專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，并且更具體地涉及這樣的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其中該半導(dǎo)體裝置包括在金屬互連線被形成之前形成的金屬-絕緣體-金屬電容器。
背景技術(shù)：
應(yīng)用到互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的集成電路(IC)邏輯裝置的模擬電容器通常需要高精度。這樣的半導(dǎo)體技術(shù)在涉及模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器和切換的電容器濾波器的技術(shù)領(lǐng)域中是基本的。
已經(jīng)有各種電容器結(jié)構(gòu)，包括多晶硅到多晶硅的結(jié)構(gòu)，多晶硅到硅的結(jié)構(gòu)，金屬到硅的結(jié)構(gòu)，金屬到多晶硅的結(jié)構(gòu)，金屬到金屬的結(jié)構(gòu)，以及金屬-絕緣-金屬(MIM)的結(jié)構(gòu)。在這些電容器結(jié)構(gòu)中，由于金屬到金屬的結(jié)構(gòu)或者M(jìn)IM結(jié)構(gòu)具有低水平的串聯(lián)電阻，可形成具有高電容的電容器。另外，金屬到金屬的結(jié)構(gòu)或者M(jìn)IM結(jié)構(gòu)具有熱穩(wěn)定性以及低水平的電源電壓(VCC)，并且因此這些結(jié)構(gòu)被頻繁地用于模擬電容器。具體地，具有MIM結(jié)構(gòu)的電容器一般配置在金屬互連線之間。但是，在Cu線后端(Back-end-of-Line)(BEOL)中形成MIM型電容器經(jīng)常是復(fù)雜的，從而增加了缺陷產(chǎn)生。結(jié)果，可減小半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)率。
圖1A到1E是常規(guī)半導(dǎo)體裝置的橫截面圖，用于圖示制造該裝置的方法。
參見圖1A，多個(gè)接觸塞11被形成為通過第一層間絕緣層10。在接觸塞11上，第二層間絕緣層12和多個(gè)第一金屬互連線20通過執(zhí)行鑲嵌過程(damascene process)得以形成。下電極層30，電介質(zhì)層40以及上電極層50被順序地形成在第二層間絕緣層12和所述多個(gè)第一金屬互連線20上以形成MIM型電容器。
下電極層30以及上電極層50是通過物理氣相沉積(PVD)方法形成的，而電介質(zhì)層40是通過化學(xué)氣相沉積(CVD)方法形成的。下電極層30以及上電極層50由氮化鉭(TaN)或者氮化鈦(TiN)形成，并且電介質(zhì)層40由氮化物，氧化物，氧化鋁(Al2O3)，氧化鉿(HfO2)，氧化鋯(ZrO2)，以及氧化鉭(Ta2O5)形成。
參見圖1B，第一光刻膠圖案60被形成在上電極層50上。通過使用Cl2/BCl3的混合氣體來蝕刻上電極層50。隨后通過使用CF4/O2/Ar的混合氣體或CHF3/O2/Ar的混合氣體來蝕刻電介質(zhì)層40。隨后使用Cl2/BCl3的混合氣體來蝕刻下電極層30。如上形成的MIM結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為與第一金屬互連線20之一連接。
參見圖1C，使用O2等離子體或者O3來去除第一光刻膠圖案60，并且之后執(zhí)行濕清潔過程。第二光刻膠圖案65被形成在上電極層50上，并且使用Cl2/BCl3的混合氣體來蝕刻上電極層50。但是，對上電極層50的蝕刻可能損壞由用于形成MIM型電容器結(jié)構(gòu)的上述蝕刻過程所曝露的那些第一金屬互連線20。該損壞以參考標(biāo)記A示出。
參見圖1D，擴(kuò)散阻擋層70被形成在上述所得到的結(jié)構(gòu)上以防止第一金屬互連線20的延伸。
參見圖1E，金屬間絕緣層80被形成在上述所得到的結(jié)構(gòu)上，并且通過執(zhí)行鑲嵌過程形成多個(gè)第二金屬互連線。
當(dāng)在第一金屬互連線20被曝露的同時(shí)執(zhí)行對上電極層50的蝕刻、使用O2等離子體或者O3對第一光刻膠圖案60的去除以及對基板結(jié)構(gòu)的濕清潔時(shí)，用于制造MIM型電容器的以上常規(guī)方法可具有嚴(yán)重缺陷，如電短路事件或者電斷開。所述缺陷可成為降低半導(dǎo)體裝置可靠性的原因。
需要不曝露第一金屬互連線20的附加光刻膠掩模來防止上述的缺陷。但是，光刻膠掩模的附加使用使電容器制造過程變復(fù)雜，并且難以制造這樣的僅掩蔽第一金屬互連線20的光刻膠掩模。因此在阻擋層被形成在第一金屬互連線20上之后形成MIM型電容器。
圖2A到2H是圖示用于制造半導(dǎo)體裝置的另一種常規(guī)方法的橫截面圖。這里，相同的參考數(shù)字用于圖1A到1E中描述的相同元件。
參見圖2A，多個(gè)接觸塞11被形成為通過第一層間絕緣層10。在接觸塞11上，第二層間絕緣層12和多個(gè)第一金屬互連線20通過執(zhí)行鑲嵌過程得以形成。由氮化物形成的擴(kuò)散阻擋層25以近似200到近似700的厚度形成在第二層間絕緣層12上和第一金屬互連線20上。通過CVD方法獲得的氧化物層35形成在擴(kuò)散阻擋層25上。氧化物層35具有近似1,000到近似5,000的厚度。
參見圖2B，第一光刻膠圖案45被形成在氧化物層35上，使得第一光刻膠圖案45曝露氧化物層35的部分，在該處第一金屬互連線20之一待與MIM型電容器連接。
參見圖2C，使用第一光刻膠圖案45作為蝕刻掩模來蝕刻氧化物層35。如果MIM型電容器的下電極層由TaN形成，由于TaN的不透明特性，用于形成光刻膠圖案以便于形成MIM型電容器的覆蓋鍵標(biāo)(overlay key)或者對準(zhǔn)鍵標(biāo)(alignment key)在所述TaN層(即下電極層)形成之后可能是看不見的。因此，在形成TaN層之前，對氧化物層35的蝕刻以及對覆蓋鍵標(biāo)或者對準(zhǔn)鍵標(biāo)的蝕刻被同時(shí)執(zhí)行以形成深覆蓋鍵標(biāo)或者對準(zhǔn)鍵標(biāo)。
對覆蓋鍵標(biāo)或者對準(zhǔn)鍵標(biāo)的蝕刻是在使用氣體CHF3/CF4/O2/Ar的混合物或者CHF3/O2/Ar的混合氣體的配方，以及相對于氮化物層的氧化物層35的低蝕刻選擇性比下進(jìn)行的。氧化物層35的低蝕刻選擇性比使上述的同時(shí)蝕刻過程不停止于擴(kuò)散阻擋層25，從而可形成深覆蓋鍵標(biāo)或者對準(zhǔn)鍵標(biāo)。
參見圖2D，使用O2等離子體或者O3來去除第一光刻膠圖案45，并且使用氧化物層35作為蝕刻掩模來蝕刻擴(kuò)散阻擋層25。此時(shí)，當(dāng)蝕刻擴(kuò)散阻擋層25時(shí)，使用CHF3/O2/Ar的混合氣體或者CHF3/CF4/O2/Ar的混合氣體。在蝕刻擴(kuò)散阻擋層25期間，聚合物被產(chǎn)生，并且該聚合物由濕清潔過程去除。由于氧化物層35被用作蝕刻掩模，氧化物層35的總厚度在蝕刻擴(kuò)散阻擋層25之后減小。
參見圖2E，將MIM型電容器與所選擇的第一金屬互連線20連接的連接器55被形成。如同用于形成金屬互連線的過程，用于防止圖案延伸的阻擋層并用于輔助對金屬層的容易填充的種層(seed layer)被形成，以從而提供將MIM型電容器與所選擇的第一金屬互連線20連接的連接器55。
參見圖2F，下電極層30，電介質(zhì)層40，上電極層50以及蝕刻停止層75被形成。下電極層30和上電極層50由TaN形成，并且電介質(zhì)層40由氮化物形成。蝕刻停止層75被形成以防止在用于形成第二金屬互連線的鑲嵌過程期間上電極層50處的穿通事件。此時(shí)，TaN層是通過采用PVD方法形成的，而氮化物層是通過采用CVD方法形成的。
參見圖2G，第二光刻膠圖案60被形成以形成上面提到的MIM型電容器。使用CHF3/O2/Ar的混合氣體或者CHF3/CF4/O2/Ar的混合氣體來蝕刻蝕刻停止層75。Cl2/BCl3的混合氣體被用于蝕刻上電極層50和下電極層30，并且CHF3/O2/Ar的混合氣體或者CHF3/CF4/O2/Ar的混合氣體被用于蝕刻電介質(zhì)層40。在這些用于形成MIM型電容器的順序蝕刻過程之后，使用O2等離子體或者O3去除第二光刻膠圖案60，并且之后，對以上所得到的結(jié)構(gòu)執(zhí)行濕清潔過程。
參見圖2H，金屬間絕緣層80被形成在以上所得到的結(jié)構(gòu)上，并且上面提到的第二金屬互連線90通過執(zhí)行鑲嵌過程而形成。
如上所述，在形成MIM型電容器之前，阻擋層被另外形成以防止對第一金屬互連線的損壞。但是，需要另外形成覆蓋鍵標(biāo)或者對準(zhǔn)鍵標(biāo)，從而導(dǎo)致復(fù)雜的制造過程。因此，缺陷產(chǎn)生較有可能發(fā)生。另外，由于形成MIM型電容器的區(qū)域比其他區(qū)域高，用于第二金屬互連線形成的過程裕度可以被減小。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其中半導(dǎo)體裝置是通過簡化的過程獲得的，其形成MIM型電容器以及隨后的金屬互連線，并且具有改進(jìn)的裝置特性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括形成通過層間絕緣層的接觸塞；在層間絕緣層上順序形成下電極層，電介質(zhì)層以及上電極層；圖案化上電極層；圖案化電介質(zhì)層以及下電極層，從而獲得包括上電極，圖案化的電介質(zhì)層以及下電極的電容器；并且順序地形成與所述接觸塞連接的第一金屬互連線以及與所述電容器連接的第二金屬互連線。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體裝置，包括通過層間絕緣層的接觸塞；包括在層間絕緣層上順序形成的下電極，電介質(zhì)層以及上電極的電容器；形成在所述電容器上并且與所述接觸塞連接的第一金屬互連線；以及形成在電容器上并且與下電極和上電極的進(jìn)行單獨(dú)連接的第二金屬互連線。


關(guān)于下面結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上面的以及其他的目的和特征將被更好地理解，在附圖中
圖1A到1E是常規(guī)半導(dǎo)體裝置的橫截面圖，用于圖示制造該裝置的方法；圖2A到2H是常規(guī)半導(dǎo)體裝置的橫截面圖，用于圖示制造該裝置的方法；并且圖3A到3F是根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例制造的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖，用于圖示其制造方法。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
圖3A到3F是根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例制造的半導(dǎo)體裝置的橫截面圖，用于圖示其制造方法。
參見圖3A，接觸塞110被形成在層間絕緣層100內(nèi)，并且第一基于氮化物層(nitride-based layer)125，下電極層130，電介質(zhì)層140，上電極層150，以及第二基于氮化物層145被順序地形成在接觸塞110上和層間絕緣層100上。下電極層130和上電極層150包括從由氮化鈦(TiN)，氮化鉭(TaN)，鋁(Al)，鎢(W)和銅(Cu)組成的組中選擇的材料。電介質(zhì)層140包括從由四乙基原硅酸酯(TEOS)，硅烷(silane)，氮化物，氧氮化物(oxynitride)組成的組中選擇的材料。第一基于氮化物層125以及第二基于氮化物層145可以包括具有用于電介質(zhì)層140相對于氧化物的蝕刻選擇性的材料。例如，第一基于氮化物層是氮化物層或者氧氮化物層。具體地，如果接觸塞110是鎢塞，則第一基于氮化物層125充當(dāng)蝕刻停止層，用于防止在隨后的順序過程(即下電極層130的蝕刻過程，光刻膠圖案剝除過程以及清潔過程，并且其詳細(xì)描述將在后面提供)期間對接觸塞110的損壞。第二基于氮化物層145也用作硬掩模層以及用作蝕刻停止層，用于在執(zhí)行蝕刻過程以形成第一金屬互連線時(shí)使對頂部電極的損壞最小。
參見圖3B，第一光刻膠圖案160被形成以限定金屬-絕緣體-金屬(MIM)型電容器的上電極。通過使用第一光刻膠圖案160作為蝕刻掩模，第二基于氮化物層145和上電極層150被蝕刻以從而形成MIM型電容器的部分。CxFy/O2/Ar的混合氣體，其中x和y是自然數(shù)，或者CHpFq/O2/Ar的混合氣體，其中p和q是自然數(shù)，被用于蝕刻第二基于氮化物層145。Cl2/Ar/N2的混合氣體或者BCl3/Cl2/Ar的混合氣體被用于蝕刻上電極層150。
參見圖3C，第一光刻膠圖案160被去除，并且對其執(zhí)行清潔過程。第二光刻膠圖案165被形成以限定MIM型電容器的下電極。通過使用第二光刻膠圖案165作為蝕刻掩模，電介質(zhì)層140以及下電極層130被蝕刻。使用Cl2/Ar/N2的混合氣體或者BCl3/Cl2/Ar的混合氣體來蝕刻下電極層130。使用CxFy/O2/Ar的混合氣體，其中x和y是自然數(shù)，或者CHpFq/O2/Ar的混合氣體，其中p和q是自然數(shù)，來蝕刻電介質(zhì)層140。使用O2等離子體或者O3去除第二光刻膠圖案165，并且之后對其執(zhí)行濕清潔過程。
參見圖3D，擴(kuò)散阻擋層155被形成在覆蓋層間絕緣層100的MIM型電容器上。除了用作阻擋之外，當(dāng)形成隨后的第一金屬互連線時(shí)，擴(kuò)散阻擋層155還用作蝕刻停止層。因此，擴(kuò)散阻擋層155包括從由氮化硅(SiN)，碳化硅(SiC)和氧氮化物組成的組中選擇的材料。在某些情況中，擴(kuò)散阻擋層155的形成可以被省略。
參見圖3E，在擴(kuò)散阻擋層155上，絕緣層300以及上面提到的第一金屬互連線120被形成以與接觸塞110，MIM型電容器連接。優(yōu)選的是形成一組第一金屬互連線120，以與下電極層130和上電極層150各個(gè)連接，以便MIM型電容器可適當(dāng)?shù)毓ぷ鳌?br> 參見圖3F，蝕刻停止層175以及金屬間絕緣層180被順序地形成在以上得到的結(jié)構(gòu)上。之后，通過執(zhí)行鑲嵌過程來形成多個(gè)第二金屬互連線190。蝕刻停止層175防止在上電極處穿通事件的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，通過在金屬互連線下形成MIM電容器，有可能省略不必要的掩模過程，如覆蓋鍵標(biāo)或者對準(zhǔn)鍵標(biāo)的形成，以及防止在用于形成MIM型電容器的蝕刻過程期間對金屬互連線的損壞。
由于制造過程被簡化，缺陷產(chǎn)生的頻率可被降低，并且由于MIM型電容器形成之后產(chǎn)生的高度差而導(dǎo)致趨于減小的過程裕度可得到充分地保證。另外，由于簡化的制造過程，有可能減小制造成本并且提高裝置可靠性。
本申請包含涉及2004年12月30日提交韓國專利局的韓國專利申請No.KR 2004-0116971的主題，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
盡管已經(jīng)針對某些優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，可以在如隨后的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括形成通過層間絕緣層的接觸塞；在所述層間絕緣層上順序形成下電極層，電介質(zhì)層以及上電極層；圖案化上電極層；圖案化電介質(zhì)層以及下電極層，從而獲得包括上電極，圖案化的電介質(zhì)層以及下電極的電容器；以及順序地形成與所述接觸塞連接的第一金屬互連線以及與所述電容器連接的第二金屬互連線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二金屬互連線包括與上電極連接的上電極金屬互連線；以及與下電極連接的下電極金屬互連線。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，在順序地形成下電極層，電介質(zhì)層以及上電極層之后，還包括形成用作蝕刻停止層的硬掩模層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述硬掩模層包括從氮化物材料和氧氮化物材料中選擇的材料。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在上電極層的圖案化時(shí)，使用CxFy/O2/Ar的混合氣體和CHpFq/O2/Ar的混合氣體之一來蝕刻所述硬掩模層，其中x和y是自然數(shù)，p和q是自然數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在上電極的形成之后以及下電極的形成之后執(zhí)行清潔過程。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，在電容器的形成之后還包括在電容器和層間絕緣層上的擴(kuò)散阻擋層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中擴(kuò)散阻擋層包括從由氮化硅，碳化硅和氧氮化物組成的組中選擇的材料。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在層間絕緣層和接觸塞上形成基于氮化物層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一金屬互連線和第二金屬互連線通過鑲嵌過程形成。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，在形成第一金屬線和第二金屬線之后，還包括在第一金屬互連線和第二金屬互連線上形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上形成層間絕緣層；以及形成多個(gè)第三金屬互連線。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個(gè)第三金屬互連線通過鑲嵌過程形成。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述下電極層和所述上電極層包括從由氮化鈦(TiN)，氮化鉭(TaN)，鋁(Al)，鎢(W)和銅(Cu)組成的組中選擇的材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述上電極層和所述下電極層是使用Cl2/Ar/N2的混合氣體和BCl3/Cl2/Ar的混合氣體之一來蝕刻的。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電介質(zhì)層包括包括從由四乙基原硅酸酯(TEOS)，硅烷，氮化物，氧氮化物組成的組中選擇的材料。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中使用CxFy/O2/Ar的混合氣體和CHpFq/O2/Ar的混合氣體之一來蝕刻所述電介質(zhì)層，其中x和y是自然數(shù)，p和q是自然數(shù)。
17.一種半導(dǎo)體裝置，包括接觸塞，其通過層間絕緣層；電容器，其包括在所述層間絕緣層上順序形成的下電極，電介質(zhì)層以及上電極；第一金屬互連線，其形成在所述電容器上并且與所述接觸塞連接；以及第二金屬互連線，其形成在所述電容器上并且與所述下電極和所述上電極進(jìn)行單獨(dú)連接。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置，其中第二金屬互連線包括與上電極連接的上電極金屬互連線；以及與下電極連接的下電極金屬互連線，
19.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置，還包括蝕刻停止層，其形成在第一金屬互連線和第二金屬互連線上以防止在上電極處的穿通事件的發(fā)生；層間絕緣層，其形成在所述蝕刻停止層上；以及多個(gè)第三金屬互連線。
20.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述下電極和所述上電極包括從由TiN，TaN，Al，W和Cu組成的組中選擇的材料。
21.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述電介質(zhì)層包括從由TEOS，硅烷，氮化物，以及氧氮化物組成的組中選擇的材料。
22.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置，還包括上電極上的硬掩模層，其中所述硬掩模層包括氮化物材料和氧氮化物材料之一。
23.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置，還包括在所述層間絕緣層和所述接觸塞上的基于氮化物層。
24.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置，還包括在所述電容器和所述層間絕緣層上形成的擴(kuò)散阻擋層。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述擴(kuò)散阻擋層包括從由氮化硅，碳化硅和氧氮化物組成的組中選擇的材料。
全文摘要
提供了一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。該方法包括形成通過層間絕緣層的接觸塞；在所述層間絕緣層上順序地形成下電極層，電介質(zhì)層以及上電極層；圖案化上電極層；圖案化電介質(zhì)層以及下電極層，從而獲得包括上電極，圖案化的電介質(zhì)層以及下電極的電容器；以及順序地形成與所述接觸塞連接的第一金屬互連線以及與所述電容器連接的第二金屬互連線。
文檔編號H01L27/02GK1815714SQ20051013235
公開日2006年8月9日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者趙振衍 申請人:美格納半導(dǎo)體有限會(huì)社