[發(fā)明專利]金屬－絕緣體－金屬電容器及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610118812.1
• 申請日: 2006-11-28
• 公開（公告）號: CN101192513A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 沈滿華;胡友存
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/82;H01L29/92;H01L27/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 逯長明

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領域，特別涉及一種金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal，MIM)電容器及其制造方法。

背景技術(shù)

電容器作為存儲電荷、耦合、濾波器件被廣泛應用于半導體集成電路中。通常為了改善高速數(shù)字電路和射頻(RF)電路的性能，需要采用大容量的電容器并采用相應的形成方法。隨著半導體技術(shù)進入90nm工藝節(jié)點，器件特征尺寸不斷縮小，元件之間的高性能、高密度的連接不僅在單個互連層中互連，而且要在多層之間進行互連。因此，器件之間的連接大量采用多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個互連金屬層互相堆疊，并且層間絕緣膜置于其間，然后在層間絕緣膜中形成互聯(lián)溝槽和連接孔，并用導電材料例如銅(Cu)、鎢(W)填充所述互聯(lián)溝槽和連接孔，以形成互連多層金屬層的互連金屬導線。在高端工藝中，由于互連層為金屬互連結(jié)構(gòu)，多層互連結(jié)構(gòu)的各個金屬層和層間電介質(zhì)也構(gòu)成了許多電容，這些電容中即包括在形成多層互連結(jié)構(gòu)時形成的金屬引線之間、金屬層與層間電介質(zhì)之間的雜散電容，也包括互連金屬和絕緣層之間形成的電容。由于互連層的導體為金屬結(jié)構(gòu)，因此在互連層之間形成的電容主要采用具有金屬-絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)的MIM電容器。MIM電容器廣泛應用于混合信號器件及邏輯器件例如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)或數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換(DAC)電路、射頻(RF)電路、模擬電路、高功率微處理器(MPU)以及動態(tài)隨機存取存儲單元等器件中，用于電荷的存儲和電路匹配。

MIM電容器在半導體集成電路中通常位于器件多層結(jié)構(gòu)的上層，其結(jié)構(gòu)更接近于典型意義的電容器，即金屬電極板之間具有電介質(zhì)的電容器。圖1為說明MIM電容器結(jié)構(gòu)的器件剖面示意圖。如圖1所示，器件的絕緣層100表面的金屬層101、電介質(zhì)層102以及金屬層103構(gòu)成了MIM電容器110。如申請?zhí)枮椤癦L03108821.x”的中國專利申請中所描述的，金屬層101作為電容器的下電極板，其材料為銅，利用ECP(電化學沉積)方法淀積形成，也可是PVD(物理氣相淀積)形成的鋁。電介質(zhì)層102作為電容器的電介質(zhì)，其材料為氮化硅(SiN)等高介電常數(shù)材料；金屬層103作為MIM電容器的上電極板，其材料也可以為金屬銅，為提高電容器的容量，上電極板的材料優(yōu)選為金屬鉭(Ta)。MIM電容器的上電極板103和下電極板101通過形成于層間介電層(ILD)120中的金屬連接孔140和130連接至上層互連線路，與其它元件形成電連接。

MIM電容器的形成通常在后段工藝中進行。圖2A至圖2D為描述上述MIM電容器形成過程的器件剖面圖。如圖2A所示，在半導體襯底的絕緣層表面形成的金屬層101表面依次形成電介質(zhì)層102、上電極金屬層103，然后在金屬層103表面利用化學氣相淀積工藝沉積一層氮氧化硅(SiON)104作為硬掩膜層。接著涂布光刻膠，并利用曝光、顯影等光刻工藝圖案化上述光刻膠，形成定義上電極板位置的光刻膠圖形105。隨后如圖2B所示，利用光刻膠圖形105為掩膜，采用等離子刻蝕工藝刻蝕氮氧化硅(SiON)104和金屬層103。氮氧化硅利用含氟氣體，例如CF4、C2F6等氣體刻蝕；對于金屬的刻蝕通常采用含氯氣體(Cl)。然后，如圖2C所示，去除光刻膠圖形105，并去除氮氧化硅層104，形成如圖2D所示的由金屬層101作為下電極板，電介質(zhì)層102作為電介質(zhì)，金屬層103作為上電極板的MIM電容器的。

如前所述，形成上電極板的金屬層103的材料為鉭，在利用含氯氣體刻蝕材料為鉭(Ta)的上電極103時，Ta與刻蝕氣體Cl₂反應會生成揮發(fā)性較差的TaCl_x，在刻蝕過程中與光刻膠105反應生成Ta基聚合物150，如圖2E所示。所述Ta基聚合物150附著在尚未去除的光刻膠105的側(cè)面，去除所述光刻膠105后，Ta基聚合物150則殘留在硬掩膜104側(cè)面和頂部，形成冠狀的殘留聚合物160，如圖2F所示，嚴重影響后續(xù)薄膜淀積工藝的進行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬-絕緣體-金屬電容器及其制造方法，能夠避免冠狀刻蝕缺陷的出現(xiàn)。

本發(fā)明提供的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，包括：

在絕緣層上形成第一金屬層；

在所述第一金屬層上形成第一電介質(zhì)層；

在所述第一電介質(zhì)層上形成第二電介質(zhì)層；

在所述第二電介質(zhì)層中刻蝕出溝槽；

在所述溝槽中形成第二金屬層；

平坦化所述第二金屬層和所述第二電介質(zhì)層。

所述第一電介質(zhì)層和所述第二電介質(zhì)層的材料相同。

所述材料為氮化硅或氮氧化硅。