[發明專利]金屬－絕緣－金屬型電容器及其制作方法

有效

• 申請號: 200710037680.4
• 申請日: 2007-02-13
• 公開（公告）號: CN101246910A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 王媛;張步新
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L29/92
• 分類號: H01L29/92;H01L27/04;H01L21/02;H01L21/822
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及半導體器件及其制作方法，特別涉及金屬-絕緣-金屬型電容器及其制作方法。

背景技術

在超大規模集成電路中，電容器是常用的無源元件之一。電容器經常整合在雙極(Bipolar)晶體管或互補式金屬氧化物半導體(CMOS，ComplementaryMetal?Oxide?Semiconductor)晶體管等有源元件之中。目前制造電容器的技術可分成以多晶硅為電極以及以金屬為電極兩種，以多晶硅當電極會有載子缺乏的問題，使得跨越電容器兩端的表面電壓改變時，電容量也會隨著改變，因此以多晶硅為電極的電容器無法維持現今邏輯電路要求的線性需求。而以金屬為電極的電容器則無上述的問題，此種電容器泛稱為金屬-絕緣-金屬型(MIM，Metal-Insulator-Metal)電容器。

現有制作金屬-絕緣-金屬型電容器的方法如專利號為02105478的中國專利所公開的技術方案。如圖1所示，在半導體襯底100上用化學氣相沉積法形成第一介電層102，其中第一介電層102的材料可以是氧化硅；第一介電層102沉積完成后，用化學機械研磨法來實現第一介電層102的平坦化；以濺鍍法于第一介電層102上方形成第一阻擋層103，第一阻擋層103是由氮化鈦和鈦組成，防止后續形成的金屬層擴散至第一介電層102中；在第一阻擋層103上方用化學氣相沉積法形成以銅或鋁銅合金為材料的第一金屬層104，作為后續電容器的下電極；接著用濺鍍法在第一金屬層104上形成第二阻擋層105，防止第一多金屬層104擴散；用化學氣相沉積法在第二阻擋層105上形成絕緣層106，用于金屬層間的絕緣，絕緣層106的材質須具有良好的介電常數；用濺鍍法在絕緣層106上形成第三阻擋層107，防止后續形成的金屬層擴散至絕緣層；用化學氣相沉積法在第三阻擋層107上形成第二金屬層108，作為后續電容器的上電極，第二金屬層108的材料為銅或鋁銅合金；然后，在第二金屬層108上用化學氣相沉積法形成蝕刻阻擋層110，蝕刻阻擋層110的材料為氮化硅，用于后蝕刻金屬層的硬掩膜；在蝕刻阻擋層110上旋涂第一光刻膠層111，經過曝光顯影工藝后，在第一光刻膠層111上形成第一圖案，用于定義后續形成電容器上電極。

如圖2所示，以第一光刻膠層111為掩膜，用干法蝕刻法去除蝕刻阻擋層110、第二金屬層108、第三阻擋層107和絕緣層106至露出第二阻擋層105，蝕刻后的第二金屬層108為電容器上電極108a；去除第一光刻膠層111。

如圖3所示，用旋涂法在蝕刻阻擋層110和第一金屬層104上形成第二光刻膠層112，經過曝光顯影工藝后，在第二光刻膠層112上形成第二圖案，用于定義后續形成電容器下電極；以第二光刻膠層112為掩膜，用干法蝕刻法蝕刻第二阻擋層105和第一金屬層104至露出第一阻擋層103，蝕刻后的第一金屬層104為電容器下電極104a。

如圖4所示，在形成電容器上電極104a和下電極108a后，去除第二光刻膠層112；然后，用化學氣相沉積法在第一阻擋層103、第二阻擋層105和蝕刻阻擋層110上形成第二介電層114，第二介電層114的材料可以是硼磷硅玻璃(BPSG)或氧化硅，用以隔離電容器上電極108a與下電極104a以及后續沉積的金屬層；用化學機械拋光法使第二介電層114平坦化；在第二介電層114上旋涂第三光刻膠層115，經過曝光顯影工藝后，在第三光刻膠層115上形成開口圖案116和開口圖案117，開口圖案116與后續電容器上電極108a連通的接觸孔位置對應，開口圖案117與及后續電容器下電極104a連通的接觸孔位置對應。

如圖5所示，以第三光刻膠層115為掩膜，用干法蝕刻法沿開口圖案116蝕刻第二介電層114和蝕刻阻擋層110至露出電容器上電極108a，形成開口118；同時沿開口圖案117蝕刻第二介電層114和第二阻擋層105至露出電容器下電極104a，形成開口119。

如圖6所示，在開口118和119中填充滿金屬物質，形成與上電極108a連通的接觸孔120和與下電極104a連通的接觸孔121，使電容器上電極108a與下電極104a與后續布線連接。

現有制作金屬-絕緣-金屬型電容器的方法，由于在形成電容器上電極和下電極為兩個步驟，要經過不同曝光顯影及蝕刻過程，成本高且步驟多；另外在上電極和下電極上形成接觸孔是同時進行的，由于上電極和下電極高度不一致，因此容易造成與上電極連通的接觸孔蝕刻過度或與下電極連通的接觸孔蝕刻不足。

發明內容