CN103367116B - 高密度电容器结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高密度电容器结构及其制作方法，在半导体衬底上形成多个由第一金属层‑第一介质层‑第二金属层‑第二介质层组成的堆膜，接着分别刻蚀堆膜的侧壁，暴露出一部分第一金属层和第二金属层的表面，在所述堆膜的侧壁以及表面形成第三介质层，接着在堆膜的侧壁形成金属连接线，金属连接线与暴露出的第一金属层和第二金属层的表面电连接；由此第一金属层、第二金属层作为电容器的两个极板，第一介质层和第二介质层隔离第一金属层和第二金属层，金属连接线分别连接第一金属层和第二金属层，从而使多个堆膜形成并联的电容器，进而能够在不增加极板面积的同时，提高单位面积电容器的密度，增加电容器的电容量。

Description

高密度电容器结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种高密度电容器结构及其制作方法。

背景技术

电容器作为存储电荷、耦合、滤波器件被广发应用于半导体集成电路中。MIM（Metal-Insulator-Metal，金属-介质-金属）电容器具有高电容量、低电阻等优点，被广泛应用于射频电路或高速模拟电路中，用于电荷的存储和电路的匹配。例如在申请号为“200710044814.5”的中国专利文献中提供了一种MIM电容器件的制造方法，包括步骤：提供半导体基底；在所述半导体基底上形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第二金属层，平坦化所述第二金属层；在所述第二金属层上形成介质层；在所述介质层上形成第三金属层；图形化所述第三金属层、介质层、第二金属层和第一金属层，形成以第一金属层图形和第二金属层图形为下极板、第三金属层图形为上极板、介质层图形为电介质的MIM电容器。

通常为了改善高速数字电路和射频电路的性能，需要采用大容量的电容器。本领域技术人员熟知的，电容器的电容值和电容器的极板面积成正比，因此在半导体器件中为了增大电容器容量，通常采用增大电容器极板面积的方法，因此电容器是芯片中占面积很大的一种器件。

然而，随着半导体制造技术的发展，半导体器件的特征尺寸越来越小，无法采用增加电容器极板面积的方法得到大容量的电容器。因此，如何减少电容器的面积、增加电容器的密度、提升电容器的容量便成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度电容器结构及其制作方法能够在不增加电容器面积的情况下，有效增加电容器密度，提升电容器的容量。

为了实现上述目的，本发明提出一种高密度电容器制作方法，包括步骤：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成多个堆膜，所述堆膜自下而上包括第一金属层、第一介质层、第二金属层和第二介质层；

刻蚀所述堆膜的侧壁，暴露出所述半导体衬底；

各向同性刻蚀所述堆膜的其中一侧壁，刻蚀去除一部分第一介质层，暴露出一部分第一金属层以及第二金属层的表面；

各向同性刻蚀所述堆膜的另一侧壁，刻蚀去除一部分第二介质层，暴露出一部分第二金属层以及第一金属层的表面；

在所述堆膜的侧壁及表面形成第三介质层，所述第三介质层暴露出部分所述第一金属层和第二金属层的表面；

在所述堆膜侧壁、半导体衬底表面上形成金属连接线，其中，所述金属连接线形成在第三介质层的表面并与暴露出的第一金属层和第二金属层的表面电连接。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述堆膜的个数大于等于1个。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第一金属层和第二金属层的材质为氮化钛、氮化钽或铝。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第一金属层和第二金属层的厚度范围是100埃～10000埃。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第一介质层的材质为二氧化硅。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第一介质层的厚度范围是20埃～2000埃。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第二介质层的材质为氮化硅。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第二介质层的厚度范围是20埃～2000埃。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第三介质层的材质为二氧化硅。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述第三介质层的厚度范围是20埃～2000埃。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述金属连接线的材质为氮化钛、氮化钽、铝或铜。

进一步的，在所述的高密度电容器的制作方法中，所述金属连接线采用化学气相淀积、物理气相淀积、电镀或类电镀形成。

进一步的，本发明还提出一种高密度电容器结构，采用如上述任一种方法形成，所述高密度电容器结构包括：

半导体衬底；

形成在所述半导体衬底上的堆膜，所述堆膜自下而上包括第一金属层、第一介质层、第二金属层和第二介质层，其中，所述堆膜的一侧壁暴露出所述第一金属层的表面，所述堆膜的另一侧壁暴露出所述第二金属层的表面；

形成在所述堆膜侧壁以及表面的第三介质层，所述第三介质层包围所述堆膜，仅暴露出所述第一金属层和第二金属层的表面；

形成在所述堆膜侧壁的金属连接线，其中，所述金属连接线形成在第三介质层的表面并与暴露出的第一金属层和第二金属层的表面电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：在半导体衬底上形成多个由第一金属层-第一介质层-第二金属层-第二介质层组成的堆膜，接着刻蚀所述堆膜的侧壁暴露出一部分所述半导体衬底，接着分别刻蚀所述堆膜的一侧壁与另一侧壁，暴露出一部分所述第一金属层和第二金属层的表面，接着在所述堆膜的侧壁以及表面形成第三介质层，接着在所述堆膜的侧壁形成金属连接线，所述金属连接线形成在第三介质层的表面并与暴露出的第一金属层和第二金属层的表面电连接；由此第一金属层、第二金属层作为电容器的两个极板，第一介质层和第二介质层隔离第一金属层和第二金属层，金属连接线分别连接第一金属层和第二金属层，从而使多个堆膜形成并联的电容器，进而能够在不增加

附图说明

图1为本发明一实施例中电容器制作方法的流程图；

图2至图7为本发明一实施例中高密度电容器制造方法过程中电容器的结构剖面图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的高密度电容器结构及其制作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，在本实施例中提出一种高密度电容器的制作方法，包括步骤：

S100：提供半导体衬底100；

所述半导体衬底100表面设有隔离介质层110，所述半导体100的材质可以为单晶硅、多晶硅、无定形硅、硅锗化合物或绝缘体上硅（SOI）等，所述隔离介质层110用于隔离后续形成的堆膜，防止短路。

S200：在所述隔离介质层110上形成多个堆膜200，所述堆膜200自下而上包括第一金属层210、第一介质层220、第二金属层230和第二介质层240，如图2所示；

所述堆膜200的个数大于等于1，在本实施例中，所述堆膜200的个数为3个，后续工艺中，一个堆膜200便能够成为一个电容器，多个堆膜200能够形成多个并联的电容器；所述堆膜200的个数可以根据工艺的需求来选择。

其中，所述第一金属层210和第二金属层230的材质为氮化钛、氮化钽或铝，所述第一金属层210和第二金属层230的材质可以相同，也可以不同，所述第一金属层210和第二金属层230的厚度范围是100埃～10000埃，例如是500埃；所述第一金属层210和第二金属层230作为后续形成电容器的极板；所述第一介质层220的材质为二氧化硅，所述第一介质层220的厚度范围是20埃～2000埃，例如是200埃；所述第二介质层240的材质为氮化硅，所述第二介质层240的厚度范围是20埃～2000埃，例如是200埃；所述第一介质层220和第二介质层240用于隔离第一金属层210和第二金属层230，作为后续形成的电容器的介电质。

S300：刻蚀所述堆膜200的侧壁，暴露出所述半导体衬底100，如图3所示；

其中，刻蚀所述堆膜200的侧壁，同时也会将所述隔离介质层110刻蚀掉一部分，从而暴露出所述半导体衬底100，暴露出所述半导体衬底100不仅便于后续形成金属连接线，而且还能使后续形成的电容器与其它器件隔离。

S400：各向同性刻蚀所述堆膜200的其中一侧壁，刻蚀去除一部分第一介质层220，暴露出一部分第一金属层210的表面及第二金属层230的表面，即暴露出一部分第一金属层210与第二金属层230的相对表面，如图4所示；

在刻蚀之前，先在所述堆膜200的侧壁以及表面涂覆图案化的光阻层（图未示），然后以所述图案化的光阻层为掩膜对所述堆膜200的一侧壁进行同性刻蚀，从而形成如图4所示的结构。

S500：各向同性刻蚀所述堆膜200的另一侧壁，刻蚀去除一部分第二介质层240，暴露出一部分第二金属层230，如图5所示；

同样的，采用如步骤S400的刻蚀方法但是采用另外一种气体对所述堆膜200的另一侧壁进行各向同性刻蚀。

S600：在所述堆膜200的侧壁及表面形成第三介质层300，如图6所示；

其中，所述第三介质层300的材质为二氧化硅，采用化学气相淀积法生成，所述第三介质层300的厚度范围是20埃～2000埃，例如是200埃；采用化学气相淀积法时在金属电极的下表面几乎没有二氧化硅生成，即使有少量二氧化硅生成时也可以使用各向同性方法将其去除而保持其它地方被二氧化硅覆盖，所述第三介质层300用于后续隔离金属连接线与第一金属层210或第二金属层230，由于金属连接线不能够同时与所述第一金属层210和第二金属层230连接，因此需要由所述第三介质层300进行隔离。

S700：在所述堆膜200侧壁、半导体衬底100表面上形成金属连接线400，其中，所述金属连接线400形成在第三介质层300的表面并与暴露出的第一金属层210和第二金属层220的表面电连接，如图7所示，分别将第一金属层210和第二金属层220接出，形成两个电极；

在本实施例中，所述金属连接线400的材质为氮化钛、氮化钽、铝或铜，所述金属连接线400采用化学气相淀积、物理气相淀积、电镀或类电镀形成。

综上，在本发明实施例提供的高密度电容器的制作方法中，在半导体衬底100上形成多个由第一金属层210-第一介质层220-第二金属层230-第二介质层240组成的堆膜200，接着刻蚀所述堆膜200的侧壁暴露出所述半导体衬底100，接着分别刻蚀所述堆膜200的侧壁，暴露出一部分所述第一金属层210和第二金属层230的表面，接着在所述堆膜200的侧壁以及表面形成第三介质层300，接着在所述堆膜200的侧壁形成金属连接线400，所述金属连接线400形成在第三介质层300的表面并与暴露出的第一金属层210和第二金属层230的表面电连接；由此第一金属层210、第二金属层230作为电容器的两个极板，第一介质层220和第二介质层240隔离第一金属层210和第二金属层230，金属连接线400分别连接第一金属层210和第二金属层230，从而使多个堆膜200形成并联的电容器，进而能够在不增加极板面积的同时，提高单位面积电容器的密度，增加电容器的电容量。

在本实施例中还提出一种高密度电容器结构，采用上述方法形成，请参考图7，所述电容器结构包括：

半导体衬底100；

形成在所述半导体衬底100上的堆膜200，所述堆膜200自下而上包括第一金属层210、第一介质层220、第二金属层230和第二介质层240，其中，所述堆膜200的一侧壁暴露出所述第一金属层210的表面，所述堆膜200的另一侧壁暴露出所述第二金属层的表面230；

形成在所述堆膜200侧壁以及表面的第三介质层300，所述第三介质层300包围所述堆膜200，仅暴露出所述第一金属层210和第二金属层230的表面；

形成在所述堆膜200侧壁的金属连接线400，其中，所述金属连接线400形成在第三介质层300的表面并与暴露出的第一金属层210和第二金属层230的表面电连接。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种高密度电容器的制作方法，包括步骤：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成多个堆膜，所述堆膜自下而上包括第一金属层、第一介质层、第二金属层和第二介质层；

刻蚀所述堆膜的侧壁，暴露出所述半导体衬底；

各向同性刻蚀所述堆膜的其中一侧壁，刻蚀去除一部分第一介质层，暴露出一部分第一金属层以及第二金属层的表面；

各向同性刻蚀所述堆膜的另一侧壁，刻蚀去除一部分第二介质层，暴露出一部分第二金属层以及第一金属层的表面；

在所述堆膜的侧壁及表面形成第三介质层，所述第三介质层暴露出部分所述第一金属层和第二金属层的表面；

在所述堆膜侧壁、半导体衬底表面上形成金属连接线，其中，所述金属连接线形成在第三介质层的表面并与暴露出的第一金属层和第二金属层的表面电连接。

2.如权利要求1所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述堆膜的个数大于等于1个。

3.如权利要求1所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层的材质为氮化钛、氮化钽或铝。

4.如权利要求3所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层的厚度范围是100埃～10000埃。

5.如权利要求1所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第一介质层的材质为二氧化硅。

6.如权利要求5所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第一介质层的厚度范围是20埃～2000埃。

7.如权利要求1所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第二介质层的材质为氮化硅。

8.如权利要求7所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第二介质层的厚度范围是20埃～2000埃。

9.如权利要求1所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第三介质层的材质为二氧化硅。

10.如权利要求9所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述第三介质层的厚度范围是20埃～2000埃。

11.如权利要求1所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述金属连接线的材质为氮化钛、氮化钽、铝或铜。

12.如权利要求11所述的高密度电容器的制作方法，其特征在于，所述金属连接线采用化学气相淀积、物理气相淀积、电镀或类电镀形成。

13.一种高密度电容器结构，采用如权利要求1至12中任一种方法形成，所述高密度电容器结构包括：

半导体衬底；

形成在所述半导体衬底上的堆膜，所述堆膜自下而上包括第一金属层、第一介质层、第二金属层和第二介质层，其中，所述堆膜的一侧壁暴露出所述第一金属层的表面，所述堆膜的另一侧壁暴露出所述第二金属层的表面；

形成在所述堆膜侧壁以及表面的第三介质层，所述第三介质层包围所述堆膜，仅暴露出所述第一金属层和第二金属层的部分表面；

形成在所述堆膜侧壁的金属连接线，其中，所述金属连接线形成在第三介质层的表面并与暴露出的第一金属层和第二金属层的表面电连接。