[发明专利]具有MIM电容器的半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

下面的描述涉及一种半导体装置及其制造方法，更具体地讲，涉及一种具有高介电常数的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器及其制造方法。

背景技术

通常，半导体装置需要在高速度操作同时在功能方面需要具有高存储容量。

为此目的，已经开发出制造半导体装置的技术来提高集成的程度、响应速度和可靠性。为了提高半导体装置的充电特性，包括在半导体装置中的诸如电容器之类的组成元件的静电容量值应该是高的。

然而，近年来，随着半导体装置变得高度集成，单位单元面积不断减小。因此，半导体装置的单元静电容量也降低，使得难以确保装置操作所需的静电容量。

通常，通过增大对电极的面积、提高电极之间的介电体的相对介电常数和减小介电体的厚度来增加电容器的静电电容。因此，电容器的结构被多样化同时减小介电体的厚度，以获得合适的静电电容。

另一方面，已经开展了应用具有高介电常数的材料来代替迄今为止所使用的氮化硅介电层来获得合适的静电容量的研究。具有高介电常数的材料包括氧化铪、氧化铝和氧化钽。

然而，当将高介电常数(高-k)材料用作MIM电容器的绝缘层时，其后续工艺将由于蚀刻MIM电容器的上电极之后剩余的绝缘层而受到影响。

此外，由于不充分的光致抗蚀剂(PR)余量、由剩余的高介电常数绝缘层产生的金属聚合物以及在后续通孔蚀刻工艺中通孔内部金属聚合物的残余，导致金属布线的轮廓劣化。由于这样的问题，通孔电阻增大，从而降低了电容器的可靠性。

此外，如果增加后续的通孔过蚀刻对象来去除剩余的绝缘层，则发生击穿电压特性劣化。

发明内容

总的方面涉及一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器以及一种被构造为制造MIM电容器的方法，在该MIM电容器中，可靠性提高，对后续工艺的影响被最小化，并且通过将MIM电容器与外部环境隔离防止了由通孔过蚀刻对象引起的击穿电压劣化。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的一种MIM电容器可以包括：下电极和上电极，形成在基板上；介电层，具有高介电常数并且形成在下电极和上电极之间；第一保护层，围绕上电极的侧表面和上表面；第二保护层，围绕介电层的侧表面和第一保护层的侧表面，其中，介电层的宽度大于上电极的宽度，第一保护层和第二保护层由蚀刻速率不同的材料制成。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的一种制造MIM电容器的方法可以包括：在基板上形成下电极；在下电极上形成介电层；在介电层的区域上形成上电极和硬掩模；在介电层的侧表面、上电极的侧表面和硬掩模的侧表面形成分隔件。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的一种制造MIM电容器的方法可以包括：在基板上形成第一金属层；在第一金属层上顺序地层压介电层、第二金属层和硬掩模绝缘体；将硬掩模绝缘体和第二金属层图案化，以形成硬掩模和上电极；在包括硬掩模、上电极和介电层的整个基板上形成分隔件绝缘体；蚀刻分隔件绝缘体的整个表面，以在硬掩模的侧表面、上电极的侧表面和介电层的侧表面处形成分隔件；在分隔件、硬掩模和第一金属层上形成缓冲绝缘层；将缓冲绝缘层和第一金属层图案化，以形成下电极。

在一个总的方面，提供了一种半导体装置，该半导体装置包括：下电极，形成在基板上；介电层，包括形成在下电极上的蚀刻的介电区域和照常生长的介电区域；上电极，形成在照常生长的介电区域上；硬掩模，形成在上电极上；分隔件，形成在硬掩模的侧表面和上电极的侧表面处以及蚀刻的介电区域上方；缓冲绝缘层，形成在硬掩模和分隔件上。

所述装置还可提供：介电层包括原子层沉积(ALD)高k HfO₂/Al₂O₃膜堆叠件。

所述装置还可提供：使用同一掩模将硬掩模和上电极图案化，以使硬掩模和上电极具有相同的形状。

所述装置还可提供：分隔件将硬掩模的侧表面与上电极的侧表面隔离。

所述装置还可提供：照常生长的介电区域将下电极与上电极分开。

所述装置还可提供：下电极的长度大于上电极的长度。

所述装置还可提供：下电极包括TiN/Ti，上电极包括TiN。

所述装置还可提供：蚀刻的介电区域从照常生长的区域延伸并大约在分隔件的端部终止，分隔件的所述端部形成在分隔件的一侧，所述一侧与分隔件的与硬掩模和上电极的侧表面接触的一侧相对，并且蚀刻的介电区域的厚度小于照常生长的介电区域的厚度。

所述装置还可提供：分隔件的所述端部被缓冲绝缘层和蚀刻的介电区域限定。