MIM电容器及其形成方法技术

本发明专利技术的实施例提供了金属‑绝缘体‑金属(MIM)电容器及其形成方法。该方法包括：在半导体衬底上形成第一金属板，在第一金属板的表面上形成具有第一介电常数的第一介电层，在第一介电层的表面上形成具有第二介电常数的第二介电层，在第二介电层的表面上形成具有第三介电常数的第三介电层，以及在第三介电层的表面上形成第二金属板。第二介电常数不同于第一介电常数并且不同于第三介电常数。

【技术实现步骤摘要】
MIM电容器及其形成方法
本专利技术的实施例涉及MIM电容器及其形成方法。
技术介绍
集成芯片包括数百万或数十亿的晶体管器件，其配置为充当开关和/或以产生功率增益，以确保用于集成芯片的逻辑功能(例如，形成配置为实施逻辑功能的处理器)。集成芯片通常还包括诸如电容器、电阻器、电感器、变容二极管等的无源器件。无源器件广泛地用于控制集成芯片特性(例如，增益、时间常数等)并提供具有宽范围的不同功能的集成芯片(例如，在同一管芯上制造模拟和数字电路)。MIM(金属-绝缘体-金属)电容器是一种特定类型的电容器，其具有被绝缘材料分隔开的顶金属板和底金属板，其通常集成到集成电路的后段制程金属互连层中。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的方法，包括：在半导体衬底上方形成第一金属板；在所述第一金属板上形成具有第一介电常数的第一介电层；在所述第一介电层上形成具有第二介电常数的第二介电层；在所述第二介电层上形成具有第三介电常数的第三介电层；在所述第三介电层上形成第二金属板；其中，所述第二介电常数不同于所述第一介电常数和所述第三介电常数。本专利技术的另一实施例提供了一种形成电容器件的方法，包括：形成第一金属板；在所述第一金属板上形成多个介电层；以及在所述多个介电层上形成第二金属板，其中，所述多个介电层包括至少一个掺杂钽(Ta)的介电层。本专利技术的又一实施例提供了一种电容器件，包括：第一金属板；第一介电层，设置在所述第一金属板上；第二介电层，设置在所述第一介电层上；第三介电层，设置在所述第二介电层上；以及第二金属板，设置在所述第三介电层上；其中，所述第一介电层具有第一介电常数，所述第二介电层具有第二介电常数以及所述第三介电层具有第三介电常数，并且所述第二介电常数不同于所述第一介电常数和所述第三介电常数。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1是根据一些实施例示出MIM电容器的截面图的图。图2是根据一些实施例示出形成MIM电容器的方法的流程图。图3至图11是根据本专利技术的一些实施例的在各个阶段处制造MIM电容器的截面图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。下面详细地讨论了本专利技术的实施例。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术构思。所讨论的特定实施例仅仅是说明性的，且并不用于限制本专利技术的范围。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。尽管描述本专利技术的宽范围的数值范围和参数是近似值，在特定实例中的描述的数值设尽可能精确地报告。任何数值，然而，固有地包含在各自的测试测量结果中发现的由标准偏差产生的某些必然误差。同样，正如此处使用的术语“约”一般指在给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。或者，术语“约”意思是在本领域普通的技术人员可以考虑到的可接受的平均标准误差内。除了在操作/工作的实例中，或除非另有明确规定，所有的数值范围、总额、值和百分比，例如用于材料数量、持续时间、温度、操作条件、数额以及本专利技术此处公开的其他型似物，应该被理解为在所有情况下被术语“约”修改。因此，除非有相反规定，本专利技术和所附权利要求所描述的数值参数是可以根据要求改变的近似值。至少，每个数值参数应该至少被解释为根据被报告的有效数字的数目，并应用普通的四舍五入技术。此处范围可以表示为从一个端点到另一个端点或在两个端点之间。此处公开的所有范围包括端点，除非另有说明。MIM(金属-绝缘体-金属)电容器是一种特定类型的电容器，其具有被电容器介电层分隔开的顶金属板和底金属板，其通常在集成电路的后段制程(BEOL)金属互连层中实现。随着在先进的半导体制造技术中按比例缩小MIM电容器，电容器介电层的可靠性成为MIM电容器的一个主要问题。例如，当MIM电容器的尺寸按比例缩小到约10nm时，电容器介电层中使用的高k(高介电常数)材料(例如，氧化铪(HfO2))可以很容易地在高温处结晶。结晶的介电层可引起顶金属板和底金属板之间的泄漏电流。其结果是，MIM电容器的时间依赖的电介质击穿(TDDB)可能无法满足10年/125℃的目标，即使HfO2具有在约28-30Ff/μm2范围内的相对较高的电容密度。因此，本专利技术提供了一种具有高结晶温度和高介电常数的新型介电结构以用于提高电容器件的TDDB的电容器件。此外，本专利技术提供了形成电容器件的相关方法。电容器件可以是MIM(金属-绝缘体-金属)电容器或MIM去耦电容器。图1是根据一些实施例示出MIM电容器100的截面图的图。MIM电容器100设置在集成电路10的金属层结构或后段制程(BEOL)中的两个金属层之间。用于说明性的目的，第一金属层是金属层结构中的第七金属层M7(即，顶金属层)，以及第二金属层是金属层结构中的第六金属层M6(即，第二高金属层)。本专利技术不限于此。MIM电容器100包括第一金属板102、多个介电层104和第二金属板106。多个介电层104设置在第一金属板102和第二金属板106之间。根据一些实施例，多个介电层104设置在第一金属板102的表面1022上方。多个介电层104包括至少一个掺杂钽(Ta)的介电层。根据一些实施例，多个介电层104包括第一介电层1042、第二介电层1044和第三介电层1046。第二介电层1044夹在第一介电层1042和第三介电层1046之间。在第三介电层1046的表面1046a上方设置第二金属板106。根据一些实施例，第一金属通孔结构108布置为将第一金属板102连接至第一顶金属线110。第二金属通孔结构112布置为将第二金属板106连接至第二顶金属线114。第一金属通孔结构108连接至第一金属板102的表面1022。第二金属通孔结构112连接至第二金属板106的表面1062。根据一些实施例，第一金属板102是MIM电容器100的底金属板，并且第二金属板106是MIM电容器100的顶金属板。此外，层间介电(ILD)层116设置在第六金属层M6和第七金属层M7之间。因此，MIM电容器100、第一金属通孔结构108和第二金属通孔结构112设置在ILD层116中。ILD层116可以是氧化物层、低κ介电层或超低κ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成金属‑绝缘体‑金属(MIM)电容器的方法，包括：在半导体衬底上方形成第一金属板；在所述第一金属板上形成具有第一介电常数的第一介电层；在所述第一介电层上形成具有第二介电常数的第二介电层；在所述第二介电层上形成具有第三介电常数的第三介电层；在所述第三介电层上形成第二金属板；其中，所述第二介电常数不同于所述第一介电常数和所述第三介电常数。

【技术特征摘要】
2016.01.14 US 62/278,685;2016.04.25 US 15/137,5531.一种形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的方法，包括：在半导体衬底上...

【专利技术属性】
技术研发人员：林杏莲，金海光，蔡正原，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71