通过在下电极（１１）和／或电容器电介质上形成导电的平滑层（１６，１９），形成由于几何增强电场下降而具有改进的性能和平滑的电极的ＭＩＭ电容器。在一个实施例中，在由难熔氮化物形成的第一盖层（１４）上形成包括难熔金属或富难熔金属氮化物的第一层（１６）。此外，在电容器电介质上可形成包括难熔金属（１８）或富难熔金属氮化物的第二层（１９）。导电的平滑层（１６，１９）还可用于其它半导体器件，例如栅极和栅极电介质之间的晶体管。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及半导体器件领域，更具体涉及一种用于半导体器件的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。
技术介绍
由于半导体器件的收缩，需要降低例如电容器等的构件所占用的 面积。为调节，与形成在靠近半导体衬底体的晶体管层上的相对，电 容器被形成在晶体管(例如金属层)上。这种电容器的一个例子是在 上电极和下电极之间包含金属-绝缘体-金属(MIM)电介质的MIM电 容器。可以使用铝、铜或其合金形成金属层。通常，在金属层上形成盖 层或抗反射涂层(ARC)，并能用作金属层上形成的MIM电容器的下 电极。在工业上，这种ARC材料之一是TiN。当理想地使工艺简单化 而使用ARC作为下电极时，与MIM电介质接触的TiN表面粗糙。粗 糙的TiN表面产生几何增强的场，其降低了MIM电介质的可靠性。由 此，当在MIM电容器中使用TiN作为电极时，存在对控制电场均匀性 的特殊需要。附图说明本专利技术通过示例的方式而非局限于此来描述，其中类似的参考符 号指相同的元件，其中图1描述依照本专利技术的实施例的具有下电极的半导体器件的部分 截面图2描述依照本专利技术的实施例的当形成第一阻挡层之后的图1的 半导体器件；图3描述依照本专利技术的实施例的当形成第一电介质层和第二阻挡 层之后的图2的半导体器件；图4描述依照本专利技术的实施例的当形成上电极和蚀刻停止层之后 的图3的半导体器件；图5描述依照本专利技术的实施例的当形成图形化光刻胶层的图4的 半导体器件；图6描述依照本专利技术的实施例的当构图蚀刻停止层、上电极和第 二阻挡层之后的图5的半导体器件；图7描述依照本专利技术的实施例的当形成第二电介质层后的图6的 半导体器件；图8描述依照本专利技术的实施例的当形成光刻胶层和蚀刻通孔之后 的图7的半导体器件；图9描述依照本专利技术的实施例的当以导电材料填充通孔之后的图 8的半导体器件；和图10描述依照本专利技术的实施例形成的具有晶体管的半导体器件 的部分截面图。本领域技术人员应当理解，图中的元件是用于简单化和明确性的 描述，不必画出尺寸。例如，图中某些元件的尺寸可相对于其它元件 放大，以帮助促进对本专利技术实施例的理解。具体实施例方式本专利技术的专利技术人发现，MIM电容器对其下层的粗糙度敏感。通常， 在一个实施例中是TiN层的金属导线和盖层形成下电极。(可选地， 仅仅是金属导线或TiN层形成下电极。)由此，存在使下电极光滑的 需要。尽管可以替代形成平滑层，以增加工艺复杂性为代价来从MIM 电容器的下部移去金属导线，然而可选用使用平滑层。因此，不论用 于金属导线的材料如何，可以使用平滑层。通过形成平滑层，例如富难熔(金属)-氮化物层(例如富钛-氮化物(TiRN)层)或依照本专利技术的实施例的在下电极和/或电容器电介质 上具有适当平滑度的纯金属层，由于几何增强的电场的下降以及平滑 的电极，形成具有改进了可靠性的MIM电容器。参照附图将描述专利技术 的实施例。图1-9描述了依照本专利技术的实施例，进行一系列工艺步骤以形成 MIM电容器的半导体器件5的部分。更具体地，图l描述了在层间金 属电介质层9和半导体衬底10上形成的第一或底部金属层或互连层 11。在优选实施例中，半导体衬底10为硅。但是，可以使用其它半导 体材料，例如砷化镓和绝缘体上硅(SOI)。通常，衬底10包括多个 和各种有源半导体器件(例如MOS和/或双极晶体管)。但是，为了本 专利技术的理解，对这些器件的理解不是必须的，因此不描述这些器件。 层间金属电介质层9可以是由任何工艺形成的任何电介质材料。例如， 可以是二氧化硅。在半导体衬底IO上使用物理气相淀积(PVD)法、化学气相淀积 (CVD)、原子层淀积(ALD)、电镀等方法或其结合来形成第一导 电层ll。在优选实施例中，第一导电层11包括铝或铜。例如，第一导 电层11可以是铜或铜铝合金。在一个实施例中，导电层11为近似6000A 的铜铝合金。在另一实施例中，第一导电层ll主要是铜。此外，第一 导电层ll可实际由多种材料形成。例如在铜镶嵌金属化方案中，由钽 或氮化钽构成的扩散阻挡层通常先于形成铜层而形成。为了形成图1的结构，在第一导电层11上通过PVD、CVD、 ALD、 电镀等及其上述方法的结合来可选地形成第一盖层或抗反射涂层 (ARC) 14。优选第一盖层14包括钛、钽、氮化物、氮化钽(TaN)、 氮化钛(TiN)等。优选第一盖层14为任意的难熔氮化物。在一个实 施例中，第一盖层14为近似100-1000 A或以上，更具体地，近似200-800 A的TiN且优选大约650 A。在另一实施例中，第一盖层14可以是有 机物。此外，第一盖层14为可选的。本实施例中，如果形成于第一导电层11之上并与之接触，则随后形成第一平滑层16。图中所示的实施例中，第一盖层14为下电极。但是，如果不存在第一盖层14或不导电，则第一导电层ll或其它导电层为下电极。如图2所示，在第一盖层14上通过PVD、 CVD、 ALD、电镀等 或上述方法的结合形成第一或底部平滑层16。在另一实施例中，第一 导电平滑层16为大约50-500 A或更具体地，大约100-300 A的难熔金 属，例如钛，或富难熔氮化物，例如富钛氮化物(TiRN) 。 (TiRN的 Ti:N化学计量比大于1:1。)在一个实施例中，第一导电平滑层16约 为150 A的厚度。第一导电平滑层16可以是任何具有比第一盖层或下电极14更低 的表面粗糙度的导电材料。进行了实验显示，800 A的TiN具有大约 49 A的(表面)粗糙度，而作为第一盖层的650 A的TiN和作为第一 导电平滑层的150A的TiRN具有大约25 A的(表面)粗糙度。因此， 在一个实施例中，第一盖层14是TiN且第一导电平滑层16为TiRN。 优选地，平滑层为微粒或非晶层，因为这些层通常比用于第一盖层的 难熔氮化物更平滑，这是由于当在金属导线上形成难熔氮化物时，通 常形成不像微粒层一样平滑的柱状晶粒。在优选实施例中，由于减少了工艺复杂度，第一盖层14为通过 PVD形成的TiN层，且第一导电平滑层16为TiRN。为了形成TiRN 层，氩(或其它任何不起反应的气体)流入PVD室并形成等离子体。 氩离子轰击有污的(poisoned) TiN靶。由于与氮(N)等离子体进行 反应形成TiN作为其顶表面，有污的TiN靶为钛(Ti)靶。当氩离子 轰击时，有污的TiN靶淀积在半导体器件上。由于靶变得耗尽氮，淀 积的膜具有产生富钛层的更高的钛含量。该技术使得技术人员将淀积 膜的含量从化学计量的TiN调节到钛，并控制最终的(表面)粗糙度。 由此，第一导电平滑层16可以是TiRN (难熔氮化物)和/或钛(难熔 金属)。此外，第一导电平滑层16可以是难熔金属，例如没有任何氮存在的钛。在第一导电平滑层16上，使用CVD、 PVD、 ALD等或上述方法 的结合形成电容器电介质层18。在一个实施例中，电容器电介质层18 优选包含金属氧化物，其具有高线性度(例如，归一化的电容变化通 常小于100部件每百万单位电压)，例如氧化钽和氧化铪。但是，通 常应用中，线性度可能较不重要，其它金属氧化物例如氧化锆、钛酸 钡锶(BST)和钛酸锶比较适合。可选地，可以使用非高介电常数材料 的绝缘体，例如二氧化硅。这里使用的高介电常数本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体衬底；在半导体衬底上形成的第一电极；在第一电极上形成的第一导电平滑层，其中第一导电平滑层具有比第一电极更小的表面粗糙度；在第一导电平滑层上形成的电介质层；和在电介质层上形成的第二电极。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-9-23 10/668,6941.一种半导体器件，包括半导体衬底；在半导体衬底上形成的第一电极；在第一电极上形成的第一导电平滑层，其中第一导电平滑层具有比第一电极更小的表面粗糙度；在第一导电平滑层上形成的电介质层；和在电介质层上形成的第二电极。2. 如权利要求1的半导体器件，还包括在电介质层和第二电极之间形成的第二导电平滑层，其中第二导 电平滑层具有比第二电极更小的粗糙度。3. 如权利要求2的半导体器件，其中第二导电平滑层包含难熔金属。4. 如权利要求1的半导体器件，其中第一电极包括第一层和第二 层，其中第一层包含金属，第二层包含难熔氮化物，且第二电极包括 金属。5. 如权利要求1的半导体器件， 熔氮化物。6. 如权利要求5的半导体器件， 钛和氮化钽构成的组的材料。7. 如权利要求1的半导体器件， 化物。其中第一电极和第二电极包括难其中难熔氮化物包括选自由氮化其中第一导电平滑层包括富钛氮8. 如权利要求1的半导体器件，其中电介质层包括高介电常数材料。9. 如权利要求1的半导体器件，其中第一电极、第一导电平滑层、电介质层和第二电极是金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的一部分。10. 如权利要求9的半导体器件，还包括在第一电极上的盖层，其中盖层包括难熔氮化物，且第一电极包 括金属。11. —种半导体器件包括 导电层；与导电层相接触形成的平滑层，其中平滑层具有比导...
【专利技术属性】
技术研发人员：安托尼香西奥，马克D格里斯沃尔德，阿穆德哈R伊鲁达亚姆，珍妮弗H莫里松，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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