[發(fā)明專利]一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410156492.3
• 申請(qǐng)日: 2014-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN103928301A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉娟;袁婷婷;羅衛(wèi)軍;和致經(jīng);劉新宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L21/28
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體無源元件制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的制作方法，該制作工藝可應(yīng)用于任何基板，能夠改善金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)電容的質(zhì)量。

背景技術(shù)

在微波單片集成電路(MMIC)中，大量無源器件與有源器件集成在同一芯片上，這是MMIC電路有別于傳統(tǒng)集成電路的重要標(biāo)志之一。在MMIC設(shè)計(jì)中，無源器件常應(yīng)用于匹配網(wǎng)絡(luò)、直流偏置網(wǎng)絡(luò)、相位變換以及濾波器等多種子電路中，而作為無源器件中的電容的質(zhì)量將直接影響著整個(gè)MMIC電路的可靠性。在微波領(lǐng)域中，電容多采用覆蓋電容即金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的單位面積電容值大，能有效縮小芯片面積，在MMIC中廣泛應(yīng)用于低阻抗匹配電路、旁路和隔直電路。

目前現(xiàn)有工藝流程中，制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的主要工藝流程如下：

步驟1：在基板上涂光刻膠，采用正膠工藝，光刻膠厚度控制在1μm-1.5μm之間，采用接觸式光刻機(jī)MA6對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻、顯影、形成下極板圖形，此時(shí)下極板圖形處無光刻膠，其余部分含有光刻膠，如圖1(a)示意圖所示；

步驟2：將帶有光刻膠形成圖形的基片放入蒸發(fā)機(jī)，蒸發(fā)順序?yàn)榻饘僬掣綄樱饘俳餉u，厚度根據(jù)實(shí)際需要制定，蒸發(fā)完畢后，將整片放入剝離液中，通常采用丙酮溶液，由于下極板圖形外圍光刻膠的存在，隨著丙酮的進(jìn)入，光刻膠上的金屬被剝離，而電容下極板處的金屬留下，經(jīng)過清洗吹干，進(jìn)入下一個(gè)步驟，如圖1(b)、圖1(c)過程所示；

步驟3：將完成的片子整片放入等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)介質(zhì)，介質(zhì)通常采用SiO₂或Si₃N₄，生長(zhǎng)速率控制在20-40nm／min，如圖1(d)所示；

步驟4：將生長(zhǎng)有介質(zhì)的基片全片勻膠，采用正膠，厚度在1μm-1.5μm，采用接觸式光刻機(jī)MA6對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻、顯影、形成孔的圖形，即孔的圖形處沒有光刻膠，并利用干法刻蝕的方法去除開孔處的介質(zhì)層，通常采用離子刻蝕設(shè)備(RIE)，刻蝕速率控制在60-90nm／min，確定刻蝕干凈后，將片子放入丙酮中，去除孔以外圖形處的光刻膠如圖1(e)、圖1(f)所示；

步驟5：將清洗干凈的片子涂正膠光刻膠，厚度在2.5μm-3μm之間，采用接觸式光刻機(jī)MA6對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻、顯影、形成上極板圖形，如圖1(g)；

步驟6：將光刻好的片子放入濺射的儀器，整片濺射起鍍層，如圖1所示，⑤為起鍍層，此時(shí)片子的全片覆蓋起鍍層，起鍍層的金屬通常采用Ti／Au，厚度30nm／80nm如圖1(h)所示；

步驟7：將濺射好的片子整片涂覆光刻膠，建議采用正膠，厚度控制在3μm，采用接觸式光刻機(jī)MA6對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻、顯影、形成上極板圖形以及壓點(diǎn)圖形，如圖1(i)所示；；

步驟8：將光刻完畢的片子放入電鍍液中進(jìn)行電鍍，控制電鍍的導(dǎo)通電阻在3歐姆以下，電鍍的電流控制在2.5×10^-2／mm²，電鍍的速率為0.08-0.11μm／min，電鍍層厚度為2.5μm，完成電鍍?nèi)鐖D1(.j)所示；

步驟9：將電鍍完成的片子放入丙酮中，由于光刻膠的存在，濺射在光刻膠位置上的起鍍層隨著光刻膠的溶解而玻璃，最終形成了空氣橋圖形、電容上極板以及壓點(diǎn)，如圖1(k)所示。

圖2示出了傳統(tǒng)工藝制作的金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的剖面圖。

然而，這種方法中有一些缺陷：首先在下極板金屬金之上，直接淀積介質(zhì)層，由于金和介質(zhì)的黏附性不好，影響了金屬下極板的表面狀況，介質(zhì)直接淀積在這樣的表面上會(huì)影響介質(zhì)層的生長(zhǎng)，從而降低介質(zhì)的致密性，降低介質(zhì)層的質(zhì)量，致使電容的漏電較大，品質(zhì)因數(shù)Q值降低，擊穿電壓不高。其次，為了提高電容的質(zhì)量，一般使用改善介質(zhì)層的方法，例如加厚介質(zhì)層，使用不同的淀積方法，但是對(duì)加厚介質(zhì)層會(huì)降低單位電容值，增大芯片面積，采用不同的淀積介質(zhì)方法會(huì)大大提高芯片制作成本，增加工藝復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，以改善電容介質(zhì)層與金屬下極板的黏附性，優(yōu)化電容下極板表面狀況，提高電容介質(zhì)層的生長(zhǎng)質(zhì)量，提高金屬-介質(zhì)-金屬電容直流及微波特性。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，該方法包括：