金属-绝缘体-金属电容结构及其制造方法技术

一种金属－绝缘体－金属电容结构，是至少由上电极、下电极以及绝缘层所构成，其中绝缘层位于上电极与下电极之间。而这种金属－绝缘体－金属电容结构的特征在于下电极包括一层导体层以及金属氮化物多层结构。金属氮化物多层结构是位于导体层与绝缘层之间，且其氮含量逐渐向绝缘层的方向增加并为非结晶（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）形态。由于金属氮化物多层结构的关系，可避免绝缘层形成结晶，以减少漏电流的损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal，缩写为MIM)电容结构及其制造方法，且特别涉及一种可避免下电极诱发绝缘层结晶的金属-绝缘体-金属电容结构及其制造方法。
技术介绍
金属-绝缘体-金属(MIM)结构的电容将是下世代DRAM电容的主要形式，且使用高介电常数(high-k)材料作为绝缘层，才可在缩小的电容面积下获得足够的电容值。而结晶形态的电极材料的电阻值较低，具有较佳的导电效果，因此目前的金属-绝缘体-金属(MIM)电容结构的电极多采用这种材料。但是在电容制造过程中，结晶形态的电极材料会诱发其上方的绝缘材料形成结晶，对高介电常数材料而言，将会产生较大的漏电流。这是因为结晶材料内晶界的存在，是造成电荷损失最大的因素，且在后续晶体管高温热处理过程中之热稳定性变差，导致电容值下降。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容结构，具有低漏电的优点。 本专利技术的再一目的是提供一种金属-绝缘体-金属电容结构的制造方法，以有效提高电容的质量，进而大幅增加高介电常数薄膜材料在DRAM电容元件的应用可行性。 本专利技术提出一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容结构，包括上电极(upperelectrode)、下电极(lower electrode)以及绝缘层，其中绝缘层位于上电极与下电极之间。而这种金属-绝缘体-金属电容结构的特征在于下电极包括一层导体层以及金属氮化物多层结构(metal nitride multilayer structure)。金属氮化物多层结构是位于导体层与绝缘层之间，其中金属氮化物多层结构的氮含量逐渐向绝缘层的方向增加，且金属氮化物多层结构是非结晶(amorphous)形态。 依照本专利技术的较佳实施例所述结构，上述之导体层与金属氮化物多层结构的材料可以是相同的。 依照本专利技术的较佳实施例所述结构，上述金属氮化物多层结构的材料包括TiN或TaN。 依照本专利技术的较佳实施例所述结构，上述金属氮化物多层结构是由几层超薄膜(ultrathin film)所构成，其中金属氮化物多层结构的每一层超薄膜的厚度约在几埃至几十埃之间。此外，前述超薄膜的层数例如是在三层以上。 依照本专利技术的较佳实施例所述结构，上述之导体层的材料包括TiN、TaN、Ru、Pt或多晶硅等导电材料。 依照本专利技术的较佳实施例所述结构，绝缘层的材料包括高介电常数(high-k)材料，如Ta2O5、Al2O3、HfO2或TiO2。 本专利技术提出一种金属-绝缘体-金属电容结构的制造方法，包括先提供导体层，再于导体层上形成金属氮化物多层结构，以使其与导体层组成下电极。其中，金属氮化物多层结构是非结晶形态且其氮含量随下电极之层数逐渐增加。接着，于下电极的该金属氮化物多层结构上形成绝缘层，再于绝缘层上形成上电极。 依照本专利技术的较佳实施例所述方法，上述于导体层上形成金属氮化物多层结构的方法是利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或原子层沉积(AtomicLayer Deposition，ALD)等真空薄膜沉积系统。 依照本专利技术的较佳实施例所述方法，上述之导体层与金属氮化物多层结构的材料可以是相同的。 依照本专利技术的较佳实施例所述方法，上述之金属氮化物多层结构的材料包括TiN或TaN。 依照本专利技术的较佳实施例所述方法，上述金属氮化物多层结构是由几层超薄膜所构成。 依照本专利技术的较佳实施例所述方法，上述导体层的材料包括TiN、TaN、Ru、Pt或多晶硅。 依照本专利技术的较佳实施例所述方法，上述绝缘层的材料包括高介电常数材料，如Ta2O5、Al2O3、HfxAlyO、HfO2或TiO2。 本专利技术因为在下电极接近绝缘层的部分采用非结晶形态的金属氮化物多层结构，且其中金属氮化物多层结构的氮含量逐渐向绝缘层的方向增加，所以可降低绝缘层的结晶性，进而有效提高电容的质量。 为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本专利技术之较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1为依照本专利技术之一较佳实施例之金属-绝缘体-金属(MIM)电容结构的剖面图。 图2为依照本专利技术之另一较佳实施例之金属-绝缘体-金属(MIM)电容结构的制造流程步骤图。 主要元件标记说明100上电极110下电极112导体层114金属氮化物多层结构120绝缘层200～230步骤具体实施方式图1为依照本专利技术之一较佳实施例之金属-绝缘体-金属(MIM)电容结构的剖面图。 请参照图1，本实施例的金属-绝缘体-金属(MIM)电容结构包括上电极100、下电极110以及绝缘层120，其中绝缘层120位于上电极100与下电极110之间。而且，下电极110是由一层导体层112以及金属氮化物多层结构(multilayer structure metal nitride layer)114所构成，这层金属氮化物多层结构114是位于导体层112与绝缘层120之间，其中金属氮化物多层结构114的氮含量逐渐向绝缘层120的方向增加，且金属氮化物多层结构114是非结晶形态。 请再参照图1，上述金属氮化物多层结构114是由几层超薄膜(ultrathinfilm)所构成，而每一层超薄膜的厚度例如是约在几埃()至几十埃之间，较佳为5～10埃左右。此外，前述超薄膜的层数例如是在三层以上。而上述金属氮化物多层结构114的材料例如是TiN或TaN。导体层112的材料例如是TiN、TaN、Ru、Pt或多晶硅(poly Si)等任何适合的导电材料。因此，导体层112与金属氮化物多层结构114的材料可以选择是相同或不同。当金属氮化物多层结构114的材料与导体层112相同时，可增加导体层112与绝缘层120之间的附着性，所以此金属氮化物多层结构114可视为导体层112与绝缘层120之间的缓冲层(buffer layer)，此外可有效降低工艺成本。而绝缘层120的材料较佳为高介电常数(high-k)材料，如Ta2O5、Al2O3、HfxAlyO、HfO2或TiO2。 由于这个实施例采用非结晶形态的金属氮化物多层结构，使得绝缘层不易形成结晶形态，可承受后续工艺之高温环境，同时改善下电极与绝缘层的界面特性，进而有效提高金属-绝缘体-金属电容结构的质量。 图2为依照本专利技术之另一较佳实施例之金属-绝缘体-金属电容结构的制造流程步骤图。 请参照图2，于步骤200中，提供导体层，导体层的材料例如是TiN、TaN、Ru、Pt或多晶硅等任何适合的导电材料。 之后，于步骤210中，于导体层上形成金属氮化物多层结构，以便与导体层组成下电极。其中，金属氮化物多层结构是非结晶形态且其氮含量随下电极之层数逐渐增加。可利用真空薄膜沉积系统来执行这个步骤，例如是化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)系统。 此外，当导体层与金属氮化物多层结构的材料相同时，可在不增加工艺复杂度情况下，完成导体层镀着后，接着利用工艺参数的调变，来连续形成金属氮化物多层结构。举例来说，使用等离子辅助原子层沉积系统时，其步骤是先通入TiCl4前驱物(precu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属－绝缘体－金属电容结构，包括上电极、下电极以及绝缘层，该绝缘层位于该上电极与该下电极之间，其特征是：该下电极包括：导体层；以及金属氮化物多层结构，位于该导体层与该绝缘层之间，其中该金属氮化物多层结构的氮含量逐 渐向该绝缘层的方向增加，且该金属氮化物多层结构是非结晶形态。

【技术特征摘要】
所界定者为准。权利要求1.一种金属-绝缘体-金属电容结构，包括上电极、下电极以及绝缘层，该绝缘层位于该上电极与该下电极之间，其特征是该下电极包括导体层；以及金属氮化物多层结构，位于该导体层与该绝缘层之间，其中该金属氮化物多层结构的氮含量逐渐向该绝缘层的方向增加，且该金属氮化物多层结构是非结晶形态。2.根据权利要求1所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该导体层与该金属氮化物多层结构的材料相同。3.根据权利要求1所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该金属氮化物多层结构的材料包括TiN或TaN。4.根据权利要求1所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该金属氮化物多层结构是由多层超薄膜所构成。5.根据权利要求4所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该金属氮化物多层结构的每一层超薄膜的厚度在几埃至几十埃之间。6.根据权利要求4所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该金属氮化物多层结构的上述这些超薄膜的层数在三层以上。7.根据权利要求1所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该导体层的材料包括TiN、TaN、Ru、Pt或多晶硅。8.根据权利要求1所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该绝缘层的材料包括高介电常数材料。9.根据权利要求8所述之金属-绝缘体-金属电容结构，其特征是该绝缘层的材料包括Ta2O5、Al2O3、HfxAlyO、HfO2或TiO2。10.一种金属-绝缘体-金属电容结构的制造方法，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆钧，李隆盛，林哲歆，罗文妙，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]