半导体处理系统、金属-绝缘体-金属电容器及其形成方法技术方案

提供一种半导体处理系统以在金属

【技术实现步骤摘要】
半导体处理系统、金属
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绝缘体
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金属电容器及其形成方法


[0001]本公开涉及一种半导体处理系统、金属
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绝缘体
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金属(metal
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insulator
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metal，MIM)电容器以及MIM电容器的形成方法。

技术介绍

[0002]金属
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绝缘体
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金属(metal
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insulator
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metal，MIM)电容器已广泛应用于射频(radio frequency，RF)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)及模拟/混合信号集成电路领域。一种典型的MIM电容器包括由电容器介电质分隔开的两个金属电极。随着集成电路中装置的密度增加，即使在电容器面积不断减少的情况下仍保持足够高的存储电容是一个持续的挑战。

技术实现思路

[0003]本说明的一个方面涉及一种半导体处理系统。所述半导体处理系统包括：前体槽，被配置成从金属有机固体前体产生前体气体；处理室，被配置成执行等离子体增强化学气相沉积；以及至少一个缓冲槽，位于所述前体槽与所述处理室之间。所述至少一个缓冲槽通过第一管道耦合到所述前体槽，并通过第二管道耦合到所述处理室。
[0004]本说明的另一方面涉及一种金属
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绝缘体
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金属(MIM)电容器。所述MIM电容器包括电容器底部电极，所述电容器底部电极包含第一金属。所述MIM电容器还包括位于所述电容器底部电极上方的电容器介电层。所述电容器介电层包括位于所述电容器底部电极上方的第一电容器介电层。所述第一电容器介电层包含所述第一金属的氧化物。所述电容器介电层还包括位于所述第一电容器介电层上方的第二电容器介电层。所述第二电容器介电层包含结合能为约24eV到约26eV的氧化钽。所述MIM电容器还包括位于所述第二电容器介电层上方的电容器顶部电极。所述电容器顶部电极包含第二金属。
[0005]本说明的又一方面涉及一种形成金属
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绝缘体
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金属(MIM)电容器的方法。所述方法包括在衬底上方形成包含第一金属的电容器底部电极。所述方法还包括在所述电容器底部电极上方形成第一电容器介电层。形成所述第一电容器介电层包括使所述电容器底部电极的表面部分氧化。所述方法还包括在所述第一电容器介电层上方形成第二电容器介电层。形成所述第二电容器介电层包括：在前体槽中提供固体前体；在所述前体槽中使所述固体前体汽化以形成前体气体；使含有所述前体气体及载气的工艺气体从所述前体槽流动到至少一个缓冲槽；以及使所述工艺气体从所述至少一个缓冲槽流动到处理室。
附图说明
[0006]结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开。应注意，根据标惯例，图式的各种特征未必按比例绘制。相反，为清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸及空间关系。在说明书及图式通篇中，相同的参考编号指示相同的特征。
[0007]图1是根据一些实施例的半导体处理系统的示意图。
[0008]图2是根据一些实施例的MIM电容器的剖视图。
[0009]图3是根据一些实施例的用于形成MIM电容器的方法的流程图。
[0010]图4A到图4D是在图3所示方法的各种制作阶段中的MIM电容器的剖视图。
[0011]图5是各自示出使用氧化钽作为电容器介电质的MIM电容器的电容的电压依赖性(voltage dependence)的曲线图。
具体实施方式
[0012]以下公开内容提供许多不同的实施例或实例以实施所提供主题的不同特征。下文阐述组件、值、操作、材料、排列等的具体实例以使本公开简明。当然，这些仅是实例且并不旨在进行限制。设想其他组件、值、操作、材料、排列等。举例来说，在以下说明中，第一特征形成在第二特征之上或形成在第二特征上可包括第一特征与第二特征形成为直接接触的实施例，且还可包括额外特征可形成在第一特征与第二特征之间以使得第一特征与第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开可在各种实例中重复使用参考编号和/或字母。此重复是出于简明及清晰目的，而并非自身指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
[0013]此外，为便于说明起见，本文中可使用例如“在
…
之下(beneath)”、“在
…
下方(below)”、“下部(lower)”、“在
…
上方(above)”、“上部(upper)”等空间相对用语来阐述一个元件或特征与另外的元件或特征之间的关系，如图中所说明。所述空间相对用语旨在除图中所绘示的取向外还囊括装置在使用或操作中的不同取向。设备可具有其他取向(旋转90度或处于其他取向)，且本文中所用的空间相对描述语可同样相应地进行解释。
[0014]二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)是MIM电容器中常用的电容器介电质。然而，二氧化硅及氮化硅的介电常数是相对低的(例如，二氧化硅的介电常数(k)约为3.9，且氮化硅的介电常数约为7)，且因此二氧化硅及氮化硅不能为高级集成电路研发提供足够的存储电容。随着集成电路的最小特征大小不断减小，MIM电容器已经开始使用高介电常数介电材料作为电容器介电质。因为MIM电容器的电容与电容器介电质的介电常数成比例，所以具有相对高的介电常数的高介电常数介电材料允许MIM电容器在较小的芯片面积内存储足够的能量。
[0015]在高介电常数介电材料中，氧化钽因氧化钽的高介电常数(k～25)、低漏电流、良好的介电质击穿强度(dielectric breakdown strength)及高的热稳定性及化学稳定性而成为最有前途的高介电常数材料之一。有许多制备氧化钽薄膜的方法，包括物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)及原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)。PVD方法包括用高能等离子体轰击钽靶(tantalum target)。然而，PVD方法易于形成具有较高钽(Ta)原子比的氧化钽，此使得MIM电容器容易击穿。在ALD方法中，通过以逐层方式沉积多个单原子层来形成氧化钽膜。因此，尽管ALD方法能够形成具有低漏电流的更均匀的氧化钽膜，但ALD方法的生长速率非常慢(约)。因此，ALD方法不适合量产。
[0016]本公开的实施例提供了一种半导体处理系统，所述半导体处理系统适于由汽化的固体前体(vaporized solid precursor)形成例如氧化钽等电容器介电质。汽化的固体前体的沉积是在等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)室中使用化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)工艺进行
的。氧化钽的CVD沉积相当快，且适合大规模生产。由固体前体形成的氧化钽膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体处理系统，包括：前体槽，被配置成从金属有机固体前体产生前体气体；处理室，被配置成执行等离子体增强化学气相沉积；以及至少一个缓冲槽，位于所述前体槽与所述处理室之间，所述至少一个缓冲槽通过第一管道耦合到所述前体槽，并通过第二管道耦合到所述处理室。2.根据权利要求1所述的系统，还包括被配置成将载气供应到所述前体槽的载气槽，所述载气槽通过第三管道耦合到所述前体槽。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第三管道延伸到所述前体槽的内部，所述第三管道具有朝向所述前体槽的侧壁延伸的成角度的端部。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第三管道的所述成角度的端部以垂直于所述前体槽的所述侧壁的方向朝向所述前体槽的所述侧壁延伸。5.根据权利要求1所述的系统，还包括被配置成对所述前体槽进行加热的加热装置。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一管道及所述第二管道被绝缘材料覆盖。7.一种金属
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绝缘体
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金属电容器，包括：电容器底部电极，包含第一金属；电容器介电层，位于所述电容器底部电极上方，所述电容器介电层包括：第一电容器介电层，位于所述电容器底部电极上方，所述第一电容器介电层包含所述第一金属的氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威良，庄字周，黄敬泓，刘彩吉，陈彦秀，叶玉隆，陈永祥，
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：