电容器及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其是涉及一种电容器及其形成方法。

背景技术

在现今的超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，简称VLSI)中，电容器是常用的无源器件。通常来讲，模拟电容器已经从先前的多晶硅-绝缘体-多晶硅(Polysilicon-Insulator-Polysilicon，简称PIP)转向金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal，简称MIM)，这是因为在模拟射频电路中，需要更大电容密度的电容器。

提高电容密度的方法之一是降低电介质的厚度，然而电介质的厚度过低，导致电场强度过高而引发漏电流和降低击穿电压。高K介质的金属-绝缘体-金属(High K Metal-Insulator-Metal，简称HK MIM)电容器因为具有单位电容密度大的特点，所以具有良好的应用前景。

然而，现有技术形成的HK MIM电容器仍存在诸多问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种电容器及其形成方法，以提升电容器的性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种电容器，包括：衬底；位于所述衬底上的第一电极层；位于所述第一电极层上的介电层；位于所述介电层上若干相互分立的第二电极层；位于所述第一电极层上的第一引线结构，所述第一引线结构沿竖直方向贯穿所述介电层与所述第一电极层连接，且所述第一引线结构包围若干所述第二电极层；位于每个所述第二电极层上的第二引线结构，每个所述第二引线结构与对应的所述第二电极层连接；位于所述第一引线结构和所述第二引线结构上的第三引线结构，所述第三引线结构与若干所述第二引线结构连接。

可选的，若干所述相互分立的所述第二电极层的数量大于等于2个。

可选的，所述介电层的材料包括：高K介质材料；所述高K介质材料包括：氧化铪、氧化锆、氮氧硅铪、氧化硅铪、氧化钽铪、氧化钛铪、氧化锆铪或氧化铝。

可选的，所述第一电极层的材料为金属氮化物；所述金属氮化物包括氮化钛、氮化钽、氮化铜、氮化钨、氮化铂、氮化铝、氮化镍或者氮化钴。

可选的，所述第二电极层的材料为金属氮化物；所述金属氮化物包括氮化钛、氮化钽、氮化铜、氮化钨、氮化铂、氮化铝、氮化镍或者氮化钴。

可选的，所述第一引线结构的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。

可选的，所述第二引线结构的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。

可选的，所述第二引线结构的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。

可选的，所述第一引线结构包括：若干第一导电插塞、以及位于若干所述第一导电插塞上的第一导电层；若干所述第一导电插塞分别沿竖直方向贯穿所述介电层与所述第一电极层连接。

可选的，所述第二引线结构包括：若干第二导电插塞、以及位于若干所述第二导电插塞上的第二导电层；若干所述第二导电插塞分别与所述第二电极层连接。

可选的，所述第三引线结构包括：若干第三导电插塞、以及位于若干所述第三导电插塞上的第三导电层；若干所述第三导电插塞分别与若干所述第二导电层连接。

相应的，本发明的技术方案中还提供一种电容器的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成介电层；在所述介电层上形成若干相互分立的第二电极层；在所述第一电极层上形成第一引线结构、以及在每个所述第二电极层上形成第二引线结构，所述第一引线结构沿竖直方向贯穿所述介电层与所述第一电极层连接，且所述第一引线结构包围若干所述第二电极层，每个所述第二引线结构与对应的所述第二电极层连接；在所述第一引线结构和所述第二引线结构上形成第三引线结构，所述第三引线结构与若干所述第二引线结构连接。

可选的，若干所述相互分立的所述第二电极层的数量大于等于2个。

可选的，所述介电层的材料包括：高K介质材料；所述高K介质材料包括：氧化铪、氧化锆、氮氧硅铪、氧化硅铪、氧化钽铪、氧化钛铪、氧化锆铪或氧化铝。

可选的，所述第一电极层的材料为金属氮化物；所述金属氮化物包括氮化钛、氮化钽、氮化铜、氮化钨、氮化铂、氮化铝、氮化镍或者氮化钴。

可选的，所述第二电极层的材料为金属氮化物；所述金属氮化物包括氮化钛、氮化钽、氮化铜、氮化钨、氮化铂、氮化铝、氮化镍或者氮化钴。

可选的，所述第一引线结构的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。

可选的，所述第二引线结构的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。

可选的，所述第一引线结构包括：若干第一导电插塞、以及位于若干所述第一导电插塞上的第一导电层；若干所述第一导电插塞分别沿竖直方向贯穿所述介电层与所述第一电极层连接。

可选的，所述第二引线结构包括：若干第二导电插塞、以及位于若干所述第二导电插塞上的第二导电层；若干所述第二导电插塞分别与所述第二电极层连接。

可选的，所述第三引线结构包括：若干第三导电插塞、以及位于若干所述第三导电插塞上的第三导电层；若干所述第三导电插塞分别与若干所述第二导电层连接。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的电容器中，所述第一引线结构沿竖直方向贯穿所述介电层与所述第一电极层连接，且所述第一引线结构包围若干所述第二电极层。因此所述第一引线结构被若干所述第二电极层划分为多条路径与所述第一电极层连接，当电路导通时与所述第一引线结构划分的多条路径连接的所述第一电极层将形成并联，以此降低流经所述第一电极层的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。若干所述第二电极层分别与若干对应的所述第二引线结构连接，若干所述第二引线结构均与所述第三引线结构连接，当电路导通时分别与若干所述第二引线结构连接的若干所述第二电极层也将形成并联，以此降低流经所述第二电极层的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。另外，由于若干所述第二电极层相互分立，为所述第一电极层的连线提供的路径，因此在所述第二电极板尺寸固定的情况下，无需额外增加所述第一电极层的面积，进而不会使得器件结构的集成度降低。

本发明技术方案提供的电容器的形成方法中，所述第一引线结构沿竖直方向贯穿所述介电层与所述第一电极层连接，且所述第一引线结构包围若干所述第二电极层。因此所述第一引线结构被若干所述第二电极层划分为多条路径与所述第一电极层连接，当电路导通时与所述第一引线结构划分的多条路径连接的所述第一电极层将形成并联，以此降低流经所述第一电极层的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。若干所述第二电极层分别与若干对应的所述第二引线结构连接，若干所述第二引线结构均与所述第三引线结构连接，当电路导通时分别与若干所述第二引线结构连接的若干所述第二电极层也将形成并联，以此降低流经所述第二电极层的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。另外，由于若干所述第二电极层相互分立，为所述第一电极层的连线提供的路径，因此在所述第二电极板尺寸固定的情况下，无需额外增加所述第一电极层的面积，进而不会使得器件结构的集成度降低。

附图说明

图1和图2是一种电容器的结构示意图；

图3和图4是另一种电容器的结构示意图；

图5至图12是本发明实施例电容器的形成方法中各步骤结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有技术形成的HK MIM电容器仍存在诸多问题。现结合附图进行具体说明。

图1和图2是一种电容器的结构示意图。

请参考图1和图2，图2是图1中沿A-A线截面示意图，一种电容器10，包括：衬底100；位于所述衬底100上的第一电极层101；位于所述第一电极层101上的介电层102；位于所述介电层102上的第二电极层103，所述第二电极层103暴露出部分所述介电层102的顶部表面；位于所述第一电极层101上的第一引线结构104，所述第一引线结构104沿竖直方向贯穿所述介电层102，且与所述第一电极层101连接；位于所述第二电极层103上的第二引线结构105，所述第二引线结构105与所述第二电极层103连接。

在本实施例中，由于所述第一引线结构104与所述第一电极层101的一侧连接，因此在电路导通时流经所述第一电极层101的电阻为整体电阻，该电阻的阻值较大，进而使得所述电容器10的品质因数降低。而且所述电容器10的整体结构呈非对称结构，当在高频电路时，所述电容器10的性能是根据散射矩阵计算的，所述电容器10的电容值实际包括四个，即由端口1进出的电容值C11，由端口1进端口2出的电容值C12，由端口2进端口1出的电容值C21，由端口2进出的电容值C22。若所述电容器10的结构不对称，会使得电容值C11和电容值C22相差较多，同时也会导致所述电容器10的损耗增加，品质因数降低。

为了解决上述问题，现有技术中还提供了另一种电容器，以下将结合附图进行具体说明。

图3和图4是一种电容器的结构示意图。

请参考图3和图4，图4是图3中沿B-B线截面示意图，一种电容器20，包括：衬底200；位于所述衬底200上的第一电极层201，所述第一电极层201包括沿水平方向排布的第一线区I、第二区II和第三区III，所述第二区II位于所述第一区I和所述第三区III之间；位于所述第一电极层201上的介电层202；位于所述介电层202上的第二电极层203，所述第二电极层203暴露出部分所述介电层202的顶部表面；位于所述第一电极层201上的第一引线结构204，所述第一引线结构204沿竖直方向贯穿所述介电层202，且与所述第一区I和所述第三区III连接；位于所述第二电极层203上的第二引线结构205，所述第二引线结构205与所述第二电极层203连接。

在本实施例中，所述第一引线结构204分别与所述第一电极层201的第一区I和第三区III连接，因此在电路导通时流经所述第一电极层201的电阻为两个所述第一电极层201整体电阻的一半进行并联，其电阻值为所述第一电极层201整体电阻的四分之一，进而使得所述电容器20的品质因数提升。而且所述电容器20的整体结构呈对称结构，使得所述电容器20在高频电路中的容值趋于稳定，而且能够有效降低损耗，使得所述电容器20的品质因数提升。

然而，在所述第二电极板203的尺寸固定的情况下，需要额外增加所述第一电极层201的面积以供所述第一引脚结构204进行连接，使得器件结构的集成度降低。而且增加的所述第一电极层201的面积并不会使得所述第一电极层201和所述第二电极层203的正对面积增加，进而几乎不会增加所述电容器20的容值。

为了解决上述问题，本发明提供一种电容器及其形成方法，所述第一引线结构被若干所述第二电极层划分为多条路径与所述第一电极层连接，当电路导通时与所述第一引线结构划分的多条路径连接的所述第一电极层将形成并联，以此降低流经所述第一电极层的电阻；若干所述第二电极层分别与若干对应的所述第二引线结构连接，若干所述第二引线结构均与所述第三引线结构连接，当电路导通时分别与若干所述第二引线结构连接的若干所述第二电极层也将形成并联，以此降低流经所述第二电极层的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图5至图12是本发明实施例电容器及其形成方法中各步骤结构示意图。

请参考图5，提供衬底300。

在本实施例中，所述衬底300内具有器件层(未图示)，所述器件层内具有若干器件结构、以及连接所述器件结构的电互连层。

在本实施例中，所述器件结构包括：晶体管、电容结构、电阻结构或电感结构。

请参考图6，在所述衬底300上形成第一电极层301。

在本实施例中，所述第一电极层301的材料为金属氮化物。所述金属氮化物材料形成的所述第一电极层301的电学性能较好，从而形成的电容器的可靠性较高。

所述金属氮化物包括氮化钛、氮化钽、氮化铜、氮化钨、氮化铂、氮化铝、氮化镍或者氮化钴。在本实施例中，所述第一电极层301的材料为氮化钛。

所述第一电极层301的形成工艺包括：原子层沉积工艺、等离子体化学气相沉积工艺、低压化学气相沉积工艺、溅射沉积工艺、离子束沉积工艺或者离子束辅助沉积工艺。在本实施例中，所述第一电极层301的形成工艺采用原子层沉积工艺。

所述第一电极层301的厚度为100埃～1000埃。选择所述厚度范围的第一电极层301的意义在于：若所述第一电极层301的厚度大于1000埃，则形成的电容器整体厚度太厚，不利于后期整合工艺；若所述第一电极层301的厚度小于100埃，则容易发生器件击穿，产生漏电流，形成的电容器件的可靠性较差。

请参考图7，在所述第一电极层301上形成介电层302。

在本实施例中，所述介电层302的材料包括：高K介质材料。由于高K介质材料具有很高的介电常数，因此能够使得电容器的存储密度增加。

所述高K介质材料包括：氧化铪、氧化锆、氮氧硅铪、氧化硅铪、氧化钽铪、氧化钛铪、氧化锆铪或氧化铝。在本实施例中，所述介电层302的材料采用氧化铪。

请参考图8和图9，图9是图8中沿C-C线截面示意图，在所述介电层302上形成若干相互分立的第二电极层303。

在本实施例中，在所述介电层302上形成若干相互分立的所述第二电极层303的方法包括：在所述介电层302上形成初始第二电极层(未图示)；对所述初始第二电极层进行图形化处理，形成若干相互分立的所述第二电极层303。

若干所述相互分立的所述第二电极层的数量大于等于2个。在本实施例中，若干相互分立的所述第二电极层303的数量为4个，且4个所述第二电极层303呈矩阵分别，各个所述第二电极层303的面积和形状相同。目的是使得最终形成的电容器整体结构呈对称结构，使得电容器在高频电路中的容值趋于稳定，而且能够有效降低损耗，使得电容器的品质因数提升。

在本实施例中，所述第二电极层303的材料为金属氮化物。所述金属氮化物材料形成的所述第二电极层303的电学性能较好，从而形成的电容器的可靠性较高。

所述金属氮化物包括氮化钛、氮化钽、氮化铜、氮化钨、氮化铂、氮化铝、氮化镍或者氮化钴。在本实施例中，所述第二电极层303的材料为氮化钛。

所述第二电极层303的形成工艺包括：原子层沉积工艺、等离子体化学气相沉积工艺、低压化学气相沉积工艺、溅射沉积工艺、离子束沉积工艺或者离子束辅助沉积工艺。在本实施例中，所述第二电极层303的形成工艺采用原子层沉积工艺。

所述第二电极层303的厚度为100埃～1000埃。选择所述厚度范围的第二电极层303的意义在于：若所述第二电极层303的厚度大于1000埃，则形成的电容器整体厚度太厚，不利于后期整合工艺；若所述第二电极层303的厚度小于100埃，则容易发生器件击穿，产生漏电流，形成的电容器件的可靠性较差。

请参考图10和图11，图11是图10中沿D-D线截面示意图，在所述第一电极层301上形成第一引线结构304、以及在每个所述第二电极层303上形成第二引线结构305，所述第一引线结构304沿竖直方向贯穿所述介电层302与所述第一电极层301连接，且所述第一引线结构304包围若干所述第二电极层303，每个所述第二引线结构304与对应的所述第二电极层303连接。

在本实施例中，所述第一引线结构304沿竖直方向贯穿所述介电层302与所述第一电极层301连接，且所述第一引线结构304包围若干所述第二电极层303。因此所述第一引线结构304被若干所述第二电极层303划分为多条路径与所述第一电极层301连接，当电路导通时与所述第一引线结构304划分的多条路径连接的所述第一电极层301将形成并联，以此降低流经所述第一电极层301的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。

在本实施例中，所述第一引线结构304包括：若干第一导电插塞304a、以及位于若干所述第一导电插塞304a上的第一导电层304b；若干所述第一导电插塞304a分别沿竖直方向贯穿所述介电层302与所述第一电极层连接。

在本实施例中，所述第二引线结构305包括：若干第二导电插塞305a、以及位于若干所述第二导电插塞305a上的第二导电层305b；若干所述第二导电插塞305a分别与所述第二电极层303连接。

所述第一引线结构304的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。在本实施例中，所述第一引线结构304的材料采用铜。

所述第二引线结构305的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。在本实施例中，所述第二引线结构305的材料采用铜。

请参考图12，图12和图11的视图方向一致，在所述第一引线结构304和所述第二引线结构305上形成第三引线结构306，所述第三引线结构306与若干所述第二引线结构305连接。

在本实施例中，若干所述第二电极层303分别与若干对应的所述第二引线结构304连接，若干所述第二引线结构305均与所述第三引线结构306连接，当电路导通时分别与若干所述第二引线结构305连接的若干所述第二电极层303也将形成并联，以此降低流经所述第二电极层303的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。另外，由于若干所述第二电极层303相互分立，为所述第一电极层301的连线提供的路径，因此在所述第二电极板303尺寸固定的情况下，无需额外增加所述第一电极层301的面积，进而不会使得器件结构的集成度降低。

在本实施例中，所述第三引线结构306包括：若干第三导电插塞306a、以及位于若干所述第三导电插塞306a上的第三导电层306b；若干所述第三导电插塞306a分别与若干所述第二导电层306b连接。

所述第三引线结构306的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。在本实施例中，所述第三引线结构306的材料采用铜。

相应的，本发明实施例中还提供了一种电容器，请继续参考图12，包括：衬底300；位于所述衬底300上的第一电极层301；位于所述第一电极层301上的介电层302；位于所述介电层302上若干相互分立的第二电极层303；位于所述第一电极层301上的第一引线结构304，所述第一引线结构304沿竖直方向贯穿所述介电层302与所述第一电极层301连接，且所述第一引线结构304包围若干所述第二电极层303；位于每个所述第二电极层303上的第二引线结构305，每个所述第二引线结构305与对应的所述第二电极层303连接；位于所述第一引线结构304和所述第二引线结构305上的第三引线结构306，所述第三引线结构306与若干所述第二引线结构305连接。

在本实施例中，所述第一引线结构304沿竖直方向贯穿所述介电层302与所述第一电极层301连接，且所述第一引线结构304包围若干所述第二电极层303。因此所述第一引线结构304被若干所述第二电极层303划分为多条路径与所述第一电极层301连接，当电路导通时与所述第一引线结构304划分的多条路径连接的所述第一电极层301将形成并联，以此降低流经所述第一电极层301的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。若干所述第二电极层303分别与若干对应的所述第二引线结构305连接，若干所述第二引线结构305均与所述第三引线结构306连接，当电路导通时分别与若干所述第二引线结构305连接的若干所述第二电极层303也将形成并联，以此降低流经所述第二电极层305的电阻，进而使得所述电容器的品质因数提升。另外，由于若干所述第二电极层303相互分立，为所述第一电极层301的连线提供的路径，因此在所述第二电极板303尺寸固定的情况下，无需额外增加所述第一电极层301的面积，进而不会使得器件结构的集成度降低。

若干所述相互分立的所述第二电极层303的数量大于等于2个。在本实施例中，若干相互分立的所述第二电极层303的数量为4个，且4个所述第二电极层303呈矩阵分别，各个所述第二电极层303的面积和形状相同。目的是使得最终形成的电容器整体结构呈对称结构，使得电容器在高频电路中的容值趋于稳定，而且能够有效降低损耗，使得电容器的品质因数提升。

在本实施例中，所述介电层302的材料包括：高K介质材料。由于高K介质材料具有很高的介电常数，因此能够使得电容器的存储密度增加。

所述高K介质材料包括：氧化铪、氧化锆、氮氧硅铪、氧化硅铪、氧化钽铪、氧化钛铪、氧化锆铪或氧化铝。在本实施例中，所述介电层302的材料采用氧化铪。

在本实施例中，所述第一电极层301的材料为金属氮化物。所述金属氮化物材料形成的所述第一电极层301的电学性能较好，从而形成的电容器的可靠性较高。

在本实施例中，所述第二电极层303的材料为金属氮化物。所述金属氮化物材料形成的所述第二电极层303的电学性能较好，从而形成的电容器的可靠性较高。

所述金属氮化物包括氮化钛、氮化钽、氮化铜、氮化钨、氮化铂、氮化铝、氮化镍或者氮化钴。在本实施例中，所述第二电极层303的材料为氮化钛。

所述第一引线结构304的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。在本实施例中，所述第一引线结构304的材料采用铜。

所述第二引线结构305的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。在本实施例中，所述第二引线结构305的材料采用铜。

所述第三引线结构306的材料包括：铜、钴、镍、钛、钽、铝、钨或者铂。在本实施例中，所述第三引线结构306的材料采用铜。

在本实施例中，所述第一引线结构304包括：若干第一导电插塞304a、以及位于若干所述第一导电插塞304a上的第一导电层304b；若干所述第一导电插塞304a分别沿竖直方向贯穿所述介电层302与所述第一电极层连接。

在本实施例中，所述第二引线结构305包括：若干第二导电插塞305a、以及位于若干所述第二导电插塞305a上的第二导电层305b；若干所述第二导电插塞305a分别与所述第二电极层305b连接。

在本实施例中，所述第三引线结构306包括：若干第三导电插塞306a、以及位于若干所述第三导电插塞306a上的第三导电层306b；若干所述第三导电插塞306a分别与若干所述第二导电层306b连接。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。