CN105261657B - 一种mis薄膜电容器的制造工艺 - Google Patents
一种mis薄膜电容器的制造工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105261657B CN105261657B CN201510724429.XA CN201510724429A CN105261657B CN 105261657 B CN105261657 B CN 105261657B CN 201510724429 A CN201510724429 A CN 201510724429A CN 105261657 B CN105261657 B CN 105261657B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- thin film
- layer
- film capacitors
- manufacturing process
- 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.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 134
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 134
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 134
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 44
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 42
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 32
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 19
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 19
- MAKDTFFYCIMFQP-UHFFFAOYSA-N titanium tungsten Chemical compound [Ti].[W] MAKDTFFYCIMFQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000003643 water by type Substances 0.000 claims description 16
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 15
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 10
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 84
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 229910008062 Si-SiO2 Inorganic materials 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006403 Si—SiO2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/92—Capacitors with potential-jump barrier or surface barrier
- H01L29/94—Metal-insulator-semiconductors, e.g. MOS
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G13/00—Apparatus specially adapted for manufacturing capacitors; Processes specially adapted for manufacturing capacitors not provided for in groups H01G4/00 - H01G11/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
Abstract
本发明公开了一种MIS薄膜电容器的制造工艺，包括以下步骤：低电阻率硅衬底准备、硅片清洗、生成氧化硅层、沉积氮化硅层、热处理、溅射上电极、曝光显影、电镀、腐蚀、背部减薄、溅射下电极、划片切割。本发明采用低电阻率硅片作为衬底，依次在低电阻率硅衬底上生长氧化硅层和沉积氮化硅层双层介质作为绝缘功能层，提高了电容器的Q值(大于10000)，减小了电容温度系数(小于50ppm/℃)，并有效降低了电容器内粒子贯穿几率，提高了MIS薄膜电容器的耐压和稳定性，其制备工艺简单，与普通半导体薄膜工艺兼容，成本低廉，稳定性和重复性较好，适合批量化生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种MIS薄膜电容器的制造工艺。
背景技术
电容器是集成电路中使用很广的一类元器件，适用于需要DC阻隔、RF旁路的芯片与引线电路，还可在滤波器、振荡器和匹配网络中作调谐元件。目前，金属-绝缘层-金属电容器的报道较多，绝缘层一般为单一的氧化物或者氮化物，金属一般为与金属互联工艺相兼容的铜、铝等，但此种电容器易受介质材料影响，如介质材料的均匀性和其本身缺陷等，导致电容器的温度系数高达±20％～±30％，Q值较低(一般小于1000)，电容量一致性差。本发明采用热氧化技术和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在低电阻率硅衬底上依次制备SiO2和Si3N4功能层，再通过金属化制备金上电极，使用背部减薄、溅射下电极，经电镀和划片切割工艺，制得金-低电阻率硅基-双介质层-金新型MIS薄膜电容器。通过上述方法制备的MIS薄膜电容器，其温度系数低于50ppm/℃，Q值大于7000，电容量一致性好，工作温度范围较宽(-65℃至200℃之间工作)，并且具有很高绝缘电阻(大于100GΩ)、优异的长期稳定性与可靠性。除此之外，还具有可通过计算设计双介质膜层的厚度，从而可准确设计电容器电容量的优点。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种MIS薄膜电容器的制造工艺，解决了常规芯片电容器温度系数高、Q值小、容值一致性差、绝缘电阻小、以及设计和产品偏差大等问题。
本发明的技术方案：
一种MIS薄膜电容器的制造工艺，包括以下步骤：
(1)低电阻率硅衬底准备：选用电阻率＜0.0015Ω·cm的硅片作为硅衬底；
(2)硅片清洗：将硅片清洗、甩干，待用；
(3)生成氧化硅层：采用热氧化法生成氧化硅层，将清洗、甩干后的硅片置于含氧气氛的高温扩散炉中，使其表面的硅与氧气反应生成氧化硅薄膜层；
(4)沉积氮化硅层：采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层；
(5)热处理：将沉积氮化硅层后的硅衬底在真空气氛中热处理后待用；
(6)溅射上电极：将热处理后的硅衬底清洗干净，然后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层；
(7)曝光显影、电镀、腐蚀：
根据电容量要求，选择合适的掩模板，设置合适的曝光时间进行曝光，采用与光刻胶相匹配的显影液进行显影；
曝光显影后，电镀Au层，然后电镀Ni层；
曝光显影和电镀后的其他部分即绝缘边和刀宽部分进行湿法刻蚀，首先用丙酮去除未曝光的光刻胶，然后依次刻蚀Au、TiW，最后刻蚀Ni；
(8)背部减薄：采用机械减薄的方法，对硅衬底进行减薄，使电容器达到所需厚度；
(9)溅射下电极：将处理后的硅衬底清洗干净，清洗后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层；
(10)划片切割：采用机械切割的方法，将溅射下电极后的硅衬底进行划片切割，制得尺寸符合要求的MIS薄膜电容器。
进一步的，所述步骤(1)中的低电阻率硅片是通过高掺杂硼元素来实现的，硼元素的掺杂浓度为1020/cm3；利用高掺杂硼元素可降低金属下电极的接触电阻，提高MIS薄膜电容器的Q值；另外，采用低电阻率硅片，还可以提高MIS薄膜电容器的稳定性。
进一步的，所述步骤(2)中硅片清洗包括下述步骤：
a、按体积比配置氨水︰双氧水︰去离子水＝1︰4︰50的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片和石英缸冲洗三次；
b、按体积比配置盐酸︰双氧水︰去离子水＝1︰1︰6的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片冲洗三次；
c、按体积比配置氢氟酸︰去离子水＝1︰50的混合溶液于硅片清洗机中，将装有硅片的硅片盒置于清洗机中，1min后取出，用85～95℃的去离子水清洗8～12min；
d、将装有硅片的硅片盒置于甩干机中，甩干，待用。
进一步的，所述步骤(3)中氧化硅层还可通过溅射、分子束外延法生成。
进一步的，所述步骤(4)中氮化硅层还可通过电子束蒸发法生成。
作为优选的技术方案，所述步骤(5)中沉积氮化硅层后的硅衬底在700℃下真空气氛中热处理30min；经过热处理后沉积的氮化硅层更加稳定，消除缺陷产生的应力，增加相互扩散提高粘附力，MIS薄膜电容器的Q值和绝缘电阻达到最佳。
进一步的，所述步骤(6)中清洗采用丙酮清洗→无水乙醇清洗→去离子水清洗三步法；经过清洗，可提高上电极金层与沉积功能层后硅衬底的附着力。
进一步的，所述步骤(8)中硅衬底减薄厚度范围为0.1016～0.1524mm；
进一步的，所述步骤(9)中钛钨打底层和金层要在同一氛围中溅射，溅射后下电极金层厚度达到0.8～1.2μm。
本发明的有益效果：
(1)本发明的MIS薄膜电容器采用低电阻率硅片作为衬底，依次在低电阻率硅衬底上生长氧化硅层和沉积氮化硅层双层介质作为绝缘功能层，提高了电容器的Q值，如8.2pFMIS薄膜电容器在1MHz下Q值≥18000，比其他薄膜电容和陶瓷电容高出三个数量级，非常适用于隔直方面。
(2)本发明的MIS薄膜电容器上电极位于硅衬底的抛光面上，经过电镀后，上电极金层与硅衬底之间的附着力很好，金带键合强度≥24g力。
(3)本发明的MIS薄膜电容器的电容温度系数极低，小于50ppm/℃
(4)本发明依次在低电阻率硅衬底上生长氧化硅层和氮化硅层双层介质作为绝缘功能层，有效降低了电容器内粒子贯穿几率，提高了MIS薄膜电容器的耐压和稳定性。
(5)本发明制备工艺简单，与普通半导体薄膜工艺兼容，成本低廉，稳定性和重复性较好，适合批量化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为Si-SiO2系统中的电荷和态的示意图；
图中：1-低电阻率硅片、2-氧化硅层、3-氮化硅层、4-钛钨打底层、5-金层。
具体实施方式
为使本领域技术人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，下面以具体的生产实例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。
如图1所示，本发明工艺制造的电容器由低电阻率硅衬底1、氧化硅层2、氮化硅层3、钛钨打底层4和金层5构成，具体工艺方法见实施例。
实施例1
一种MIS薄膜电容器的制造工艺，包括以下步骤：
(1)低电阻率硅衬底准备：选用电阻率＜0.0015Ω·cm的硅片作为硅衬底；低电阻率硅片是通过高掺杂硼元素来实现的，硼元素的掺杂浓度为1020/cm3；利用高掺杂硼元素可降低金属下电极的接触电阻，提高MIS薄膜电容器的Q值；另外，采用低电阻率硅片，还可以提高MIS薄膜电容器的稳定性；
(2)硅片清洗：
a、按体积比配置氨水︰双氧水︰去离子水＝1︰4︰50的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片和石英缸冲洗三次；
b、按体积比配置盐酸︰双氧水︰去离子水＝1︰1︰6的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片冲洗三次；
c、按体积比配置氢氟酸︰去离子水＝1︰50的混合溶液于硅片清洗机中，将装有硅片的硅片盒置于清洗机中，1min后取出，用85～95℃去离子水清洗8～12min；
d、将装有硅片的硅片盒置于甩干机中，甩干，待用；
(3)生成氧化硅层：采用热氧化法生成氧化硅层，将清洗、甩干后的硅片置于含氧气氛的高温扩散炉中，使其表面的硅与氧气反应生成氧化硅薄膜层；
(4)沉积氮化硅层：采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层，氮化硅膜在380～400℃下以N2为携带气体，由硅烷SiH4和NH3进行气相反应生长而成，化学式：3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2↑；沉积条件：N2流量为4～13sccm，NH3流量为100～4500sccm，SiH4流量为0.85～4.0sccm，且满足流量比SiH4/NH3＝3/4000；
(5)热处理：将沉积氮化硅层后的硅衬底在700℃下真空气氛中热处理30min；经过热处理后沉积的氮化硅层更加稳定，消除缺陷产生的应力，增加相互扩散提高粘附力，MIS薄膜电容器的Q值和绝缘电阻达到最佳；
(6)溅射上电极：将热处理后的硅衬底用丙酮清洗→无水乙醇清洗→去离子水清洗三步法清洗干净，然后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层，钛钨打底层和金层在同一氛围中溅射，溅射后电镀加厚至4～5μm，以提高电容器金带焊接的键合强度；
(7)曝光显影、电镀、腐蚀：
根据电容量要求，选择合适的掩模板，设置合适的曝光时间进行曝光，采用与光刻胶相匹配的显影液进行显影；
曝光显影后，电镀Au层，然后电镀Ni层；
曝光显影和电镀后的其他部分即绝缘边和刀宽部分进行湿法刻蚀，首先用丙酮去除未曝光的光刻胶，然后依次刻蚀Au、TiW，最后刻蚀Ni；
(8)背部减薄：采用机械减薄的方法，对硅衬底进行减薄，厚度范围为0.1016～0.1524mm，使电容器达到所需厚度；
(9)溅射下电极：将处理后的硅衬底清洗干净，清洗后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层，钛钨打底层和金层在同一氛围中溅射，溅射后下电极金层厚度达到0.8～1.2μm；
(10)划片切割：采用机械切割的方法，将溅射下电极后的硅衬底进行划片切割，制得尺寸符合要求的MIS薄膜电容器。
本实施例中，氧化硅和硅的线性热膨胀系数分别为0.5ppm/K和3ppm/K，其热膨胀系数差了一个数量级，但是硅-氧化硅有很好的界面态，尽管热膨胀系数差别较大，但是可以在热氧化过程中重新排列界面处的原子，从而消除热膨胀系数的不匹配，因此在硅衬底上热氧化形成氧化硅层，从工艺上是行得通的，但是，在Si-SiO2系统中，存在如图2中所示的电荷和态，氧化硅中的可动离子有Na+和K+等，Na+来源于所使用的化学试剂、玻璃器皿、高温器材以及人体沾污等，Na+在一定温度和偏压下，可在SiO2层中迁移，对电容器的稳定性影响较大。用热氧化法在硅表面生长的二氧化硅薄膜呈无定形玻璃状结构，是一种近程有序的网络结构，Na+的存在会削弱或破坏网状结构使二氧化硅呈现多孔性，从而导致Na+在SiO2层中迁移或扩散。
基于上述原因，仍需在氧化硅层上沉积氮化硅层钝化膜，以阻挡Na+和K+等在电容器中的迁移，从而提高电容器的稳定性。本实施例采用等离子体增强化学气相沉积法法沉积氮化硅层，沉积的氮化硅层膜层致密，可以有效阻挡Na+和K+等在电容器中的迁移。另外，因为氮化硅具有很大的本征应力和热膨胀应力，无法在热过程中消除，而氧化硅和硅具有很好的界面特性，在衬底上依次制备氧化硅和氮化硅既保证了优良的界面特性，又减小了氮化硅的本征应力和热膨胀应力，另外，采用两层薄膜结构可以用薄膜间应力降低整体结构的应力。
实施例2
一种MIS薄膜电容器的制造工艺，包括以下步骤：
(1)低电阻率硅衬底准备：选用电阻率＜0.0015Ω·cm的硅片作为硅衬底；低电阻率硅片是通过高掺杂硼元素来实现的，硼元素的掺杂浓度为1020/cm3；利用高掺杂硼元素可降低金属下电极的接触电阻，提高MIS薄膜电容器的Q值；另外，采用低电阻率硅片，还可以提高MIS薄膜电容器的稳定性；
(2)硅片清洗：
a、按体积比配置氨水︰双氧水︰去离子水＝1︰4︰50的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片和石英缸冲洗三次；
b、按体积比配置盐酸︰双氧水︰去离子水＝1︰1︰6的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片冲洗三次；
c、按体积比配置氢氟酸︰去离子水＝1︰50的混合溶液于硅片清洗机中，将装有硅片的硅片盒置于清洗机中，1min后取出，用85～95℃的去离子水清洗8～12min；
d、将装有硅片的硅片盒置于甩干机中，甩干，待用；
(3)生成氧化硅层：采用溅射法生成氧化硅薄膜层；
(4)沉积氮化硅层：采用电子束蒸发法沉积氮化硅层；
(5)热处理：将沉积氮化硅层后的硅衬底在700℃下真空气氛中热处理30min；经过热处理后沉积的氮化硅层更加稳定，消除缺陷产生的应力，增加相互扩散提高粘附力，MIS薄膜电容器的Q值和绝缘电阻达到最佳；
(6)溅射上电极：将热处理后的硅衬底用丙酮清洗→无水乙醇清洗→去离子水清洗三步法清洗干净，然后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层，钛钨打底层和金层在同一氛围中溅射，溅射后电镀加厚至4～5μm，以提高电容器金带焊接的键合强度；
(7)曝光显影、电镀、腐蚀：
根据电容量要求，选择合适的掩模板，设置合适的曝光时间进行曝光，采用与光刻胶相匹配的显影液进行显影；
曝光显影后，电镀Au层，然后电镀Ni层；
曝光显影和电镀后的其他部分即绝缘边和刀宽部分进行湿法刻蚀，首先用丙酮去除未曝光的光刻胶，然后依次刻蚀Au、TiW，最后刻蚀Ni；
(8)背部减薄：采用机械减薄的方法，对硅衬底进行减薄，厚度范围为0.1016～0.1524mm，使电容器达到所需厚度；
(9)溅射下电极：将处理后的硅衬底清洗干净，清洗后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层，钛钨打底层和金层在同一氛围中溅射，溅射后下电极金层厚度达到0.8～1.2μm；
(10)划片切割：采用机械切割的方法，将溅射下电极后的硅衬底进行划片切割，制得尺寸符合要求的MIS薄膜电容器。
实施例3
一种MIS薄膜电容器的制造工艺，包括以下步骤：
(1)低电阻率硅衬底准备：选用电阻率＜0.0015Ω·cm的硅片作为硅衬底；低电阻率硅片是通过高掺杂硼元素来实现的，硼元素的掺杂浓度为1020/cm3；利用高掺杂硼元素可降低金属下电极的接触电阻，提高MIS薄膜电容器的Q值；另外，采用低电阻率硅片，还可以提高MIS薄膜电容器的稳定性；
(2)硅片清洗：
a、按体积比配置氨水︰双氧水︰去离子水＝1︰4︰50的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片和石英缸冲洗三次；
b、按体积比配置盐酸︰双氧水︰去离子水＝1︰1︰6的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片冲洗三次；
c、按体积比配置氢氟酸︰去离子水＝1︰50的混合溶液于硅片清洗机中，将装有硅片的硅片盒置于清洗机中，1min后取出，用85～95℃的去离子水清洗8～12min；
d、将装有硅片的硅片盒置于甩干机中，甩干，待用；
(3)生成氧化硅层：采用分子束外延法生成氧化硅薄膜层；
(4)沉积氮化硅层：采用电子束蒸发法沉积氮化硅层；
(5)热处理：将沉积氮化硅层后的硅衬底在700℃下真空气氛中热处理30min；经过热处理后沉积的氮化硅层更加稳定，消除缺陷产生的应力，增加相互扩散提高粘附力，MIS薄膜电容器的Q值和绝缘电阻达到最佳；
(6)溅射上电极：将热处理后的硅衬底用丙酮清洗→无水乙醇清洗→去离子水清洗三步法清洗干净，然后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层，钛钨打底层和金层在同一氛围中溅射，溅射后电镀加厚至4～5μm，以提高电容器金带焊接的键合强度；
(7)曝光显影、电镀、腐蚀：
根据电容量要求，选择合适的掩模板，设置合适的曝光时间进行曝光，采用与光刻胶相匹配的显影液进行显影；
曝光显影后，电镀Au层，然后电镀Ni层；
曝光显影和电镀后的其他部分即绝缘边和刀宽部分进行湿法刻蚀，首先用丙酮去除未曝光的光刻胶，然后依次刻蚀Au、TiW，最后刻蚀Ni；
(8)背部减薄：采用机械减薄的方法，对硅衬底进行减薄，厚度范围为0.1016～0.1524mm，使电容器达到所需厚度；
(9)溅射下电极：将处理后的硅衬底清洗干净，清洗后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层，钛钨打底层和金层在同一氛围中溅射，溅射后下电极金层厚度达到0.8～1.2μm；
(10)划片切割：采用机械切割的方法，将溅射下电极后的硅衬底进行划片切割，制得尺寸符合要求的MIS薄膜电容器。
本发明依次在低电阻率硅衬底上生长氧化硅层和氮化硅层双层介质作为绝缘功能层，有效降低了电容器内粒子贯穿几率，提高了MIS薄膜电容器的耐压和稳定性，制备工艺简单，与普通半导体薄膜工艺兼容，成本低廉，稳定性和重复性较好，适合批量化生产。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)低电阻率硅衬底准备：选用电阻率＜0.0015Ω·cm的硅片作为硅衬底；
(2)硅片清洗：将硅片清洗、甩干，待用；
(3)生成氧化硅层：采用热氧化法生成氧化硅层，将清洗、甩干后的硅片置于含氧气氛的高温扩散炉中，使其表面的硅与氧气反应生成氧化硅薄膜层；
(4)沉积氮化硅层：采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层；
(5)热处理：将沉积氮化硅层后的硅衬底在真空气氛中热处理后待用；
(6)溅射上电极：将热处理后的硅衬底清洗干净，然后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层；
(7)曝光显影、电镀、腐蚀：
根据电容量要求，选择合适的掩模板，设置合适的曝光时间进行曝光，采用与光刻胶相匹配的显影液进行显影；
曝光显影后，电镀Au层，然后电镀Ni层；
曝光显影和电镀后的其他部分即绝缘边和刀宽部分进行湿法刻蚀，首先用丙酮去除未曝光的光刻胶，然后依次刻蚀Au、TiW，最后刻蚀Ni；
(8)背部减薄：采用机械减薄的方法，对硅衬底进行减薄，使电容器达到所需厚度；
(9)溅射下电极：将处理后的硅衬底清洗干净，清洗后用磁控溅射法依次溅射钛钨打底层和金层；
(10)划片切割：采用机械切割的方法，将溅射下电极后的硅衬底进行划片切割，制得尺寸符合要求的MIS薄膜电容器。
2.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的低电阻率硅片是通过高掺杂硼元素来实现的，硼元素的掺杂浓度为1020/cm3。
3.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(2)中硅片清洗包括下述步骤：
a、按体积比配置氨水︰双氧水︰去离子水＝1︰4︰50的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片和石英缸冲洗三次；
b、按体积比配置盐酸︰双氧水︰去离子水＝1︰1︰6的混合溶液于石英缸中，将装有硅片的硅片盒置于石英缸中，在85～95℃下煮沸8～12min，然后用去离子水将硅片冲洗三次；
c、按体积比配置氢氟酸︰去离子水＝1︰50的混合溶液于硅片清洗机中，将装有硅片的硅片盒置于清洗机中，1min后取出，用85～95℃的去离子水清洗8～12min；
d、将装有硅片的硅片盒置于甩干机中，甩干，待用。
4.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(3)中氧化硅层还可通过溅射、分子束外延法生成。
5.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(4)中氮化硅层还可通过电子束蒸发法生成。
6.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(5)中硅衬底在700℃下真空气氛中热处理30min。
7.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(6)中清洗采用丙酮清洗→无水乙醇清洗→去离子水清洗三步法。
8.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(8)中硅衬底减薄厚度范围为0.1016～0.1524mm。
9.根据权利要求1所述的MIS薄膜电容器的制造工艺，其特征在于：所述步骤(9)中钛钨打底层和金层要在同一氛围中溅射，溅射后下电极金层厚度达到0.8～1.2μm。
10.一种根据权利要求1～9任一项所述的制造工艺制得的MIS薄膜电容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510724429.XA CN105261657B (zh) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | 一种mis薄膜电容器的制造工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510724429.XA CN105261657B (zh) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | 一种mis薄膜电容器的制造工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105261657A CN105261657A (zh) | 2016-01-20 |
| CN105261657B true CN105261657B (zh) | 2018-05-11 |
Family
ID=55101247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510724429.XA Active CN105261657B (zh) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | 一种mis薄膜电容器的制造工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105261657B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106067376B (zh) * | 2016-05-12 | 2018-11-06 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种超薄表贴型陶瓷电容器的加工方法 |
| CN106158373A (zh) * | 2016-08-01 | 2016-11-23 | 合肥佳瑞林电子技术有限公司 | 一种薄膜电容器的制备方法 |
| CN106298981A (zh) * | 2016-08-16 | 2017-01-04 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 与mos管集成的双多晶电容结构及制造方法 |
| CN106601479A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-04-26 | 中国振华集团云科电子有限公司 | 一种三维硅基片式薄膜电容器及其制造方法 |
| CN112151512B (zh) * | 2020-09-25 | 2023-04-25 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 一种微型芯片电容及其制造方法 |
| CN112490001B (zh) * | 2020-11-23 | 2021-11-05 | 桂林电子科技大学 | 一种片式电容器的制备方法 |
| CN113012939B (zh) * | 2021-02-22 | 2022-09-09 | 四川大学 | 高耐电压低损耗硅基薄膜电容器及其制备方法 |
| CN113380545B (zh) * | 2021-06-09 | 2022-03-04 | 广州天极电子科技股份有限公司 | 一种阶梯式高耐电压型薄膜电容器及其制备方法 |
| CN115172339B (zh) * | 2022-09-01 | 2022-12-02 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种电容器及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4104697A (en) * | 1975-06-02 | 1978-08-01 | Texas Instruments Incorporated | Discrete, fixed-value capacitor |
| CN1612273A (zh) * | 2003-10-31 | 2005-05-04 | 学校法人早稻田大学 | 薄膜电容器、薄膜电容器内置型高密度组装衬底、及薄膜电容器的制造方法 |
| CN1637973A (zh) * | 2003-12-30 | 2005-07-13 | E.I.内穆尔杜邦公司 | 陶瓷上的薄膜电容器 |
| CN101831618A (zh) * | 2010-04-15 | 2010-09-15 | 湖北大学 | 一种TiO2/ZrO2两层堆栈结构高介电常数栅介质薄膜及其制备方法 |
| CN102460619A (zh) * | 2009-04-28 | 2012-05-16 | 纳幕尔杜邦公司 | 薄膜电容器及其制造方法 |
-
2015
- 2015-10-30 CN CN201510724429.XA patent/CN105261657B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4104697A (en) * | 1975-06-02 | 1978-08-01 | Texas Instruments Incorporated | Discrete, fixed-value capacitor |
| CN1612273A (zh) * | 2003-10-31 | 2005-05-04 | 学校法人早稻田大学 | 薄膜电容器、薄膜电容器内置型高密度组装衬底、及薄膜电容器的制造方法 |
| CN1637973A (zh) * | 2003-12-30 | 2005-07-13 | E.I.内穆尔杜邦公司 | 陶瓷上的薄膜电容器 |
| CN102460619A (zh) * | 2009-04-28 | 2012-05-16 | 纳幕尔杜邦公司 | 薄膜电容器及其制造方法 |
| CN101831618A (zh) * | 2010-04-15 | 2010-09-15 | 湖北大学 | 一种TiO2/ZrO2两层堆栈结构高介电常数栅介质薄膜及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105261657A (zh) | 2016-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105261657B (zh) | 一种mis薄膜电容器的制造工艺 | |
| JP6803901B2 (ja) | 半導体製品用絶縁層構造及びその作製方法 | |
| JP4171162B2 (ja) | 光起電力素子およびその製造方法 | |
| JPH02290045A (ja) | 非珪素半導体層を絶縁層に形成する方法 | |
| JP2001526839A (ja) | シリコンにドーピングする方法、金属ドープトシリコン、太陽電池の製造方法、および太陽電池 | |
| JPS6024579B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2013098241A (ja) | 結晶シリコン系太陽電池及び結晶シリコン系太陽電池の製造方法 | |
| CN105981180B (zh) | 光电转换元件和具备该光电转换元件的太阳能电池模块 | |
| CN107170671A (zh) | 一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法 | |
| CN101419092B (zh) | 平面化热绝缘结构的热释电红外探测器的制备方法 | |
| CN101286473B (zh) | 半导体器件的制造方法 | |
| CN101920932A (zh) | 制作纳米尺寸间距的电极的方法 | |
| WO1994019509A1 (en) | Film forming method and film forming apparatus | |
| Xu et al. | An air-plasma enhanced low-temperature wafer bonding method using high-concentration water glass adhesive layer | |
| JP4630294B2 (ja) | 光電変換装置及びその製造方法 | |
| CN109786510A (zh) | 一种四元探测器的制备方法以及由此得到的铟镓砷铋四元探测器 | |
| CN110010763A (zh) | 用于集成电路上的薄膜电阻器的等离子体处理 | |
| JP2002277605A (ja) | 反射防止膜の成膜方法 | |
| CN108028290A (zh) | 光电转换元件、包括该光电转换元件的太阳能电池模块及太阳光发电系统 | |
| CN103165576B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| US9673167B2 (en) | Method for bonding substrates | |
| CN108376703A (zh) | 一种适用于AlGaN/GaN器件的欧姆接触制作方法 | |
| CN109004054B (zh) | 一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法 | |
| Inberg et al. | Electroless and sputtered silver–tungsten thin films for microelectronics applications | |
| CN107424978A (zh) | 一种化合物半导体层间介电导线及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |