專利名稱：集成無源器件、mim電容、極板及極板的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種集成無源器件、其中的MIM電容、該電容中的極板及極板的形成方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的射頻(RF)電路使用大量的無源器件，比如電感器。無源器件和無源器件電路的微型化是RF器件技術(shù)的重要目標(biāo)。無源器件技術(shù)的最新進展產(chǎn)生了集成無源器件(Integrated Passive Device,IK))，其中電感、電容和電阻集成在單個緊密的襯底上。在這些IPD中，電感組件的設(shè)計通常需要實現(xiàn)的目標(biāo)之一就是高品質(zhì)因素Q，即輸入信號的損耗要小。 圖I為現(xiàn)有的一種集成無源器件(Integrated Passive Device)的結(jié)構(gòu)示意圖。該集成無源器件形成在半導(dǎo)體襯底10上,其中包括一個MIM電容(Metal Insultor MetalCapacitor) 11與兩個電感12、15，三者之間填充絕緣材質(zhì)17。其中一個電感12與電容11的上極板113通過插塞14形成電連接，另一個電感15通過另一個插塞16與電容11的下極板111形成電連接；上下極板111、113之間由絕緣層112電絕緣。圖I中的無源器件在工作時，下極板111內(nèi)的電流沿著箭頭方向或逆著方向流動，從一個電感到另一個電感，其流動過程中，由于下極板111存在電阻，因而會損耗部分輸入信號的能量，引起Q值變低。為了改善上述情況，行業(yè)內(nèi)采用降低該下極板111的電阻，根據(jù)電阻公式R = P L/S，因而提高該極板111內(nèi)電流流過的橫截面積可以實現(xiàn)上述目的，即采用提高下極板111的厚度。然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該下極板111的形成方法一般為PVD淀積，該淀積過程中，首先在絕緣材質(zhì)17上淀積一層擴散阻擋層，該層表面會呈現(xiàn)微觀不平整，后續(xù)沉積在該凹凸不平的表面上的金屬層在形核過程會擇優(yōu)取向，導(dǎo)致粒子在突起的部位生長較快，因而，金屬層形成的厚度越厚，最終淀積形成的下極板111的上表面凹凸不平的現(xiàn)象越嚴(yán)重。此外，由于擴散阻擋層和該金屬層熱應(yīng)力失配，在釋放熱應(yīng)力的過程會導(dǎo)致表面突起的地方突起的更為嚴(yán)重，嚴(yán)重的時候還可能導(dǎo)致晶須缺陷(whisker defects)的形成。在該凹凸不平的下極板111上淀積絕緣層112時，該層112由于較薄，因而再在其上淀積上極板113時，該絕緣層112由于薄厚不均勻，三層形成的電容11很容易在薄的區(qū)域擊穿，從而導(dǎo)致該電容11失效。此外，該無源器件一般為大量集成，因而，某一電容失效，會導(dǎo)致整個集成無源器件失效。有鑒于此，實有必要提出一種新的MM電容的極板及其形成方法，以及包含該極板的MM電容、集成無源器件，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提出一種新的MIM電容的極板及其形成方法，以及包含該極板的MIM電容、集成無源器件，以解決現(xiàn)有的制作方法形成的極板凹凸不平，并導(dǎo)致包含該極板的電容、集成無源器件失效。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種MM電容的極板，包括第一擴散阻擋層及形成于所述第一擴散阻擋層上的第一金屬層，所述第一金屬層內(nèi)至少設(shè)置一層平行于第一擴散阻擋層的第二金屬層，所述第二金屬層的材質(zhì)與所述第一金屬層的材質(zhì)不同。可選地，所述第二金屬層的厚度范圍為小于500A。 可選地，所述第二金屬層有多層?？蛇x地，所述極板的厚度大于I微米。可選地，所述第一金屬層的材質(zhì)為鋁或鋁銅合金，所述第二金屬層的材質(zhì)為氮化鈦。可選地，所述第一金屬層的材質(zhì)為銅，所述第二金屬層的材質(zhì)為鉭?？蛇x地，所述第一金屬層的與形成有第一擴散阻擋層的表面相對的另一面形成有第二擴散阻擋層?？蛇x地，所述第一擴散阻擋層的材質(zhì)為氮化鈦?？蛇x地，所述氮化鈦與所述第一金屬層之間還設(shè)置有鈦層。此外，本發(fā)明還提供一種MM電容，包括上述任意一項中的極板?？蛇x地，其中一個極板為權(quán)利要求1-9任意一項形成的極板，另一個極板的材質(zhì)為氮化鈦，兩極板間的介電層為氮化硅。在上述電容的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供一種集成無源器件，包括括上述的MM電容?？蛇x地，上述的極板與一個電感相連。可選地，所述MIM電容的另一個極板與另一個電感相連。對應(yīng)地，本發(fā)明還提供了上述MM電容極板的形成方法，包括淀積第一擴散阻擋層；在所述第一擴散阻擋層上淀積部分厚度的第一金屬層；在所述部分厚度的第一金屬層上淀積第二金屬層，所述第一金屬層的材質(zhì)與所述第二金屬層材質(zhì)不同；在所述第二金屬層上淀積第二厚度的第一金屬層。
可選地，所述部分厚度與所述第二厚度形成第一金屬層的總厚度?？蛇x地，所述第一金屬層的材質(zhì)為鋁或鋁銅合金，淀積方法為濺射，所述第二金屬層的材質(zhì)為氮化鈦，所述氮化鈦的形成方法包括淀積鈦層，所述淀積方法為濺射；通入氮氣，所述鈦層與氮氣進行反應(yīng)生成氮化鈦。可選地，所述部分厚度為所述總厚度的一半?？蛇x地，還包括在所述第二厚度的第一金屬層上進行多次依次淀積第二金屬層、第一金屬層的步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點采用在第一金屬層內(nèi)部設(shè)置至少一層第二金屬層，所述第二金屬層的材質(zhì)與所述第一金屬層的材質(zhì)不同，利用了異種材質(zhì)在淀積時，可以克服在先淀積的擴散阻擋層的凸起部位容易成核且生長較快、釋放熱應(yīng)力的過程會導(dǎo)致表面突起的地方突起的更為嚴(yán)重的問題，可以避免由于該層凹凸不平引起其上淀積的絕緣層薄厚不均勻，進而避免導(dǎo)致的電容、含該電容的集成無源器件發(fā)生擊穿；可選方案中，所述第二金屬層的厚度范圍小于500A，從而形成的新的極板由于第一金屬層仍占絕大部分厚度，因而，該層的電阻變化不大；可選方案中，所述第二金屬層設(shè)置多層，即第一金屬層、第二金屬層、第一金屬層、第二金屬層…，第一金屬層；上述結(jié)構(gòu)尤其針對極板厚度大于I微米條件的凹凸不平問題改善效果好；可選方案中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述第一金屬層的材質(zhì)為鋁或鋁銅合金，所述第二金屬層的材質(zhì)為氮化鈦時，或所述第一金屬層的材質(zhì)為銅，所述第二金屬層的材質(zhì)為鉭時，該第二金屬層的各自材質(zhì)在抑制第一金屬層的凸起部位生長較快問題上效果更好。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的無源集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例一提供的MIM電容極板的形成方法流程圖；圖3是本發(fā)明實施例一提供的MIM電容極板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3極板的改進結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)不同厚度的極板、圖4的2個樣品的電阻測試結(jié)果圖；圖6是50個現(xiàn)有技術(shù)的MM電容、50個圖4的樣品的累計樣品數(shù)目與樣品總數(shù)比值與擊穿電壓的關(guān)系圖；圖7是本發(fā)明實施例二提供的MIM電容極板的形成方法流程圖；圖8是本發(fā)明實施例二提供的MIM電容極板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖8極板的改進結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。由于本發(fā)明重在解釋原理，因此，未按比例制圖。實施例一本實施例一以在第一金屬層內(nèi)形成一層第二金屬層為例，以下結(jié)合圖2中的流程圖以及圖3中的截面結(jié)構(gòu)示意圖，詳細介紹MIM電容的極板的制作方法與結(jié)構(gòu)。首先，執(zhí)行步驟S11，淀積第一擴散阻擋層2110;本步驟中的第一擴散阻擋層2110形成在絕緣材質(zhì)上，例如二氧化硅或氮化硅上。該第一擴散阻擋層2110的目的是阻止第一金屬層2111中的金屬，尤其是銅，擴散入介電層中。該第一擴散阻擋層2110的材質(zhì)可以選擇現(xiàn)有能實現(xiàn)該功能的材質(zhì)，例如為氮化鈦。此外，為了增強氮化鈦與第一金屬層2111的結(jié)合性，可以兩者之間形成一層附著力較強的鈦層。執(zhí)行步驟S12，在所述第一擴散阻擋層2110上淀積部分厚度的第一金屬層2111。該部分厚度優(yōu)選第一金屬層總厚度的一半，也可以根據(jù)需要選擇總厚度的部分。第一金屬層2111的材質(zhì)可以選擇導(dǎo)電金屬，例如半導(dǎo)體金屬互連結(jié)構(gòu)常用的鋁、銅等或兩者的合金。第一金屬層2111的淀積方法為PVD，本實施例一中為濺射法。執(zhí)行步驟S13，在所述部分厚度的第一金屬層2111上淀積第二金屬層2112，所述第一金屬層2111的材質(zhì)與所述第二金屬層2112材質(zhì)不同。正如背景技術(shù)所述，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，目前行業(yè)內(nèi)的高品質(zhì)因素的需求要求極板的厚度較厚，但是，一次連續(xù)淀積形成該總厚度的金屬層時，在先淀積的擴散阻擋層顆粒會出現(xiàn)凹凸不平的情況，再接著在該凹凸不平的表面沉積金屬原子時，該金屬原子隨著淀積進行，具有在該凸起部位生長較快的現(xiàn)象，隨著淀積厚度增加，該凹凸不平的問題越來越被放大。針對上述問題，本發(fā)明提出采用在擴散阻擋層上先淀積某種材質(zhì)的金屬一定厚度，然后替換其它異種材質(zhì)的導(dǎo)電物質(zhì)淀積，該導(dǎo)電物質(zhì)由于與在先淀積金屬晶格結(jié)構(gòu)不匹配，因而無在凸起部位生長較快問題，可以改善凹凸不平的現(xiàn)象。在具體實施過程中，第二金屬層2112可以選擇導(dǎo)電性能大致與銅、鋁、銅鋁合金、或鋁銅合金相近的材質(zhì)。其中，銅鋁合金為銅占絕大部分，鋁銅合金為鋁占絕大部分。除此之外，第二金屬層2112也可以選擇導(dǎo)電性能略差于第一金屬層2111、2113(例如銅、鋁、銅鋁合金、或鋁銅合金)的材質(zhì)，例如氮化鈦或鉭。需要說明的是，為與MIM電容中的M(metal)保持一致，本步驟中，對第二金屬層2112中的金屬進行了擴大解釋，即其材質(zhì)滿足導(dǎo)電性能都稱為金屬。 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，I)所述第一金屬層2111、2113的材質(zhì)為鋁或鋁銅合金，所述第二金屬層2112、2113的材質(zhì)為氮化鈦時,該第二金屬層2112的材質(zhì)在抑制第一金屬層2111的凸起部位生長較快、在釋放熱應(yīng)力的過程會導(dǎo)致表面突起的地方突起的更為嚴(yán)重問題效果好；2)所述第一金屬層2111、2113的材質(zhì)為銅，所述第二金屬層2112的材質(zhì)為鉭時，該第二金屬層2112的材質(zhì)在抑制第一金屬層2111、2113的凸起部位生長較快問題效果也較好。對于I)情況，第二金屬層2112氮化鈦的淀積方法為首先淀積鈦層，所述淀積方法為濺射；接著通入氮氣，所述鈦層與氮氣進行反應(yīng)生成氮化鈦。上述工藝為現(xiàn)有工藝，具體參數(shù)在此不再贅述。對于2)情況,第二金屬層2112鉭的淀積方法為PVD,本實施例一中為派射法。此外，對于上述I)情況，由于氮化鈦導(dǎo)電性能不如銅、鋁等，因而，在具體實施過程中，該第二金屬層2112的厚度優(yōu)選小于500A(即50nm),如此形成的極板211由于第一金屬層2111、2113仍占絕大部分厚度，因而，該層211的電阻與一次連續(xù)淀積形成的第一金屬層變化不大。執(zhí)行步驟S14，在所述第二金屬層2112上淀積第二厚度的第一金屬層2113，所述部分厚度與所述第二厚度形成第一金屬層的總厚度。本步驟再在該異種金屬上淀積在先金屬，可以達到利用該鋁、銅或兩者合金等導(dǎo)電性能較佳的金屬作為極板的目的。至此，本實施例一提供的MM電容的極板211已形成完畢。該極板211包括第一擴散阻擋層2110、第一金屬層2111、2113及位于所述第一金屬層2111、2113間的以提高所述極板211平整度的一層第二金屬層2112,所述第二金屬層2112的材質(zhì)與所述第一金屬層2111,2113的材質(zhì)不同。對實施例一進行優(yōu)化地，所述第一金屬層的兩個外表面均設(shè)置有擴散阻擋層，與第一擴散阻擋層2110相對的為第二擴散阻擋層2114，所述設(shè)置擴散阻擋層的表面平行于所述第二金屬層2112。即在步驟S14執(zhí)行完后，還可以執(zhí)行步驟S15，參照圖4所示，形成第二擴散阻擋層2114，該第二擴散阻擋層2114的目的是阻止第一金屬層2113中的金屬，擴散入介電層中。本發(fā)明人對采用現(xiàn)有技術(shù)一次淀積完成的0. 45微米的鋁銅合金極板、I微米的鋁銅合金極板，以及采用本實施例一的淀積方法形成的圖4所示結(jié)構(gòu)的兩個樣品的I微米的鋁銅合金極板211進行了電阻測試，需要說明的是，上述四個樣品除了厚度不同，其余條件都相同。所得測試結(jié)果如圖5所示，可以看出，極板厚度越小，電阻越大，其原因由電阻公式?jīng)Q定；同時，增加一層第二金屬層2112，對極板211的整體電阻改變不大。此外，本實施例一還提供一種MM電容，包括上述的極板211。在具體實施過程中，該電容的其中一個極板為上述形成的極板211，另一個極板的材質(zhì)為氮化鈦，兩極板間的介電層為氮化硅。 為驗證本實施例一提供的極板改善抗擊穿性能的效果，本發(fā)明人對50個一次持續(xù)淀積形成的MM電容與本實施例一中圖4中提供的電容進行了對比試驗。具體結(jié)果參見圖6所不?？梢钥闯?，現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容還有小于報廢擊穿電壓15V的樣品，其擊穿電壓大約3V，見圖6中的Q區(qū)域。此外，可以看出，本實施例一的擊穿電壓在55V以上的樣品數(shù)明顯多于現(xiàn)有技術(shù)的樣品。在上述電容的基礎(chǔ)上,本實施例一提供一種集成無源器件，包括括上述的MIM電容。在具體實施過程中，與現(xiàn)有技術(shù)類似，上述的極板211與一個電感相連，另一個極板與另一個電感相連。實施例二本實施例二與實施例一不同的是，本實施例二形成的極板211’需要較厚，例如大于I微米，因而，針對上述情況，本實施例二中形成多層第二金屬層2112。具體地，參照圖7所示，首先執(zhí)行實施例一中的步驟SI I、S12、S13，接著執(zhí)行步驟S14’，在所述第二厚度的第一金屬層2113上進行多次依次淀積第二金屬層、第一金屬層的步驟，所述部分厚度、第二厚度、多次淀積的厚度的總和形成第一金屬層的總厚度。以兩次淀積為例，圖8中不出了交替的第二金屬層2115、第一金屬層2116、第二金屬層2117、第一金屬層2118。在具體實施過程中，所述部分厚度、第二厚度、多次淀積的厚度中的每一個厚度可以都不相同，也可用都相同或某幾個相同，取決于改善極板211’的平整度的效果。此外，每次淀積的第二金屬層的厚度也可以每次都不相同，也可用都相同或某幾次相同，也取決于改善極板211’的平整度的效果。至此，本實施例二提供的MM電容的極板211’已形成完畢。如圖8所示，該極板211’自下而上包括第一擴散阻擋層2110、第一金屬層2111、2113、2116、2118及位于所述第一金屬層2111、2113、2116、2118間的以提高所述極板211’平整度的三層第二金屬層2112、2115、2117，所述第二金屬層2112、2115、2117的材質(zhì)與所述第一金屬層2111、2113、2116,2118的材質(zhì)不同。此外，與實施例一類似，為防止極板211’表面的第一金屬層中的金屬離子擴散入介質(zhì)層，對本實施例二的極板，所述第一金屬層的兩個外表面均設(shè)置有擴散阻擋層，所述第一擴散阻擋層2110與第二擴散阻擋層2114的表面平行于所述第二金屬層2112。即在步驟S14’執(zhí)行完后，還可以執(zhí)行步驟S15，參照圖9所示，形成第二擴散阻擋層2114，該第二擴散阻擋層2114的目的是阻止第一金屬層2118中的金屬，擴散入介電層中。在具體實施過程中，該電容的其中一個極板為上述形成的極板211，另一個極板的材質(zhì)為氮化鈦，兩極板間的介電層為氮化硅。在上述電容的基礎(chǔ)上，本實施例二提供一種集成無源器件，包括括上述的MM電容。在具體實施過程中，與現(xiàn)有技術(shù)類似，上述的極板211與一個電感相連，另一個極板與另一個電感相連。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種MM電容的極板，包括第一擴散阻擋層及形成于所述第一擴散阻擋層上的第一金屬層，其特征在于，所述第一金屬層內(nèi)至少設(shè)置一層平行于第一擴散阻擋層的第二金屬層，所述第二金屬層的材質(zhì)與所述第一金屬層的材質(zhì)不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIM電容的極板，其特征在于，所述第二金屬層的厚度范圍為小于500A。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIM電容的極板，其特征在于，所述第二金屬層有多層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MIM電容的極板，其特征在于，所述極板的厚度大于I微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIM電容的極板，其特征在于，所述第一金屬層的材質(zhì)為鋁或鋁銅合金，所述第二金屬層的材質(zhì)為氮化鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MM電容的極板，其特征在于，所述第一金屬層的材質(zhì)為銅，所述第二金屬層的材質(zhì)為鉭。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MIM電容的極板，其特征在于，所述第一金屬層的與形成有第一擴散阻擋層的表面相對的另一面形成有第二擴散阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MIM電容的極板，其特征在于，所述第一擴散阻擋層的材質(zhì)為氮化鈦。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MIM電容的極板，其特征在于，所述第一擴散阻擋層與所述第一金屬層之間還設(shè)置有鈦層。
10.一種MIM電容,其特征在于,包括上述權(quán)利要求I至9任意一項所述的極板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MIM電容，其特征在于，其中一個極板為權(quán)利要求1-9任意一項的極板，另一個極板的材質(zhì)為氮化鈦，兩極板間的介電層為氮化娃。
12.—種集成無源器件，其特征在于，包括權(quán)利要求10或11所述的MIM電容。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集成無源器件，其特征在于，上述權(quán)利要求I至9任意一項的極板與一個電感相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成無源器件，其特征在于，所述MIM電容的另一個極板與另一個電感相連。
15.—種MIM電容極板的形成方法，其特征在于，包括 淀積第一擴散阻擋層； 在所述第一擴散阻擋層上淀積部分厚度的第一金屬層； 在所述部分厚度的第一金屬層上淀積第二金屬層，所述第一金屬層的材質(zhì)與所述第二金屬層材質(zhì)不同； 在所述第二金屬層上淀積第二厚度的第一金屬層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成方法，其特征在于，所述部分厚度與所述第二厚度形成第一金屬層的總厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成方法，其特征在于，所述第一金屬層的材質(zhì)為鋁或鋁銅合金，淀積方法為濺射，所述第二金屬層的材質(zhì)為氮化鈦，所述氮化鈦的形成方法包括 淀積鈦層，所述淀積方法為濺射； 通入氮氣，所述鈦層與氮氣進行反應(yīng)生成氮化鈦。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的形成方法，其特征在于，所述部分厚度為所述總厚度的一半。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成方法，其特征在于，還包括在所述第二厚度的第一金屬層上進行多次依次淀積第二金屬層、第一金屬層的步驟。
全文摘要
一種MIM電容的極板，包括第一擴散阻擋層及形成于所述第一擴散阻擋層上的第一金屬層，其中，所述第一金屬層內(nèi)至少設(shè)置一層平行于第一擴散阻擋層的第二金屬層，所述第二金屬層的材質(zhì)與所述第一金屬層的材質(zhì)不同。此外，本發(fā)明還提供了上述極板的形成方法，以及包含該極板的MIM電容，包含該電容的集成無源器件。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以解決現(xiàn)有的制作方法形成的極板凹凸不平，并導(dǎo)致包含該極板的電容、集成無源器件失效。
文檔編號H01L21/48GK102637660SQ20121012231
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者林益梅, 趙波 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司