[发明专利]埋入的金属双重镶嵌板电容器

说明书

本发明涉及半导体晶片上金属层中的电容器的制造，更具体地说，涉及半导体晶片上的金属层制造中用铜双重镶嵌工艺的一部分的金属电容器制造。

芯片的前端线(FEOL)元件变得越来越小，越来越多，越来越复杂和越来越牢固，已增加了后端线(BEOL)层的数量。因为，FEOL器件的尺寸和密度，BEOL层中互连线的宽度和横截面积已被减小。但是，这种横截面积减小使所用的铝互连线的电阻值增大。因此，近年来有在BEOL结构中用铜的动向，因为铜有较低电阻值的特性。用铜就需要在铜双重镶嵌制造技术基础上的全新制造技术。

过去，用于半导体芯片的去耦电容器是放在外壳中的。但是，现在的半导体芯片在给定的高频下工作，放在外壳中的去耦电容器的长的导电路径常常是不能允许的。从半导体芯片的BEOL层上的形成互连线的铝反应离子腐蚀工艺中迁移出的反应离子进入铜双重镶嵌互连线，在需要减小去耦电容器的导电线的长度的同时，需要提供新的芯片级集成去耦电容器结构及其制造方法。

本发明的目的 是，提供半导体芯片上金属层中的金属电容器的制造方法和制造装置。

本发明的另一目的是，提供在芯片上金属电容器的制造方法作为铜双重镶嵌制造工艺的一部分。

本发明的又一目的是，提供在半导体芯片上的精密金属电容器的制造方法作为铜双重镶嵌制造工艺的一部分。

提供已通过至少一层金属制成器件的晶片上制造金属电容器的方法，就能达到发明相符的这些目的和其它目的。该方法包括以下步骤：淀积绝缘层；在绝缘层上形成第一金属极板，之后，在第一金属极板上面设介质材料。之后，形成伸过介质材料并与第一金属极板接触的通孔，最后，通孔中和第一绝缘材料面上淀积金属，形成第二金属极板。

按本发明的另一方案，提供在半导体晶片的金属层中制成的电容器。电容器包括绝缘层和放置在绝缘层的第一侧面上的导电材料制成的第一极板。第一极板有凸出部分。此外，电容器有覆盖除凸出部分之外的第一极板的介质材料，和通孔，它向下伸过介质材料并包括第一极板的凸出部分。金属销位于通孔中，与凸出部分接触。第二极板设在邻接介质材料处，使介质材料位于第一极板与第二极板之间。

图1A-1F是在半导体晶片上的金属层中制造金属电容器的一个制造方法的工艺步骤的横截面图作为双重镶嵌制造工艺一部分；

图1G是图1A-1F中所需的制造方法中包括的附加步骤以提供第二种可用的替代方法；

图2A和2B是金属电容器的另一制造方法的初始步骤的横截面图，它是图1A-1F所示方法的一个变化；

图3A和3B是金属电容器的又一制造方法的初始步骤的横截面图，它是图1A-1F所示方法的改变。

图4A和4B是金属电容器又一制造方法的初始步骤的横截面图，它是图1A-1F所示方法的变化。

图5A-5I是作为双重镶嵌制造工艺一部分的在半导体晶片上的金属化层中金属电容器的另一制造方法。

本发明用BEOL双重镶嵌制造工艺在金属化的层中制造埋入金属电容器。

图1A-1F示出按本发明的电容器的制造方法。电容器在半导体芯片19上的金属层中制造。图1A画出了这种芯片的一部分。通常19有经至少第一金属层21制成的器件。金属层21有绝缘层22，绝缘层22中埋入已钝化的金属互连层23和24。第一金属层21上形成由例如SiO₂，氟化二氧化硅(FSG)、聚芳醚(PAE)、气凝胶、氢倍半硅氧烷(HSQ)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)或类似材料制成的第一绝缘层25。第一绝缘层25最好用低介电常数K(例如，最好3以下)绝缘体制作。用常规的淀积和腐蚀步骤形成用作电容器的埋入金属极板的金属极板27。极板27可以用钨制作，或用与相邻材料兼容的有好的导电率的类似的难熔金属制造。此外，极板27要用在各个制造步骤中不含有晶粒生长或破坏它上面的电容器的绝缘体动向的材料制造。介质层29淀积在第一金属层21和极板27上。本发明的这个实施例中，正如下述的，介质层29用作腐蚀停止层和用作电容器介质。介质层29用(SiN_xH_y),(SiC_xH_y)，二氧化硅(SiO₂)或其它类似材料制成。介质层最好是用较高的介电常数K(例如5以上)的绝缘体。