[发明专利]形成具有电容器与通孔接触的半导体装置的方法

说明书

技术领域

本申请是关于精密半导体装置的制造，且更特别地，是关于形成具有电容器与通孔接触的半导体装置的各种方法。

背景技术

近年来，随着半导体装置的集成密度增加，个别装置占据的面积持续减少。具体而言，尽管电容器所占面积减少，电容器仍必须具有足够电容用于储存动态随机存储器(DRAM)的数据。因此，在许多集成电路产品中，已经使用金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，所述电容器是包含由绝缘材料层分隔的金属所形成的下电极与上电极。因此，MIM电容器已经大量用于执行模拟至数字转换与数字至模拟转换的半导体装置中。模拟信号与数字信号之间的转换要求此转换程序中使用的电容器是稳定的，亦即电容器的电容在施加电压与温度范围内是相对稳定的。由于此电容结构的电容倾向于随着温度与施加电压的改变而变化，因此具有多晶硅电极的电容器的电容倾向于相对不稳定。因此，具有多晶硅电极的电容器通常不用于所述转换应用中。

在形成MIM电容器的上与下金属电极过程中，典型执行蚀刻工艺，来图案化金属层。然而，近几年来由于半导体装置的集成密度增加，蚀刻这样的金属层变成更为困难。特别地，很难蚀刻具有良好电子迁移阻抗与理想低电阻率的铜。因此，已经提出通过镶嵌工艺形成上与下金属电极的各种方法，且不涉及蚀刻金属层的工艺。例如，参阅美国专利号6,649,464。铜镶嵌工艺通常包括在绝缘层中形成铜结构的沟渠(trench)，形成足够量的铜来填充所述沟渠，以及从所述结构移除过多的铜，因而在所述沟渠中留下所述铜结构。然而，用于形成以电容器与传导线和通孔为基础的铜的镶嵌工艺是非常耗时、昂贵，在多个步骤工艺中总有产生未预期缺陷的机会。

本申请是关于形成具有MIM电容器与通孔接触的半导体装置的各种方法。

发明内容

为了提供本发明一些方面的基础了解，以下说明内容呈现本发明的简化概述。此发明概述并不是本发明的详尽说明。发明概述并不是用于识别本发明的关键或关键元素，也不是描述本发明的范围。发明概述的唯一目的是用简化的形式呈现一些概念，本发明的详细描述说明如后。

一般而言，本发明揭露的内容是关于形成具有电容器与通孔接触的半导体装置的各种方法。在一范例中，所述方法包含在绝缘材料层中，形成第一传导结构与电容器的底部电极，在所述第一传导结构与所述底部电极上方，形成传导材料层，以及在所述传导材料层上执行蚀刻工艺，来定义传导材料硬掩模与所述电容器的顶部电极，其中所述传导材料硬掩模是位在所述第一传导结构的至少一部分的上方。所述方法更包含在所述传导材料硬掩模中形成开口，以及形成延伸穿过所述传导材料硬掩模中所述开口的第二传导结构，并且传导接触所述第一传导结构。在一些实施例中，所述传导材料是金属。

在另一示例范例中，所述的方法包含在绝缘材料层中，形成第一传导结构与电容器的底部电极，在所述传导铜结构与所述底部电极上方，形成金属扩散障蔽层，在所述金属扩散障蔽层上方形成第二绝缘材料层，以及在所述第二绝缘材料层上方形成金属层。在此实施例中，所述方法更包含下列步骤：在所述金属层上执行蚀刻工艺，来定义金属硬掩模与所述电容器的顶部电极，其中所述金属硬掩模是位在所述第一传导结构的至少一部分的上方，在所述金属硬掩模中形成开口，在第二绝缘材料层中形成开口以及在所述金属扩散障蔽层中形成开口，以及形成第二传导结构，所述第二传导结构传导接触所述第一传导结构，其中所述第二传导结构是延伸穿过所述金属硬掩模、第二绝缘材料层与金属扩散障蔽层中的开口。

在另一示例范例中，所述的方法包含在绝缘材料层中，形成第一传导结构与电容器的底部电极；在所述第一传导结构与所述底部电极上方形成金属层，其中，所述金属层包括钛、钽、氮化钛与氮化钽的至少其中之一；在所述金属层上执行蚀刻工艺，来定义金属硬掩模与所述电容器的顶部电极，所述金属硬掩模是位在所述第一传导结构的至少一部分上方；在所述金属硬掩模中形成开口；以及形成延伸穿过所述金属硬掩模中所述开口的第二传导结构，且传导接触所述第一传导结构。

附图说明

参阅以下描述与附随附图，即可了解本申请的内容，其中相同的参考数字是指相同的组件。

图1A-1H是描述形成于此所述半导体装置的方法，所述半导体装置具有电容器与通孔接触。

虽然本申请揭露的目标有不同的修饰与其他形式，其特定实施例如附图所示且由以下详细说明中描述。然而，应理解的，于此所述特定实施例并非用于将本发明限制于特定的揭露形式，但相对地，是意图涵盖所有的修饰、均等物与落入由所附权利要求所定义的本发明的精神与范围内的其他替代。