[发明专利]具有沟道内铜漂移阻挡层的单掩膜MIM电容器和电阻器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体装置，且更明确地说，涉及制作具有铜扩散阻挡层的MIM(金属绝缘体金属)电容器且同时形成电阻器。

背景技术

在制造例如集成电路的半导体产品中，在半导体衬底上或半导体衬底中形成各个电装置，且此后将其互连以形成电路。这些装置的互连通常通过在一个或一个以上介电或非导电层中且穿过所述介电或非导电层形成多级互连网络来完成，所述介电或非导电层形成在所述电装置上方以使所述装置彼此电隔离。导电材料(例如铜)沉积到形成在这些介电层内的通孔和/或沟道中，以连接所述装置且进而建立所述多级互连网络。

MIM(金属绝缘体金属)电容器是通过将介电材料薄层或膜夹在两个导电材料(通常是金属)层之间而形成的半导体装置。所述金属层可被说成分别包含电容器的某些或所有顶部和底部电极。使得至少某些底部电极包含铜通孔或沟道，一般是有利的。然而，例如在电容器的正常操作期间，有时铜会扩散通过介电层而达到顶部电极，因为在操作期间引发的电场自然地增强了铜从一个电极到另一电极的不良迁移。铜的此类移动可在所述两个金属层之间“造成短路”或提供导电路径。另外，现代电路需求正要求MIM电容器具有高电容密度。这通过具有较大面积电容器(例如，大于约3平方微米)来实现。然而，较大面积电容器可能遭受增强的铜漂移和扩散可能性(由于电介质中的随机缺陷的缘故)，且还可能具有增加的铜突丘(材料挤压而形成短路)倾向，借此在底部电极的顶部表面处形成非均匀性，这可进一步加剧铜漂移。这可大体上损害电容器执行其存储电荷的既定功能的能力。

可了解到，目前在电子工业中存在若干趋势。装置正不断地变小、变快且需要更少电力，且同时能够支持并执行更多的日益综合且复杂的功能。这些趋势的一个原因在于越来越需要小型、可携带且多功能电子装置。举例来说，蜂窝式电话、个人计算装置和个人音响系统是消费者市场中具有巨大需求的装置。这些装置依赖于一个或一个以上小电池作为电源，且还需要不断增加的计算速度和存储容量来存储和处理数据(例如，数字音频、数字视频、联系信息、数据库数据等)。

因此，在半导体工业中存在制造具有更高密度的集成电路(IC)的连续趋势。为了获得高密度，已经且继续朝向在半导体晶片上按比例缩小尺寸(例如，以亚微米级别)作努力。为了实现此类高密度，需要更小的部件尺寸、部件与层之间的更小分离和/或更精确的部件形状。按比例缩小集成电路尺寸可有助于较快的电路执行和/或切换速度，且可通过(例如)在半导体晶粒上提供较多电路和/或对于每个半导体晶片提供较多晶粒而在IC制作中导致较高的有效生产率。

然而，随着装置尺寸继续缩小，特定区域的紧密接近可导致不良结果。举例来说，对于MIM电容器，通过减小薄介电膜的厚度而使得金属层较为靠拢可允许扩散的铜更容易地使电容器短路，进而损害电容器的可靠性和使用寿命。尽管如此，仍需要薄介电层，因为电容器的电容或存储电荷的能力尤其作为金属板之间的距离的函数而改变。明确地说，电容随着所述板更为靠拢而升高，且随着所述板逐渐移动远离而降低。因此，将需要以减轻与铜扩散相关联的不利影响且同时允许减小装置尺寸的方式来制作MIM电容器。另外，可了解到，一般需要使制作过程成流水线型，以使得可用最小数目的动作生产一个或一个以上不同类型的半导体装置或元件，从而增强生产率。

发明内容

本发明涉及以有利于装置按比例缩放且同时减轻铜扩散的有效方式来形成MIM(金属绝缘体金属)电容器，且还允许同时在所述装置的其它地方形成电阻器。根据本发明的一个或一个以上方面，一种形成MIM电容器的方法包括在充当电容器的底部电极的至少某些部分的铜沉积物的顶部表面上方形成铜扩散阻挡材料层，其中阻挡材料经由无电沉积过程来沉积，借此在除铜沉积物的顶部表面以外的暴露表面上形成极少量到没有阻挡材料。所述方法还包括在扩散阻挡层上方形成电容器电介质和在电容器电介质上方形成电容器顶部电极。

附图说明

图1是说明根据本发明一个或一个以上方面用于形成MIM(金属绝缘体金属)电容器的实例性方法的流程图。

图2-9是根据本发明一个或一个以上方面(例如图1所陈述的那些)同时形成的MIM电容器和电阻器的横截面说明。

图10是说明根据本发明一个或一个以上方面用于形成MIM(金属绝缘体金属)电容器的另一实例性方法的流程图。

图11-20是根据本发明一个或一个以上方面(例如图10所陈述的那些)同时形成的MIM电容器和电阻器的横截面说明。

具体实施方式