器绝缘膜和所述氮化膜基本上由相同的材料制 成。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，每个所述第一电容器绝缘 膜和所述第二电容器绝缘膜都具有大约450埃到700埃的厚度。
9. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第三金属层和所述第 一金属层通过所述第一金属线连接，而所述第一金属层和所述 第二金属层通过所述第二金属线连接，以构成平行连接的电容 器部分。
10. —种方法，包才舌在包括第 一金属层的第 一绝纟彖膜上方顺序地形成第 一 电 容器绝缘膜、第二金属层、第二电容器绝缘膜、第三金属层和 氮化膜；在所得到的结构的整个上部表面上方形成多层绝缘膜；蚀刻所述多层绝缘膜、所述氮化膜、所述第一电容器绝缘 膜和所述第二电容器绝缘膜，从而形成接触孔；以及在所述接触孔中沉积铜，并使用化学机械抛光工艺平坦化 所沉积的铜，/人而形成第一金属线和第二金属线。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，在所述得到的结构的整 个上部表面上方形成所述多层绝》彖膜，包4舌 使用第一掩模图样蚀刻所述氮化膜和所述第三金属层以暴露所述第二电容器绝缘膜；以及使用第二掩模图样来部分蚀刻所述第二金属层和所述第 二电容器绝缘膜以部分暴露所述第一电容器绝缘膜。
12. 才艮据纟又利要求IO所述的方法，其中，每个所述^皮蚀刻的氮化 膜和所述被蚀刻的第三金属层都具有裂缝结构，所述裂缝结构 具有相互隔开预定距离的裂缝。
13. 根据权利要求IO所述的方法，其中，蚀刻所述多层绝缘膜、 所述氮化膜、所述第一电容器绝缘膜和所述第二电容器绝缘 膜，从而形成接触孔，包括蚀刻部分所述多层绝缘膜以部分暴露所述第一电容器绝 缘膜、所述氮化膜和所述第二电容器绝缘膜，并且在所述多层 绝缘膜的被蚀刻的部分中形成牺牲光刻胶；在形成所述牺牲光刻月交的区域中部分蚀刻所迷多层绝續^ 月莫和所述牺4生光刻月交，乂人而在所述多层绝^彖膜中形成具有预定 深度的凹槽；去除所述牺牲光刻胶；以及蚀刻所述多层绝缘膜、所述氮化膜和所述第二电容器绝 缘膜以部分暴露所述第 一金属层、所述第二金属层和所述第三 金属层。
14. 才艮据4又利要求IO所述的方法，其中，^吏用铜形成所述第一金 属层以具有裂缝结构。
15. 4艮据权利要求10所述的方法，其中，每个所述第三金属层和 所述第二金属层老IH吏用Ti、Ti/TiN和Ti/Al/TiN中的一种形成。
16. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一电容器绝缘膜、 所述第二电容器绝缘膜和所述氮化膜基本上由相同的材料制 成。
17. 根据权利要求IO所述的万法，其中，所述第一电容器绝缘膜 和所述第二电容器绝缘膜基本上具有相同的厚度。
18. 才艮据4又利要求10所述的方法，其中，每个所述第一电容器绝 缘膜和所述第二电容器绝缘膜都具有大约450埃到700埃的厚 度。
19. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述氮化膜基本上厚于 每个所述第一电容器绝缘膜和所述第二电容器绝缘膜。
20. 才艮据4又利要求10所述的方法，其中，所述第三金属层和所述 第一金属层通过所述第一金属线连"t妄，而所述第一金属层和 所述第二金属层通过所述第二金属线连接，以构成平行连接的 电容器部分。
全文摘要
本发明披露了一种能够实现半导体器件的可靠性提高的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器及其制造方法。所披露的MIM电容器包括金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，该金属-绝缘体-金属(MIM)电容器可以包括第一绝缘膜，形成在第一绝缘膜上方的第一金属层和形成在第一金属层上方的第一电容器绝缘膜。第二金属层可以在部分第一电容器绝缘膜上方形成而第二电容器绝缘膜可以在第二金属层上方形成。第三金属层可以在部分第二电容器绝缘膜上方形成而氮化膜可以在第三金属层上方形成。多层绝缘膜可以在所得到的结构的整个上部表面的上方形成。第一和第二金属线可以形成在接触孔中，该接触孔在贯穿多层绝缘膜后贯穿第一电容器绝缘膜、第二电容器绝缘膜和氮化膜。
文档编号H01L29/92GK101378085SQ200810146789
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月29日
发明者朴正浩 申请人:东部高科股份有限公司