本申請引用2016年1月11日遞交的第10-2016-0003347號韓國專利申請、主張所述韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)并主張所述韓國專利申請的權(quán)益，所述韓國專利申請的內(nèi)容在此以全文引入的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型包含的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體集成電路的電容器，且更具體地說，涉及一種半導(dǎo)體集成電路的金屬-絕緣體-金屬類型電容器，所述半導(dǎo)體集成電路的金屬-絕緣體-金屬類型電容器能夠提高電容器的電極層與介電層之間的粘附力。

背景技術(shù)：

一般來說，半導(dǎo)體集成電路(例如，存儲器裝置)根據(jù)信號處理方法分成數(shù)字集成電路和模擬集成電路，并且眾所周知，每個(gè)集成電路根據(jù)電容器中積累的電荷的存在和不存在來記錄信息而不論數(shù)字類型和模擬類型。

電容器是一種存儲能量的半導(dǎo)體裝置，并且以其中層合兩個(gè)電極層和安置在電極層之間的介電層的結(jié)構(gòu)來制造。

因此，當(dāng)施加DC電壓(例如正電壓)到一個(gè)電極層時(shí)，在一個(gè)帶電的電極層中積累正電荷，在相對的電極層中積累負(fù)電荷，以這種方式使得積累電荷以便與所施加的電壓均衡，因此電容器處于充電完成狀態(tài)，并且在此狀態(tài)中的電流處于截止?fàn)顟B(tài)。

另一方面，電容器的放電是充電過程的反向過程，并且當(dāng)連接電阻而不是施加電壓時(shí)，電荷放電多達(dá)充電量，因此電流變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)，并且此外，在AC電壓下重復(fù)充電和放電過程，因此電流始終處于通過電容器的流動(dòng)狀態(tài)。

下文將描述相關(guān)技術(shù)中執(zhí)行上述功能的半導(dǎo)體集成電路的電容器的結(jié)構(gòu)。

圖1示出相關(guān)技術(shù)的電容器的結(jié)構(gòu)。

如圖1中所示，電容器20包含：下部電極層12，所述下部電極層形成于晶片10(例如，硅或玻璃)上并且由金屬(例如，銅)制成；形成于下部電極層12上的介電層14(例如，氮化硅(SiN))；以及上部電極層16，所述上部電極層形成于介電層14上并且由金屬(例如，銅)制成，因此電容器20總體上具有金屬-絕緣體-金屬(MIM)類型結(jié)構(gòu)。

相關(guān)技術(shù)的電容器通過以下過程制造。

首先，使用濺鍍法在晶片10上涂布用于電鍍下部電極層的第一晶種層11(鈦鎢(TiW)層)。

隨后，使用典型電鍍過程在第一晶種層11上形成由金屬(例如，銅)制成的下部電極層12。

接著，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法在下部電極層12上涂布氮化硅(SiN)作為介電層14。

隨后，使用濺鍍法在介電層14上涂布用于電鍍上部電極層的第二晶種層15(鈦鎢(TiW)層)。

隨后，使用典型電鍍過程在第二晶種層15上形成由金屬(例如，銅)制成的上部電極層16。

通過依次執(zhí)行上述過程，完成其中依次層合下部電極層12、介電層14以及上部電極層16的相關(guān)技術(shù)的MIM類型電容器。

因此，當(dāng)施加電壓到下部電極層12時(shí)，積累正電荷，并且在相對的上部電極層16中積累負(fù)電荷，因此對電容器充電，電容器的放電是充電過程的反向過程，并且當(dāng)施加電阻而不是電壓時(shí)，電荷放電，且電流變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)。

然而，相關(guān)技術(shù)的MIM類型電容器存在以下問題。

歸因于配置電容器的電極層與介電層之間熱膨脹系數(shù)(CTE)的不匹配，在電極層與介電層之間的界面上會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

電容器的制造過程經(jīng)過例如電鍍、濺鍍和PECVD等過程，由此熱影響每個(gè)配置，并且上部和下部電極層(例如銅)的CTE是16到18ppm/℃，介電層(例如，SiN)的CTE是2.1到3.1ppm/℃，并且第一和第二晶種層(例如，TiW)的CTE是4.5到4.6ppm/℃。

因此，如圖1中所示，上部電極層16通過插入在上部電極層16與介電層14之間的第二晶種層15與介電層14接觸，因此不容易出現(xiàn)上部電極層16與介電層14之間的界面分層，但是下部電極層12與介電層14直接接觸，因此在下部電極層12與介電層14之間的界面上會因下部電極層12和介電層14的CTE的過大差而出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種具有新結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體集成電路的電容器以及一種其制造流程，所述電容器通過在金屬電極層與介電層(具體來說，下部電極層與介電層)之間另外形成能夠減小或補(bǔ)償熱膨脹系數(shù)差的緩沖層來防止下部電極層與介電層之間的界面上的分層現(xiàn)象。

將在優(yōu)選實(shí)施例的以下描述中描述或從以下描述中清楚本實(shí)用新型的上述和其它目的。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體集成電路電容器，其包含：下部電極層，所述下部電極層形成于晶片上，具有插入在其間的第一晶種層；介電層，所述介電層形成于所述下部電極層上；以及上部電極層，所述上部電極層形成于所述介電層上，具有插入在其間的第二晶種層，另外在下部電極層與介電層之間形成緩沖層，所述緩沖層用于減小下部電極層與介電層之間的熱膨脹系數(shù)差。

緩沖層可以由選自TiW、Ti、Cr和W的任何一種材料形成。

介電層可以涂布有選自氮化硅SiN、氧化鋁(Al₂O₃)和二氧化鉿(HfO₃)中的任何一種。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種制造半導(dǎo)體集成電路的電容器的流程，所述流程依次包含：i)在晶片上涂布用于電鍍下部電極層的第一晶種層；ii)在第一晶種層上電鍍由金屬制成的下部電極層；iii)在下部電極層上涂布用于減小下部電極與介電層之間的熱膨脹系數(shù)差的緩沖層；iv)在緩沖層上涂布介電層；v)在介電層上涂布用于電鍍上部電極層的第二晶種層；以及vi)在第二晶種層上電鍍由金屬制成的上部電極層。

緩沖層可以由選自TiW、Ti、Cr和W的任何一種材料形成，并且可以通過濺鍍法涂布在下部電極層上

介電層可以涂布有選自氮化硅SiN、氧化鋁(Al₂O₃)和二氧化鉿(HfO₃)中的任何一種，并且可以通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)涂布在緩沖層上。

通過上述技術(shù)解決方案，本實(shí)用新型提供下文效果。

根據(jù)本實(shí)用新型，通過在電容器的金屬電極層與介電層之間(具體來說，在下部電極層與介電層之間)形成能夠減小熱膨脹系數(shù)差的緩沖層，有可能減小下部電極層與介電層之間的熱膨脹系數(shù)差，并且容易地防止下部電極層與介電層之間的界面上的分層現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是示出相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體集成電路的電容器結(jié)構(gòu)的截面視圖。

圖2是示出根據(jù)本實(shí)用新型的半導(dǎo)體集成電路的電容器結(jié)構(gòu)的截面視圖。

圖3是通過電子顯微鏡比較的相關(guān)技術(shù)的電容器和本實(shí)用新型的電容器的實(shí)際圖像。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例。

圖2是示出根據(jù)本實(shí)用新型的半導(dǎo)體集成電路的電容器結(jié)構(gòu)的截面視圖。

如圖2中所示，根據(jù)本實(shí)用新型的電容器20具有金屬-絕緣體-金屬(MIM)類型結(jié)構(gòu)，包含：下部電極層12，所述下部電極層形成于晶片10(例如，硅或玻璃)上并且由金屬(例如，銅)制成；形成于下部電極層12上的介電層14(例如，氮化硅(SiN))；以及上部電極層16，所述上部電極層形成于介電層14上并且由金屬(例如，銅)制成，并且另外形成緩沖層18，所述緩沖層能夠減小相應(yīng)金屬電極12和16與介電層14(具體來說，下部電極層16與介電層14)之間的熱膨脹系數(shù)差。

本實(shí)用新型的電容器通過以下過程制造。

首先，使用濺鍍法在晶片10上涂布用于電鍍下部電極層的第一晶種層(鈦鎢(TiW)層)。

隨后，使用典型電鍍過程在第一晶種層11上形成由金屬(例如，銅)制成的下部電極層12。

隨后，使用濺鍍法在下部電極層12的表面上涂布緩沖層18，所述緩沖層能夠減小下部電極層12與介電層14之間的熱膨脹系數(shù)差。

緩沖層18可以由TiW制成，其與電容器制造過程期間使用的第一和第二晶種層的材料(TiW)相同，與能夠減小下部電極層12與介電層14之間的熱膨脹系數(shù)差的材料相同，但是緩沖層18的材料不限于TiW，并且考慮熱膨脹系數(shù)和電特性可以使用例如Ti、Cr和W等材料。

因此，將選自TiW、Ti、Cr和W的任何一種材料用作緩沖層18并且通過濺鍍法涂布在下部電極層12上。

接著，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法在下部電極層12上涂布氮化硅(SiN)作為介電層14。

或者，使用PECVD法在下部電極層12上涂布氧化鋁(Al₂O₃)或二氧化鉿(HfO₃)作為介電層14以便提高電容密度。

隨后，使用濺鍍法在介電層14上涂布用于電鍍上部電極層的第二晶種層15(鈦鎢(TiW)層)。

隨后，使用典型電鍍過程在第二晶種層15上形成由金屬(例如，銅)制成的上部電極層16。

通過依次執(zhí)行上述過程，完成其中依次層合下部電極層12、介電層14以及上部電極層16的相關(guān)技術(shù)的MIM類型電容器，并且在下部電極層12與介電層14之間存在緩沖層18，在介電層14與上部電極層16之間存在由與緩沖層的材料相同的材料制成的第二晶種層15，因此有可能減小相應(yīng)電極層12和16與介電層14(具體來說，下部電極層12與介電層14)之間的熱膨脹系數(shù)差，由此容易地防止下部電極層12和介電層14的界面上的分層現(xiàn)象。

下部電極層12和上部電極層16的熱膨脹系數(shù)是16到18ppm/℃，介電層(例如，SiN)的熱膨脹系數(shù)是2.1到3.1ppm/℃，第一和第二晶種層(例如，TiW)的熱膨脹系數(shù)是4.5到4.6ppm/℃，并且緩沖層(例如，TiW)的熱膨脹系數(shù)也是4.5到4.6ppm/℃。

所以，在相關(guān)技術(shù)中，下部電極層12與介電層14直接接觸，因此存在這樣的問題：在下部電極層12與介電層14之間的界面上會因下部電極層12和介電層14之間的熱膨脹系數(shù)的過大差而出現(xiàn)分層現(xiàn)象。然而，在本實(shí)用新型中，在下部電極層12與介電層14之間存在緩沖層18，所述緩沖層用以減小下部電極層12與介電層14之間的熱膨脹系數(shù)差，由此能容易地防止下部電極層12與介電層14之間的界面上的分層現(xiàn)象。

作為本實(shí)用新型的測試實(shí)例，使用電子顯微鏡觀察了包含如上所述緩沖層的本實(shí)用新型的電容器的橫截面以及相關(guān)技術(shù)的電容器的橫截面，并且圖3中示出了觀測結(jié)果。

如圖3中可見，可以觀察到，在相關(guān)技術(shù)的電容器中，在下部電極層12與介電層14之間的界面上出現(xiàn)分層現(xiàn)象，但是在本實(shí)用新型中，通過存在于下部電極層12與介電層14之間的緩沖層18，下部電極層12與介電層14之間的界面牢固地粘合而沒有分層。