CN101819922A - 金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法 - Google Patents

金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101819922A
CN101819922A CN200910046769A CN200910046769A CN101819922A CN 101819922 A CN101819922 A CN 101819922A CN 200910046769 A CN200910046769 A CN 200910046769A CN 200910046769 A CN200910046769 A CN 200910046769A CN 101819922 A CN101819922 A CN 101819922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
layer
mim capacitor
etching
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200910046769A
Other languages
English (en)
Inventor
王媛
张步新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN200910046769A priority Critical patent/CN101819922A/zh
Publication of CN101819922A publication Critical patent/CN101819922A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明提供一种金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法，其中，制造方法包括：将本层金属互连层中的金属层间介质刻蚀为U型沟槽后，在所述U型沟槽内及未刻蚀的金属层间介质上依次沉积作为金属-绝缘体-金属MIM电容器下电极板的第一金属层、电介质层及作为MIM电容器上电极板的第二金属层；依次刻蚀第二金属层、电介质层及第一金属层后，形成U型管沟状的MIM电容器。本发明提供的MIM电容器及其制造方法在单位体积上提高电容量。

Description

金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金属-绝缘体-金属(MIM，Metal-Insulator-Metal)电容器及其制造方法。
背景技术
电容器作为存储电荷、耦合以及滤波器件被广泛应用在半导体集成电路中。通常为了改善射频(RF，Radio Frequency)集成电路或混合信号集成电路的性能，需要采用大容量的电容器。随着半导体技术进入90纳米(nm)工艺节点，集成电路中的器件特征尺寸不断减小，器件之间的高性能、高密度的连接不仅在单个互连层中互连，而且要在多层之间进行互连。因此，器件之间的连接大量采用多层互连结构，其中多个互连金属层互相堆叠，且层间绝缘膜中形成互连沟槽和连接孔，并用导电材料如铜(Cu)或钨(W)填充所述互连沟槽和连接孔，以形成互连多层金属层的互连金属导线。
在高端工艺中，由于互连层为金属互连结构，多层互连结构的各个金属层和层间电介质也构成了许多电容，这些电容中即包括在形成多层互连结构时形成的金属引线之间、金属层和层间电介质之间的杂散电容，也包括互连金属和绝缘层之间形成的电容。由于互连层的导体为金属结构，因此在互连层中形成的电容主要采用结构为MIM的电容器(以下简称为MIM电容器)。
MIM电容器在集成电路中通常位于器件多层结构的上层，其结构更接近于典型意义的电容器，即金属电极板之间具有电介质的电容器。MIM电容器一般位于金属互连层中，图1为现有技术说明MIM电容器结构的剖面示意图，如图1所示，器件的绝缘层100表面的金属层101、电介质层102及金属层103构成了MIM电容器110，该MIM电容器110位于金属互连层中。其中，金属层101作为MIM电容器的下电极板，其材料为铜，利用电化学沉积(ECP)方法沉积形成，也可以是采用物理气相沉积(PVD)方法形成的铝。电介质层102作为MIM电容器的电介质，其材料为氮化硅(SiN)等高价电常数材料；金属层103作为MIM电容器的上电极板，其材料可以为铜，为了提高MIM电容器的容量，上电极板的材料优选为金属钽(Ta)或氮化钽(TaN)。MIM电容器的上电极板金属层103通过形成于金属层间介质(IMD，InterMetal Dielectric)120中的金属连接孔140连接至上层互连线路，与其他器件形成电连接，MIM电容器的下电极板101通过形成于IMD120中的金属连接孔130连接至上层互连线路，与其他器件形成电连接。
随着半导体器件的集成度越来越高，在单位体积上提高MIM电容器的电容量也越来越重要。一些提高MIM电容器的电容量方法也被提出，比如减小MIM电容器的电介质层的厚度、使用可以提升MIM电容器的电容量的材料作为电极板或在金属互连层上堆叠多个MIM电容器等，但是这些方法没有从根本上解决在有限的单位体积上提高MIM电容器的电容量的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属-绝缘体-金属电容器，该MIM电容器能够在单位体积上提高电容量。
本发明还提供一种金属-绝缘体-金属电容器制造方法，该方法能够在单位体积上提高MIM电容器电容量。
根据上述目的，本发明的技术方案为：
一种金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，该方法包括：
将本层金属互连层中的金属层间介质刻蚀为U型沟槽后，在所述U型沟槽内及未刻蚀的金属层间介质上依次沉积作为金属-绝缘体-金属MIM电容器下电极板的第一金属层、电介质层及作为MIM电容器上电极板的第二金属层；
依次刻蚀第二金属层、电介质层及第一金属层后，形成U型管沟状的MIM电容器。
所述将本层金属互连层中的金属层间介质刻蚀为U型沟槽的过程为：
按照U型沟槽形状对本层金属互连层中的金属层间介质曝光后，刻蚀金属互连层中的金属层间介质为U型沟槽，U型沟槽的底部为下层金属互连层中的金属层或本层金属处理层中的IMD。
所述依次刻蚀第二金属层、电介质层及第一金属层的过程为：
按照设置的MIM电容器结构曝光第二金属层后，依次刻蚀第二金属层、电介质层及第一金属层。
该方法还包括：
在所述形成U型管沟状的MIM电容器和刻蚀第二金属层上、刻蚀电介质层及第一金属层后露出的金属层间介质上，沉积制造上层金属互连层需要的刻蚀停止层。
该方法还包括：
沉积上层金属互连层的金属层间介质；
分别采用上层金属互连层中的金属层间介质和本层金属互连层中的金属层间介质在上层金属互连层中和金属互连层中制造金属连接孔，将MIM电容器的下电极板电连接至上层互连线路；
采用上层金属互连层中的金属层间介质在上层金属互连层中制造金属连接孔至刻蚀终止层，将MIM电容器的上电极板电连接至上层互连线路。
一种金属-绝缘体-金属电容器所述金属-绝缘体-金属MIM电容器为U型沟管状，由的金属-绝缘体-金属MIM电容器，所述MIM电容器由U型的下电极板、U型的电介质层以及U型的上电极板构成。
所述电容器在本层金属互连层中的U型沟槽的金属层间介质IMD上。
在本层金属互连层中还包括用于电连接MIM电容器的下电极板至上层互连线路的金属接触孔，以及在上层金属互连层中包括用于电连接MIM电容器的上电极板至上层金属互连线路的金属接触孔。
从上述方案可以看出，本发明在本层金属互连层上构造U型管沟状的MIM电容器，在单位体积上增加了MIM电容器的上下电极板的面积，且MIM电容器的电容量随着MIM电容器的上下电极板的面积的增大而增大，所以该MIM电容器提高了在单位体积上的电容量。
附图说明
图1为现有技术说明MIM电容器结构的剖面示意图；
图2为本发明提供的制造U型管沟状的MIM电容器的方法流程图；
图3a～图3f为本发明提供的U型管沟状的MIM电容器制造过程的剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举具体实施例并参照附图，对本发明进行进一步详细的说明。
为了提高MIM电容器在单位面积上的电容量，本发明采用增加单位面积上的MIM电容器的上下电极板的面积方式实现，也就是说，在金属互连层中构造U型管道状的MIM电容器。
结合图3a～图3f所示的U型管沟状的MIM电容器制造过程的剖面示意图，采用图2所示的制造U型管沟状的MIM电容器的方法流程图，详细说明本发明提供的制造MIM电容器的方法，其具体步骤为：
步骤201、制造本层金属互连层，在下一层金属互连层上沉积金属层间介质(IMD)120，按照U型沟槽形状曝光IMD120后刻蚀，在IMD120形成U型槽，如图3a所示的IMD120；
在本步骤的实施例中，下一层金属互连层由IMD及金属层101构成；
在本步骤中，刻蚀后的IMD120形成的U型槽的U型底部是金属层101，即U型底部的IMD120被刻蚀掉，图3a所示的结构；当然，刻蚀后的IMD120所形成的U型槽的U型底部也可以不是金属层101，而是IMD，即U型底部的IMD120没有被完全刻蚀掉；
步骤202、在形成U型槽的IMD120的U型槽内及IMD120上依次沉积作为MIM电容器下电极板的金属层104、MIM电容器的电介质层102以及作为MIM电容器的上电极板的金属层103，形成如图3b所示的U型管沟状的三层；
在本步骤中，所沉积的下电极板的金属层104的材料为铜，利用ECP沉积得到；或者为铝，采用PVD沉积得到；
在本步骤中，MIM电容器的电介质层102的材料可以为SiN等高价电常数材料；
在本步骤中，作为MIM电容器的上电极板的金属层103可以为利用ECP沉积得到的铜，也可以为Ta或TaN；
步骤203、对图3b所示的U型管沟状的三层中的最上层根据要构造的MIM电容器的形状进行曝光后，刻蚀，得到图3c所示的U型管沟状的MIM电容器；
在本步骤中，可以看出，U型管沟状的MIM电容器的面积和现有技术相比，增加了垂直方向上的两块面积，从而提高了MIM电容器的电容量；
在本步骤中，U型沟槽的具体形状可以根据设计需要确定，只要是U型沟槽即可，这里并不限制；
在本步骤中，如何对MIM电容器进行曝光及刻蚀可以采用现有技术完成；
步骤204、在图3c所示的U型管沟状的MIM电容器上表面及刻蚀后露出的IMD表面沉积制造上层金属互连层时需要的刻蚀停止层130，如图3d所示；
在本步骤中，制造刻蚀停止层是制造上层金属互连层时使用，比如在上层金属互连层中制造金属连接孔时作为刻蚀停止层，该刻蚀停止层的材料可以为氧化硅或其他和作为IMD层的氮化硅具有高选择比的材料；
步骤205、在沉积的刻蚀停止层130上沉积IMD140，用于制造上层金属互连层，如图3e所示；
步骤206、在本层金属互连层中和上层金属互连层中制造金属连接孔111，用于将MIM电容器的下电极板连接至上层互连线路，在上层金属互连层上制造金属连接孔112至MIM电容器的上电极板上的刻蚀终止层130，用于将MIM电容器的上电极板连接至上层互连线路，如图3f所示，制造完成了U型管沟状的MIM电容器；
在本步骤中，如何在金属互连层中制造将MIM电容器的下电极板连接至上层互连线路的金属连接孔，以及如何制造将MIM电容器的上电极板连接至上层互连线路的金属连接孔为现有技术，这里不再累述。
可以看出，本发明最终形成了如图3f所示的U型管沟状的MIM电容器，由于该MIM电容器可以在和现有技术体积相同的金属互连层上增加面积，即具体分别增加了两条垂直的上下电极板，根据电容量和MIM电容器的面积成正比的理论，和现有技术相比，在体积相同的金属互连层上增加了所制造的MIM电容器的电容量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属-绝缘体-金属电容器的制造方法，其特征在于，该方法包括：
将本层金属互连层中的金属层间介质刻蚀为U型沟槽后，在所述U型沟槽内及未刻蚀的金属层间介质上依次沉积作为金属-绝缘体-金属MIM电容器下电极板的第一金属层、电介质层及作为MIM电容器上电极板的第二金属层；
依次刻蚀第二金属层、电介质层及第一金属层后，形成U型管沟状的MIM电容器。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述将本层金属互连层中的金属层间介质刻蚀为U型沟槽的过程为：
按照U型沟槽形状对本层金属互连层中的金属层间介质曝光后，刻蚀金属互连层中的金属层间介质为U型沟槽，U型沟槽的底部为下层金属互连层中的金属层或本层金属处理层中的IMD。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述依次刻蚀第二金属层、电介质层及第一金属层的过程为：
按照设置的MIM电容器结构曝光第二金属层后，依次刻蚀第二金属层、电介质层及第一金属层。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该方法还包括：
在所述形成U型管沟状的MIM电容器和刻蚀第二金属层上、刻蚀电介质层及第一金属层后露出的金属层间介质上，沉积制造上层金属互连层需要的刻蚀停止层。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，该方法还包括：
沉积上层金属互连层的金属层间介质；
分别采用上层金属互连层中的金属层间介质和本层金属互连层中的金属层间介质在上层金属互连层中和金属互连层中制造金属连接孔，将MIM电容器的下电极板电连接至上层互连线路；
采用上层金属互连层中的金属层间介质在上层金属互连层中制造金属连接孔至刻蚀终止层，将MIM电容器的上电极板电连接至上层互连线路。
6.一种金属-绝缘体-金属电容器，其特征在于，所述金属-绝缘体-金属MIM电容器为U型沟管状，由的金属-绝缘体-金属MIM电容器，所述MIM电容器由U型的下电极板、U型的电介质层以及U型的上电极板构成。
7.如权利要求6所述的电容器，其特征在于，所述电容器在本层金属互连层中的U型沟槽的金属层间介质IMD上。
8.如权利要求7所述的电容器，其特征在于，在本层金属互连层中还包括用于电连接MIM电容器的下电极板至上层互连线路的金属接触孔，以及在上层金属互连层中包括用于电连接MIM电容器的上电极板至上层金属互连线路的金属接触孔。
CN200910046769A 2009-02-27 2009-02-27 金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法 Pending CN101819922A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910046769A CN101819922A (zh) 2009-02-27 2009-02-27 金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910046769A CN101819922A (zh) 2009-02-27 2009-02-27 金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101819922A true CN101819922A (zh) 2010-09-01

Family

ID=42654956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910046769A Pending CN101819922A (zh) 2009-02-27 2009-02-27 金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101819922A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102420102A (zh) * 2011-05-26 2012-04-18 上海华力微电子有限公司 一种形成mim电容器结构的方法及mim电容器
CN102683176A (zh) * 2012-05-04 2012-09-19 上海华力微电子有限公司 一种提高金属-绝缘体-金属电容器可靠性的方法及其工艺结构
CN102709311A (zh) * 2011-02-17 2012-10-03 美士美积体产品公司 带有具有压缩应力的保形沉积导电层的深沟槽电容器
CN105845744A (zh) * 2015-02-03 2016-08-10 格罗方德半导体公司 具有负阻特性的装置结构
CN111048489A (zh) * 2018-10-15 2020-04-21 无锡华润上华科技有限公司 Mim电容结构及mim电容的制备方法
CN111128956A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 华虹半导体(无锡)有限公司 铜互连mim电容器的制造工艺和铜互连mim电容器结构
CN111834332A (zh) * 2019-04-16 2020-10-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法
CN111900168A (zh) * 2016-01-25 2020-11-06 中国科学院微电子研究所 存储单元、存储器件及电子设备
CN113130746A (zh) * 2019-12-30 2021-07-16 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 半导体结构及其形成方法
CN113130442A (zh) * 2020-01-15 2021-07-16 广东汉岂工业技术研发有限公司 Mim电容器及其制造方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102709311A (zh) * 2011-02-17 2012-10-03 美士美积体产品公司 带有具有压缩应力的保形沉积导电层的深沟槽电容器
CN102709311B (zh) * 2011-02-17 2016-11-02 马克西姆综合产品公司 带有具有压缩应力的保形沉积导电层的深沟槽电容器
CN102420102B (zh) * 2011-05-26 2013-06-26 上海华力微电子有限公司 一种形成mim电容器结构的方法及mim电容器
CN102420102A (zh) * 2011-05-26 2012-04-18 上海华力微电子有限公司 一种形成mim电容器结构的方法及mim电容器
CN102683176A (zh) * 2012-05-04 2012-09-19 上海华力微电子有限公司 一种提高金属-绝缘体-金属电容器可靠性的方法及其工艺结构
CN102683176B (zh) * 2012-05-04 2014-12-10 上海华力微电子有限公司 一种提高金属-绝缘体-金属电容器可靠性的方法及其工艺结构
CN105845744A (zh) * 2015-02-03 2016-08-10 格罗方德半导体公司 具有负阻特性的装置结构
CN105845744B (zh) * 2015-02-03 2019-03-22 格罗方德半导体公司 具有负阻特性的装置结构
CN111900168A (zh) * 2016-01-25 2020-11-06 中国科学院微电子研究所 存储单元、存储器件及电子设备
CN111048489A (zh) * 2018-10-15 2020-04-21 无锡华润上华科技有限公司 Mim电容结构及mim电容的制备方法
CN111048489B (zh) * 2018-10-15 2022-03-01 无锡华润上华科技有限公司 Mim电容结构及mim电容的制备方法
CN111834332A (zh) * 2019-04-16 2020-10-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法
CN111128956A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 华虹半导体(无锡)有限公司 铜互连mim电容器的制造工艺和铜互连mim电容器结构
CN113130746A (zh) * 2019-12-30 2021-07-16 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 半导体结构及其形成方法
CN113130746B (zh) * 2019-12-30 2022-09-30 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 半导体结构及其形成方法
CN113130442A (zh) * 2020-01-15 2021-07-16 广东汉岂工业技术研发有限公司 Mim电容器及其制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101819922A (zh) 金属-绝缘体-金属电容器及其制造方法
CN1113401C (zh) 集成电路中的电容器及其制造方法
US7879681B2 (en) Methods of fabricating three-dimensional capacitor structures having planar metal-insulator-metal and vertical capacitors therein
US7670921B2 (en) Structure and method for self aligned vertical plate capacitor
CN102569250B (zh) 高密度电容器及其电极引出方法
JP3895126B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US20120133021A1 (en) Semiconductor device comprising a capacitor and an electrical connection via, and fabrication method
US6624040B1 (en) Self-integrated vertical MIM capacitor in the dual damascene process
US7479424B2 (en) Method for fabricating an integrated circuit comprising a three-dimensional capacitor
KR100672673B1 (ko) 커패시터 구조 및 그 제조방법
CN103311141A (zh) 一种同轴垂直互连导电体的制作方法
CN101989621B (zh) Mim电容器及其制造方法
CN104576764A (zh) 一种集成无源器件及其制造方法
CN103346148A (zh) 一种直立式电容结构及其制作方法
CN101783286B (zh) 结构为金属-绝缘体-金属的电容器制造方法
CN102420107B (zh) 铜大马士革工艺金属-绝缘层-金属电容制造工艺及结构
JP2001223340A (ja) キャパシタおよびその形成方法
CN202905470U (zh) 多层硅基电容器电极连接结构
US6934143B2 (en) Metal-insulator-metal capacitor structure
US11063113B2 (en) Capacitor and method for fabricating the same
CN102420101B (zh) 一种利用铜大马士革工艺制造双层金属-绝缘层-金属电容的方法
CN102420108B (zh) 铜大马士革工艺金属-绝缘层-金属电容制造工艺及结构
CN102420105B (zh) 铜大马士革工艺金属-绝缘层-金属电容制造工艺及结构
CN103022000B (zh) 平面电感器及其制造方法、半导体器件及其制造方法
KR100977924B1 (ko) 적층형의 고집적도 ｍｉｍ 커패시터 구조 및 ｍｉｍ 커패시터 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100901