CN106952895B - 一种mim电容器结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）提供半导体衬底，具有相对的上表面和下表面，在所述上表面上具有多个功能器件；（2）形成隔离沟槽，所述隔离沟槽设置在所述半导体衬底中并位于所述功能器件之间；（3）在隔离沟槽中形成MIM电容器。

Description

一种MIM电容器结构的制造方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种MIM电容器结构的制造方法。

背景技术

电容、电阻等被动元件（Passive Circuit Element）被广泛应用于集成电路制 作技术中，这些器件通常采用标准的集成电路工艺，利用掺杂单晶硅、掺杂多晶硅以及氧化膜或氮氧化膜等制成，比如多晶硅-介质膜-多晶硅（PIP， Poly-Insulator-Poly）电容。由于这些器件比较接近硅衬底，器件与衬底间的寄生 电容使得器件的性能受到影响，尤其在射频（RF）CMOS电路中，随着频率的上升，器件的性能下降很快。

金属-绝缘体-金属（MIM，Metal-Insulator-Metal）电容技术的开发为解决这 一问题提供了有效的途径，该技术将电容制作在互连层，即后道工艺（BEOL，Back End OfLine）中，既与集成电路工艺相兼容，又通过拉远被动元件与导电衬底间的距离，克服了寄生电容大、器件性能随频率增大而明显下降的弊端，使得该技术逐渐成为了集成电路中制作被动元件电容的主流。

但是，在带有MIM电容器的MIM电容器结构中，也存在一些问题，主要是如果 MIM电容器下面直接放功能器件（例如晶体管），则MIM电容器会与下面的功能器件产生相互干扰。如图1所示，多个功能器件11形成于衬底10上，设置在绝缘层15中的电容器的上极板13和下极板12分别通过导电通路14电连接至多个功能器件的部分。然而，由于半导体集成电路的体积尺寸都较小，电容器的信号与功能器件11的信号会相互干扰，并且，当电容器有多个时，其分布在介质层中会相邻较近，导致电容器间的相互干扰；此外，电容器的极板12和13会产生相对于应力层的应力，对其下的的功能器件和通路产生影响。进一步的，在衬底上表面形成电容器会增加整个器件的厚度。

现有技术中针对带有MIM电容器的MIM电容器结构主要有两种实现方式：

1、MIM电容器下面不放功能器件，从而可彻底避免MIM电容器与功能器件产生相互干扰，但是此种实现方式将极大的浪费晶圆面积；

2、MIM电容器下面放一些不太敏感的功能器件，从而能够节省一部分晶圆面积，但是此种实现方式还是会使得MIM电容器与其下的功能器件产生相互干扰（只是这种干扰对于其下的功能器件尚且能够被容忍），并且也限制了可放置 于MIM电容器下的功能器件的种类（即只能是一些不太敏感的功能器件）。

因此，如何提供一种带有MIM电容器的MIM电容器结构，其能够避免上述缺陷，成了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

基于解决上述封装中的问题，本发明提供了一种MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）提供半导体衬底，具有相对的上表面和下表面，在所述上表面上具有多个功能器件；

（2）形成隔离沟槽，所述隔离沟槽设置在所述半导体衬底中并位于所述功能器件之间；

（3）在隔离沟槽中形成MIM电容器。

根据本发明的实施例，形成隔离沟槽具体包括：在所述半导体中、位于功能器件之间的位置刻蚀出沟槽，并在沟槽的侧壁和底壁沉积一层金属屏蔽层，然后沉积并填充第一绝缘层。

根据本发明的实施例，所述屏蔽层为接地的铜金属层、铝金属层、镍金属层或钛金属层等。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘层覆盖整个上表面和所以功能器件，并且高出所述上表面一定的高度。

根据本发明的实施例，形成MIM电容器具体包括：在隔离沟槽中的第一绝缘层刻蚀出两个垂直于所述上表面的电极槽，并用金属材料填充所述电极槽。

根据本发明的实施例，还包括步骤（4）：形成电连接所述MIM电容器和所述功能器件的多个导电通路。

根据本发明的实施例，形成多个导电通路具体包括：在第一绝缘层上形成第二绝缘层，并通过刻蚀开口形成纵向导电通路和通过沉积、光刻形成横向导电通路。

根据本发明的实施例，还包括在所述第二绝缘层上覆盖第三绝缘层。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘层的材料为氮化硅，第二绝缘层和第三绝缘层的材料为二氧化硅。

根据本发明的实施例，还包括减薄所述半导体衬底的下表面。

本发明的技术方案，采用垂直式电容器，可在横向方向上同时布置多个电容器而避免其相互之间的干扰；采用在隔离沟槽中形成电容器，可以减少电容器对功能器件的影响，并减少器件整体的厚度，隔离沟槽还具有一层屏蔽层，可以更好的防止电容器与功能器件间的电磁干扰；采用氮化硅作为电容器的介质层，由于氮化硅的介电常数较大，可以将电容器做的尽可能的小。

附图说明

图1为现有技术的MIM电容器结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的MIM电容器结构的结构示意图；

图3-8为本发明的MIM电容器结构的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

参见图2，本发明提供了一种MIM电容器结构，包括：半导体衬底10，具有相对的上表面和下表面；形成于所述上表面上的多个功能器件11；形成于所述半导体衬底10中并位于所述功能器件11之间的隔离沟槽；MIM电容器形成于所述隔离沟槽中。

所述MIM电容器可以垂直于所述上表面。在所述隔离沟槽的侧壁和底壁上具有一层屏蔽层16，所述屏蔽层为接地的铜金属层、铝金属层、镍金属层或钛金属层等。所述MIM电容器可部分的伸出所述隔离沟槽。

进一步的，还包括覆盖在所述上表面的绝缘层15，所述绝缘层15是由三层绝缘层构成的，该内容将在先进行详述。所述MIM电容器通过导电通路14a电连接至所述功能器件11的至少一个。

所述MIM电容器包括垂直于所述上表面的第一金属极板12a和第二金属极板13a以及位于所述第一和第二金属极板之间的绝缘层。

其制备方法可参见图3-8，包括以下步骤：

（1）参见图3，提供半导体衬,10，具有相对的上表面和下表面，在所述上表面上具有多个功能器件11；

（2）参见图4，在所述半导体10中、位于功能器件11之间的位置刻蚀出沟槽17；

（3）参见图5，在沟槽17的侧壁和底壁沉积一层金属屏蔽,16，然后沉积并填充绝缘材料18，形成隔离沟槽，并且绝缘材料18继续填充形成高于半导体衬底上表面的第一绝缘层19；

（4）参见图6，在隔离沟槽中的第一绝缘层刻蚀出两个垂直于所述上表面的电极槽，并用金属材料填充所述电极槽，形成MIM电容器。

（5）参见图7，在第一绝缘层19上形成第二绝缘层20，并通过刻蚀开口形成纵向导电通路和通过沉积、光刻形成横向导电通路，由此形成电连接所述MIM电容器和所述功能器件11的多个导电通路14a。

（6）参见图8，在所述第二绝缘20上覆盖第三绝缘层21。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘层的材料为氮化硅，第二绝缘层和第三绝缘层的材料为二氧化硅。

根据本发明的实施例，还包括减薄所述半导体衬底的下表面（图中未示出）。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，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。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）提供半导体衬底，具有相对的上表面和下表面，在所述上表面上具有多个功能器件；

（2）形成隔离沟槽，包括：在所述半导体中、位于功能器件之间的位置刻蚀出沟槽，并在沟槽的侧壁和底壁沉积一层金属屏蔽层，然后沉积并填充第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖整个上表面和所述功能器件，并且高出所述上表面一定的高度，所述隔离沟槽设置在所述半导体衬底中并位于所述功能器件之间；

（3）在隔离沟槽中形成MIM电容器，包括：在隔离沟槽中的第一绝缘层刻蚀出两个垂直于所述上表面的电极槽，并用金属材料填充所述电极槽；

（4）形成电连接所述MIM电容器和所述功能器件的多个导电通路，包括：在第一绝缘层上形成第二绝缘层，并通过刻蚀开口形成纵向导电通路和通过沉积、光刻形成横向导电通路。

2.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，所述屏蔽层为接地的铜金属层、铝金属层、镍金属层或钛金属层。

3.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，还包括在所述第二绝缘层上覆盖第三绝缘层。

4.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，所述第一绝缘层的材料为氮化硅，第二绝缘层和第三绝缘层的材料为二氧化硅。

5.根据权利要求1所述的MIM电容器结构的制造方法，其特征在于，还包括减薄所述半导体衬底的下表面。