[发明专利]金属-绝缘体-金属（MIM）电容器结构及其形成方法

说明书

本发明提供了金属‑绝缘体‑金属（MIM）电容器结构以及形成MIM电容器结构的方法。MIM电容器结构包括衬底和形成在衬底上的金属‑绝缘体‑金属(MIM)电容器。MIM电容器包括电容器顶部金属(CTM)层、电容器底部金属(CBM)层和形成在CTM层和CBM层之间的绝缘体。绝缘体包括绝缘层和第一高k介电层，并且绝缘层包括氮化物层和氧化物层，并且氮化物层形成在第一高k介电层和氧化物层之间。

相关申请的交叉引用

本申请是2013年12月18日提交的标题为“用于形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构的机制”的第14/133,037号申请的部分继续申请。

技术领域

本发明涉及集成电路器件，更具体地，涉及金属-绝缘体-金属（MIM）电容器结构及其形成方法。

背景技术

半导体器件用于各种电子应用中，诸如个人计算机、手机、数码相机和其他电子设备。通常通过在半导体衬底上方依次沉积绝缘或介电层、导电层和半导体材料层以及使用光刻图案化各个材料层以在各个材料层上形成电路组件和元件来制造半导体器件。在单个半导体晶圆上通常制造许多集成电路，并且通过沿着划线在集成电路之间锯切来分割晶圆上的单独的管芯。例如，单独的管芯通常以多芯片模块或其他封装类型来分别封装。

通过不断减小最小部件尺寸(这允许更多的组件集成到给定区域内)，半导体工业不断改进各种电子组件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成度。在一些应用中，这些较小的电子组件也需要比之前的封装件利用更小面积的较小的封装件。

一种类型的电容器是金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，其用于诸如嵌入式存储器和射频器件的混合信号器件和逻辑器件中。MIM电容器用于存储各种半导体器件中的电荷。MIM电容器横向地形成在半导体晶圆上，其中两个金属板将与晶圆表面平行的介电层夹在中间。然而，存在与MIM 电容器相关的许多挑战。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种金属-绝缘体-金属 (MIM)电容器结构，包括：衬底；以及金属-绝缘体-金属(MIM)电容器，形成在所述衬底上，其中，所述MIM电容器包括：电容器顶部金属(CTM) 层；电容器底部金属(CBM)层；和绝缘体，形成在所述CTM层和所述 CBM层之间，其中，所述绝缘体包括绝缘层和第一高k介电层，并且其中，所述绝缘层包括氮化物层和氧化物层，并且所述氮化物层形成在所述第一高k介电层和所述氧化物层之间。

在上述MIM电容器结构中，其中，所述绝缘体还包括第二高k介电层。

在上述MIM电容器结构中，其中，所述绝缘体还包括第二高k介电层，其中，所述第一高k介电层和所述第二高k介电层形成在所述绝缘层的相对两侧上。

在上述MIM电容器结构中，其中，所述第一高k介电层的相对介电常数在从约4至约400的范围内。

在上述MIM电容器结构中，其中，所述第一高k介电层包括氧化钛 (Ti_xO_y，x是实数，并且y是实数)、氧化钽(Ta_xO_y，x是实数，并且y 是实数)、氮氧化钛(Ti_xO_yN_z，x是实数，y是实数，并且z是实数)或氮氧化钽(Ta_xO_yN_z，x是实数，y是实数，并且z是实数)。

在上述MIM电容器结构中，其中，所述第一高k介电层的厚度在从约 5埃至约50埃的范围内。

在上述MIM电容器结构中，其中，所述第一高k介电层的厚度在从约 5埃至约50埃的范围内，其中，所述CBM层包括底部阻挡层、主要金属层和顶部阻挡层，并且其中，所述底部阻挡层和所述顶部阻挡层形成在所述主要金属层的相对两侧上。