CN108123038B - Mim电容器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MIM电容器及其制作方法。所述MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上的隔离层、贯穿所述隔离层的开口、形成于所述开口对应的下电极结构上方并延伸至所述隔离层上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成所述隔离层及所述上电极结构上的钝化层、贯穿所述钝化层及所述隔离层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
Description
【技术领域】
本发明涉及电容器技术领域，特别地，涉及一种MIM电容器及其制作方法
【背景技术】
在超大规模集成电路中，电容器是常用的无源器件之一，其通常整合于双极晶体管或互补式金属氧化物半导体晶体管等有源器件中。目前制造电容器的技术可分为以多晶硅为电极和以金属为电极两种，以多晶硅为电极会出现载子缺乏的问题，使得电容器两端的电压发生改变时，电容量也会随着改变，因此以多晶硅为电极的电容器无法维持现今逻辑电路的线性需求，而以金属为电极的电容器则无此问题，这种电容器泛称为MIM电容器(Metal-Insulator-Metal Capacitor)
现有的制作MIM电容器一般包括下电极结构、上电极结构、形成于所述上下电极结构之间的介质材料，然而，现有MIM电容器的制作过程中，在进行上电极刻蚀时，常常会对介质材料造成一定程度的损伤，从而所述MIM电容器产生一些漏电或其他可靠性问题，有必要改善。
【发明内容】
本发明的其中一个目的在于为解决上述问题而提供一种MIM电容器及其制作方法。
一种MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上的隔离层、贯穿所述隔离层的开口、形成于所述开口对应的下电极结构上方并延伸至所述隔离层上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成所述隔离层及所述上电极结构上的钝化层、贯穿所述钝化层及所述隔离层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
在一种实施方式中，所述介质材料上表面包括对应所述开口的第一凹部，所述上电极结构设置于所述介质材料上表面，所述上电极结构上表面包括对应所述第一凹部的第二凹部，所述开口、所述第一凹部及所述第二凹部的宽度依次减小。
在一种实施方式中，所述第二接触孔的数量为两个，所述第二引线结构的两端分经由所述两个第二接触孔连接所述上电极结构。
在一种实施方式中，所述第二凹部位于所述第一及第二接触孔之间。
在一种实施方式中，所述下电极结构包括依次设置于所述绝缘层上的金属层、第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层，所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层、钨缓冲层及第一氮化钛层。
在一种实施方式中，所述隔离层的厚度大于所述介质材料的厚度的10倍。
在一种实施方式中，所述隔离层的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种、两种及三种，所述隔离层的厚度在1500埃至2000埃的范围内。
在一种实施方式中，所述介质材料覆盖所述隔离层邻近所述开口的部分，所述第一接触孔贯穿所述钝化层及所述隔离层且位于所述介质材料的一侧。
在一种实施方式中，所述介质材料完全覆盖所述隔离层，所述第一接触孔贯穿所述钝化层、所述隔离层、所述介质材料对应所述下电极结构。
一种MIM电容器的制作方法，其包括如下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成绝缘层，在所述绝缘层上形成下电极结构；
在所述下电极结构上形成具有开口的隔离层；
在所述开口处的所述下电极结构上及所述隔离层上依次形成介质材料、上电极材料；
针对所述上电极材料进行光刻及刻蚀形成上电极结构；及
在所述隔离层、所述上电极结构上形成钝化层，形成贯穿所述钝化层及所述隔离层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔、形成位于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及位于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
相较于现有技术，本发明MIM电容器及其制作方法中，通过设置所述隔离层，所述介质材料层及所述上电极结构依序形成于所述隔离层的开口及上方，使得所述开口处形成有效电容区域，所述有效电容区域的介质材料不易在上电极结构刻蚀时损伤，从而提高所述MIM电容的器件可靠性。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1为本发明一较佳实施方式的MIM电容器的剖面结构示意图。
图2为图1所示MIM电容器的一种变更实施方式的剖面结构示意图。
图3至图7是图1及2所示MIM电容器的制作方法的各步骤的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明一较佳实施方式的MIM电容器的剖面结构示意图。所述MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上的隔离层、贯穿所述隔离层的开口、形成于所述开口对应的下电极结构上方并延伸至所述隔离层上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成所述隔离层及所述上电极结构上的钝化层、贯穿所述钝化层及所述隔离层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
本实施方式中，所述介质材料的宽度与所述上电极结构的宽度相同，即所述介质材料仅覆盖所述开口处的所述下电极结构并延伸至邻近所述开口的部分隔离层的上方，所述第一接触孔贯穿所述钝化层及所述隔离层且位于所述介质材料的一侧，所述介质材料及所述上电极结构可以才同一道刻蚀制程中形成。
然而，在一种变更实施方式中，请参阅图2，图2为图1所示MIM电容器的一种变更实施方式的剖面结构示意图。所述介质材料不仅覆盖所述开口处的所述下电极结构还延伸至所述隔离层的上表面的全部区域(即完全覆盖所述隔离层)，所述第一接触孔则需贯穿所述钝化层、所述介质材料及所述隔离层从而对应所述下电极结构。此变更实施方式中，所述介质材料可以无需进行刻蚀，仅使用一道刻蚀制程形成所述上电极结构即可。
进一步地，上述两个实施方式中，所述介质材料上表面包括对应所述开口的第一凹部，所述上电极结构设置于所述介质材料上表面，所述上电极结构上表面包括对应所述第一凹部的第二凹部，所述开口、所述第一凹部及所述第二凹部的宽度依次减小。所述第二接触孔的数量为两个，所述第二引线结构的两端分经由所述两个第二接触孔连接所述上电极结构。所述第二凹部位于所述第一及第二接触孔之间。所述下电极结构包括依次设置于所述绝缘层上的金属层(如金属Al层)、第一氮化钛层TiN-1、钨缓冲层W及第二氮化钛层TiN-2，所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层TiN-2、钨缓冲层W及第一氮化钛层TiN-1。所述隔离层的厚度大于所述介质材料的厚度的10倍。所述隔离层的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种、两种及三种，所述隔离层的厚度在1500埃至2000埃的范围内
请参阅图3至图7，图3至图7是图1及2所示MIM电容器的制作方法的各步骤的剖面结构示意图。所述制作方法包括以下步骤S1-S4。
步骤S1，请参阅图3，提供衬底，在所述衬底上形成绝缘层，在所述绝缘层上形成下电极结构。
步骤S2，请参阅图4，在所述下电极结构上形成具有开口的隔离层。
步骤S3，请参阅图5，在所述开口处的所述下电极结构上及所述隔离层上依次形成介质材料、上电极材料。其中，所述介质材料及所述上电极材料依次、均匀、完全覆盖所述开口及所述隔离层，使得所述介质材料的上表面形成对应所述开口的第一凹部，所述上电极材料的上表面形成对应所述第一凹部的第二凹部。
步骤S4，请参阅图6及图7，若要形成图1所示的MIM电容器，则所述步骤S4为：针对所述上电极材料及所述介质材料进行光刻及刻蚀形成上电极结构及位于所述上电极结构下方的介质材料；若要形成图2所示的MIM电容器，则所述步骤S4为：针对所述上电极材料进行光刻及刻蚀形成上电极结构。
步骤S5，请参阅图1及图2，在所述隔离层、所述上电极结构上形成钝化层，形成贯穿所述钝化层及所述隔离层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔、形成位于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及位于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
关于所述上电极结构、下电极结构、隔离层、介质材料、钝化层、第一接触孔、第一引线结构、所述第二接触孔及第二引线结构的具体结构、材料及参数已在上面对图1及图2所示MIM电容器的结构介绍中描述，此处就不再赘述其具体结构、材料及参数。
相较于现有技术，本发明MIM电容器及其制作方法中，通过设置所述隔离层，所述介质材料层及所述上电极结构依序形成于所述隔离层的开口及上方，使得所述开口处形成有效电容区域，所述有效电容区域的介质材料不易在上电极结构刻蚀时损伤，从而提高所述MIM电容的器件可靠性。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种MIM电容器，其特征在于：所述MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上的隔离层、贯穿所述隔离层的开口、形成于所述开口对应的下电极结构上方并延伸至所述隔离层上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成所述隔离层及所述上电极结构上的钝化层、贯穿所述钝化层及所述隔离层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构；
所述隔离层的厚度大于所述介质材料的厚度的10倍；
所述介质材料上表面包括对应所述开口的第一凹部，所述上电极结构设置于所述介质材料上表面，所述上电极结构上表面包括对应所述第一凹部的第二凹部，所述开口、所述第一凹部及所述第二凹部的宽度依次减小；
所述MIM电容器的有效电容区域位于所述开口对应的区域中。
2.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述第二接触孔的数量为两个，所述第二引线结构的两端分经由所述两个第二接触孔连接所述上电极结构。
3.如权利要求2所述的MIM电容器，其特征在于：所述第二凹部位于所述第一及第二接触孔之间。
4.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述下电极结构包括依次设置于所述绝缘层上的金属层、第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层，所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层、钨缓冲层及第一氮化钛层。
5.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述隔离层的厚度大于所述介质材料的厚度的10倍。
6.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述隔离层的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种、两种及三种，所述隔离层的厚度在1500埃至2000埃的范围内。
7.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述介质材料覆盖所述隔离层邻近所述开口的部分，所述第一接触孔贯穿所述钝化层及所述隔离层且位于所述介质材料的一侧。
8.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述介质材料完全覆盖所述隔离层，所述第一接触孔贯穿所述钝化层、所述隔离层、所述介质材料对应所述下电极结构。
9.一种MIM电容器的制作方法，用于制作权利要求1-8中任一所述的MIM电容器，其特征在于：所述制作方法包括如下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成绝缘层，在所述绝缘层上形成下电极结构；
在所述下电极结构上形成具有开口的隔离层；
在所述开口处的所述下电极结构上及所述隔离层上依次形成介质材料、上电极材料；
针对所述上电极材料进行光刻及刻蚀形成上电极结构；及
在所述隔离层、所述上电极结构上形成钝化层，形成贯穿所述钝化层及所述隔离层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔、形成位于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及位于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
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