[发明专利]形成金属-绝缘体-金属（MIM）电容器结构的机理

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体领域，更具体地，涉及金属-绝缘体-金属(MIM)电容器及其形成方法。

背景技术

半导体器件用于诸如个人计算机、手机、数码相机和其他电子设备的各种电子应用中。通常通过下列步骤制造半导体器件：在半导体衬底上方顺序地沉积绝缘或介电层、导电层和半导体材料层，然后使用光刻工艺来图案化各种材料层以在其上形成电路组件和元件。通常在单个半导体晶圆上制造很多集成电路，然后通过沿着划线在各集成电路之间进行切割来将晶圆上的各个管芯分割。各个管芯通常被单独封装，例如，采用多芯片模块封装或其他类型的封装。

半导体行业通过不断降低最小特征尺寸(这使得更多的组件集成在给定区域内)来不断提高各种电子组件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成度。在一些应用中，这些较小的电子组件也需要比过去的封装占用较少面积的较小封装。

一种类型的电容器是金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，其用于诸如嵌入式存储器和射频装置的混合信号装置和逻辑装置中。MIM电容器用于存储在各种半导体器件中的电荷。MIM电容器水平形成在半导体晶圆上，并且两个金属板之间夹设有与晶圆表面平行的介电层。然而，关于MIM电容器存在很多挑战。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种装置，包括：衬底；以及金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，形成在衬底上，其中，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CTM层和CBM层之间，其中，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层和绝缘层之间或者形成在CTM层和绝缘层之间。

优选地，绝缘体还包括第二高k介电层。

优选地，第一高k介电层和第二高k介电层形成在绝缘层的相对两侧上。

优选地，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。

优选地，第一高k介电层包括氧化钛(Ti_xO_y，x为实数以及y为实数)、氧化钽(Ta_xO_y，x为实数以及y为实数)、氮氧化钛(Ti_xO_yN_z，x为实数、y为实数以及z为实数)或氮氧化钽(Ta_xO_yN_z，x为实数、y为实数以及z为实数)。

优选地，第一高k介电层的厚度介于约5埃至约50埃的范围内。

优选地，第一高k介电层的厚度、绝缘层的厚度和第二高k介电层的厚度的总厚度介于约17埃至约10010埃的范围内。

优选地，CBM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层，并且底部阻挡层和顶部阻挡层形成在主金属层的相对两侧上。

优选地，第一高k介电层形成在CBM层的顶部阻挡层和绝缘层之间。

优选地，底部阻挡层和顶部阻挡层分别包括钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)或氮化钽(TaN)。

优选地，主金属层包括铜(Cu)、铜合金、铝(Al)、铝(Al)合金、铜铝合金(AlCu)、钨(W)或钨(W)合金。

根据本发明的另一方面，提供了一种金属-绝缘体-金属电容器结构，包括：CBM层，形成在衬底上，其中，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CBM层上；绝缘层，形成在第一高k介电层上；第二高k介电层，形成在绝缘层上；以及CTM层，形成在第二高k介电层上，其中，CTM层包括底部阻挡层、主金属层和顶部阻挡层。

优选地，第一高k介电层和第二高k介电层分别包括氧化钛(Ti_xO_y，x为实数以及y为实数)、氧化钽(Ta_xO_y，x为实数以及y为实数)、氮氧化钛(Ti_xO_yN_z，x为实数、y为实数以及z为实数)或氮氧化钽(Ta_xO_yN_z，x为实数、y为实数以及z为实数)。

优选地，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。

优选地，第一高k介电层具有介于约5埃至约50埃范围内的厚度。

优选地，绝缘层的厚度、第一高k介电层的厚度和第二高k介电层的厚度的总厚度介于约17埃至约10100埃的范围内。