半导体结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体结构及其制造方法，且特别是涉及一种可提升电容器的电性表现的半导体结构及其制造方法。

背景技术

在现今半导体产业中，电容器为相当重要的基本元件。举例来说，金属-绝缘体-金属电容器(metal-insulator-metal(MIM)capacitor)为一种常见的电容器结构，其基本设计为在作为电极的金属板之间插入绝缘材料，而使得两相邻的金属板与位于其间的绝缘材料可形成一个电容器单元。然而，如何有效地提升电容器的电性表现为目前业界不断努力的目标。

发明内容

本发明提供一种半导体结构及其制造方法，其可提升电容器的电性表现。

本发明提出一种半导体结构，包括基底、介电层、电容器结构与导线。介电层位于基底上。电容器结构包括第一电极、绝缘层、第二电极与间隙壁。第一电极位于介电层上。绝缘层位于第一电极上。第二电极位于绝缘层上。间隙壁覆盖第一电极的侧壁。导线位于电容器结构的一侧的介电层上。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，第一电极的材料可为不含铝的金属材料。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，间隙壁还可覆盖绝缘层的侧壁。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，第一电极的宽度可大于第二电极的宽度。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构中，导线与第二电极可由同一导体层构成。

本发明提出一种半导体结构的制造方法，包括以下步骤。在基底上形成介电层。在介电层上形成电容器结构。电容器结构包括第一电极、绝缘层、第二电极与间隙壁。第一电极位于介电层上。绝缘层位于第一电极上。第二电极位于绝缘层上。间隙壁覆盖第一电极的侧壁。在电容器结构的一侧的介电层上形成导线。第二电极与导线通过相同制作工艺同时形成。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，第一电极与绝缘层的形成方法可包括以下步骤。在介电层上形成第一电极材料层。在第一电极材料层上形成绝缘材料层。对绝缘材料层与第一电极材料层进行图案化。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，间隙壁还可覆盖绝缘层的侧壁。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，间隙壁的形成方法可包括以下步骤。形成覆盖绝缘层与第一电极的间隙壁材料层。对间隙壁材料层进行回蚀刻制作工艺。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，还可包括以下步骤。在对间隙壁材料层进行回蚀刻制作工艺后，进行溅射蚀刻制作工艺(sputteretching)。

依照本发明的一实施例所述，在上述半导体结构的制造方法中，第二电极与导线的形成方法可包括以下步骤。在介电层、绝缘层与间隙壁上形成导体层。导体层与第一电极可通过绝缘层与间隙壁而彼此隔离。对导体层进行图案化，以于介电层上形成导线，且同时于绝缘层上形成第二电极。

基于上述，在本发明所提出的半导体结构及其制造方法中，由于间隙壁覆盖第一电极的侧壁，因此在先形成第一电极再形成第二电极的制作工艺中，间隙壁可防止第一电极与第二电极发生短路的情况，进而提升电容器的电性表现。此外，在本发明所提出的半导体结构的制造方法中，第二电极与导线可通过相同制作工艺同时形成，由此可降低制作工艺复杂度。另外，在本发明所提出的半导体结构的制造方法中，由于第一电极与导线是由不同制作工艺所形成，因此可单独对第一电极的材料进行最适化，以提升电容器的击穿电压与可靠度，进而提升电容器的电性表现。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1G为本发明一实施例的半导体结构的制造流程剖视图。

符号说明

10：半导体结构

100：基底

102：介电层

104：电极材料层

104a：电极

106：绝缘材料层

106a：绝缘层

108、118：图案化光致抗蚀剂层

110：间隙壁材料层

110a：间隙壁

112：阻障材料层

112a、112b：阻障材料层

114：导体层

114a：电极

114b：导线

116：抗反射材料层

116a、116b：抗反射层

120：电容器结构

200：溅射蚀刻制作工艺

具体实施方式

图1A至图1G为本发明一实施例的半导体结构的制造流程剖视图。

请参照图1A，在基底100上形成介电层102。基底100可为半导体基底，如硅基底。此外，根据产品需求，可在基底100上形成所需的半导体元件(如，晶体管等)(未示出)。介电层102可为单层结构或多层结构。介电层102的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。介电层102的形成方法例如是化学气相沉积法。另外，根据产品需求，可在介电层102中形成所需的内连线结构(未示出)，且内连线结构可电连接至对应的半导体元件。

接着，在介电层102上形成电极材料层104。电极材料层104可用以制作电容器的下电极。电极材料层104的材料例如是钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)或其组合。电极材料层104的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。

在一些实施例中，电极材料层104的材料可为不含铝的金属材料。在电容器的下电极的材料含铝的情况下，由于铝的晶粒(grain)较大，因此会使得下电极的上表面的粗糙度增加。如此一来，会使得后续形成在下电极的上表面上的绝缘层的品质不佳，而导致电容器的击穿电压与可靠度降低，进而造成电容器的电性表现不佳。在本实施例中，在电极材料层104的材料为不含铝的金属材料的情况下，电极材料层104的材料(如，Ti、TiN、Ta、TaN或其组合)可具有较小的晶粒，因此电极材料层104可具有较平整的上表面，而使得后续形成于电极材料层104上的绝缘材料层可具有较好的品质，由此可提升电容器的击穿电压与可靠度，进而提升电容器的电性表现。

然后，在电极材料层104上形成绝缘材料层106。绝缘材料层106的材料例如是氮化硅、氧化硅、氧化硅/氮化硅/氧化硅(oxide-nitride-oxide，ONO)、高介电常数材料(high-kmaterial)或其组合。高介电常数材料例如是氧化钽(Ta

接下来，在绝缘材料层106上形成图案化光致抗蚀剂层108。图案化光致抗蚀剂层108可通过光刻制作工艺形成。

请参照图1B，以图案化光致抗蚀剂层108作为掩模，移除部分绝缘材料层106与部分电极材料层104。由此，可对绝缘材料层106与电极材料层104进行图案化，而在介电层102上形成电极104a，且在电极104a上形成绝缘层106a。电极104a可作为电容器的下电极。部分绝缘材料层106与部分电极材料层104的移除方法例如是干式蚀刻法。在本实施例中，虽然电极104a与绝缘层106a的形成方法是以上述方法为例来进行说明，但本发明并不以此为限。

请参照图1C，移除图案化光致抗蚀剂层108。图案化光致抗蚀剂层108的移除方法例如是干式去光致抗蚀剂法(dry stripping)或湿式去光致抗蚀剂法(wet stripping)。

接着，形成覆盖绝缘层106a与电极104a的间隙壁材料层110。间隙壁材料层110的材料例如是氧化硅或氮化硅。间隙壁材料层110的形成方法例如是化学气相沉积法。

请参照图1D，对间隙壁材料层110进行回蚀刻制作工艺，而形成覆盖电极104a的侧壁的间隙壁110a。此外，间隙壁110a还可覆盖绝缘层106a的侧壁。上述回蚀刻制作工艺例如是干式蚀刻制作工艺。在本实施例中，虽然间隙壁110a的形成方法是以上述方法为例来进行说明，但本发明并不以此为限。

此外，在对间隙壁110a材料层进行回蚀刻制作工艺后，可选择性地进行溅射蚀刻制作工艺200，以进行表面清洁处理。上述溅射蚀刻制作工艺200例如是氩溅射蚀刻制作工艺(Ar sputter etching)。

请参照图1E，可在绝缘层106a与间隙壁110a上形成阻障材料层112。阻障材料层112的材料例如是Ti、TiN、Ta、TaN或其组合。阻障材料层112的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。

接着，在介电层102、绝缘层106a与间隙壁110a上形成导体层114。举例来说，导体层114可形成在阻障材料层112上。导体层114与电极104a可通过绝缘层106a与间隙壁110a而彼此隔离，以防止导体层114与电极104a发生短路的情况。导体层114的材料例如是铝铜合金(AlCu)或铝。导体层114的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。

然后，可在导体层114上形成抗反射材料层116。抗反射材料层116的材料例如是Ti、TiN、Ta、TaN或其组合。抗反射材料层116的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。

接下来，在抗反射材料层116上形成图案化光致抗蚀剂层118。图案化光致抗蚀剂层118可通过光刻制作工艺形成。

请参照图1F，以图案化光致抗蚀剂层118作为掩模，移除部分抗反射材料层116、部分导体层114与部分阻障材料层112。由此，可对抗反射材料层116、导体层114与阻障材料层112进行图案化，而形成抗反射层116a、抗反射层116b、电极114a、导线114b、阻障层112a与阻障层112b。如此一来，可于介电层102上形成导线114b，且可同时于绝缘层106a上形成电极114a。部分抗反射材料层116、部分导体层114与部分阻障材料层112的移除方法例如是干式蚀刻法。在本实施例中，虽然电极104a与绝缘层106a的形成方法是以上述方法为例来进行说明，但本发明并不以此为限。

由此，可在介电层102上形成电容器结构120。电容器结构120例如是MIM电容器结构。此外，可在电容器结构120的一侧的介电层102上形成导线114b。电极114a与导线114b通过相同制作工艺同时形成，由此可降低制作工艺复杂度。亦即，导线114b与电极114a可由同一导体层114构成。

电容器结构120包括电极104a、绝缘层106a、电极114a与间隙壁110a。此外，电容器结构120还可包括阻障层112a与抗反射层116a中的至少一者。电极104a位于介电层102上。电极104a可作为电容器结构120的下电极。电极104a的材料可为不含铝的金属材料。绝缘层106a位于电极104a上。电极114a位于绝缘层106a上。电极114a可作为电容器结构120的上电极。电极104a的宽度可大于电极114a的宽度，因此有利于后续形成电连接至电极104a的内连线结构(如，接触窗)。间隙壁110a覆盖电极104a的侧壁，且还可覆盖绝缘层106a的侧壁。由于间隙壁110a覆盖电极104a的侧壁，因此在先形成电极104a再形成电极114a的制作工艺中，间隙壁110a可防止电极104a与电极114a发生短路的情况，进而提升电容器的电性表现。阻障层112a位于电极114a与绝缘层106a之间。抗反射层116a位于电极114a上。

此外，导线114b位于电容器结构120的一侧的介电层102上。由于电极104a与导线114b是由不同制作工艺所形成，因此可单独对电极104a的材料进行最适化，以提升电容器的击穿电压与可靠度，进而提升电容器的电性表现。阻障层112b位于导线114b与介电层102之间。抗反射层116b位于导线114b上。

请参照图1G，移除图案化光致抗蚀剂层118。图案化光致抗蚀剂层118的移除方法例如是干式去光致抗蚀剂法或湿式去光致抗蚀剂法。

此外，通过上述方法可形成半导体结构10。半导体结构10包括基底100、介电层102、电容器结构120与导线114b。介电层102位于基底100上，且电容器结构120与导线114b位于介电层102上。此外，半导体结构10还可包括阻障层112b与抗反射层116b中的至少一者。另外，半导体结构10中的各构件的材料、设置方式、形成方法与功效等已于上述实施例进行详尽地说明，于此不再重复说明。在本实施例中，虽然半导体结构10的形成方法是以上述方法为例来进行说明，但本发明并不以此为限。

基于上述实施例可知，在半导体结构10及其制造方法中，由于间隙壁110a覆盖电极104a的侧壁，因此在先形成电极104a再形成电极114a的制作工艺中，间隙壁110a可防止电极104a与电极114a发生短路的情况，进而提升电容器的电性表现。此外，在半导体结构10的制造方法中，电极114a与导线114b可通过相同制作工艺同时形成，由此可降低制作工艺复杂度。另外，在半导体结构10的制造方法中，由于电极104a与导线114b是由不同制作工艺所形成，因此可单独对电极104a的材料进行最适化，以提升电容器的击穿电压与可靠度，进而提升电容器的电性表现。

综上所述，通过上述实施例的半导体结构及其制造方法，可有效地提升电容器的电性表现并降低制作工艺复杂度。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。