MIM电容及工艺方法与流程

mim电容及工艺方法
技术领域
1.本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种mim电容，本发明还涉及所述mim电容的工艺方法。


背景技术：

2.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cu，以及金属的化合物。半导体传统cu制程产品集成mim电容工艺是在金属层间增加3层光刻层，分别用于对位层（amark），下极板（mcb），上极板（mct）的工艺流程，由于需要3次工艺流程分别形成3层光刻层，此种工艺成本较高。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于提供一种mim电容的工艺方法，只需一层光刻，降低工艺成本。
4.为解决上述问题，本发明所述的一种mim电容的工艺方法，所述mim电容形成于一半导体衬底上，在所述半导体衬底上淀积第一金属层，所述第一金属层集成所述mim电容的第一极板；在所述第一金属层上再依次叠加淀积第一介质层、第二极板材料层、第二介质层，对所述第二极板材料层进行光刻及刻蚀形成所述mim电容的第二极板；所述第一介质层为所述mim电容的极板间介电材料层，所述第一金属层与第一介质层及第二极板形成mim电容；淀积层间介质，在所述层间介质中刻蚀形成接触孔，并在所述层间介质表面再次淀积第二金属层，将所述mim电容的第一极板及第二极板引出；所述连接第二极板的接触孔为大尺寸的接触孔，其与所述第二极板的接触面积应尽量接近所述mim电容的第二极板的设计面积。
5.进一步地，所述的半导体衬底包含硅衬底或锗硅衬底。
6.进一步地，所述的第一金属层及第二金属层为铜金属。
7.进一步地，所述的第一介质层为氮化硅，或者是氧化硅。
8.进一步地，所述的第一介质层的厚度为300～700
å
。
9.进一步地，所述的第二极板材料为具有透明或者半透明的导电材料。
10.进一步地，所述的第二极板材料包含氮化钛；所述第二极板的淀积厚度需保证其透明度能实现清晰透视光刻对位标记，确保光刻的对准不受影响。
11.进一步地，所述的第二极板材料的厚度为500～600
å
。
12.进一步地，所述的第二介质层为氮氧化硅，其厚度为500
å
。
13.一种mim电容，所述的mim电容形成于一半导体衬底上，包含第一极板、第二极板以及位于所述第一极板、第二极板之间的第一介质层；所述第一介质层为所述mim电容的极板间介电材料层；所述第一极板为第一金属层，所述第二极板为具有半透明或者透明特性的导电材质；接触孔穿越层间介质将所述mim电容的第一极板、第二极板引出到所述层间介质表面的第二金属层；连接到所述第一极板的接触孔为标准工艺尺寸的接触孔，连接到所述第二极板的接触孔为大尺寸接触孔，其与所述第二极板的接触面积为所述mim电容的第二极板的面积。
14.所述的第二极板的厚度需保证其透明度能实现清晰透视光刻对位标记，确保光刻的对准不受影响；通过大尺寸接触孔来降低所述第二极板的厚度不足所造成的大电阻的影响。
15.所述的第一金属层、第二金属层为铜。
16.所述的第二极板上方还具有第二介质层，所述的大尺寸接触孔穿透所述第二介质层与所述第二极板接触。
17.所述的第二介质层为氮氧化硅。
18.本发明所述的mim电容的工艺方法，在第一金属层上同步集成（兼用）mim电容下极板，并利用上极板tin半透明的性质直接进行光刻对位，在接触孔光刻层集成大尺寸接触孔结构来连接上层极板，以补偿上层极板为保证光刻对位透明度厚度降低带来的电阻增大的影响，只需增加上极板一层光刻层即可形成mim电容，极大节约成本。
附图说明
19.图1 是传统的mim电容的剖面结构示意图。
20.图2 是本发明mim电容的剖面结构示意图。
实施方式
21.以下结合附图给出本发明的具体实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明不限于以下的实施方式。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。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，都属于本发明保护的范围。
22.应当理解，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在
…
上”、“与
…
相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在
…
上”、“与
…
直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明
白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
23.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
24.本发明提供一种mim电容，如图2所示，所述的mim电容形成于一半导体衬底上，半导体衬底包含但不仅限于常规的硅衬底，锗硅衬底，以及氮化镓、砷化镓、碳化硅等。所述的mim电容包含第一极板、第二极板以及位于所述第一极板、第二极板之间的第一介质层；所述第一介质层为所述mim电容的极板间介电材料层；所述第一极板为第一金属层，其材质为铜。所述第二极板为具有半透明或者透明特性的导电材质；本实施例采用氮化钛材质。极板间介电材料层为氮化硅材质，在一些实施例中，也可以替换为氧化硅材质。
25.接触孔穿越层间介质将所述mim电容的第一极板、第二极板引出到所述层间介质表面的第二金属层，所述第二金属层的材质同样为铜。连接到所述第一极板的接触孔为标准工艺尺寸的接触孔，连接到所述第二极板的接触孔为大尺寸接触孔，如图2中所述，图中靠右侧的接触孔即为大尺寸的接触孔，其与所述第二极板的接触面积与所述mim电容的第二极板的设计面积相同或者接近，面积差异控制在20%以内，应尽可能接近第二极板的设计面积。
26.本发明提供所述mim电容的工艺方法，所述mim电容形成于一半导体硅衬底上，在所述半导体衬底上淀积第一铜金属层，所述第一铜金属层是在金属层设计中同步集成所述mim电容的第一极板。
27.在所述第一金属层上再依次叠加淀积第一介质层、第二极板材料层，对所述第二极板材料层进行光刻及刻蚀形成所述mim电容的第二极板。第一介质层为氮化硅层，作为mim电容的极板间介电层，采用cvd法进行淀积，其厚度为300～700
å
，与常规工艺保持一致。第二极板材料层为具有透明或者半透明的材质，如氮化钛，采用pvd法进行淀积，淀积厚度为500～600
å
。再在所述第二极板上表面采用cvd法淀积第二介质层，如氮氧化硅，淀积厚度为500
å
。采用光刻及刻蚀工艺对所述第二极板材料层进行刻蚀，形成所述mim电容的第二极板，即上极板。
28.本发明中将第二极板的厚度进行降低，由于厚度的降低，其透明度更高，可以清晰地将位于其下方的光刻对位标记透射出来，用于后续的光刻对位，而不需要重复使用光刻工艺。比如，传统工艺中该第二极板材料的厚度为1000
å
，这个厚度已经导致该材料层的透明度大大降低，已经不能透射光刻对位标记，经过多次实验，本发明中将氮化钛的材质淀积厚度降低到500～600
å
，这个厚度可以保证光刻对位标记仍足够清晰可见，可以直接进行光刻对位，只需增加第二极板也就是上极板的一层光刻层即可完成mim电容的制作。
29.淀积层间介质，在所述层间介质中刻蚀并填充金属形成接触孔，并在所述层间介质表面再次淀积第二金属层，利用光刻，干法刻蚀工艺和cu电镀工艺形成金属连接，将所述mim电容的第一极板及第二极板引出。所述接触孔中的填充金属以及第二金属层的材质均为铜。
30.由于第二极板的厚度降低，导致第二极板的横断面面积缩小，根据电阻的公式可
知这会带来电阻增大的问题。因此，为消除电阻增大的影响，本发明通过大尺寸接触孔来降低所述第二极板的厚度不足所造成的大电阻的影响。如图2中右侧的接触孔所示，本发明将上极板的接触孔横截面积增大到与上极板的面积几乎相同的尺寸，不仅降低接触孔的填充难度问题，还借助接触孔的大尺寸，同步解决了上极板的电阻增大的问题。
31.本发明所述的mim电容的工艺方法，在第一金属层上同步集成（兼用）mim电容下极板，并利用上极板tin半透明的性质直接进行光刻对位，新的mim 结构上极板光刻对位铜金属层和对位amark层效果相同，tin减薄至500～600a可以节省amark层，不影响光刻对位，经过测试，对位偏差在10nm以内，偏差较小对工艺影响可忽略。
32.同时，在接触孔光刻层集成大尺寸接触孔结构来连接上极板，以补偿上极板为保证光刻对位透明度厚度降低带来的电阻增大的影响，只需增加上极板一层光刻层即可形成mim电容，极大节约成本。
33.以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种mim电容的工艺方法，其特征在于：所述mim电容形成于半导体衬底上，在所述半导体衬底上淀积第一金属层，所述第一金属层集成所述mim电容的第一极板；在所述第一金属层上再依次叠加淀积第一介质层、第二极板材料层、第二介质层，对所述第二极板材料层进行光刻及刻蚀形成所述mim电容的第二极板；所述第一介质层为所述mim电容的极板间介电材料层，所述第一金属层与第一介质层及第二极板形成mim电容；淀积层间介质，在所述层间介质中刻蚀形成接触孔，并在所述层间介质表面再次淀积第二金属层，将所述mim电容的第一极板及第二极板引出；所述连接第二极板的接触孔为大尺寸的接触孔，其与所述第二极板的接触面积应尽量接近所述mim电容的第二极板的设计面积。2.如权利要求1所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的半导体衬底包含硅衬底或锗硅衬底。3.如权利要求1所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的第一金属层及第二金属层为铜金属。4.如权利要求1所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的第一介质层为氮化硅，或者是氧化硅。5.如权利要求4所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的第一介质层的厚度为300～700
å
，采用cvd法进行淀积。6.如权利要求1所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的第二极板材料层为具有透明或者半透明的导电材料，采用pvd法进行淀积。7.如权利要求6所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的第二极板材料层材质包含氮化钛；所述第二极板的淀积厚度需保证其透明度能实现清晰透视光刻对位标记，确保光刻的对准不受影响。8.如权利要求7所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的第二极板材料的厚度为500～600
å
。9.如权利要求1所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的第二介质层为氮氧化硅，淀积工艺为cvd法，其厚度为500
å
。10.如权利要求1所述的mim电容的工艺方法，其特征在于：所述的接触孔填充材质均为铜。11.一种mim电容，其特征在于：所述的mim电容形成于一半导体衬底上，包含第一极板、第二极板以及位于所述第一极板、第二极板之间的第一介质层；所述第一介质层为所述mim电容的极板间介电材料层；所述第一极板为第一金属层，所述第二极板为具有半透明或者透明特性的导电材质；接触孔穿越层间介质将所述mim电容的第一极板、第二极板引出到所述层间介质表面的第二金属层；连接到所述第一极板的接触孔为标准工艺尺寸的接触孔，连接到所述第二极板的接触孔为大尺寸接触孔，其与所述第二极板的接触面积为所述mim电容的第二极板的面积。12.如权利要求11所述的mim电容，其特征在于：所述的第二极板的厚度需保证其透明度能实现清晰透视光刻对位标记，确保光刻的对准不受影响；通过大尺寸接触孔来降低所
述第二极板的厚度不足所造成的大电阻的影响。13.如权利要求11所述的mim电容，其特征在于：所述的第一金属层、第二金属层为铜。14.如权利要求11所述的mim电容，其特征在于：所述的第二极板上方还具有第二介质层，所述的大尺寸接触孔穿透所述第二介质层与所述第二极板接触。15.如权利要求14所述的mim电容，其特征在于：所述的第二介质层为氮氧化硅。

技术总结
本发明公开了一种MIM电容的工艺方法，所述MIM电容形成于一半导体衬底上，在所述半导体衬底上淀积第一金属层，所述第一金属层集成所述MIM电容的第一极板；在所述第一金属层上再依次叠加淀积第一介质层、第二极板材料层、第二介质层，对所述第二极板材料层进行光刻及刻蚀形成所述MIM电容的第二极板；所述第一介质层为所述MIM电容的极板间介电材料层，所述第一金属层与第一介质层及第二极板形成MIM电容；淀积层间介质，在所述层间介质中刻蚀形成接触孔，并在所述层间介质表面再次淀积第二金属层，将所述MIM电容的第一极板及第二极板引出；所述连接第二极板的接触孔为大尺寸的接触孔，其与所述第二极板的接触面积为所述MIM电容的第二极板的面积相同。容的第二极板的面积相同。容的第二极板的面积相同。


技术研发人员：吕穿江 王晓日 张其学 郭海亮
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/8/5