[發(fā)明專利]一種MOM電容制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210345798.4
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102867735A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張亮
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MOM電容技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MOM電容制造方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，性能不斷提升的同時(shí)也伴隨著器件小型化和微型化的進(jìn)程。電容器是集成電路中的重要組成單元，廣泛運(yùn)用于存儲器，微波，射頻，智能卡，高壓和濾波等芯片中，具體用途有帶通濾波器，鎖相環(huán)，動態(tài)隨機(jī)存儲器等等。

集成電路芯片中的電容結(jié)構(gòu)多種多樣，如MOS（metal-oxide-semiconductor?Field,金屬-氧化物-半導(dǎo)體）場效應(yīng)管電容，PIP（poly-insulator-poly,聚乙烯-絕緣體-聚乙烯）電容，可變結(jié)電容以及后段互連中的MIM(metal-insulat0r-metal,金屬-絕緣體-金屬)電容和MOM(metal-oxide-metal,金屬-氧化物-金屬)電容。存在于后段互連層中的電容結(jié)構(gòu)不占用器件層的面積，且電容的線性特征要遠(yuǎn)好于其他類型的電容。目前最常見的后段電容結(jié)構(gòu)有兩種：結(jié)構(gòu)如圖1所示的MIM平板電容模型，其最簡單的結(jié)構(gòu)是將水平方向平行的金屬板疊成數(shù)層置于AB兩級之間，將介電層間隔于金屬板之間，這樣所形成的堆疊結(jié)構(gòu)即為MIM電容器。例如一種目前典型的電容器結(jié)構(gòu)是由銅金屬層-電介質(zhì)層-鉭金屬層組成的三明治結(jié)構(gòu)。其下層金屬利用現(xiàn)有的下層互連金屬線或者重新沉積定義，另外一種金屬層有多種材料可選，如銅，鋁，鉭，鈦及其合金等。而介質(zhì)絕緣層也有多種不同介電常數(shù)的材料可選。MIM電容器盡管結(jié)構(gòu)簡單，但形成至少兩層金屬板需要很多額外的工藝步驟，從而增加了許多制造上的成本負(fù)擔(dān)。

而另一種電容結(jié)構(gòu)則是MOM（金屬-氧化物-金屬）電容，它主要是利用上下兩層金屬導(dǎo)線及同層金屬之間的整體電容。該種電容器的好處是其可以用現(xiàn)有的的互連制造工藝來實(shí)現(xiàn)，即可以同時(shí)完成MOM電容與銅互連結(jié)構(gòu)。且電容密度較高，還可以通過堆疊多層MOM電容來實(shí)現(xiàn)較大的電容值，因此在高階制程有更為廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有工藝中，因?yàn)镸OM電容要與互連結(jié)構(gòu)同時(shí)完成，所以其介質(zhì)厚度由通孔的高度和金屬線的厚度決定。該厚度會影響金屬線的方塊電阻，通孔的電阻值，互連層的機(jī)械性能及可靠性，無法獨(dú)立更改。因此，MOM電容密度受互連工藝參數(shù)決定而在傳統(tǒng)工藝中較難實(shí)現(xiàn)電容密度的提高和調(diào)整。

隨著芯片尺寸的減少及性能對大電容的需求，如何在有限的面積下獲得高密度的電容成為一個(gè)非常有吸引力的課題。根據(jù)電容公式為了獲得較高單位面積的電容密度，通常采用的方法有三種：

1．采用更高介電常數(shù)的介電材料來提高電容密度。但是目前可用的高介電材料有限，可以與現(xiàn)有后段工藝結(jié)合的更少，因此換用高介電常數(shù)材料的提升電容密度的方法運(yùn)用較少。；

2．根據(jù)物理學(xué)電容計(jì)算原理，減少兩極板的距離也可以增大電容。而在具體制造過程中就是減少介質(zhì)層的厚度。但是很顯然的是，介質(zhì)層厚度降低，則在同等工作電壓下，介質(zhì)材料所承受的電場強(qiáng)度也相應(yīng)增加。而介質(zhì)材料的耐擊穿程度是一定的，為了獲得可靠的器件減少擊穿損壞的危險(xiǎn)，通常利用減少介質(zhì)的厚度來實(shí)現(xiàn)電容密度提高的程度是有限的，而且犧牲了耐擊穿的可靠性。

3．在單層電容器的結(jié)構(gòu)下，利用起伏的形貌或者半球狀晶粒，增加單位面積上的電容極板面積，如中國專利（公開號：CN1199245A，“形成集成電路電容器的方法，以及由此形成的電容器”）利用粗糙的高低起伏表面來提高電容器兩極板之間的交疊面積，達(dá)到提高電容密度的效果。但是這種方法，所能提高的幅度有限，而且高低起伏的形貌對工藝帶來很大難度。

此外，中國專利（公開號：CN1624894A，“堆疊式金屬-絕緣體-金屬電容器及其制造方法”，提到一種利用互連線上下兩層，及層間介質(zhì)層作為電容的多層金屬層電容器堆疊。該方法根本目的在于利用較厚的金屬層間介質(zhì)作為電容器的介質(zhì)層而使電容的擊穿電壓增大。然而由于介質(zhì)層太厚，所以電容密度很低，即便疊加多層也難以達(dá)到普通單層電容器水平。此外，這種方法需要占用多個(gè)互連層的空間，在這些電容存在的所有互聯(lián)層區(qū)域都不能存在其它互連線，因此芯片的后段可用布線面積大幅降低，不利于器件的小型化，也為電路設(shè)計(jì)帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種MOM電容制造方法的技術(shù)方案，具體如下：

一種MOM電容制造方法，用于增大MOM電容結(jié)構(gòu)的電容密度；所述MOM電容結(jié)構(gòu)包括電容區(qū)和銅互連區(qū)；所述MOM電容結(jié)構(gòu)經(jīng)薄膜沉積后形成刻蝕阻擋層、低介電常數(shù)的介質(zhì)層和金屬硬掩膜層，所述金屬硬掩膜層包括緩沖層、掩膜層和上覆層；

其中，具體包括：