金属-绝缘体-金属器件及其形成方法

技术领域

本发明实施例涉及一种金属-绝缘体-金属器件及其形成方法。

背景技术

半导体器件制造是一种用于产生存在于日常电子器件中的集成电路的工艺。制造工艺是光刻和化学加工步骤的多步骤序列，在此期间将电子电路逐渐建立在晶片上。在制造期间，副产物(例如离子、气体等)可能残留在半导体器件的临界层中，从而导致损坏且因此导致半导体器件的寿命缩短。为了防止这些副产物导致的损坏，一些半导体器件包含被配置为吸收副产物的吸气层。因此，副产物可在吸气层中而非在临界层中积聚，从而可防止副产物对半导体器件的损坏。

发明内容

本发明实施例的一种金属-绝缘体-金属(MIM)器件包括：衬底；第一电极及第二电极，堆叠在衬底上方；介电层，布置于第一电极与第二电极之间；以及钛吸气层，安置于衬底上方且通过第一电极与介电层分离，其中钛吸气层具有比介电层更高的吸氢能力。

本发明实施例的一种金属-绝缘体-金属(MIM)器件包括：MIM堆叠，安置于衬底上，所述MIM堆叠包括第一电极层与第二电极层之间的介电层；钛吸气层，与第一电极层接触且通过第一电极层与介电层分离，其中钛吸气层具有比介电层更高的吸氢能力，以及其中钛吸气层的厚度为第一电极层的厚度的至少20％。

本发明实施例的一种形成金属-绝缘体-金属(MIM)器件的方法包括：在衬底上方沉积底部电极层；在底部电极层上方沉积介电层；在介电层上方沉积顶部电极层；在顶部电极层上方沉积第一钛吸气层；图案化第一钛吸气层、顶部电极层以及介电层，以暴露出底部电极层的外围部分；以及在衬底、第一钛吸气层以及底部电极层的外围部分上方沉积钝化层。

附图说明

结合附图阅读以下详细描述会最佳地理解本发明的各方面。应注意，根据业界中的标准惯例，各个特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各个特征的尺寸。

图1A、图1B、图1C以及图1D示出包括布置于顶部电极上方的钛吸气层的金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal；MIM)器件的一些实施例的横截面视图。

图2A、图2B以及图2C示出包括布置于底部电极下方的钛吸气层的MIM器件的一些实施例的横截面视图。

图3A和图3B示出包括布置于顶部电极上方的第一钛吸气层和布置于底部部电极下方的第二钛吸气层的MIM器件的一些实施例的横截面视图。

图4到图9示出形成包括布置于顶部电极上方的钛吸气层的MIM器件的一些实施例的横截面视图。

图10示出如图4到图9所示的方法的一些实施例的流程图。

图11到图16示出形成包括布置于底部电极下方的钛吸气层的MIM器件的一些实施例的横截面视图。

图17示出如图11到图16所示的方法的一些实施例的流程图。

具体实施方式

以下揭示内容提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例且并不旨在进行限制。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或上的形成可包含第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，且还可包含额外特征可在第一特征与第二特征之间形成使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本发明可在各种实例中重复附图标号和/或字母。此重复是出于简单和清晰的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，为易于描述，可使用例如“在…下面”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”等空间相对术语，以描述如图中所说明的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。除图中所描绘的定向之外，空间相对术语意图涵盖器件在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词可同样相应地进行解释。

金属-绝缘体-金属(MIM)器件包含布置于顶部电极与底部电极之间的介电层。当跨越穿过顶部电极和底部电极施加足够电压偏压时，由于介电层的机制，介电层的特性发生变化。机制取决于介电层的材料。在一些实施例中，介电层可包括例如陶瓷、金属氧化物、氮化物、碳化物、氧化硅或压电。在一些实施例中，足够电压偏压导致介电层的机械特性的变化。举例来说，在一些实施例中，介电层可包括压电材料，且施加到顶部电极和底部电极的足够电压偏压可在压电层中引起机械应力。机械应力可例如用于声学、力学及/或光学应用。在其它实施例中，介电层可包括陶瓷材料，且跨越陶瓷材料的足够电压偏压可使原子偏移到晶体结构形成中，这改变了陶瓷材料的电阻。介电层的电阻状态可例如用于在存储器单元中存储数据。

MIM器件可通过在衬底上方沉积底部电极、在底部电极上方沉积介电层以及在底部电极上方沉积顶部电极而形成。接着，使用光刻和蚀刻来图案化顶部电极和介电层，使得暴露出底部电极的部分。接着在顶部电极上和底部电极的暴露部分上形成金属接点，使得可跨越顶部电极和底部电极施加电压偏压。

然而，应理解，由于MIM器件的形成的残余效应，难以去除的氢离子可能残留在底部电极、介电层及/或顶部电极内。举例来说，在一些实施例中，光刻胶可用于图案化顶部电极和介电层，且光刻胶的剥离可能使氢离子残留。在其它实施例中，形成MIM器件所使用的湿式蚀刻及/或干式蚀刻也可使氢离子残留。在MIM器件的应用期间，如果将负电压施加到顶部电极，那么氢离子可在顶部电极与介电层之间的第一界面处积聚。相反地，如果将正电压施加到顶部电极，那么氢离子可在底部电极与介电层之间的第二界面处积聚。氢离子可在界面处产生氢，从而导致界面分层、产生电弧以及最终介电击穿。

本发明的各种实施例提供一种包含钛吸气层的MIM器件，所述钛吸气层被配置为充当氢吸气层。在一些实施例中，钛吸气层安置于底部电极下方。在其它实施例中，钛吸气层安置于顶部电极上方。钛吸气层具有比介电层更高的亲和力，从而使得钛吸气层比介电层更容易吸收氢(例如以与氢形成化合物，以吸附氢)。因此，氢离子可在钛吸气层中远离介电层积聚，且可减轻介电击穿以增加MIM器件的寿命。因此，本发明的实施例提供一种用于制造具有钛吸气层的MIM器件从而制造可靠的MIM器件的方法。

图1A示出包括在顶部电极上方的钛吸气层的金属-绝缘体-金属(MIM)器件的一些实施例的横截面视图100A。

横截面视图100A中的MIM器件包含安置于衬底102上方的底部电极104。介电层106安置于底部电极104上方，且顶部电极108安置于介电层106上方。在一些实施例中，介电层106可包括陶瓷、金属氧化物、氮化铝、压电材料(例如锆钛酸铅、钛酸钡、铌酸锂或类似物)、氧化硅、碳化物或氮化物。在一些实施例中，钛吸气层110安置于顶部电极108上方。钛吸气层110可直接地接触顶部电极108。在一些实施例中，钛吸气层110通过顶部电极108与介电层106分离。

介电层106具有对氢的第一亲和力，且钛吸气层110具有大于第一亲和力的对氢的第二亲和力。对氢的较大第二亲和力使得钛吸气层110比介电层106更容易收集氢(例如吸收氢、吸附氢、与氢形成化合物)。因此，可在钛吸气层110中比在介电层106中积聚更多氢。举例来说，在一些实施例中，对氢的亲和力可通过测量吸氢能力来定量。应了解，贯穿本发明，当比较吸气能力或亲和力时，其在相同环境条件(例如压力、温度等)下进行比较。因此，钛吸气层110可比介电层106具有更高的吸氢能力。换句话说，钛吸气层110可被定义为氢吸气层，其中吸气层包括钛。此外，在一些实施例中，顶部电极108具有对氢的第三亲和力，且底部电极104具有对氢的第四亲和力，其中第二亲和力大于第三亲和力和第四亲和力。在这类实施例中，对氢的较大第二亲和力使得钛吸气层110比顶部电极108、介电层106及/或底部电极104更容易吸收氢。

在一些实施例中，钛吸气层110包括不同于顶部电极108和底部电极104的材料。在一些实施例中，钛吸气层110包括纯钛以最大化对氢的第二亲和力。在这类实施例中，钛吸气层110可具有高达约每毫克27帕斯卡公升的吸氢能力。在其它实施例中，钛吸气层110包括钛和氧。在这类其它实施例中，钛吸气层110中氧与钛的原子比小于50％。钛吸气层110中氧与钛的原子比小于50％使得对氢的第二亲和力比第一亲和力更强。

在一些实施例中，钛吸气层110具有第一厚度t

在一些实施例中，钝化层112安置于钛吸气层110和衬底102的顶表面上方并与所述顶表面接触，除此之外还有钛吸气层110、顶部电极108、介电层106以及底部电极104的侧壁。在一些实施例中，钛吸气层110具有第一宽度，底部电极104具有第二宽度，介电层106具有第三宽度，且顶部电极108具有第四宽度。在一些实施例中，底部电极104的第二宽度大于第一宽度、第三宽度以及第四宽度，使得底部电极104的外围部分104p不直接地位于介电层106、顶部电极108或钛吸气层110之下。在这类实施例中，钝化层112可安置于底部电极104的顶表面并与所述顶表面接触。在一些实施例中，钛吸气层110、顶部电极108以及介电层106可基本上彼此对准。

在一些实施例中，第一金属接点114a可延伸穿过钝化层112以接触钛吸气层110，使得第一金属接点114a电性耦接到顶部电极108。第二金属接点114b可延伸穿过钝化层112，以接触底部电极104的外围部分104p。在一些实施例中，焊料凸块116可将电线118耦接到第一金属接点114a和第二金属接点114b。在一些实施例中，电线118耦接到电压源，以跨越底部电极104和顶部电极108施加电压偏压。在一些实施例中，MIM器件中的残余氢离子在钛吸气层110中并远离介电层106积聚，使得氢离子不会损坏介电层106。

图1B示出包括顶部电极上方的钛吸气层的MIM器件的一些额外实施例的横截面视图100B。

图1B的横截面视图100B中的MIM器件包括与图1A的横截面视图100A中的MIM器件相同的特征，除电压端子120以外。在一些实施例中，电线118耦接到电压端子120，使得顶部电极108耦接到负电压端子，且底部电极104耦接到正电压端子。在这类实施例中，具有正电荷的氢离子可在电压端子120的负极方向上移动。因此，钛吸气层110耦接到电压端子120的负极，使得氢离子甚至更可能在钛吸气层110中并远离介电层106积聚。

举例来说，图1C示出绘示在已施加图1B中所说明的偏压条件之后随两个端子之间的MIM器件的位置(例如耦接到正电压端子的底部电极104和耦接到负极端子的顶部电极108)变化的示例性氢含量的曲线图100C。深度可分为包括顶部电极108和钛吸气层110的顶部部分170、包括底部电极104的底部部分174以及包括介电层106的中间部分172。氢强度可通过元素分析过程(例如波谱学)来测量。顶部部分170中的氢强度的最高点180表示氢已在钛吸气层110中积聚，其是远离中间部分172与顶部部分170之间的界面。因此，在已施加图1B中所说明的偏压条件之后，元素分析过程可表示在顶部电极108上方存在钛吸气层110。

图1D示出包括在顶部电极上方的钛吸气层的MIM器件的一些额外实施例的横截面视图100D。

图1D中的横截面视图100D中的MIM器件包括与图1A的横截面视图100A中的MIM器件相同的衬底102、底部电极104、介电层106、顶部电极108、钛吸气层110以及钝化层112。另外，横截面视图100D中的MIM器件包括第一接触孔150a，所述第一接触孔150a延伸穿过钝化层112以接触钛吸气层110。第二接触孔150b延伸穿过钝化层112以接触底部电极104。第一接触孔150a和第二接触孔150b耦接到金属线154，且嵌入层间介电(inter-layerdielectric；ILD)结构152中。在其它实施例中(未示出)，ILD结构152也在底部电极104的下面。在这类其它实施例中，蚀刻终止层可直接安置于底部电极104而非衬底102下面并与其直接接触。此外，在一些实施例中，ILD结构152和钝化层112包括相同的材料。

图2A示出包括在底部电极下方的钛吸气层的MIM器件的一些实施例的横截面视图200A。

图2A的MIM器件包含安置于衬底102上方的钛吸气层110。底部电极104安置于钛吸气层110上方。介电层106上方的顶部电极108安置于底部电极104上方。在一些实施例中，钝化层112安置于顶部电极108和衬底102的顶表面上方并与所述顶表面接触，除此之外，钝化层112还安置于顶部电极108、介电层106、底部电极104以及钛吸气层110的侧壁的表面上并与所述表面接触。因此，在一些实施例中，底部电极的外围部分104p横向延伸通过介电层106，使得外围部分104p不直接地位于介电层106或顶部电极108之下。在一些实施例中，钛吸气层110与底部电极104的下面基本上对准，使得钛吸气层110直接地位于底部电极104的外围部分104p之下。在一些实施例中，顶部电极108与介电层106的上方基本上对准。在一些实施例中，介电层106的外侧壁和底部电极104的外侧壁未对准。

在一些实施例中，第一金属接点114a延伸穿过钝化层112，且电性耦接到顶部电极108。类似地，在一些实施例中，第二金属接点114b延伸穿过钝化层112，接触底部电极104的外围部分104p，且因此电性耦接到底部电极104。在一些实施例中，底部电极104和顶部电极108经由焊料凸块116和电线118耦接到电路内的其它器件。

介电层106具有对氢的第一亲和力，且钛吸气层110具有大于第一亲和力的对氢的第二亲和力。对氢的较大第二亲和力使得钛吸气层110比介电层106更容易吸收氢。因此，氢可在与介电层106分离的钛吸气层110中积聚，且可减轻由氢积聚导致的对介电层106的损坏。在一些实施例中，顶部电极108具有对氢的第三亲和力，且底部电极104具有对氢的第四亲和力，其中第二亲和力大于第三亲和力和第四亲和力。因此，对氢的第二亲和力是最强的，以使得氢离子在与介电层106分离的钛吸气层110中积聚。在一些实施例中，钛吸气层110具有第四厚度t

在一些实施例中，图2A的钛吸气层110由钛组成。在其它实施例中，钛吸气层110包括钛和氧。在一些实施例中，钛吸气层110中氧与钛的原子比小于50％。在其它实施例中，钛吸气层110中的氧与钛的摩尔比、质量比及/或体积比小于50％。此外，在又其它实施例中，底部电极104及/或顶部电极108也可包括钛。在一些这类实施例中，第三亲和力及/或第四亲和力可基本上等于第二亲和力。因此，在这类其它实施方案中，底部电极104及/或顶部电极108可充当额外吸氢层以防止介电层106中的氢积聚。

图2B示出包括在底部电极下方的钛吸气层的MIM器件的一些额外实施例的横截面视图200B。

图2B的横截面视图200B中的MIM器件包括与图2A的横截面视图200A中的MIM器件相同的特征，除电压端子120以外。在一些实施例中，电线118耦接到电压端子120，使得顶部电极108耦接到正电压端子，且底部电极104耦接到负电压端子。在这类实施例中，具有正电荷的氢离子可在电压端子120的负极方向上移动。因此，钛吸气层110在底部电极104下方，因为底部电极104耦接到电压端子120的负极。因此，氢离子甚至更可能在钛吸气层110中远离介电层106积聚。

图2C示出包括在底部电极下方的钛吸气层的MIM器件的一些额外实施例的横截面视图200C。

图2C的横截面视图200C中的MIM器件包括相同与图2A的横截面视图200A中的MIM器件相同的衬底102、底部电极104、介电层106、顶部电极108、钛吸气层110以及钝化层112。另外，横截面视图200C中的MIM器件包括第一接触孔150a，所述第一接触孔150a延伸穿过钝化层112以接触顶部电极108。第二接触孔150b延伸穿过钝化层112以接触底部电极104。第一接触孔150a和第二接触孔150b耦接到金属线154，且嵌入层间介电(ILD)结构152中。在其它实施例中(未示出)，ILD结构152也是在钛吸气层110的下面。在这类其它实施例中，蚀刻终止层可直接安置于钛吸气层110而非衬底102的下面并其直接接触。

图3A示出包括在顶部电极上方的第一钛吸气层和在底部电极下方的第二钛吸气层的MIM器件的一些实施例的横截面视图300A。

在一些实施例中，第一钛吸气层310安置于顶部电极108上方，且第二钛吸气层312布置于底部电极104下方。在这类实施例中，第一钛吸气层310可通过顶部电极108与介电层106间隔开，且第二钛吸气层312可通过底部电极104与介电层106间隔开。介电层106具有对氢的第一亲和力，第一钛吸气层310和第二钛吸气层312具有对氢的第二亲和力，顶部电极108具有对氢的第三亲和力，且底部电极104具有对氢的第四亲和力。在一些实施例中，第二亲和力大于第一亲和力、第三亲和力以及第四亲和力，使得氢离子在第一钛吸气层310和第二钛吸气层312而非介电层106中积聚。

在一些实施例中，第一钛吸气层310和第二钛吸气层312各自由钛组成，以最大化对氢的第二亲和力。在其它实施例中，第一钛吸气层310及/或第二钛吸气层312可包括钛和氧。在这类其它实施例中，第一钛吸气层310中的氧与钛的原子比小于50％，使得对氢的第二亲和力仍比第一亲和力更强。此外，在这类其它实施例中，第二钛吸气层312中的氧与钛的原子比小于50％，使得对氢的第一亲和力仍比第三亲和力更强。

因此，在一些实施例中，第一钛吸气层310和第二钛吸气层312包括不同于顶部电极108和底部电极104的材料，使得氢离子远离介电层106积聚且与所述介电层106间隔开。然而，在其它实施例中，底部电极104及/或顶部电极108也包括钛以辅助氢离子的积聚。在这类其它实施例中，对氢的第二亲和力可基本上等于底部电极104及/或顶部电极108的亲和力。尽管如此，在这类其它实施例中，氢离子仍远离介电层106聚集到顶部电极108、底部电极及/或钛吸气层110。

在一些实施例中，第一钛吸气层310具有第一厚度t

在一些实施例中，MIM器件包含顶部电极108上方的第一钛吸气层310及底部电极104下方的第二钛吸气层312，这是因为跨越顶部电极108和底部电极104施加的电压偏压可在极性方面不同。举例来说，在一些实施例中，在第一时间，顶部电极108可比底部电极104耦接到更正的电压，且具有正电荷的氢离子可离开顶部电极108并朝向底部电极104移动。在这类实施例中，在第一时间，第二钛吸气层312积聚氢离子，使得氢离子不会损坏底部电极104和介电层106的界面。接着，在第二时间，底部电极104可比顶部电极108耦接到更正的电压，且具有正电荷的氢离子可远离底部电极104并朝向顶部电极108移动。在这类实施例中，在第二时间，第一钛吸气层310积聚氢离子，使得氢离子不会损坏顶部电极108和介电层106的界面。因此，在一些实施例中，MIM器件包含顶部电极108上方的第一钛吸气层310和底部电极104下方的第二钛吸气层312，以防止氢离子在介电层106中积聚而不受所施加电压偏压的极性的影响。

图3B示出包括在顶部电极上方的第一钛吸气层和在底部电极下方的第二钛吸气层的MIM器件的一些实施例的横截面视图300B。

图3B的横截面视图300B中的MIM器件包括与图1D的横截面视图100D中的MIM器件相同的特征，除底部电极104下方的第二钛吸气层312以外。

图4到图9示出形成具有顶部电极上方的钛吸气层的图1A的MIM器件的方法的一些实施例的横截面视图400到横截面视图900。尽管相对于方法描述图4到图9，但应了解，图4到图9中所公开的结构不限于此方法，而是可单独作为独立于所述方法的结构。

如图4的横截面视图400中所示，提供衬底102。在一些实施例中，衬底102可包括例如硅、玻璃、氧化物(例如二氧化硅、氧化铝)或类似物。可接着在衬底102上方形成MIM堆叠402。MIM堆叠402的形成包含在衬底102上方沉积的底部电极104，在底部电极104上方沉积的介电层106以及在介电层106上方沉积的顶部电极108。在一些实施例中，底部电极104、介电层106及/或顶部电极108可各自通过沉积工艺(例如化学气相沉积(chemical vapordeposition；CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)、原子层沉积(atomiclayer deposition；ALD)等)来沉积。底部电极104和顶部电极108可各自包括例如不锈钢、黄铜、铜、镀锌的铁、软钢、铅、蒙乃尔合金、镍、镍铬合金、锌、磷光体青铜、铝、铂、金、钌、铜合金、石墨、钙、碳酸铯、氟化锂、钼(IV)氧化物、银、碳、钯、锡、钢、钪、钛、钒、铬、锰、钴、镓、铟、铊、掺杂硅、多晶硅、锗、锑、钨、铪、铱、混合型金属氧化物、氮化钛、氮化钽或类似物。在一些实施例中，底部电极104包括与顶部电极108相同的材料，然而在其它实施例中，底部电极104可包括与顶部电极108不同的材料。在一些实施例中，介电层106可包括陶瓷、金属氧化物、氮化铝、压电、氧化硅、碳化物或氮化物。

此外，在一些实施例中，钛吸气层110沉积于顶部电极108上方。在一些实施例中，钛吸气层110是通过沉积工艺(例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、溅镀等)来沉积。钛吸气层110具有对氢的第二亲和力，所述第二亲和力大于介电层106的、底部电极104以及顶部电极108的亲和力。此外，在一些实施例中，吸气层110由钛组成。在其它实施例中，钛吸气层110包括钛和氧，其中钛吸气层110中的氧与钛的原子比小于50％，使得第二亲和力并未受损。在一些实施例中，底部电极104及/或顶部电极108也包括钛以辅助氢离子的积聚。在这类实施例中，对氢的第二亲和力可基本上等于底部电极104及/或顶部电极108的亲和力。尽管如此，在这类实施例中，氢离子仍远离介电层106聚集到顶部电极108、底部电极及/或钛吸气层110。

此外，在一些实施例中，钛吸气层110的第一厚度t

如图5的横截面视图500中所示，执行图案化步骤以去除钛吸气层110、顶部电极108以及介电层106的部分。图案化步骤暴露出底部电极104的外围部分104p。在一些实施例中，图案化步骤可根据钛吸气层110上方形成的掩模层(未示出)进行。在一些实施例中，掩模层可包括由旋转涂布工艺形成的感光材料(例如光刻胶)。在这类实施例中，感光材料的层是根据光掩模选择性地暴露于电磁辐射。电磁辐射修改感光材料内暴露区域的可溶性以定义可溶区域。随后，通过去除可溶区域来使感光材料显影以定义掩模层。蚀刻工艺(例如湿式蚀刻、干式蚀刻)可接着根据掩模层去除钛吸气层110、顶部电极108以及介电层106的部分。在一些实施例中，蚀刻工艺利用单个蚀刻剂在一个单个步骤中去除钛吸气层110、顶部电极108以及介电层106。在其它实施例中，蚀刻工艺可能包含多个具有不同蚀刻剂的步骤。在蚀刻工艺之后，可剥离掩模层。

在一些实施例中，包括光刻胶及蚀刻的前述图案化步骤可在MIM堆叠402内残留残余氢离子。然而，氢离子可在钛吸气层110中积聚，所述钛吸气层比MIM堆叠402中的层具有更高的对氢的亲和力。因此，钛吸气层110防止氢在MIM堆叠402中积聚，且因此，保护MIM堆叠402免于界面分层、产生电弧以及最终器件击穿。

如图6的横截面视图600中所示，在一些实施例中，钝化层112可沉积于衬底102和钛吸气层110上方。在一些实施例中，钝化层112可通过沉积工艺(例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、溅镀等)来沉积。钝化层112可包括例如氧化硅、氮化硅、金属氧化物(例如氧化铝)或类似物，以保护MIM堆叠402和钛吸气层110不受环境条件的影响。在一些实施例中，钝化层112可具有在约10埃与约100埃之间的范围内的厚度。在其它实施例中，钝化层112可具有在约100埃与约0.1微米之间的范围内的厚度。在其它实施例中，钝化层112可具有在约0.1微米与约1微米之间的范围内的厚度。在其它实施例中，钝化层112可具有在约1微米与约100微米之间的范围内的厚度。在其它实施例中，钝化层112可具有在约100微米与约1毫米之间的范围内的厚度。

如图7的横截面视图700中所示，可图案化钝化层112以在钝化层112中定义第一开口702和第二开口704。第一开口702暴露出钛吸气层110，且第二开口704暴露出底部电极104的外围部分104p。在一些实施例中，钝化层112的图案化可使用光刻和蚀刻进行。在一些实施例中，第一开口702和第二开口704各自具有在约10微米与约50微米之间的范围内的宽度。在其它实施例中，第一开口702和第二开口704各自具有在约50微米与约100微米之间的范围内的宽度。在其它实施例中，第一开口702和第二开口704各自具有在约100微米与约500微米之间的范围内的宽度。在其它实施例中，第一开口702和第二开口704各自具有在约500微米与约10毫米之间的范围内的宽度。在其它实施例中，第一开口702和第二开口704各自具有在约10毫米与约100毫米之间的范围内的宽度。

如图8的横截面视图800中所示，在一些实施例中，金属层804沉积于钝化层112上方。金属层804可通过第一开口(图7的第一开口702)接触钛吸气层110，且通过第二开口(图7的第二开口704)接触底部电极104。在一些实施例中，金属层804可通过沉积工艺(例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、溅镀等)沉积到一定厚度。举例来说，金属层804包括例如铜、铝或钨的导电材料。在一些实施例中，金属层804的厚度可在约10埃与约100埃之间的范围内。在其它实施例中，金属层804的厚度可在约100埃与约0.1微米之间的范围内。在其它实施例中，金属层804的厚度可在约0.1微米与约1微米之间的范围内。在其它实施例中，金属层804的厚度可在约1微米与约100微米之间的范围内。在其它实施例中，金属层804的厚度可在约100微米与约1毫米之间的范围内。

如图9的横截面视图900中所示，图案化金属层(图8的金属层804)以去除在第一开口(图7的第一开口702)与第二开口(图7的第二开口704)之间的金属层(图8的金属层804)的部分。金属层(图8的金属层804)的剩余部分定义电性耦接到顶部电极108的第一金属接点114a和电性耦接到底部电极104的第二金属接点114b。在一些实施例中，第一金属接点114a和第二金属接点114b可接着通过焊料凸块116耦接到电线118。

图10示出形成如图4到图9中所示具有顶部电极上方的钛吸气层的MIM器件的方法1000的一些实施例的流程图。

虽然所公开的方法(例如，方法1000及方法1700)说明且描述为一系列动作或事件，但应了解，不应以限制意义来解释此类动作或事件的所说明排序。举例来说，除本文中所示出和/或所描述的动作或事件之外，一些动作可与其它动作或事件以不同次序和/或同时出现。另外，可能需要并非所有的所示出动作以实施本文中的描述的一或多个方面或实施例。此外，本文中所描绘的动作中的一或多个可以一或多个单独动作及/或阶段进行。

在动作1002处，在衬底上方沉积底部电极层。

在动作1004处，在底部电极层上方沉积介电层。

在动作1006处，在介电层上方沉积顶部电极层。

在动作1008处，在顶部电极层上方沉积钛吸气层。图4示出对应于动作1002、动作1004、动作1006以及动作1008的一些实施例的横截面视图400。

在动作1010处，图案化钛吸气层、顶部电极层以及介电层以暴露出底部电极层的外围部分。图5示出对应于动作1010的一些实施例的横截面视图500。

在动作1012处，在衬底、钛吸气层以及底部电极层的外围部分上方沉积钝化层。图6示出对应于动作1012的一些实施例的横截面视图600。

在动作1014处，形成第一金属接点和第二金属接点。第一金属接点耦接到顶部电极层，且第二金属接点耦接到底部电极层。图7和图8示出对应于动作1014的一些实施例的横截面视图700和横截面视图800。

图11到图16示出形成具有在底部电极下方的钛吸气层的图2A的MIM器件的方法的一些实施例的横截面视图1100到横截面视图1500。尽管相对于方法描述图11到图16，但应了解，图11到图16中所公开的结构不限于此方法，而是可单独作为独立于所述方法的结构。

如图11的横截面视图1100中所示，提供衬底102。钛吸气层110沉积于衬底102上方，且MIM堆叠402沉积于钛吸气层110上方。MIM堆叠402包括沉积于底部电极104上方的介电层106和沉积于介电层106上方的顶部电极108。在一些实施例中，MIM堆叠402和钛吸气层110可各自通过沉积工艺(例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、溅镀等)来沉积。

在一些实施例中，钛吸气层110具有对氢的第二亲和力，所述第二亲和力大于介电层106及底部电极104的亲和力。此外，在一些实施例中，吸气层110由钛组成。在其它实施例中，钛吸气层110包括钛和氧，其中钛吸气层110中的氧与钛的原子比小于50％，使得第二亲和力并未受损。此外，在一些实施例中，钛吸气层110的第四厚度t

顶部电极104具有第二厚度t

如图12的横截面视图1200中所示，执行图案化步骤以去除顶部电极108和介电层106的部分，以暴露出底部电极104的外围部分104p。在一些实施例中，图案化步骤利用光刻胶来形成掩模层，如图5的图案化步骤中所描述。接着，蚀刻工艺(例如湿式蚀刻、干式蚀刻)可接着根据掩模层去除顶部电极108及介电层106的部分。在一些实施例中，蚀刻工艺利用单个蚀刻剂在一个单个步骤中去除顶部电极108及介电层106。在其它实施例中，蚀刻工艺可包含多个具有不同蚀刻剂的步骤。在蚀刻工艺之后，可剥离掩模层。

在一些实施例中，包括光刻胶及蚀刻的前述图案化步骤可在MIM堆叠402内残留残余氢离子。然而，氢离子可在钛吸气层110中积聚，所述钛吸气层比MIM堆叠402中的层具有更高的对氢的亲和力。因此，钛吸气层110防止MIM堆叠402中的氢积聚，且因此，保护MIM堆叠402免于界面分层、产生电弧以及最终器件击穿。

如图13的横截面视图1300中所示，在一些实施例中，钝化层112可沉积于衬底102和MIM堆叠402上方。

如图14的横截面视图1400中所示，可图案化钝化层112以在钝化层112中定义第一开口702和第二开口704。第一开口702暴露出顶部电极108，且第二开口704暴露出底部电极104的外围部分104p。在一些实施例中，钝化层112的图案化可使用光刻和蚀刻进行。

如图15的横截面视图1500中所示，在一些实施例中，金属层804沉积于钝化层112上方。金属层804可通过第一开口(图14的第一开口702)接触顶部电极108，且金属层804可通过第二开口(图14的第二开口704)接触底部电极104。在一些实施例中，金属层804可通过沉积工艺(例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、溅镀等)来沉积。举例来说，金属层804包括例如铜、铝或钨的导电材料。

如图16中的横截面视图1600中所示，图案化金属层(图15的金属层804)以去除在第一开口(图14的第一开口702)与第二开口(图14的第二开口704)之间的金属层(图16的金属层804)，使得剩余金属层(图15的金属层804)定义电性耦接到顶部电极108的第一金属接点114a和电性耦接到底部电极104的第二金属接点114b。在一些实施例中，第一金属接点114a和第二金属接点114b可接着通过焊料凸块116耦接到电线118。

图17示出形成如图11到图16中所示具有在顶部电极上方的钛吸气层的MIM器件的方法1700的一些实施例的流程图。

在动作1702处，在衬底上方沉积钛吸气层。

在动作1704处，在钛吸气层上方沉积底部电极层。

在动作1706处，在底部电极层上方沉积介电层。

在动作1708处，在介电层上方沉积顶部电极层。图11示出对应于动作1702、动作1704、动作1706以及动作1708的一些实施例的横截面视图1100。

在动作1710处，图案化顶部电极层及介电层以暴露出底部电极层的外围部分。图12示出对应于动作1710的一些实施例的横截面视图1200。

在动作1712处，在衬底、顶部电极层以及底部电极层的外围部分上方沉积钝化层。图13示出对应于动作1712的一些实施例的横截面视图1300。

在动作1714处，形成第一金属接点和第二金属接点。第一金属接点耦接到顶部电极层，且第二金属接点耦接到底部电极层。图14和图15示出对应于动作1714的一些实施例的横截面视图1400和横截面视图1500。

此外，应了解，在图4到图9中说明的形成具有布置于顶部电极上方的钛吸气层的MIM器件的方法及在图11到图16中说明的形成具有布置于顶部电极下方的钛吸气层的MIM器件的方法可组合以形成图3A中所说明的实施例，其中第一钛吸气层布置于顶部电极上方，且第二钛吸气层布置于底部电极下方。举例来说，通过在沉积MIM堆叠402之前于图4中在衬底102上方沉积额外钛吸气层，随后进行图4到图9中说明的其余步骤，将形成图3A中的MIM器件。

因此，本发明的实施例涉及一种用于形成MIM器件以防止氢离子在介电层中积聚并随后损坏介电层的方法，所述MIM器件具有布置于底部电极下方、布置于顶部电极上方或布置于底部电极下方及顶部电极上方的钛吸气层。

因此，在一些实施例中，本发明涉及一种金属-绝缘体-金属(MIM)器件，包括：衬底；第一电极及第二电极，堆叠在衬底上方；介电层，布置于第一电极与第二电极之间；以及钛吸气层，安置于衬底上方且通过第一电极与介电层分离，其中钛吸气层具有比介电层更高的吸氢能力。

在一些实施例中，所述钛吸气层具有第一宽度，且所述第一电极具有基本上等于所述第一宽度的第二宽度。

在一些实施例中，所述金属-绝缘体-金属器件更包括：第一金属接点，电性耦接到所述第一电极；以及第二金属接点，电性耦接到所述第二电极。

在一些实施例中，所述第一电极具有第一厚度，所述钛吸气层具有第二厚度，以及其中所述第二厚度与所述第一厚度的比率大于20％。

在一些实施例中，所述钛吸气层包括氧和钛，以及其中氧与钛的原子比小于50％。

在一些实施例中，所述第一电极在所述介电层上方。

在一些实施例中，所述金属-绝缘体-金属器件更包括：额外钛吸气层，安置于所述衬底上方且通过所述第二电极与所述介电层分离。

在一些实施例中，所述第一电极在所述介电层下方。

在一些实施例中，所述钛吸气层具有比所述第一电极及所述第二电极更高的吸氢能力。

在其它实施例中，本发明涉及一种金属-绝缘体-金属(MIM)器件，包括：MIM堆叠，安置于衬底上，所述MIM堆叠包括第一电极层与第二电极层之间的介电层；钛吸气层，与第一电极层接触且通过第一电极层与介电层分离，其中钛吸气层具有比介电层更高的吸氢能力，以及其中钛吸气层的厚度为第一电极层的厚度的至少20％。

在一些实施例中，所述钛吸气层包括氧和钛，以及其中氧与钛的原子比小于50％。

在一些实施例中，所述钛吸气层在所述金属-绝缘体-金属堆叠下面。

在一些实施例中，所述钛吸气层在所述金属-绝缘体-金属堆叠上方。

在一些实施例中，更包括：额外钛吸气层，与所述第二电极层接触且通过所述第二电极层与所述介电层分离。

在一些实施例中，所述钛吸气层由钛组成。

在一些实施例中，所述金属-绝缘体-金属器件更包括：第一金属接点，延伸穿过钝化层且直接地接触所述钛吸气层；以及第二金属接点，延伸穿过所述钝化层且直接地接触所述第二电极层。

在又其它实施例中，本发明涉及一种形成金属-绝缘体-金属(MIM)器件的方法，包括：在衬底上方沉积底部电极层；在底部电极层上方沉积介电层；在介电层上方沉积顶部电极层；在顶部电极层上方沉积第一钛吸气层；图案化第一钛吸气层、顶部电极层以及介电层，以暴露出底部电极层的外围部分；以及在衬底、第一钛吸气层以及底部电极层的外围部分上方沉积钝化层。

在一些实施例中，在沉积所述底部电极层之前，所述方法更包括：在所述衬底上方沉积第二钛吸气层。

在一些实施例中，所述第一钛吸气层、所述顶部电极层以及所述介电层的所述图案化是使用单个蚀刻剂进行。

在一些实施例中，所述方法更包括：图案化所述钝化层，以形成暴露出所述第一吸气层的顶表面的第一开口以及暴露出所述底部电极层的顶表面的第二开口；在所述第一开口上方形成第一金属接点；以及在所述第二开口上方形成第二金属接点。

前文概述若干实施例的特征以使本领域的技术人员可更好地理解本发明的各方面。本领域的技术人员应了解，其可以易于使用本发明作为设计或修改用于进行本文中所介绍的实施例的相同目的和/或实现相同优势的其它过程和结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，此类等效构造并不脱离本发明的精神和范围，且其可在不脱离本发明的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替代以及更改。