利用镶嵌制程形成金属电容器的方法及其产品技术

一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法及其产品，于形成金属薄膜电容器之前，先利用铜金属镶嵌制程来制作其下的内连线，之后沉积一层绝缘层，并于其中形成开口，接着依序沉积顺应性的第一金属层、介电层和第二金属层，再进行化学机械研磨制程，将开口外多余的第一金属层、介电层和第二金属层磨除，直至暴露出其下方的绝缘层为止，即于开口中形成电容器。在完成电容器之后，继续利用铜金属镶嵌制程来制作其上的内连线。具有内含电容器的积体电路的尺寸可以容易地达成缩小化、降低所需的微影蚀刻步骤、降低制造内含电容器的积体电路的制造成本及降低电容器区域和非电容器区域之间的高度落差的功效。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种形成内含电容器的积体电路，特别是有关于一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法及其产品。附图说明图1-图4所示，为传统制造内含电容器20的半导体元件的方法。图1所示，为在绝缘层12上沉积铝金属层，随后进行微影蚀刻制程，图案化成铝金属层14a和14b。其中绝缘层12包括一些形成于硅基底上和基底中的元件(未绘示)。接着，如图2所示，在铝金属层14a和14b以及绝缘层12上形成绝缘层16，并于此绝缘层16中并形成钨插塞(tungstenplug；W-plug)18与铝金属层14a电性连接，之后，于钨插塞18和绝缘层16上依序沉积金属层/介电层/金属层，并进行微影蚀刻后，形成第一导电板21、介电层22和第二导电板23，因而构成电容器20。其中，第一导电板21(即下电极)经由钨插塞18与铝金属层14a连接。继续于电容器20和绝缘层16上方沉积另一层绝缘层26，并同时于绝缘层26和其下方的绝缘层16中形成钨插塞28a和28b，如图3所示。继续在绝缘层26以及钨插塞28a和28b上方沉积另一层铝金属层，并进行微影蚀刻制程后，形成铝金属层34a和34b，如图4所示。其中铝金属层34a经由钨插塞28a与第一导电板23(即上电极)，而铝金属层34b经由钨插塞28b与下层的铝金属层14b电性连接。其主要缺陷在于在上述的制程中，需要额外的微影步骤来形成电容器20，才能将电容器20整合至积体电路中，因此，增加了整个半导体制程的成本。在这样的制程中，如要增加平板电容器20的电容量，则必须增加平板电容器20的布局面积。而这样的方法会牺牲电容器20和其相邻的导线之间的空间，且会无法有效使整个积体电路的尺寸再缩小。在美国专利第6,025,226号中，揭露一种于形成镶嵌式介层窗时，同时形成电容器。此方法中，在沉积做为下电极的导电层时，同时填入电容器的开口和介层窗的开口。其主要缺陷在于1、此导电层必须足够厚至填满介层窗开口，且不能将电容器的开口填平，在制程控制上相当困难。2、此外，由于元件积集度提高以及资料传输速度增加的趋势，以铝金属所构成的导线已无法满足对速度的要求，因此，以具有高导电性的金属铜做为导线，以降低RC延迟(RCdelay)，为目前的发展趋势。但是，铜金属无法以干蚀刻的方式来定义图案，其原因在于铜金属与氯气电浆气体反应生成的氯化铜(CuCl。)的沸点极高(约1500℃)，以铜导线的制作需以镶嵌制程(damasceneprocess)来进行。也因这样的原因，本专利技术是将铜制程应用在内含电容器的积体电路的制程中。本专利技术的主要目的是提供一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，利用镶嵌制程形成金属电容器，在形成薄膜电容器之前，于第一绝缘层中形成第一铜导线和第二铜导线，且此第一和第二铜导线为阻障层和第一密封层所包围。克服现有技术的弊端，达到内含电容器的积体电路的尺寸可以容易地达成缩小化的目的。本专利技术的第二目的是提供一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，达到制造内含电容器的积体电路时，降低所需的微影蚀刻步骤的目的。本专利技术的第三目的是提供一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，达到降低制造内含电容器的积体电路的制造成本的目的。本专利技术的第四目的是提供一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，达到降低电容器区域和非电容器区域之间的高度落差的目的。本专利技术的第五目的是提供一种利用镶嵌制程形成金属电容器产品，达到具有金属电容器的铜镶嵌结构的目的。本专利技术的目的是这样实现的一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是它至少包括如下步骤(1)提供第一绝缘层；(2)于该第一绝缘层中形成第一铜导线和第二铜导线；(3)至少于该第一和第二铜导线上形成第一密封层；(4)于该第一密封层上形成第二绝缘层；(5)于该第二绝缘层和第一密封层中形成一开口，暴露出该第一铜导线；(6)于该开口中顺应性形成第一金属层；(7)于该第一金属层上顺应性形成介电层；(8)于该介电层上顺应性形成第二金属层；(9)移除该第一金属层、该介电层和该第二金属层至暴露出该第二绝缘层；(10)于该第二绝缘层和该第二金属层上形成第三绝缘层；(11)于该第三绝缘层和该第二绝缘层中形成多数个双镶嵌图案，该双镶嵌图案包含多数个沟槽和多数个介层窗孔； (12)于该沟槽中形成第三铜导线和第四铜导线，以及于该介层窗孔中形成第三、一铜插塞和第四、二铜插塞，其中该第一金属层经由该第三、一铜插塞与该第三铜导线电性连接，该第四铜插塞经由该第四、二铜插塞与该第二铜导线电性连接；(13)至少于该第三和第四铜导线上形成第二密封层。该第一金属层的材质是选自钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、或铝铜合金的其中至少一种。该介电层的材质是选自氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化锆、氧化铪或氧化铝的其中至少一种。该第二金属层的材质是选自钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、或铝铜合金的其中至少一种。该移除该第一金属层、该介电层和该第二金属层至暴露出该第二绝缘层的方法为化学机械研磨法。该该第一金属层的厚度介于100埃至2000埃之间。该介电层的厚度介于100埃至1200埃之间。该第二金属层的厚度介于200埃至2000埃之间。本专利技术还提供一种具有镶嵌结构的金属电容器，其特征是它包括如下构造第一铜导线和第二铜导线配置于第一绝缘层中；第二绝缘层配置于该第二绝缘层上，该第二绝缘层中具有一开口位于该第一铜导线上；第一金属层顺应性地配置于该开口中，且与该第一铜导线的表面接触；介电层顺应性地配置于该开口中的该第一金属层上；第二金属层顺应性地配置于该开口中的该介电层上；第三绝缘层配置于该第二绝缘层和该第二金属层上；第一铜镶嵌结构和第二铜镶嵌结构配置在该第二绝缘层和该第三绝缘层中，该第一铜镶嵌结构是由该第三铜导线和第一铜插塞所构成，该第二铜镶嵌结构是由该第四铜导线和第二铜插塞所构成，该第二金属层经由该第一铜插塞与该第三铜导线电性连接，该第四铜导线经由该第二铜插塞与该第二铜导线电性连接；第一密封层配置于该第二铜导线和该第二绝缘层之间；第二密封层配置于谈第三和第四铜导线上。该第一金属层的材质是选自钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、或铝铜合金的其中至少一种。该介电层的材质是选自氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化锆、氧化铪或氧化铝的其中至少一种。该第二金属层的材质是选自钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、或铝铜合金的其中至少一种。该第一金属层的厚度介于100埃至2000埃之间。该介电层的厚度介于100埃至1200埃之间。该第二金属层的厚度介于200埃至2000埃之间。下面结合较佳实施例并配合附图详细说明。图5-图14是本专利技术的方法的流程剖面示意图。参阅图5-图14，是本专利技术的较佳实施例的一种利用镶嵌制程形成金属电容器且与铜制程结合的方法的结构剖面示意图。参阅图5，首先提供一绝缘层102，而绝缘层102中可能包括其他内连线，绝缘层102下方包括形成于基底上和基底中的元件。为了能清楚描述本专利技术的内容，这些底层的电路元件并未在图中显示。于绝缘层102上形成另一层绝缘层106，其厚度绚为2000至6000埃左右。如图6所示，利用微影蚀刻的方法，在绝缘层106中形成开口。参阅图7，在绝缘层106及其中的开口表面形成顺应性的阻障层103。随后将铜金属填入开口中，并进行化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是：它至少包括如下步骤： （１）提供第一绝缘层； （２）于该第一绝缘层中形成第一铜导线和第二铜导线； （３）至少于该第一和第二铜导线上形成第一密封层； （４）于该第一密封层上形成第二绝缘层； （５）于该第二绝缘层和第一密封层中形成一开口，暴露出该第一铜导线； （６）于该开口中顺应性形成第一金属层； （７）于该第一金属层上顺应性形成介电层； （８）于该介电层上顺应性形成第二金属层； （９）移除该第一金属层、该介电层和该第二金属层至暴露出该第二绝缘层； （１０）于该第二绝缘层和该第二金属层上形成第三绝缘层； （１１）于该第三绝缘层和该第二绝缘层中形成多数个双镶嵌图案，该双镶嵌图案包含多数个沟槽和多数个介层窗孔； （１２）于该沟槽中形成第三铜导线和第四铜导线，以及于该介层窗孔中形成第三、一铜插塞和第四、二铜插塞，其中该第一金属层经由该第三、一铜插塞与该第三铜导线电性连接，该第四铜插塞经由该第四、二铜插塞与该第二铜导线电性连接； （１３）至少于该第三和第四铜导线上形成第二密封层。...

【技术特征摘要】
CN 2001-8-22 01130736.61.一种利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是它至少包括如下步骤(1)提供第一绝缘层；(2)于该第一绝缘层中形成第一铜导线和第二铜导线；(3)至少于该第一和第二铜导线上形成第一密封层；(4)于该第一密封层上形成第二绝缘层；(5)于该第二绝缘层和第一密封层中形成一开口，暴露出该第一铜导线；(6)于该开口中顺应性形成第一金属层；(7)于该第一金属层上顺应性形成介电层；(8)于该介电层上顺应性形成第二金属层；(9)移除该第一金属层、该介电层和该第二金属层至暴露出该第二绝缘层；(10)于该第二绝缘层和该第二金属层上形成第三绝缘层；(11)于该第三绝缘层和该第二绝缘层中形成多数个双镶嵌图案，该双镶嵌图案包含多数个沟槽和多数个介层窗孔；(12)于该沟槽中形成第三铜导线和第四铜导线，以及于该介层窗孔中形成第三、一铜插塞和第四、二铜插塞，其中该第一金属层经由该第三、一铜插塞与该第三铜导线电性连接，该第四铜插塞经由该第四、二铜插塞与该第二铜导线电性连接；(13)至少于该第三和第四铜导线上形成第二密封层。2.根据权利要求1所述的利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是该第一金属层的材质是选自钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、或铝铜合金的其中至少一种。3.根据权利要求1所述的利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是该介电层的材质是选自氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化锆、氧化铪或氧化铝的其中至少一种。4.根据权利要求1所述的利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是该第二金属层的材质是选自钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、或铝铜合金的其中至少一种。5.根据权利要求1所述的利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是该移除该第一金属层、该介电层和该第二金属层至暴露出该第二绝缘层的方法为化学机械研磨法。6.根据权利要求1所述的利用镶嵌制程形成金属电容器的方法，其特征是该该第一金属层的厚度介于100埃至2000埃之间。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐震球，李世达，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]