具有无源元件的半导体器件及其制备方法技术

半导体器件及制备半导体器件的方法。在绝缘介电层（１２）中形成镶嵌金属层（１６），绝缘介电层直接与基底（１０）电连接。诸如第一电容电极层（２０）的无源元件层沉积在金属层（１６）上，相对于金属层（１６），第一电容电极层最好偏置，使其通过通孔（３６）与金属层（１６）直接进行电互连。在一个实施例中，电容和电阻作为器件上的无源元件。在另一个实施例中，无源元件至少包括一个电阻（２８）和可选的第二电阻（３２）。然而，在另一个实施例中，金属层（１６）是镶嵌铜层。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件和制备半导体器件的方法。尤其涉及适用于无线通信系统、包含至少一个无源元件的半导体器件。
技术介绍
鉴于半导体器件制备技术的状况，许多电子器件通常受到设计缺陷的影响而导致其性能的限制。例如，无线通信系统一般含有相对较少的半导体芯片，但却包含数百个无源元件。由于不断努力改进形状因素和减少功耗，并且改善109Hz或更高阶频率上半导体器件的性能和功能，期望将无源元件集成到独立的芯片或模块内，并且期望将无源元件集成在有源基底(例如含硅基底)上。目前已有各种各样的片上电容器和电阻器的制备技术。例如包括双多晶硅(double-poly)、栅极氧化物或结型电容或掺杂硅电阻或多晶硅电阻的制备技术。许多应用因这些技术带来的性能特性的改进而受益。例如，寻求减少寄生电容面积，改善电压线性度，降低电极串联电阻或减少1/f噪声。同样期望将得到的器件集成到有源基底(例如硅芯片)的后端(backend)，迄今为止利用现有的技术还不能达到这些目的。附图说明图1图解了依据本专利技术制备的一个优选半导体器件；图2图解了依据本专利技术制备的电容器和电阻器。具体实施例方式参照图1，其中示出了诸如金属-绝缘体-金属电容或薄膜电阻的半导体无源元件的组合的例子。在图1所例举的优选实施例中，本专利技术试图将金属-绝缘体-金属电容和至少一个薄膜电阻的组合并入器件中。图1也举例说明了将两个薄膜电阻并入器件的实施例。在另一个实施例中，可以省略金属-绝缘体-金属电容(或另一无源元件)，或在单独的器件中使用，这个电容能够与依据本专利技术的方法制备的一或多个电阻元件电连接。一般地，本专利技术的器件的特征在于内含金属层，该金属层被沉积在介电层(即绝缘层)中形成的沟道内，之后被加以处理以清除多余材料，使得因此暴露出来的金属层表面与介电层的第一面基本共面。金属层最好是银、金、铜、铝或其混合物，其中铜是优选金属。更具体地，该器件的特征在于内含至少一个在材料层中形成的铜镶嵌金属层。在优选实施例中，从单个镶嵌铜层形成电容的电极，以作为一或多个电容、电阻或其组合的端子。然而，本领域技术人员会认识到，可以在多个镶嵌层上形成单独无源元件，可以在单独镶嵌层上形成单独无源元件，或可以在多个镶嵌层上形成一或多个无源元件。为了更进一步举例说明，图1描述了含有一个适当的半导体基底10的器件。与基底相连的是第一绝缘介电层12，内设沟道15。在限定沟道15基部的表面上，通孔14含有导电连接基底10和填充沟道15的金属层16(最好是镶嵌金属层，镶嵌铜层则更好)的材料。如图1所示，在金属层16上形成一可选的屏蔽介电层18，这个可选的屏蔽介电层18在某些金属层16或全部的金属层16上可以省略。例如，图1举例说明了屏蔽介电层18上的窗式开口，以便露出金属层16的一部分，因此可以使金属层16和第一或底部电容电极层20之间直接接触。图中金属层16是连续的，但可被分成多个部分。应当注意，多个电容都可以建在单独一个金属层16上。电容器电极层20至少有一段长度夹在金属层16和电容器介电层22之间。第二或顶部电容器电极层24至少与电容器介电层22的一部分相连。可选地，第二层电容器电极层24可以在其至少一部分表面上含有一个可选的阻蚀层26。电容器电极层20，电容器介电层22，电容器电极层24和可选的阻蚀层26的组合通常限定本专利技术的电容器元件的结构。最好是薄膜电阻的第一电阻28由适当材料组成，该材料最好(在使用金属-绝缘体-金属电容的实施例中)与第一电容器介电层20的材料相同。因此，电阻28和第一电容器电极层20由同样的材料构成。通过可选屏蔽介电层18，第一电阻28与第一绝缘介电层12直接连接邻接，或者在其至少一部分表面上与第一绝缘介电层12分离。能够从上面经通孔40和金属层44与电阻28接触，或可选地，通过金属层16和通孔14与电阻28接触。应当注意，当金属层16连续时，仅需要通孔14。可选地，一或多个介电层沉积在第一电阻28上面。例如，在图1中给出第一中间介电层30，它作为垫层沉积在电容的金属层20和24上，并且在使用时，还沉积在可选阻蚀层26上。图1示出了与中间介电层30的表面直接接触的可选第二电阻32。第二电阻可以用在器件的任何地方，并且可以与其它层接触。例如，它可以通过直接接触方式被布在与第一电阻直接接触的相同金属层上。如图1所示，另一个中间介电层34被布在中间介电层30之上，覆盖了可选第二电阻32。如前所述，如果是单一介电层，可以省略中间介电层30或者中间介电层34。电阻28和电阻32可以由不同的材料构成，因此，这些电阻的电阻系数可以不同。多个通孔提供了被第二中间介电层34和其它层(如果存在的话)隔离的金属层间的接触路径。例如，通孔36包含导电连接金属层44与金属层16的材料。一或多数通孔38包含导电连接金属层44与电容器电极层24的材料。多个通孔40被填充导电连接金属层44与第一电阻28的材料。同样地，多个通孔42包含导电连接金属层44与第二电阻32的材料。可选地，例如象46层这样的一或多个附加层可以被布在金属层44之上。图1举例说明的实施例描述了通孔38、40和42，这些通孔与最靠近金属层44的表面的无源元件接触。应当理解，通孔36、38和40穿过中间介电层30和34，而通孔42仅穿过中间介电层34。虽然本领域技术人员知道各种适于制备这些无源元件的材料，然而用于电容器介电层的优选介电材料可从诸如Ta2O5、SrTiO3、ZrO2、ZrSiO4、HfO2、HfSiO4、TiO2、Si3N4这样的氧化物或氮化物或其混合物，或者这些材料的化学剂量发生变化的材料中挑选。用于电阻和电容电极层的优选材料包括，例如象TaN、TaAlN、TiN、CrNi、WN、CrSi这样的金属间化合物，或它们的混合物。也可以使用这些材料的化学剂量发生变化的材料。对于半导体器件中形成的至少一个无源元件，可能期望金属层16伸出元件端部或相对元件端部横向偏移。例如，金属层16横向延伸出第一电容器电极层20、第一电容器介电层22和第二电容器电极层24的端部之外。以这种方式，器件的第一电容器介电层20可直接与金属层44通过通孔36和金属层16建立电连接。可选地，对于电阻28和32，可以直接通过通孔40和42与电阻的第一平面进行层间接触。参照图1所例举的器件，将描述半导体基底10上的无源元件的制备过程。光刻和蚀刻沉积在基底10上的第一绝缘介电层12以形成接纳无源器件的金属层16的沟道15和通孔14。低阻抗系数或高导材料被沉积在沟道15和通孔14中。当在沟道15中沉积材料之后，清除多余的材料，使得金属层16的露出表面相对于第一绝缘介电层12的露出表面是连续的，最好彼此基本共面。可以使用任何适宜的技术清除材料，例如化学机械抛光技术。可选地，对于图1所述的电容器，如果使用了屏蔽介电层18，它被沉积在绝缘介电层12和金属层16之上，然后蚀刻出一个穿过屏蔽介电层18的开口，以便露出至少一部分金属层16。通过在屏蔽介电层18上(如果使用的话，或另外在第一绝缘介电层12和金属层16上)沉积材料，并接着对其进行光刻和蚀刻，在金属层上构造无源元件。参照图1，光刻和蚀刻步骤或化学机械抛光工序确定了电容器电极20和电阻28。根据需要，使用一次本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备半导体器件的方法，包括下列步骤： 提供半导体基底； 在半导体基底上形成绝缘层； 在绝缘层中形成与半导体基底电连接的第一镶嵌金属层； 在第一镶嵌金属层上形成电容器，电容器具有第一电容电极和第二电容电极； 在第一镶嵌金属层上形成至少一个电阻器，其中通过用于形成第一电容电极的相同材料层形成至少一个电阻器； 形成与电容器电连接的第二金属层。

【技术特征摘要】
US 2000-8-21 09/642,6801.制备半导体器件的方法，包括下列步骤提供半导体基底；在半导体基底上形成绝缘层；在绝缘层中形成与半导体基底电连接的第一镶嵌金属层；在第一镶嵌金属层上形成电容器，电容器具有第一电容电极和第二电容电极；在第一镶嵌金属层上形成至少一个电阻器，其中通过用于形成第一电容电极的相同材料层形成至少一个电阻器；形成与电容器电连接的第二金属层。2.根据权利要求1的方法，其中从铜、金、银或其混合物中选择第一镶嵌金属层的金属。3.根据权利要求1的方法，其中形成第一镶嵌金属层的步骤包含在绝缘层中的沟道内沉积铜，并且对铜进行化学抛光，从而确定出与绝缘层上的表面基本共面的表面。4.根据权利要求1的方法，其中至少部分地在覆盖第一镶嵌金属层的介电层上形成至少一个电阻器。5.根据权利要求1的方法，其中第二金属层还提供与至少一个电阻的电连接。6.根据权利要求1的方法，还包括由第三金属层形成附加电阻的步骤，第三金属层不同于用来形成第一和第二电容电极中的任一个的层。7.根据权利要求1的方法，还包括形成附加电阻的步骤，其中通过用于形成第二电容电极的相同材料层形成附加电阻。8.制备半导体器件的方法，包括步骤在绝缘层的平坦表面中所确定的沟道内沉积铜层；在铜层上形成表面，该表面与绝缘层的平坦表面共面；在铜层上形成电阻器，其中电阻器直接在铜层上形成，并且在其至少一部分表面上与铜层相接。9.根据权利要求8的方法，其中形成的表面是镶嵌的。10.根据权利要求8的方法，还包括在铜层上形成电容器，电容器具有第一电容电极和第二电容电极，其中第一电容电极和电阻器在相同材料层形成。11.根据权利要求10的方法，还包括在电阻器上形成介电层的步骤，其中介电层形成电容器的电容介电层。12.根据权利要求11的方法，还包括在介电层中形成接触以允许和电阻器电连接的步骤。13.根据权利要求8的方法，还包括覆盖铜层的至少一部分表面的介电层，其中至少部分地在介电层上形成电阻器。14.制备半导体器件的方法，包括步骤将第一铜层沉积到绝缘层的平坦表面中确定的沟道内；...

【专利技术属性】
技术研发人员：比德泽克，梅尔文F米勒三世，
申请(专利权)人：自由度半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]