α-钽层的形成方法、MIM电容及其形成方法技术

一种形成α－钽层的方法，包括下列步骤：　形成含氮层于半导体基底上；　以轰击元素轰击该含氮层以形成α－钽晶种层；以及　溅镀钽层于该α－钽晶种层上，以形成实质上由α－钽所构成的表层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体元件及其制法，且尤其涉及一种含有oc-钽电极板的金 属-绝缘层-金属(MIM， metal-insulator-metal)电容器。
技术介绍
市场上对于兼具模拟与数字信号处理能力的系统级芯片(System-on-chip) 的需求与日俱增。举例而言，利用模拟电路提取环境中的模拟信号，将其数 字化后，再转成用来驱动数字电路与输出功能的信号。在系统级芯片日益盛 行的趋势下，组合了数字模块与模拟模块的混合信号模式(mixed-mode)系统 芯片也越来越重要。然而，整合数字模块与模拟模块会遇到电子失配 (electronic mismatch)的问题。电路元件的电子失配会降低信号处理的质量。电路元件在操作环境下的 物理稳定性或操作条件的变异都可能造成电子失配，例如造成MIM结构的 电容值变异。MIM电容的电容值与响应受到许多参数的影响，这些参数(包 含其操作条件)可能会影响电容介电层的厚度与电容板的电阻值。为了提供可 靠而稳定的电容值，必须制作出高稳定性、低电阻的MIM结构。图1显示公知一种制作MIM电容的方法。在基底100上沉积厚度约750A 的氮化硅层102。在氮化硅层102上沉积厚度约200A的第一氮化钽层104。 在第一氮化钽层104上沉积厚度约1200A的铝-铜层106，并在铝-铜层106 上沉积厚度约600A的第二氮化钜层108，而构成MIM电容的下电极109。 在底电极板109上形成介电层110，然后沉积约500A的氮化钽作为上电极 板112。下电极板的接点可位于下接触区114，上电极板的接点可位于上接 触区116。上述电容结构的缺点之一在于厚度太大，不易平坦化。另一缺点在于电 容板的电阻高达250pQ-cm。此夕卜，公知的MIM电容工艺复杂，成本不易降低。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题而提供一种形成Ot-钽层的方法，包括下列步骤形成含氮层于半导体基底上；以轰击元素轰击该含氮层以形成a-钽晶 种层；以及，溅镀钽层于该a-钽晶种层上，以形成实质上由a-钽所构成的表 层。本专利技术也提供一种形成MIM电容的方法，包括下列步骤形成第一极 板，包括形成含氮层于半导体基底上，该含氮层具有第一含氮量；以轰击 元素轰击该含氮层以形成a-钽晶种层，该a-钜晶种层具有第二含氮量；以及， 形成实质上由a-钜所构成的表层；形成介电层于该第一极板上；以及，形成 第二极板于该介电层上。本专利技术还提供一种MIM电容，包括第一极板，包括含氮层于半导体基底上；a-钽晶种层于该含氮层上；实质上由a-钽所构成的表层于该a-钽 晶种层上，其中该a-钽晶种层与a-钽的晶格失配小于5%;介电层于该第一 极板上；以及，第二极板于该介电层上。本专利技术实施例的优点之一在于可降 低电极板的电阻，另一优点在于可降低电容的厚度。此外，其他优点还包括 以较低的成本制作出低电阻、低厚度的MIM电容。为让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举 出优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下附图说明图1显示公知一种制作MIM电容的方法。图2显示片电阻202与钽膜含氮比例204相对于N2流量比206的关系图。图3a、图3b、图3c分别显示a-Ta、卩-Ta、 TaN的结晶相。 图4显示本专利技术一个实施例中a-Ta层的形成机制。 图5显示a-Ta层的制作流程。 图6显示将oc-Ta层应用在MIM电容的制作流程。 图7显示具有a-Ta下极板的MIM电容剖面图。 其中，附图标记说明如下 100~基底 102~氮化硅层106~铝-铜层110 介电层114~下接触区302 Ta402~Ta406~氩+410 TaN(u104 第一氮化钽层 108 第二氮化钽层 112~上电极板 116~上接触区 304~N 404~N 408 TaNx 412~a-Ta502、 504、 506、 508~流程步骤 602、 604、 606、 608、 610、 612、 614 流程步骤 702~基底 704-二氧化硅层 706 TaNx层 708~a-Ta层710 介电层 712~上电极板 714~下接触区 716~上接触区具体实施例方式以下将以电容结构为例作详细说明，然而本专利技术也可应用在其他半导体 元件与结构，例如，可将a-钽层应用在电阻或电晶体中。因此，虽然以下的 实施例是以特定的MIM结构进行说明，但本专利技术并非以此为限。钽膜的结晶相会随着膜中含氮浓度而改变。当氮浓度低于约2%(原子百 分子)时，钽膜是由P-Ta所构成；当氮浓度介于约8-11%，钽膜是由a-Ta所 构成。在应用上，a-Ta优于P-Ta，因为a-Ta具有较低的片电阻。图2显示片电阻202与钽膜含氮比例204相对于N2流量比206的关系 图。曲线208显示钽膜含氮比例204与钽膜溅镀时的N2流量比206的相对 关系，当N2流量体积从0增加到35。/。时(其余比例可为惰性气体，如氩)，膜 中的含氮比例204从0增加到75%。曲线210显示钽膜的片电阻202与N2 流量比206的相对关系，当N2流量比例为0时，片电阻约150pQ-cm。区域 212代表(3-Ta的相区。当N2流量比例约8%时，片电阻约30|iQ-cm。区域214 代表a-Ta的相区。由图中可看出，在区域214、 216、 218中，片电阻随着 N2的流量比例增加，而膜中的含氮比例也随之增加。区域216代表Ta(N)区，其含氮比例高于ot-Ta。最后，区域218代表TaN区，其中Ta原子与N原子 构成等距间隔的矩阵，且含氮比例至少30%。图3a、图3b、图3c分别显示a-Ta、 P-Ta、 TaN的结晶相。在图3a中， ot-Ta层为体心立方(body-centered cubic)晶体结构，其中约有10%的N原子 304掺入Ta原子302。如图2的214区所示，a-Ta具有约20-40(iQ-cm的低 电阻。图3b显示具有体心正方(tetragonal-body-centered)结构的P-Ta。应注意的 是，由于P-Ta的含氮比例小于8%，因此在图中未绘出N原子。如图2的212 区所示，P-Ta具有约160-170pQ-cm的高电阻。相较之下，低电阻的oc-Ta在 电子产品的应用上较占优势。图3c显示Ta原子与N原子构成等距间隔的矩阵，且含氮比例至少30%。 N原子插入体心立方结构的a-Ta的格隙。图4显示本专利技术一个实施例中a-Ta层的形成机制。在区域408中，Ta 原子402与N原子404为等距间隔的晶格结构，但此区域也可代表任何的含 氮化合物。区域410代表低含氮比例的Ta(N)层。区域412代表含氮比例约 8-10。/。的a-Ta层。虽然在图4中未绘出(3-Ta，但实际上当Ta层的含氮比例 降低时，可能存在有部分的P-Ta。轰击元素406可为任何用来冲击408区的含氮化合物的原子、分子、离 子、或化合物，例如氩离子、氪离子、氩原子、氪原子、氩分子、氪分子、 或前述的组合、或二氟化硼分子等。图4显示借由轰击元素406(在此例中为 氩离子)轰击TaN层来形成a-Ta层。当膜层表面时受到轰击元素406冲击时， TaN晶格受到扰乱而释放出Ta与N原子，并在膜层表面重新形成含氮较少 的Ta(N)层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成α－钽层的方法，包括下列步骤：　形成含氮层于半导体基底上；　以轰击元素轰击该含氮层以形成α－钽晶种层；以及　溅镀钽层于该α－钽晶种层上，以形成实质上由α－钽所构成的表层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹荣志，廖茂成，孙钟仁，陈科维，
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：71