金屬層-絕緣層-金屬層電容器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種的金屬層-絕緣層-金屬層電容器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容器的應(yīng)用在集成電路設(shè)計(jì)中始終是一個(gè)杠桿，設(shè)計(jì)者希望使用電容值盡量大的電容器，但大電容值往往帶來的就是增大芯片面積，提高制造成本。如何提高單位芯片面積上的電容值(即電容密度)，始終是集成電路領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0003]現(xiàn)有的電容器，大致可以分為前道電容器和后道電容器，前道電容器例如MOS電容器、PN結(jié)電容器，后道電容器例如M頂(金屬層-絕緣層-金屬層)電容器、MOM (金屬層-氧化層-金屬層)電容器。其中，MIM電容器可以提供較好的頻率以及溫度相關(guān)特性，并且可形成于層間金屬以及銅互連制程，降低與CMOS前端工藝整合的困難度及復(fù)雜度，因而被廣泛用于各種集成電路例如模擬-邏輯、模擬-數(shù)字、混合信號(hào)以及射頻電路中。
[0004]現(xiàn)有的M頂電容器通常為平面結(jié)構(gòu)，包括電容下極板、電容介質(zhì)層以及電容上極板，形成兩層金屬電極之間夾著絕緣介質(zhì)層的三明治結(jié)構(gòu)。對于平面結(jié)構(gòu)的M頂電容器，其電容密度最多可以達(dá)到4 - 6 fF/μ m2，而在實(shí)際應(yīng)用中，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足IXD驅(qū)動(dòng)電路、RFCMOS電路等大電容集成電路的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種金屬層-絕緣層-金屬層電容器及其制作方法，適于應(yīng)用于集成電路的片內(nèi)電容，提高電容密度，滿足大電容集成電路的需求。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種金屬層-絕緣層-金屬層電容器的制造方法，適于應(yīng)用于集成電路的片內(nèi)電容，包括如下步驟:提供第一金屬層，提供位于第一金屬層表面的第一介質(zhì)層，定義電容區(qū)域；刻蝕電容區(qū)域的第一介質(zhì)層形成若干通孔或溝槽，暴露出第一金屬層表面；于所述第一介質(zhì)層表面、通孔或溝槽的側(cè)壁以及暴露出的第一金屬層表面依次形成電容下極板、電容介質(zhì)層、電容上極板；于所述通孔或溝槽中填充形成導(dǎo)電塞層；于所述第一介質(zhì)層上形成第二金屬層。
[0007]優(yōu)選地，于形成電容介質(zhì)層的步驟之前去除非電容區(qū)域的電容下極板，于形成電容上極板的步驟之后去除非電容區(qū)域的電容介質(zhì)層和電容上極板，使得電容介質(zhì)層的邊緣延伸越過電容下極板的邊緣以電性隔離電容上極板和電容下極板。
[0008]優(yōu)選地，所述通孔或溝槽的截面形狀為三角形、矩形、多邊形、圓形、橢圓形中的任意一種或多種組合。
[0009]優(yōu)選地，所述電容介質(zhì)層的材質(zhì)為介電常數(shù)K值大于3.9的高介電常數(shù)薄膜中的任意一種或多種組合。
[0010]優(yōu)選地，所述高介電常數(shù)薄膜包括Zr02，Al2O3, Si3N4, HfO2, Y2O3, S12, Ta2O5, La2O3,T120
[0011]優(yōu)選地，所述電容上極板和所述電容下極板的材質(zhì)為鋁銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鈷、鎢、氮化鎢、碳化鎢中的任意一種或多種組合。
[0012]優(yōu)選地，所述第一金屬層和所述第二金屬層的材質(zhì)為鋁、銅、鋁銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的任意一種或多種組合；所述導(dǎo)電塞層的材質(zhì)為鎢、銅、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鈷、氮化鎢、碳化鎢中的任意一種或多種組合。
[0013]優(yōu)選地，于所述通孔或溝槽中填充形成導(dǎo)電塞層的步驟包括，沉積并回刻蝕或者研磨金屬至所述電容上極板后停止。
[0014]優(yōu)選地，所述第一金屬層和所述第二金屬層為相鄰的金屬層或不相鄰的金屬層。
[0015]本發(fā)明的另一方面提供一種金屬層-絕緣層-金屬層電容器，適于應(yīng)用于集成電路的片內(nèi)電容，包括:第一金屬層；位于第一金屬層表面的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層上定義有電容器區(qū)域；位于電容區(qū)域的所述第一介質(zhì)層中的若干通孔或溝槽，所述通孔或溝槽暴露出第一金屬層表面；于所述第一介質(zhì)層表面、通孔或溝槽的側(cè)壁以及暴露出的第一金屬層表面依次形成的電容下極板、電容介質(zhì)層、電容上極板；填充于所述通孔或溝槽中的導(dǎo)電塞層；位于所述第一介質(zhì)層上的第二金屬層。
[0016]優(yōu)選地，所述電容介質(zhì)層的邊緣延伸越過電容下極板的邊緣以電性隔離電容上極板和電容下極板。
[0017]優(yōu)選地，所述通孔或溝槽的截面形狀為三角形、矩形、多邊形、圓形、橢圓形中的任意一種或多種組合。
[0018]優(yōu)選地，所述電容介質(zhì)層的材質(zhì)為介電常數(shù)K值大于3.9的高介電常數(shù)薄膜中的任意一種或多種組合。
[0019]優(yōu)選地，所述高介電常數(shù)薄膜包括Zr02，Al2O3, Si3N4, HfO2, Y2O3, S12, Ta2O5, La2O3,T120
[0020]優(yōu)選地，所述電容上極板和所述電容下極板的材質(zhì)為鋁銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鈷、鎢、氮化鎢、碳化鎢中的任意一種或多種組合。
[0021]優(yōu)選地，所述第一金屬層和所述第二金屬層的材質(zhì)為鋁、銅、鋁銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的任意一種或多種組合；所述導(dǎo)電塞層的材質(zhì)為鎢、銅、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鈷、氮化鎢、碳化鎢中的任意一種或多種組合。
[0022]優(yōu)選地，所述第一金屬層和所述第二金屬層為相鄰的金屬層或者不相鄰的金屬層。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有如下技術(shù)效果:
本發(fā)明通過采用立體結(jié)構(gòu)的M頂電容器，增加了電容上、下極板相對應(yīng)的有效電極面積，提高了電容密度(通過采用不同的尺寸和材料，本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)M頂電容器的電容密度可以達(dá)到現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)M頂電容器的10-200倍)，可在有限的芯片面積上實(shí)現(xiàn)較大的電容值，滿足了 LCD驅(qū)動(dòng)電路、RFCMOS電路等大電容集成電路的需求，適于應(yīng)用于集成電路的片內(nèi)電容。
【附圖說明】
[0024]通過說明書附圖以及隨后與說明書附圖一起用于說明本發(fā)明某些原理的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明所具有的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚或得以更為具體地闡明。其中:
圖1-圖9為根據(jù)本發(fā)明的金屬層-絕緣層-金屬層電容器的制造方法的過程示意圖；圖10為沿圖2中A-A線得到的剖視示意圖的典型實(shí)施例，其中，圖10(A)為正六邊形；圖10 (B)為正方形；圖10 (C)為三角形；圖10 (D)為矩形；圖10 (E)為圓形。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為解決現(xiàn)有M頂電容器的電容密度無法滿足大電容集成電路需求的問題，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種金屬層-絕緣層-金屬層電容器的制造方法，適于應(yīng)用于集成電路的片內(nèi)電容，包括如下步驟:提供第一金屬層，提供位于第一金屬層表面的第一介質(zhì)層，定義電容區(qū)域；刻蝕電容區(qū)域的第一介質(zhì)層形成若干通孔或溝槽，暴露出第一金屬層表面；于所述第一介質(zhì)層表面、通孔或溝槽的側(cè)壁以及暴露出的第一金屬層表面依次形成電容下極板、電容介質(zhì)層、電容上極板；于所述通孔或溝槽中填充形成導(dǎo)電塞層；于所述第一介質(zhì)層上形成第二金屬層。
[0026]本發(fā)明的另一方面提供一種金屬層-絕緣層-金屬層電容器，適于應(yīng)用于集成電路的片內(nèi)電容，包括:第一金屬層；位于第一金屬層表面的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層上定義有電容區(qū)域；位于電容區(qū)域的所述第一介質(zhì)層中的若干通孔或溝槽，所述通孔或溝槽暴露出第一金屬層表面；于所述第一介質(zhì)層表面、通孔或溝槽的側(cè)壁以及暴露出的第一金屬層表面依次形成的電容下極板、電容介質(zhì)層、電容上極板；填充于所述通孔或溝槽中的導(dǎo)電塞層；位于所述第一介質(zhì)層上的第二金屬層。
[0027]本發(fā)明通過采用立體結(jié)構(gòu)的M頂電容器，增加了電容上、下極板相對應(yīng)的有效電極面積，提高了電容密度(通過采用不同的電容介質(zhì)層尺寸和材料，本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)MIM電容器的電容密度可以達(dá)到現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)M頂電容器的10-200倍)，可在有限的芯片面積上實(shí)現(xiàn)較大的電容值，滿足了 LCD驅(qū)動(dòng)電路、RFCMOS電路等大電容集成電路的需求，適于應(yīng)用于集成電路的片內(nèi)電容。
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0029]圖1-圖9為根據(jù)本發(fā)明的金屬層-絕緣層-金屬層電容器的制造方法的過程示意圖。
[0030]參見圖1，提供第一金屬層100，提供位于第一金屬層100表面的第一介質(zhì)層200，定義電容區(qū)域。
[0031]參見圖2，刻蝕電容區(qū)域的第一介質(zhì)層200形成若干通孔或溝槽201，暴露出第一金屬層100表面。
[0032]優(yōu)選地，通孔或溝槽201的截面形狀為三角形、矩形、多邊形、圓形、橢圓形中的任意一種或多種組合。圖10示出本發(fā)明的金屬層-絕緣層-金屬層電容器中通孔201的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，圖10 (A)、圖10 (B)、圖10 (C)、圖10 (D)、圖10 (E)分別采用正六邊形通孔、正方形通孔、三角形通孔、矩形溝槽、圓形通孔設(shè)計(jì)，盡量在有限空間內(nèi)放置多個(gè)通孔或溝槽，使得通孔側(cè)壁面積最大化，以增大電容上、下極板相對應(yīng)的有效電極面積，從而實(shí)現(xiàn)最大化的電容密度。
[0033]參見圖3，于所述第一介質(zhì)層200表面、通孔或溝槽201的側(cè)壁以及暴露出的第一金屬層100表面形成電容下極板300。
[0034]參見圖4，刻蝕去除非電容區(qū)域的電容下極板300。
[0035]參見圖5，于電容下極板300上依次形成電容介質(zhì)層400、電容上極板500。
[0036]優(yōu)選地，所述電容介質(zhì)層400的材質(zhì)為介電常數(shù)K值大于3.9的高介電常數(shù)薄膜(例如 ZrO2, Al2O3, Si3N4, HfO2, Y2O3, S12, Ta2O5, La2O3, T12)中的任意一種或多種組合。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，以原子層沉積的方式交替沉積ZrO2Al2O3混合薄膜，作為電容介質(zhì)層400，可以在保證K值