專利名稱：具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上的制造電容器方法及電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制作技術(shù)，特別涉及一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上的制作電容器方法及電容器。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體制造工業(yè)主要在硅襯底的晶片(wafer)器件面上生長器件，例如，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。現(xiàn)在普遍采用雙阱CMOS工藝在硅襯底上同時(shí)制作導(dǎo)電溝道為空穴的P型溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)和導(dǎo)電溝道為電子的η型溝道M0SFET，具體步驟為首先，將硅襯底中的不同區(qū)域通過摻雜分別成為以電子為多數(shù)載流子的(η型)硅襯底和以空穴為多數(shù)載流子的(P型)硅襯底之后，在η型硅襯底和P型硅襯底之間制作淺溝槽隔離(STI) 101，然后在STI兩側(cè)用離子注入的方法分別形成空穴型摻雜擴(kuò)散區(qū)(P阱)102和電子型摻雜擴(kuò)散區(qū)(N阱)103，接著分別在P阱102和N阱103位置的wafer器件面依次制作由柵極電介質(zhì)層104和金屬柵105組成的層疊柵極，最后在P阱102和N阱103中分別制作源極和漏極，源極和漏極位于層疊柵極的兩側(cè)(圖中未畫出)，在P阱中形成η型溝道M0SFET，在N阱中形成ρ型溝道M0SFET，得到如圖I所示的CMOS器件結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的氮氧化合物/多晶硅層疊柵極，是以氮氧化物作為柵極電介質(zhì)層，多晶硅作為柵極。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，氮氧化合物/多晶硅層疊柵極的CMOS器件由于漏電流和功耗過大等問題，已經(jīng)不能滿足小尺寸半導(dǎo)體工藝的需要。因此，提出了以高介電系數(shù)(HK)材料作為柵極電介質(zhì)層，以金屬材料作為金屬柵的金屬柵極。在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作嵌入式電容器，特別是金屬層-層間介質(zhì)層-金屬層(MIM,Metal-insulator-Metal)電容器的技術(shù)被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體的集成電路中。目前，在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作嵌入式MM電容器是在后段工藝中完成的，也就是制作完半導(dǎo)體襯底的CMOS器件后，然后再在CMOS器件的STI區(qū)域上制作MM電容器。但是，在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件的STI區(qū)域上制作嵌入式MM電容器時(shí)，也就是后段工藝制作嵌入式MM電容器時(shí)，需要先刻蝕掉STI區(qū)域上所沉積的材料；再沉積底部金屬層，對底部金屬層采用光刻和刻蝕工藝得到底部電極；再沉積介質(zhì)層，對介質(zhì)層采用光刻和刻蝕工藝得到介電層；最后沉積頂部金屬層，對頂部金屬層采用光刻和刻蝕工藝得到頂部電極。這需要多次的沉積工藝、光刻工藝和刻蝕工藝，才能在STI區(qū)域上形成MM電容器，這個(gè)過程比較復(fù)雜，且增加了實(shí)現(xiàn)時(shí)間及成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上的制作電容器方法及電容器，能夠在半導(dǎo)體襯底上制作金屬柵極的同時(shí)制作嵌入式MM電容器，過程簡單，減少時(shí)間及成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作電容器的方法，該方法包括提供具有CMOS器件的半導(dǎo)體襯底，該CMOS器件包括金屬柵極、在溝槽隔離STI上的MIM電容器的底部電極、以及第一介質(zhì)層，所述在STI上的MIM電容器的底部電極和金屬柵極同時(shí)制作并位于同一層；在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面上依次沉積第一刻蝕停止層和第二介質(zhì)層，所述第一刻蝕停止層為MIM電容器的介電層；采用光刻工藝在第二介質(zhì)層上形成具有嵌入式MM電容器頂部電極圖案、MIM電容器底部電極的金屬塞及CMOS器件的金屬塞圖案的掩膜層，然后以該掩膜層為遮擋，對第二介質(zhì)層刻蝕，刻蝕到第一刻蝕停止層為止，在第二介質(zhì)層中形成嵌入式MIM電容器的頂部電極通孔、MIM電容器底部電極的金屬塞通孔及CMOS器件的金屬塞通孔；采用光刻工藝在半導(dǎo)體襯底上的CMOS器件表面形成具有CMOS器件的有源區(qū)金屬塞圖案的掩膜層，然后以該掩膜層為遮擋，對第一介質(zhì)層繼續(xù)刻蝕，形成連通有源區(qū)的金屬塞通孔，對第一刻蝕停止層繼續(xù)刻蝕，形成連通金屬柵極的金屬塞通孔及連通MIM電容器的底部電極的金屬塞通孔；在半導(dǎo)體襯底上的CMOS器件表面沉積金屬層，拋光到第二介質(zhì)層，在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面上形成嵌入式MM電容器及CMOS器件的金屬塞。所述金屬柵極的材料為鋁、鎢、鉻、銅、金、氮化鈦、鈦、氮化鉭或鉭。所述第一刻蝕停止層的材料為氮化硅、氧化硅-氮化硅-氧化硅復(fù)合層、氧化硅或高介電常數(shù)材料。所述高介電常數(shù)材料為二氧化鉿Hf02、氧化硅鉿HfSiO或氮氧化硅鉿HfSiNO。所述金屬層的材料為銅或鎢。所述對第一刻蝕停止層繼續(xù)刻蝕，形成連通金屬柵極的金屬塞通孔及連通MIM電容器的底部電極的金屬塞通孔采用過刻蝕方式、或者光刻和刻蝕方式形成。一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上的電容器，該電容器包括底部電極、介電層及頂部電極，其中，底部電極在所提供具有CMOS器件的半導(dǎo)體襯底的STI結(jié)構(gòu)上方，與CMOS器件的金屬電極同時(shí)制作且位于同一層；介電層為具有CMOS器件的半導(dǎo)體的第一刻蝕停止層；頂部電極與具有CMOS器件的半導(dǎo)體的金屬柵極的金屬塞同時(shí)制作且位于同一層；所述電容器還包括連通MM電容器的底部電極的金屬塞，與與具有CMOS器件的半導(dǎo)體的金屬柵極的金屬塞同時(shí)制作且位于同一層。從上述方案可以看出，本發(fā)明將嵌入式MM電容器的制作過程在半導(dǎo)體襯底上制作CMOS器件的前段工藝完成，也就是在制作金屬柵極時(shí)，采用相同的光刻和刻蝕工藝同時(shí)在STI區(qū)域形成MIM電容器的底部電極,在制作金屬柵極上方的金屬塞的同時(shí)制作嵌入式MIM電容器的介電層及頂部電極，這樣，就不需要再獨(dú)立于半導(dǎo)體襯底上制作CMOS器件，制作嵌入式MM電容器，這樣，就不需要再獨(dú)立于半導(dǎo)體襯底上制作CMOS器件，制作嵌入式MIM電容器，因此，本發(fā)明提供的方法及電容器在半導(dǎo)體襯底上制作金屬柵極的同時(shí)制作嵌入式MIM電容器，過程簡單，減少時(shí)間及成本。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的CMOS器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作嵌入式MM電容器的方法流程圖；圖3a 圖3f為本發(fā)明提供的在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作嵌入式MM電容器的過程剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明在半導(dǎo)體襯底上制作CMOS器件時(shí)，也就是半導(dǎo)體制作的前段工藝制作嵌入式MIM電容器。具體地在制作金屬柵極時(shí)，采用相同的光刻和刻蝕工藝同時(shí)在STI區(qū)域形成MIM電容器的底部電極,在制作金屬柵極上方的金屬塞的同時(shí)制作嵌入式MIM電容器的介電層及頂部電極，這樣，就不需要再獨(dú)立于半導(dǎo)體襯底上制作CMOS器件，制作嵌入式MIM電容器。因此，本發(fā)明提供的方法及電容器在半導(dǎo)體襯底上制作金屬柵極的同時(shí)制作嵌入式MIM電容器，過程簡單，減少時(shí)間及成本。圖2為本發(fā)明提供的在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作嵌入式MM電容器的方法流程圖，結(jié)合圖3a 圖3f所示的本發(fā)明提供的在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作嵌入式MIM電容器的過程剖面結(jié)構(gòu)示意圖，進(jìn)行具體說明步驟201、在半導(dǎo)體襯底11上形成CMOS器件結(jié)構(gòu)，該CMOS器件結(jié)構(gòu)包括金屬柵極22、源極及漏極，在金屬柵極22上還具有側(cè)墻33，在CMOS器件結(jié)構(gòu)中具有第一介質(zhì)層44，在STI結(jié)構(gòu)的上方，制作金屬柵極22的同時(shí)制作了底部電極23，該底部電極23為MM電容器的底部電極，如圖3a所不；在本步驟中，在金屬柵極22下方還具有高介電常數(shù)的柵氧層(圖中未畫出)；在本步驟中，金屬柵極22的材料可以為鋁、鎢、鉻、銅、金、氮化鈦、鈦、氮化鉭或鉭等材料；在本步驟中，第一介質(zhì)層44的材料可以為氧化硅或氮化硅；在半導(dǎo)體襯底上形成具有金屬柵極的過程為現(xiàn)有技術(shù)，這里不再贅述；在該步驟中，在STI結(jié)構(gòu)上方所制作的底部電極23的過程與制作金屬柵極22的過程相同，即在所沉積的高介電常數(shù)的柵氧層上采用光刻和刻蝕工藝在STI結(jié)構(gòu)的上方制作第二替代柵極，然后沉積第一介質(zhì)層44后，刻蝕該第一介質(zhì)層44至第二替代柵極上表面，去除第二替代柵極后，在第二替代柵極的位置填充金屬，得到底部電極23 ；步驟202、在第一介質(zhì)層44上沉積第一刻蝕停止層55,如圖3b所不；在本步驟中，第一刻蝕停止層55的材料為氮化硅、氧化硅-氮化硅-氧化硅復(fù)合層、氧化硅或高介電常數(shù)材料；在這里，高介電常數(shù)材料為二氧化鉿(Hf02)、氧化硅鉿(HfSiO)或氮氧化硅鉿(HfSiNO)；
步驟203、在第一刻蝕停止層55上沉積第二介質(zhì)層66,如圖3c所不；在本步驟中，第二介質(zhì)層66的材料為氧化硅、低介電常數(shù)材料或超低介電常數(shù)材料；在本步驟中，第一刻蝕停止層55就是最終要制作的MIM電容器的介電層；步驟204、采用光刻工藝在第二介質(zhì)層66上形成具有嵌入式MM電容器頂部電極圖案、MIM電容器的底部電極金屬塞及CMOS器件的金屬塞的掩膜層，然后以該掩膜層為遮擋，對第二介質(zhì)層66進(jìn)行刻蝕,刻蝕到第一刻蝕停止層55為止,在第二介質(zhì)層66中形成嵌入式MIM電容器頂部電極通孔、MM電容器的底部電極金屬塞通孔及CMOS器件的金屬塞通孔，如圖3d所示；步驟205、采用光刻工藝在裸露的半導(dǎo)體襯底上的CMOS器件表面形成具有CMOS器件的有源區(qū)金屬塞圖案的掩膜層，然后以該掩膜層為遮擋，對第一刻蝕停止層55和第一介質(zhì)層44繼續(xù)刻蝕，形成連通有源區(qū)的金屬塞通孔，對第一刻蝕停止層55繼續(xù)刻蝕，形成連通柵極的金屬塞通孔及MIM底部電極的金屬塞通孔,如圖3e所示；在本步驟中，形成連通柵極的金屬塞通孔及MIM底部電極的金屬塞通孔可以采用過刻蝕技術(shù)，也可以采用光刻和刻蝕工藝得到；步驟206、在裸露的半導(dǎo)體襯底上的CMOS器件表面沉積金屬層,然后米用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)方式拋光到第二介質(zhì)層66，在半導(dǎo)體襯底上的CMOS器件結(jié)構(gòu)上形成嵌入式MIM電容器。連通MIM電容器底部電極的金屬塞及CMOS器件的金屬塞，如圖3f所示；在該步驟中，MIM電容器底部電極的金屬塞用于連通MIM電容器的底部電極到CMOS器件外部；CMOS器件的金屬塞包括連通金屬柵極的金屬塞，以及連通有源區(qū)，也就是漏極和源極的金屬塞；在本步驟中，金屬層的材料為銅或鎢。本發(fā)明還提供一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上的電容器，如圖3f所示，該電容器包括底部電極、介電層及頂部電極，其中，底部電極在所提供具有CMOS器件的半導(dǎo)體襯底的STI結(jié)構(gòu)上方,與CMOS器件的金屬電極同時(shí)制作且位于同一層；介電層為具有CMOS器件的半導(dǎo)體的第一刻蝕停止層；頂部電極與具有CMOS器件的半導(dǎo)體的金屬柵極的金屬塞同時(shí)制作且位于同一層；所述電容器還包括連通MM電容器的底部電極的金屬塞，與與具有CMOS器件的半導(dǎo)體的金屬柵極的金屬塞同時(shí)制作且位于同一層。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作電容器的方法，該方法包括提供具有CMOS器件的半導(dǎo)體襯底，該CMOS器件包括金屬柵極、在溝槽隔離STI上的MIM電容器的底部電極、以及第一介質(zhì)層，所述在STI上的MM電容器的底部電極和金屬柵極同時(shí)制作并位于同一層；在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面上依次沉積第一刻蝕停止層和第二介質(zhì)層，所述第一刻蝕停止層為MIM電容器的介電層；采用光刻工藝在第二介質(zhì)層上形成具有嵌入式MM電容器頂部電極圖案、MIM電容器底部電極的金屬塞及CMOS器件的金屬塞圖案的掩膜層，然后以該掩膜層為遮擋，對第二介質(zhì)層刻蝕，刻蝕到第一刻蝕停止層為止，在第二介質(zhì)層中形成嵌入式MIM電容器的頂部電極通孔、MIM電容器底部電極的金屬塞通孔及CMOS器件的金屬塞通孔；采用光刻工藝在半導(dǎo)體襯底上的CMOS器件表面形成具有CMOS器件的有源區(qū)金屬塞圖案的掩膜層，然后以該掩膜層為遮擋，對第一介質(zhì)層繼續(xù)刻蝕，形成連通有源區(qū)的金屬塞通孔，對第一刻蝕停止層繼續(xù)刻蝕，形成連通金屬柵極的金屬塞通孔及連通MIM電容器的底部電極的金屬塞通孔；在半導(dǎo)體襯底上的CMOS器件表面沉積金屬層,拋光到第二介質(zhì)層,在半導(dǎo)體襯底的CMOS器件面上形成嵌入式MM電容器及CMOS器件的金屬塞。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬柵極的材料為鋁、鎢、鉻、銅、金、氮化鈦、鈦、氮化鉭或鉭。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一刻蝕停止層的材料為氮化硅、氧化硅-氮化硅-氧化硅復(fù)合層、氧化硅或高介電常數(shù)材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述高介電常數(shù)材料為二氧化鉿Η 2、氧化硅鉿HfSiO或氮氧化硅鉿HfSiNO。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬層的材料為銅或鎢。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述對第一刻蝕停止層繼續(xù)刻蝕，形成連通金屬柵極的金屬塞通孔及連通MIM電容器的底部電極的金屬塞通孔采用過刻蝕方式、或者光刻和刻蝕方式形成。
7.一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上的電容器，其特征在于，該電容器包括底部電極、介電層及頂部電極，其中，底部電極在所提供具有CMOS器件的半導(dǎo)體襯底的STI結(jié)構(gòu)上方，與CMOS器件的金屬電極同時(shí)制作且位于同一層；介電層為具有CMOS器件的半導(dǎo)體的第一刻蝕停止層；頂部電極與具有CMOS器件的半導(dǎo)體的金屬柵極的金屬塞同時(shí)制作且位于同一層；所述電容器還包括連通MIM電容器的底部電極的金屬塞,與與具有CMOS器件的半導(dǎo)體的金屬柵極的金屬塞同時(shí)制作且位于同一層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在具有金屬柵極的半導(dǎo)體器件上制作嵌入式電容器的方法，本發(fā)明將嵌入式MIM電容器的制作過程在半導(dǎo)體襯底上制作CMOS器件的前段工藝完成，也就是在制作金屬柵極時(shí)，采用相同的光刻和刻蝕工藝同時(shí)在STI區(qū)域形成MIM電容器的底部電極，在制作金屬柵極上方的金屬塞的同時(shí)制作嵌入式MIM電容器的介電層及頂部電極，這樣，就不需要再獨(dú)立于半導(dǎo)體襯底上制作CMOS器件，制作嵌入式MIM電容器，因此，本發(fā)明提供的方法在半導(dǎo)體襯底上制作金屬柵極的同時(shí)制作嵌入式MIM電容器，過程簡單，減少時(shí)間及成本。
文檔編號H01L27/06GK102956437SQ20111023562
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司