Mim 电容及包括该mim 电容的半导体器件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种MIM电容及其包括所述MIM电容的半导体器件，其中，所述MIM电容至少包括：介质层，所述介质层为氮化硅层；电极板，至少一电极板为弹性电极板，所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。本实用新型中提供的MIM电容中的弹性电极能改善作为介电层与电极板间的表面态及应力，也不会产生较大的应力，不至于会诱发介电质内部缺陷导致漏电。
【专利说明】MIM电容及包括该MIM电容的半导体器件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种半导体【技术领域】，特别是涉及一种MIM电容和包含所述MIM电容的半导体器件。
【背景技术】
[0002]随着无线通信的高速发展,在混合信号(Mixed Signal)芯片、芯片系统(Soc)和射频电路(RF)中,对集成电容的要求越来越高。
[0003]在传统半导体制造工艺中，电容分为两种:基于前段工艺形成的PIP(Poly-1nsulat1n-Poly,多晶硅-介电层-多晶硅)电容和基于后段工艺形成的MM(Metal-1nsulat1n-Metal,金属-介电层-金属)电容。
[0004]其中，MM电容具体如图1和图2所示，所述MM电容主要包括下电极板1、上电极板3和夹在下电极板I和上电极板3之间的介电层2。所述MM电容上主要有两种类型:
[0005]一种MM电容如图1中所示,其电极板主要为铝。在这种MM电容中，所述下电极板I包括铝膜12和分别位于铝膜12上下表面的含钛金属膜11，所述上电极板3包括紧邻所述介电层2的铝膜12和位于铝膜12上的含钛金属膜11。其中，所述含钛金属膜11为钛膜、氮化钛膜或者钛膜和氮化钛膜组合构成的金属膜。所述介电层2为氧化硅层或者氮化娃层。
[0006]当所述介电层2采用氧化硅层时，其与下电极板I和上电极板3接触较好，不会因为应力大而导致电容漏电。但是氧化硅的介电常数相对较小，制作电容密度相同MM电容，介电层2会比较薄，这样形成的MIM电容具有漏电大，易击穿等风险。
[0007]当所述介电质2采用氮化硅层时，由于氮化硅层的介电常数相对较大，制作电容密度相同M頂电容时，介电层2会比较厚，不容易发生漏电和被击穿。但是氮化硅与AL直接接触会产生较大应力，会诱发介电质2内部缺陷导致漏电。
[0008]另一种MM电容如图2所示，其电极板主要为铜，在采用大马士革工艺形成铜互连层的顶层金属互连层时形成。在这种MM电容中，所述下电极板I形成大马士革工艺中的层间介质层30中的铜层21，所述上电极板3为紧邻所述介电层2的铝膜12和位于铝膜12上的含钽金属膜22，所述上电极板3也形成大马士革工艺中的层间介质层30中。其中，所述含钽金属膜22为钽膜、氮化钽膜或者钽膜和氮化钽膜组合构成的金属膜。所述介质层2为氮化娃层。
[0009]这样的MM电容由于介电层2采用氮化硅，由于氮化硅层的介电常数相对较大，制作电容密度相同MM电容时，介电层2会比较厚，不容易发生漏电和被击穿。并且，铜具有优良的导电性能，能够提升MIM电容频率。但是，由于铜具有较强的扩散性，容易渗入介电层2内，甚至会穿透介电层2在其中形成hillock (丘形缺陷)，容易导致MM电容漏电甚至失效。
[0010]由此，现需要一种MM电容，能避免上述几种MM电容的缺陷，能表现出更优异的电容特性。实用新型内容
[0011]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种MM电容和包含所述MIM电容的半导体器件，用于解决现有技术中MIM电容特性的问题。
[0012]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种MM电容，所述MM电容至少包括:
[0013]介质层,所述介质层为氮化娃层；
[0014]电极板，至少一电极板为弹性电极板，所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。
[0015]优选的，所述电极板为上电极板和下电极板，分别位于所述介质层的上表面和下表面。
[0016]优选的，所述上极板为弹性电极板，所述下电极板为铝膜。
[0017]优选的，所述下电极板中还包括位于所述铝层下表面和位于所述铝层与所述介质层之间的含钛金属膜，所述含钛金属膜为钛膜、氮化钛膜或钛膜和氮化钛膜的组合层。
[0018]优选的，所述弹性电极板中紧邻所述介质层的为钽膜或者钛膜。
[0019]相应的，本实用新型还提供了一种半导体器件，至少包括:
[0020]半导体衬底；
[0021]器件层，所述器件层位于所述半导体衬底上；
[0022]金属互连层，所述金属互连层位于所述器件层上，且包括位于最上层的顶层金属互连层；
[0023]如上所述的MM电容，所述MM电容与所述顶层金属互连层齐平。
[0024]如上所述，本实用新型的MM电容和包含所述MM电容的半导体器件，具有以下有益效果:
[0025]本实用新型提供的MM电容至少一电极板采用弹性电极板，所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。在集成电路工艺中常用的一些金属中，金属钽和钛的杨氏模量比较小，与氮化硅层的表面接触，能改善作为介电层与电极板间的表面态及应力，也不会产生较大的应力，不至于会诱发介电质内部缺陷导致漏电。
[0026]本实用新型提供的MM电容中，由于应用了所述弹性电极，可以采用介电常数比较大的氮化硅作为介电层，能够实现比较厚的介电层，不容易发生漏电和被击穿。
[0027]本实用新型提供的半导体器件中，所述MM电容与半导体器件中的顶层金属互连层齐平。这样，所述M頂电容能够在集成电路工艺中的后段工艺中形成。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1至图2显示为传统技术中的MIM电容的结构示意图。
[0029]图3显示为实施例一中提供的的MIM电容的结构示意图。
[0030]图4显示为实施例一中提供的MM电容和传统技术中的MM电容的性能比较示意图。
[0031]图5显示为实施例一中提供的MIM电容的结构示意图。
[0032]元件标号说明
[0033]I下电极板
[0034]2 介电层
[0035]3 上电极板
[0036]12 铝膜
[0037]11含钛金属膜
[0038]20层间介质层
[0039]21 铜层
[0040]22钽金属膜
[0041]30层间介质层
[0042]101含钛金属膜
[0043]200弹性电极板
[0044]300氮化硅层
【具体实施方式】
[0045]以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0046]请参阅图3至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0047]如图3至图5所示，本实用新型提供一种MIM电容，至少包括:
[0048]介质层2,所述介质层为氮化娃层；
[0049]电极板，包括下电极板I和上电极板3，所述下电极板I和所述介电层2的下表面紧邻，所述上电极板3和所述介电层2的上表面紧邻。
[0050]其中，所述下电极板I和所述上电极板3中至少一电极板为弹性电极板200，所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。
[0051 ] 所述介电层2为氮化硅层300。
[0052]以下以具体的实施例来详细阐述本发明的技术方案提供的MIM电容。
[0053]实施例一
[0054]本实施例提供的MM电容具体如图3所示。所述MM电容中，所述上电极板3为所述弹性电极板。
[0055]具体的，所述MM电容包括下电极板I和上电极板3，和夹在所述下电极板I和上电极板3之间的介质层2。
[0056]其中，所述介质层为氮化硅层300。
[0057]所述下电极板I和所述介电层2的下表面紧邻，所述下电极板I包括铝膜12和分别位于铝膜12上下表面的含钛金属膜101，所述含钛金属膜101为钛膜、氮化钛膜或者钛膜和氮化钛膜组合构成的金属膜。
[0058]所述上电极板3和所述介电层2的上表面紧邻，所述上电极板3为所述弹性电极板。所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。优选的，所述弹性电极板中，紧邻所述介电层2的为钽膜或者钛膜。
[0059]其中，本实施例中，所述介电层2采用氮化硅层。由于氮化硅层的介电常数比氧化硅较大，在制作电容密度相同MM电容时，介电层2会比较厚，不容易发生MM电容漏电和被击穿的情况。
[0060]所述上电极板3采用弹性电极板200，所述弹性电极板200由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。
[0061]在集成电路工艺和后期器件使用过程中会有热过程，介电层(氮化硅)和金属接触，两种材料热膨胀系数不同发生的形变也不同，同样的形变杨氏模量较小的材料应力相应较小，表面应力小材料发生位错的几率也相应会减小。
[0062]在集成电路工艺中常用的一些金属中，金属钽和钛的杨氏模量比较小，与氮化硅层的表面接触，能改善介电层2与电极板间的表面态及应力，也不会产生较大的应力，不至于会诱发介电质2内部缺陷导致漏电。
[0063]如图4所示为本实施例提供的MIM电容和传统技术中的MIM电容I Leakage (漏电流Ι-leak)对比图。其中横轴为两种不同MM，纵轴为电容中的漏电流I_leak，单位为安培(A)。图中可见，本实施例提供的MIM电容的漏电流集中在E-11A，传统技术中的MIM电容的漏电流集中在E-12A。由此可见，本实施例中，通过在所述上电极板3改善介电质与金属电极间的表面态及应力，从而改善MM电容特性，可有效改善电容的漏电特性。
[0064]另外，本实施例中，所述下电极板I中铝膜12上表面和介电层2之间也为含钛金属膜101，也能够改善介电层2与电极板间的表面态及应力，也不会产生较大的应力，不至于会诱发介电质2内部缺陷导致漏电。
[0065]另外，本实施例中，还提供一种半导体器件，至少包括:
[0066]半导体衬底；
[0067]器件层，所述器件层位于所述半导体衬底上；
[0068]金属互连层，所述金属互连层位于所述器件层上，且包括位于最上层的顶层金属互连层；如上所述的MM电容，所述MM电容与所述顶层金属互连层齐平。
[0069]这样，本实施例提供的MIM电容能够在集成电路工艺中的后段工艺中形成。
[0070]实施例二
[0071]本实施例提供的MIM电容具体如图5所示。所述MIM电容中，所述下电极板I和上电极板3均为所述弹性电极板。
[0072]类似实施例一，本实施例中提供的MM电容的介电层为氮化硅层300 ;所述上电极板3和所述介电层2的上表面紧邻，所述上电极板3为所述弹性电极板。所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。优选的，所述弹性电极板中，紧邻所述介电层2的为钽膜或者钛膜。
[0073]与实施例一不同之处为，本实施例中，所述下电极板I和所述介电层2的上表面紧邻，所述下电极板I为所述弹性电极板。所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。优选的，所述弹性电极板中，紧邻所述介电层2的为钽膜或者钛膜。
[0074]本实施例中，所述下电极板I和上电极板3采用弹性电极板200，所述弹性电极板200由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。在集成电路工艺中常用的一些金属中，金属钽和钛的杨氏模量比较小，与氮化硅层的表面接触，能改善介电层2与电极板间的表面态及应力，也不会产生较大的应力，不至于会诱发介电质2内部缺陷导致漏电。
[0075]另外，本实施例中，还提供一种半导体器件，至少包括:
[0076]半导体衬底；
[0077]器件层，所述器件层位于所述半导体衬底上；
[0078]金属互连层，所述金属互连层位于所述器件层上，且包括位于最上层的顶层金属互连层；如上所述的MM电容，所述MM电容与所述顶层金属互连层齐平。
[0079]综上所述，本实用新型提供的MM电容至少一电极板采用弹性电极板，所述弹性电极板由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者几种构成。在集成电路工艺中常用的一些金属中，金属钽和钛的杨氏模量比较小，与氮化硅层的表面接触，能改善作为介电层与电极板间的表面态及应力，也不会产生较大的应力，不至于会诱发介电质内部缺陷导致漏电。
[0080]本实用新型提供的MM电容中，由于应用了所述弹性电极，可以采用介电常数比较大的氮化硅作为介电层，能够实现比较厚的介电层，不容易发生漏电和被击穿。
[0081]本实用新型提供的半导体器件中，所述MM电容与半导体器件中的顶层金属互连层齐平。这样，所述M頂电容能够在集成电路工艺中的后段工艺中形成。
[0082]所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0083]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种MIM电容，其特征在于，所述MIM电容至少包括: 介质层，所述介质层为氮化硅层； 电极板，至少一电极板为弹性电极板，所述弹性电极板为钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的一种或者由钽膜、氮化钽膜、钛膜或氮化钛膜中的几种膜相叠构成的复合叠层。
2.根据权利要求1所述的MM电容，其特征在于:所述电极板为上电极板和下电极板，分别位于所述介质层的上表面和下表面。
3.根据权利要求2所述的MM电容，其特征在于:所述上电极板为弹性电极板，所述下电极板为铝膜。
4.根据权利要求3所述的MIM电容，其特征在于:所述下电极板中还包括位于所述铝层下表面和位于所述铝层与所述介质层之间的含钛金属膜，所述含钛金属膜为钛膜、氮化钛膜或钛膜和氮化钛膜相叠构成的复合叠层。
5.根据权利要求1所述的MIM电容，其特征在于:所述弹性电极板中紧邻所述介质层的为钽膜或者钛膜。
6.一种半导体器件，其特征在于:所述半导体器件至少包括: 半导体衬底； 器件层，所述器件层位于所述半导体衬底上； 金属互连层，所述金属互连层位于所述器件层上，且包括位于最上层的顶层金属互连层； 如权利要求1至5中任一项所述的MIM电容，所述MIM电容与所述顶层金属互连层齐平。
【文档编号】H01L29/86GK203859119SQ201420042258
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】李磊, 彭坤, 赵连国, 王海莲, 王峰, 呼翔 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司