半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，半导体结构包括：基底；位于所述基底上的第一金属层；位于所述第一金属层上的第一阻挡层；位于所述第一阻挡层上的中间介质层；位于所述中间介质层上的第二阻挡层；位于所述第二阻挡层上的第二金属层。本发明专利技术改善了半导体结构中MIM电容器的漏电问题。

Semiconductor structure and its formation method

A semiconductor structure and a forming method. The semiconductor structure consists of a substrate, a first metal layer on the substrate, a first barrier layer on the first metal layer, an intermediate layer on the first barrier layer, a second barrier layer on the intermediate layer, and the second barrier layer. The second metal layer on it. The invention improves the leakage current of the MIM capacitor in the semiconductor structure.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
电容器是在超大规模集成电路中常用的无源元件。电容器主要包括多晶硅-绝缘体-多晶硅(PIP，Polysilicon-Insulator-Polysilicon)电容器、金属-绝缘体-硅(MIS，Metal–Insulator-Silicon)电容器和金属-绝缘体-金属(MIM，Metal-Insulator-Metal)电容器等。随着无线通讯技术的快速发展，人们强烈希望将适合于芯上系统(SoC)的高性能解耦和旁路电容植入到集成电路的铜互连末端工艺中，以获得功能强劲的射频系统。这就进一步要求植入的电容应具有高电容密度、理想的电压线性值、精确的电容值控制以及高可靠性等；传统的PIP结构、MIS结构以及MOS结构已经难以满足性能需求。由于MIM电容器对晶体管造成的干扰小，且可以提供较好的线性度(Linearity)和对称度(Symmetry)，因此采用MIM电容器将是射频和模拟/混合信号集成电路发展趋势。然而，现有技术形成的MIM电容器的电学性能有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，改善半导体结构中的MIM电容器的电学性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构，包括：基底；位于所述基底上的第一金属层；位于所述第一金属层上的第一阻挡层；位于所述第一阻挡层上的中间介质层；位于所述中间介质层上的第二阻挡层；位于所述第二阻挡层上的第二金属层。可选的，所述第一阻挡层材料的相对介电常数小于所述中间介质层材料的相对介电常数；所述第二阻挡层材料的相对介电常数小于所述中间介质层材料的相对介电常数。可选的，所述第一阻挡层的材料为含氮材料；所述第二阻挡层的材料为含氮材料。可选的，所述第一阻挡层的材料为SiN、AlN或者所述中间介质层材料的掺氮材料；所述第二阻挡层的材料为SiN、AlN或者所述中间介质层材料的掺氮材料。可选的，所述中间介质层材料的相对介电常数大于或等于20。可选的，所述中间介质层的材料为ZrO2。可选的，所述中间介质层的材料具有四角晶相或者立方晶相。可选的，所述第一阻挡层的材料为ZrON；所述第二阻挡层的材料为ZrON。可选的，所述第一阻挡层的厚度为2埃～100埃；所述第二阻挡层的材料为2埃～100埃。可选的，所述中间介质层的材料为HfO2。可选的，所述第一阻挡层的材料为HfON；所述第二阻挡层的材料为HfON。可选的，所述中间介质层的材料为TiO2。可选的，所述第一阻挡层的材料为TiON；所述第二阻挡层的材料为TiON。可选的，所述第一阻挡层的材料与所述第二阻挡层的材料相同。可选的，所述第一阻挡层的材料与所述第二阻挡层的材料不同。可选的，所述第一金属层的材料为Ti、Ta、TiN或者TaN；所述第二金属层的材料为Ti、Ta、TiN或者TaN。本专利技术还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成中间介质层；在所述中间介质层上形成第二阻挡层；在所述第二阻挡层上形成第二金属层可选的，所述第一阻挡层的材料与所述第二阻挡层的材料相同。可选的，采用原子层沉积工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或者炉管工艺，形成所述第一阻挡层。可选的，采用原子层沉积工艺、化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或者炉管工艺，形成所述第二阻挡层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供一种结构性能优越的半导体结构，其中，第一金属层以及第二金属层分别作为半导体结构中MIM电容器的上电极以及下电极；且在第一金属层与中间介质层之间设置有第一阻挡层，所述第一阻挡层起到阻挡所述第一金属层中金属离子扩散至中间介质层内的作用；且在第二金属层与中间介质层之间设置有第二阻挡层，所述第二阻挡层起到阻挡所述第二金属层中金属离子扩散至中间介质层内的作用。因此，本专利技术可以有效的抑制金属离子向中间介质层内扩散，从而改善所述半导体结构中MIM电容器的漏电问题。可选方案中，所述第一阻挡层材料的相对介电常数小于中间介质层材料的相对介电常数，所述第二阻挡层材料的相对介电常数小于中间介质层材料的相对介电常数，从而在起到阻挡金属离子向中间介质层内扩散作用的同时，避免增加MIM电容器上电极与下电极之间的等效介电损耗。可选方案中，所述中间介质层的材料为ZrO2，且所述第一阻挡层的材料为ZrON，所述第二阻挡层的材料为ZrON。由于所述第一阻挡层与中间介质层的材料相接近，所述第二阻挡层与所述中间介质层的材料相接近，使得所述第一阻挡层与中间介质层之间的晶格匹配效果好，且所述第二阻挡层与中间介质层之间的晶格匹配效果好，进而使得所述第一阻挡层与中间介质层之间、第二阻挡层与中间介质层之间具有良好的界面性能，进一步的改善半导体结构中的MIM电容器的漏电。附图说明图1为一种半导体结构的剖面结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的半导体结构的剖面结构示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的半导体结构的剖面结构示意图；图4至图9为本专利技术实施例提供的半导体结构形成方法各步骤对应的剖面结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成具有MIM电容器的半导体结构的性能有待提高。现结合一种半导体结构进行分析。图1为一种半导体结构的剖面结构示意图，参考图1，所述半导体结构包括：第一衬底101以及位于所述第一衬底101上的第二衬底102；位于所述第二衬底102上的第一金属层103；位于所述第一金属层103上的中间介质层104；位于所述中间介质层104上的第二金属层105。其中，所述第一金属层103、中间介质层104以及第二金属层105构成MIM电容器，所述MIM电容器为大面积平板电容(largeareaplatecapacitor)，所述大面积平板电容与后端工艺(BEOL)具有兼容性。为了提高所述MIM电容器的电容密度，通常采用具有较高相对介电常数的材料(highkmaterial)作为绝缘层104的材料。经研究发现，ZrO2具有单斜晶相、四角晶相以及立方晶相三种晶相，其中四角晶相的ZrO2以及立方晶相的ZrO2具有较高的相对介电常数。为此，可以采用ZrO2作为所述中间介质层104的材料，以提高MIM电容器的电容密度。采用ZrO2作为所述中间介质层104的材料后，所述MIM电容器的介电常数和电容密度增加，然而所述MIM电容器具有漏电(leakage)问题。进一步分析发现，导致上述漏电问题的原因包括：所述中间介质层104材料的相对介电常数越大，所述中间介质层104材料的介电损耗越严重，所述介电损耗将影响MIM电容器的漏电问题；且所述第一金属层103和第二金属层105中具有金属离子，所述金属离子易扩散至所述中间介质层104内，从而造成MIM电容器漏电的问题，进一步的导致MIM电容器的漏电问题更为严重。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构，基底；位于所述基底上的第一金属层；位于所述第一金属层上的第一阻挡层；位于所述第一阻挡层上的中间介质层；位于所述中间介质层上的第二阻挡层；位于所述第二阻挡层上的第二金属层。本专利技术改善了半导体结构中的MIM电容器漏电问题。为使本专利技术的上述目的、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：基底；位于所述基底上的第一金属层；位于所述第一金属层上的第一阻挡层；位于所述第一阻挡层上的中间介质层；位于所述中间介质层上的第二阻挡层；位于所述第二阻挡层上的第二金属层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：基底；位于所述基底上的第一金属层；位于所述第一金属层上的第一阻挡层；位于所述第一阻挡层上的中间介质层；位于所述中间介质层上的第二阻挡层；位于所述第二阻挡层上的第二金属层。2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一阻挡层材料的相对介电常数小于所述中间介质层材料的相对介电常数；所述第二阻挡层材料的相对介电常数小于所述中间介质层材料的相对介电常数。3.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述第一阻挡层的材料为含氮材料；所述第二阻挡层的材料为含氮材料。4.如权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，所述第一阻挡层的材料为SiN、AlN或者所述中间介质层材料的掺氮材料；所述第二阻挡层的材料为SiN、AlN或者所述中间介质层材料的掺氮材料。5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述中间介质层材料的相对介电常数大于或等于20。6.如权利要求1或2所述的半导体结构，其特征在于，所述中间介质层的材料为ZrO2。7.如权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述中间介质层的材料具有四角晶相或者立方晶相。8.如权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述第一阻挡层的材料为ZrON；所述第二阻挡层的材料为ZrON。9.如权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为2埃～100埃；所述第二阻挡层的材料为2埃～100埃。10.如权利要求1或2所述的半导体结构，其特征在于，所述中间介质层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林静，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31