法时，采用具有一氧化二氮(N2O)、水(H2O)、一氧化氮(NO)、氧气(O2)或臭氧(O3)的等离子体来氧化阻挡层155。在一些实施例中，在介于约0.1 μ torr至约1000 μ torr范围内的气压下实施等离子体离子化方法。
[0074]在一些实施例中，当使用微波表面下游离子化方法，采用包括一氧化二氮(N2O)、水(H2O)、一氧化氮(NO)、氧气(O2)或臭氧(O3)的工艺气体。在一些实施例中，微波的功率介于约1W至约10000W的范围内。在一些实施例中，微波的频率介于约IMHz至约1000MHz的范围内。
[0075]在一些实施例中，当使用熔炉/快速热退火(RTA)方法时，采用包括一氧化二氮(N2O)、水(H2O)、一氧化氮(NO)、氧气(O2)或臭氧(O3)的工艺气体。在一些实施例中，熔炉/快速热退火(RTA)方法所使用的温度介于约100°C至约1200°C范围内。在一些实施例中，熔炉/快速热退火(RTA)方法中所使用的操作时间介于约Is至约1000s范围内。
[0076]如图4D所示，第一高k介电层153、绝缘层154和第二高k介电层157构造绝缘体15。在一些实施例中，绝缘层154的厚度T1'高k介电层153的厚度TjP第二高k介电层157的厚度！\的总厚度介于约17埃至约10100埃的范围内。
[0077]形成第二高k介电层157之后，如图4E所示，根据本公开的一些实施例，在第二高k介电层157上形成CTM层158。CTM层158包括底部阻挡层158a、主金属层158b和顶部阻挡层158c。形成CTM层158之后，得到MM电容器结构150c。
[0078]应该注意，通过添加高k介电层153和第二高k介电层157增加绝缘体15的相对介电常数(K值)，并且因此增加了绝缘体15的厚度。
[0079]当增加了绝缘体15 (或绝缘层154)的总厚度时，改进了形成绝缘体15 (或绝缘层154)的工艺窗。此外，一旦增加了绝缘体15的总厚度，在没有减小电容的情况下进一步提高了 MIM电容器结构150c的击穿电压。
[0080]图5示出了根据本公开的一些实施例的金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构150d的截面图。图5与图4E相似，但是图5和图4E之间的区别在于在图5中没有形成高k介电层153。
[0081]如图5所示，MIM电容器结构150d形成有第二高k介电层157。通过绝缘层154和第二高k介电层157构造了绝缘体15。在一些实施例中，绝缘层154的厚度T/”和第二高k介电层157的厚度!\的总厚度介于约12埃至约10050埃的范围内。
[0082]形成第二高k介电层157的优势在于增大了 MM电容器结构150d的相对介电常数(K值)。因此，随着K值的增大，增加了绝缘体15的厚度，因此提高了击穿电压。此外，提高了形成绝缘体15 (或绝缘层154)的工艺窗。
[0083]提供了形成金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构的机理的实施例。MM电容器结构由CBM层、主金属层和CTM层制成。绝缘层包括高k介电层和/或第二高k介电层。第一高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，在没有减小电容的情况下还增大了绝缘层的厚度。因此，增大了击穿电压并且改进了形成绝缘层的工艺窗。
[0084]在一些实施例中，提供了一种装置。该装置包括衬底和形成在衬底上的金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构。MIM电容器结构还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，并且第一高k介电层形成在CBM层和绝缘层之间或CTM层和绝缘层之间。
[0085]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。该金属-绝缘体-金属电容器结构包括衬底。MIM电容器结构还包括形成在衬底上的CBM层，并且CBM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层。MIM电容器结构还包括形成在CBM层上的第一高k介电层、形成在第一高k介电层上的绝缘层以及形成在绝缘层上的第二高k介电层。MIM电容器结构还包括形成在第二高k介电层上的CTM层，以及CTM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层。
[0086]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。形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构的方法包括提供衬底。形成金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构的方法还包括在衬底上形成电容器底部金属(CBM)层，并且CBM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层。形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构的方法还包括在CBM层上形成第一高k介电层以及在第一高k介电层上形成绝缘层。形成金属-绝缘体-金属(MM)电容器结构的方法还包括在绝缘层上形成电容器顶部金属(CTM)层O
[0087]尽管已经详细地描述了本公开及其优势的实施例，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本公开的主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。例如，本领域的技术人员会容易理解可以改变本文中描述的很多部件、功能、工艺和材料，同时仍在本公开的范围内。此外，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员会容易意识到，通过本公开，现有的或今后开发的用于执行与根据本公开所采用的相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结构的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤本公开可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。此外，每项权利要求均构成单独的实施例，并且多项权利要求和实施例的组合在本公开的范围内。
【主权项】
1.一种装置，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，并且所述第一高k介电层形成在所述CBM层和所述绝缘层之间或者形成在所述CTM层和所述绝缘层之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述绝缘体还包括第二高k介电层。
3.根据权利要求2所述的装置，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所述的装置，其中，所述第一高k介电层具有介于约4至约400范围内的相对介电常数。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一高k介电层包括氧化钛(TixOy，X为实数以及I为实数)、氧化钽(TaxOy，X为实数以及y为实数)、氮氧化钛(TixOyNz，x为实数、y为实数以及z为实数)或氮氧化钽(Tax0yNz，X为实数、y为实数以及z为实数)。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一高k介电层的厚度介于约5埃至约50埃的范围内。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一高k介电层的厚度、所述绝缘层的厚度和所述第二高k介电层的厚度的总厚度介于约17埃至约10010埃的范围内。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述CBM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层，并且所述底部阻挡层和所述顶部阻挡层形成在所述主金属层的相对两侧上。
9.一种金属-绝缘体-金属电容器结构，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； 第二高k介电层，形成在所述绝缘层上；以及 CTM层，形成在所述第二高k介电层上，其中，所述CTM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层。
10.一种形成金属-绝缘体-金属电容器结构的方法，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介电层上形成绝缘层；以及 在所述绝缘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)电容器结构及其形成方法。本发明提供了形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构的机理的实施例。金属-绝缘体-金属电容器结构包括衬底。MIM电容器结构还包括形成在衬底上的CBM层，并且CBM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层。MIM电容器结构还包括形成在CBM层上的第一高k介电层、形成在第一高k介电层上的绝缘层和形成在绝缘层上的第二高k介电层。MIM电容器结构还包括形成在第二高k介电层上的CTM层，并且CTM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层。
【IPC分类】H01L23-522, H01L21-768
【公开号】CN104733430
【申请号】CN201410787169
【发明人】梁虔硕, 林杏芝, 叶玉隆, 戴志和, 黄敬泓
【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】US20150171207