[发明专利]α-钽层的形成方法、MIM电容及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件及其制法，且尤其涉及一种含有α-钽电极板的金属-绝缘层-金属(MIM，metal-insulator-metal)电容器。

背景技术

市场上对于兼具模拟与数字信号处理能力的系统级芯片(System-on-chip)的需求与日俱增。举例而言，利用模拟电路提取环境中的模拟信号，将其数字化后，再转成用来驱动数字电路与输出功能的信号。在系统级芯片日益盛行的趋势下，组合了数字模块与模拟模块的混合信号模式(mixed-mode)系统芯片也越来越重要。然而，整合数字模块与模拟模块会遇到电子失配(electronic mismatch)的问题。

电路元件的电子失配会降低信号处理的质量。电路元件在操作环境下的物理稳定性或操作条件的变异都可能造成电子失配，例如造成MIM结构的电容值变异。MIM电容的电容值与响应受到许多参数的影响，这些参数(包含其操作条件)可能会影响电容介电层的厚度与电容板的电阻值。为了提供可靠而稳定的电容值，必须制作出高稳定性、低电阻的MIM结构。

图1显示公知一种制作MIM电容的方法。在基底100上沉积厚度约的氮化硅层102。在氮化硅层102上沉积厚度约的第一氮化钽层104。在第一氮化钽层104上沉积厚度约的铝-铜层106，并在铝-铜层106上沉积厚度约的第二氮化钽层108，而构成MIM电容的下电极109。在底电极板109上形成介电层110，然后沉积约的氮化钽作为上电极板112。下电极板的接点可位于下接触区114，上电极板的接点可位于上接触区116。

上述电容结构的缺点之一在于厚度太大，不易平坦化。另一缺点在于电容板的电阻高达250μΩ-cm。此外，公知的MIM电容工艺复杂，成本不易降低。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题而提供一种形成α-钽层的方法，包括下列步骤：形成氮化硅层于半导体基底上；以轰击元素轰击该氮化硅层以形成α-钽晶种层；以及，在氮气流量为零的条件下溅镀钽层于该α-钽晶种层上，以形成由α-钽所构成的表层。本发明也提供一种形成MIM电容的方法，包括下列步骤：形成第一极板，包括：形成氮化硅层于半导体基底上，该氮化硅层具有第一含氮量；以轰击元素轰击该氮化硅层以形成α-钽晶种层，该α-钽晶种层具有第二含氮量；以及，在氮气流量为零的条件下溅镀一钽层于该α-钽晶种层上，以形成由α-钽所构成的表层；形成介电层于该第一极板上；以及，形成第二极板于该介电层上。

本发明还提供一种MIM电容，包括：第一极板，包括：氮化硅层于半导体基底上；α-钽晶种层于该氮化硅层上；由α-钽所构成的表层于该α-钽晶种层上，其中该α-钽晶种层与α-钽的晶格失配小于5％；介电层于该第一极板上；以及，第二极板于该介电层上。本发明实施例的优点之一在于可降低电极板的电阻，另一优点在于可降低电容的厚度。此外，其他优点还包括以较低的成本制作出低电阻、低厚度的MIM电容。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1显示公知一种制作MIM电容的方法。

图2显示片电阻202与钽膜含氮比例204相对于N₂流量比206的关系图。

图3a、图3b、图3c分别显示α-Ta、β-Ta、TaN的结晶相。

图4显示本发明一个实施例中α-Ta层的形成机制。

图5显示α-Ta层的制作流程。

图6显示将α-Ta层应用在MIM电容的制作流程。

图7显示具有α-Ta下极板的MIM电容剖面图。

其中，附图标记说明如下：

100～基底                102～氮化硅层

104～第一氮化钽层                106～铝-铜层

108～第二氮化钽层                110～介电层

112～上电极板                    114～下接触区

116～上接触区                    302～Ta

304～N                           402～Ta

404～N                           406～氩⁺

408～TaN_x                        410～TaN0.1

412～α-Ta