[发明专利]金属-绝缘体-金属电容器结构及形成方法

说明书

本发明提供一种金属‑绝缘体‑金属电容器结构，包括下电极、介质层、界面层以及上电极；介质层形成于下电极上；上电极形成于介质层上；界面层形成于介质层与上电极之间，和/或，界面层形成于介质层与下电极之间；其中，下电极包括互连金属层及金属阻挡层，金属阻挡层位于互连金属层与介质层之间，金属阻挡层的厚度大于400埃，界面层的粗糙度小于金属阻挡层面向介质层的表面的粗糙度，界面层的介电常数大于介质层的介电常数。本发明中，通过增厚下电极中的金属阻挡层的厚度，及增设界面层覆盖金属阻挡层和/或介质层的上表面，用以光滑下电极的表面，从而提高其击穿电压，并利用第二介电常数大于第一介电常数，以提高其电容值。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种金属-绝缘体-金属电容器结构及形成方法。

背景技术

电容器作为存储电荷、耦合、滤波器件被应用于半导体集成电路中。其中，金属-绝缘体-金属电容器结构（metal-insulator-metal，MIM）由于寄生电阻小，并可直接利用器件的互连层形成，因此，MIM电容器结构广泛应用于在模拟电路和射频电路。具体的，在不同应用场景中，对MIM有具有不同的要求。例如，在高频射频电路中需要MIM具有较大电容，以降低容抗；在低频的模拟电路中，MIM用作电荷泵以存储电荷，需要具有较高的击穿电压，也即是对MIM的时间依赖介质击穿（TDDB）电压较高。

MIM结构包括下电极以及依次覆盖于下电极上的介质层和上电极。其中，下电极包括互连金属层以及覆盖互连金属层的阻挡层，通常阻挡层的厚度为200埃~300埃。介质层的厚度越薄，则相应MIM的电容值越大，而另一方面，当相同电压下介质层越薄下电极表面的粗糙度对上电极（MIM电容器）的影响越大，越容易发生尖端放电击穿MIM电容器，使得该MIM的击穿电压下降，即现有的MIM在较大电容值与较大击穿电压之间无法较好的兼顾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属-绝缘体-金属电容器结构及形成方法，以提高金属-绝缘体-金属电容器结构的击穿电压并同时增大其电容值。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属-绝缘体-金属电容器结构，包括衬底以及形成于所述衬底上的金属-绝缘体-金属电容器，其特征在于，所述金属-绝缘体-金属电容器包括下电极、介质层、上电极以及界面层；所述介质层形成于所述下电极上；所述上电极形成于所述介质层上；所述界面层形成于所述介质层与所述上电极之间，和/或，所述界面层形成于所述介质层与所述下电极之间；其中，所述下电极包括互连金属层及金属阻挡层，所述金属阻挡层位于所述互连金属层与所述介质层之间，所述金属阻挡层的厚度大于400埃，所述界面层的粗糙度小于所述金属阻挡层面向所述介质层的表面的粗糙度，所述界面层的介电常数大于所述介质层的介电常数。

可选的，所述互连金属层的材质为铝或铝合金。

可选的，所述金属阻挡层的材质为氮化钛。

可选的，所述互连金属层及所述金属阻挡层之间还设有金属钛层。

可选的，所述金属阻挡层的厚度为400埃~800埃。

可选的，所述界面层的材质为氧化钛或氮氧化钛。

可选的，所述界面层的厚度为20埃~50埃。

可选的，所述介质层的材质包括氮化硅。

基本发明的另一方面，本发明还提供一种金属-绝缘体-金属电容器结构的形成方法，包括：提供一衬底，所述衬底上设有下电极，所述下电极包括互连金属层及位于所述互连金属层上的金属阻挡层，所述金属阻挡层的厚度大于400埃；形成界面层，所述界面层覆盖所述金属阻挡层，且所述界面层的粗糙度小于所述金属阻挡层远离所述衬底的表面的粗糙度；形成介质层，所述介质层覆盖所述界面层，所述介质层的介电常数小于或等于所述界面层的介电常数；形成上电极，所述上电极覆盖所述介质层。