一种MIM电容制造方法

技术领域

本申请涉及半导体器件制造的技术领域，具体涉及一种MIM电容制造方法。

背景技术

电容作为一种最基础的无源器件，在各个电路中发挥各种不同的作用，包括滤波、耦合、储能等等。电容的结构一般是在两块导电极板之间间隔有具备一定介电常数的绝缘介质层来组成。在半导体制造工艺中，电容的极板通常由多晶硅膜或者金属薄膜来组成，而绝缘介质层则较多地采用氧化硅材质。对于采用金属膜来制作电容极板的工艺来说，这类电容我们称之为MIM电容，其两极板的材质一般为铝或者铜，以及金属的化合物。MIM电容具有电容密度高、精度高等优点，在半导体中有广泛的应用。

传统的铜制程产品集成MIM电容工艺为了解决MIM电容上极板透明度低导致光刻无法对位的问题，需要在上极板形成前增加对位层，增加了生产成本。

发明内容

为了降低生产成本，本申请提供了一种MIM电容制造方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种MIM电容制造方法，包括：

提供一衬底，所述衬底中形成有金属层，所述金属层集成MIM电容的下极板；

在所述衬底表面依次沉积介质层和绝缘层；

采用光刻和刻蚀工艺，在所述绝缘层和介质层中形成沟槽；

在所述沟槽和绝缘层上方沉积上极板金属层；

去除位于所述沟槽外的所述上极板金属层，以形成所述MIM电容的上极板；

进行后续工艺，以形成金属连接。

在一些实施例中，所述在所述衬底表面依次沉积介质层和绝缘层的步骤中，采用化学气相沉积工艺分别沉积所述介质层和绝缘层。

在一些实施例中，所述介质层的厚度为300-1000A，所述绝缘层的厚度为1000-5000A。

在一些实施例中，在所述采用光刻和刻蚀工艺，在所述绝缘层和介质层中形成沟槽的步骤中，所述沟槽下方剩余的所述介质层的厚度在100-1000A的范围内。

在一些实施例中，在所述沟槽和绝缘层上方沉积上极板金属层之前，还包括：

在所述沟槽和绝缘层上方沉积粘附层。

在一些实施例中，在所述沟槽和绝缘层上方沉积上极板金属层的步骤中，所述上极板金属层的厚度为1000-5000A。

在一些实施例中，在所述去除位于所述沟槽外的所述上极板金属层，以形成所述MIM电容的上极板的步骤中，采用化学机械抛光工艺去除位于所述沟槽外的所述上极板金属层。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

1. 通过将下极板集成在金属层，并在进行上极板金属层沉积前，先刻蚀用于形成上极板的沟槽，在沉积上极板金属层后，去除多余的上极板金属层，最终形成上极板，不再需要形成额外的对位层，使得只在沟槽刻蚀的步骤中需要使用一张掩膜，相较于现有技术中需要在形成对位层和形成上极板两个步骤中使用到不同的掩膜，节约了一张掩膜，进而节约了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个示例性实施例提供的一种MIM电容制造方法的流程图；

图2-5是本申请一个示例性实施例提供的一种MIM电容制造方法实施过程中的器件结构示意图；

图6是本申请一个示例性实施例提供的采用本申请中的MIM电容制造方法所制造的MIM电容的结构示意图；

图7是本申请一个示例性实施例提供的采用本申请中的MIM电容制造方法后形成的MIM电容的I-V曲线；

图8是本申请一个示例性实施例提供的用于体现采用本申请中的MIM电容制造方法后形成的MIM电容的性能的参数表。

附图标记说明：1、衬底；2、金属层；3、介质层；4、绝缘层；5、沟槽；6、上极板金属层；61、上极板；7、粘附层；8、第二绝缘层；91、第一金属接触孔；92、第二金属接触孔；10、电极。

实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本申请提供一种MIM电容制造方法，参照图1，该方法包括如下步骤：

S1：提供一衬底，衬底中形成有金属层，金属层集成MIM电容的下极板。

示例性的，参照图2，提供有一衬底1，该衬底1的材质可以是二氧化硅，衬底1中形成有金属层2，该金属层2的材质为铜，金属层2的上表面和衬底1表面平齐，金属层2集成MIM电容的下极板。

S2：在衬底表面依次沉积介质层和绝缘层。

示例性的，参照图2，在衬底表面依次沉积介质层3和绝缘层4。

示例性的，可以先采用化学气相沉积工艺（CVD）在衬底1表面先沉积一层介质层3，再采用化学气相沉积工艺在介质层3上沉积一层绝缘层4。其中，介质层3的材质可以是氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等等，绝缘层4的材质可以是二氧化硅。

示例性的，沉积的介质层3的厚度可以为300-1000A，沉积的绝缘层4的厚度可以为1000-5000A。

S3：采用光刻和刻蚀工艺，在绝缘层和介质层中形成沟槽。

示例性的，参照图3，采用光刻和刻蚀工艺，对预定区域中的绝缘层4和介质层3进行刻蚀，以形成沟槽5，在此过程中，介质层3同时作为刻蚀阻挡层。其中，刻蚀工艺可以采用湿法刻蚀工艺，也可以采用干法刻蚀工艺。在该步骤过程中，需要使用一张掩膜。

示例性的，在进行刻蚀的过程中，预定区域中的部分介质层3会得到保留，具体保留的厚度可以根据电容需求进行控制，在本实施例中，沟槽5下方剩余的介质层3的厚度在100-1000A的范围内。

S4：在沟槽和绝缘层上方沉积上极板金属层。

示例性的，参照图4，在沟槽5和绝缘层4上方沉积上极板金属层6。其中，上极板金属层6可以是钨或者铜。

示例性的，沉积的上极板金属层6的厚度可以为1000-5000A。

示例性的，在该步骤开始之前，还可以先进行如下处理：

在沟槽5和绝缘层4上方沉积粘附层7。

示例性的，参照图4，在沉积上极板金属层6之前，先沉积一层粘附层7，根据上极板金属层6材质的不同，粘附层7可以为钛/氮化钛，或者钽/氮化钽。之后，再在粘附层7上沉积上极板金属层6。

S5：去除位于沟槽外的上极板金属层，以形成MIM电容的上极板。

示例性的，参照图5，去除位于沟槽5外的上极板金属层6，以形成MIM电容的上极板61。

示例性的，可以采用化学机械抛光工艺对上极板金属层6进行平坦化处理，最终保留位于沟槽5内的上极板金属层6，形成上极板61。

示例性的，当形成有粘附层7时，在去除位于沟槽5外的上极板金属层6时，同时也会去除位于沟槽5外的粘附层7。

S6：进行后续工艺，以形成金属连接。

示例性的，进行后续工艺，以形成如图6中所示的金属连接。

示例性的，上述中的后续工艺可以包括如下处理：首先，在上极板61和剩余的绝缘层4上方沉积第二绝缘层8，之后，再次进行光刻和刻蚀工艺，分别形成连通至上极板61的第一通孔和连通至金属层2的第二通孔，之后，填充上述中的第一通孔和第二通孔，形成第一金属接触孔91和第二金属接触孔92，最后，形成分别连接于第一金属接触孔91和第二金属接触孔92的电极10，从而形成如图6所示的金属连接。

本申请实施例提供的一种MIM电容制造方法，通过将下极板集成在金属层，并在进行上极板金属层沉积前，先进行沟槽刻蚀，并在沉积上极板金属层后，采用化学机械抛光工艺去除多余的上极板金属层，最终形成上极板，全程只在沟槽刻蚀的步骤中需要使用一张掩膜，相较于现有技术中需要在形成对位层和形成上极板两个步骤中使用到不同的掩膜，节约了一张掩膜，进而节约了生产成本。

参照图7，其示出了采用本申请中的MIM电容制造方法后形成的MIM电容的I-V曲线，参照图8，其示出了采用本申请中的MIM电容制造方法后形成的MIM电容的电学参数，可以发现，击穿电压约30V，电容范围1.3-1.5

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。