CN105895621A - Mim电容器的制作方法及mim电容器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种MIM电容器的制作方法及MIM电容器。该方法包括在衬底上形成下极金属层、在下极金属层上形成介质层以及在介质层上形成上极金属层的步骤；其中形成上极金属层的步骤包括：在介质层上形成金属层；在金属层上形成掩膜层，沿掩膜层第一次刻蚀金属层形成预备上极金属层；以及沿掩膜层第二次刻蚀预备上极金属层形成上极金属层；其中，第一次刻蚀为干法刻蚀，第二次刻蚀为湿法刻蚀。该制作方法中，在对介质层上方的金属层进行干法刻蚀形成预备上极金属层的步骤之后，进一步对预备上极金属层进行湿法刻蚀形成上极金属层。这一过程“切除”了存在于介质层和上电极金属层接触处的缺陷，提高了MIM电容器的良品率。

Description

MIM电容器的制作方法及MIM电容器

技术领域

本申请涉及MIM电容器制作领域，具体而言，涉及一种MIM电容器的制作方法及MIM电容器。

背景技术

电容元件常用于如射频IC、单片微波IC等集成电路中作为电子无源器件。常见的电容元件包括金属氧化物半导体(MOS)电容、PN结电容以及MIM(metal-insulator-metal，简称MIM)电容器等。其中，MIM电容器在某些特殊应用中能够提供优于MOS电容器或者PN结电容器的电学特性，这是由于MOS电容器以及PN结电容器均受限于其本身结构，在工作时电极容易产生空穴层，导致其频率特性降低。而MIM电容器可以提供较好的频率以及温度相关特性。

如图1所示，传统的MIM电容器的制备方法通常包括：在衬底上形成下极金属层100’、在下极金属层110上形成介质层120以及在介质层120上形成上极金属层130。在实际制备上极金属层的过程中，往往需要先在介质层上形成一层金属层，再以介质层为刻蚀停止层刻蚀这层金属层，形成面积相比于下极金属层较小的上极金属层。然而，在刻蚀这层金属层的过程中，很容易因过度刻蚀对与上极金属层相接触的介质层造成过度刻蚀伤害102，或者，因刻蚀不足在上极金属层与介质层相接触的部位形成金属尖状部101，从而形成缺陷。这样的缺陷会降低MIM电容器的介电性能，使其更容易产生电击穿，从而影响其良品率。

发明内容

本申请旨在提供一种MIM电容器的制作方法及MIM电容器，以解决现有技术中制作MIM电容器时容易造成缺陷，从而易导致其介电性能差的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种MIM电容器的制作方法，包括在衬底上形成下极金属层、在下极金属层上形成介质层以及在介质层上形成上极金属层的步骤，其中，在介质层上形成上极金属层的步骤包括：在介质层上形成金属层；在金属层上形成掩膜层，沿掩膜层第一次刻蚀金属层形成预备上极金属层；以及沿掩膜层第二次刻蚀预备上极金属层形成上极金属层；其中，沿平行于金属层上表面的各个方向，掩膜层外边缘与金属层外边缘之间的距离均大于0；第一次刻蚀为干法刻蚀，第二次刻蚀为湿法刻蚀。

进一步地，沿平行于预备上极金属层上表面的各个方向，上极金属层外边缘位于预备上极金属层外边缘的内侧处。

进一步地，在介质层上形成金属层的步骤中，采用电镀的方法或者物理气相沉积的方法形成金属层。

进一步地，在金属层上形成掩膜层的步骤包括：在金属层上形成预备掩膜层，按照所欲形成的预备上极金属层的形状，图形化预备掩膜层形成掩膜层。

进一步地，形成介质层的材料为氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅；形成金属层的材料为金属铝或金属铜。

进一步地，制作方法包括以下步骤：在介质层上形成金属层；在金属层上形成抗反射层预备层，在抗反射层预备层上形成掩膜层；沿掩膜层第一次刻蚀抗反射层预备层形成抗反射层过渡层，并第一次刻蚀金属层形成预备上极金属层；以及沿掩膜层第二次刻蚀抗反射层过渡层形成抗反射层，并第二次刻蚀预备上极金属层形成上极金属层；其中，第一次刻蚀为干法刻蚀，第二次刻蚀为湿法刻蚀。

进一步地，形成抗反射层预备层的材料为氮氧化硅。

进一步地，沿掩膜层刻蚀预备上极金属层形成上极金属层的步骤之后，还包括剥离掩膜层的步骤。

根据本申请的另一方面，还提供了一种MIM电容器，其是由上述制作方法制作而成。

应用本申请的MIM电容器的制作方法及MIM电容器，本申请所提供的制作方法中，在对介质层上方的金属层进行干法刻蚀形成预备上极金属层的步骤之后，进一步对预备上极金属层进行湿法刻蚀形成上极金属层。这一过程中，去除了预备上极金属层外侧边缘的一部分，使得原本存在的尖状部缺陷被“切除”，或者使得原本被伤害的介质层对应的上极金属层被“切除”。缺陷消除后，因该缺陷产生的MIM电容器易被电击穿的问题得到缓解，从而提高了MIM电容器的良品率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术一种实施方式中形成的MIM电容器的基体的剖面示意图；；

图2示出了本申请一种实施方式中MIM电容器的制作方法的工艺步骤流程示意图；

图3至图8示出了本申请一种实施方式中MIM电容器的制作方法各步骤所形成的基体的剖面示意图；

图3示出了衬底上形成下极金属层，在下极金属层上形成介质层，并在介质层上形成金属层后的基体的剖面示意图；

图4示出了在图3所示基体的金属层上形成抗反射层预备层后的基体的剖面示意图；

图5示出了在图4所示基体的抗反射层预备层上形成掩膜层后的基体的剖面示意图；

图6示出了沿掩膜层第一次刻蚀抗反射层预备层和金属层形成抗反射层过渡层和预备上极金属层后的基体的剖面示意图；

图7示出了沿掩膜层第二次刻蚀抗反射层过渡层和预备上极金属层形成抗反射层和上极金属层后的基体的剖面示意图；以及

图8示出了剥离图7所示基体中的掩膜层后的基体的剖面示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

正如背景技术部分所介绍的，现有技术中制作MIM电容器时容易造成缺陷，从而易导致其介电性能变差。为了解决这一问题，本申请申请人提供了一种MIM电容器的制作方法，如图2所示，包括在在衬底上形成下极金属层、在下极金属层上形成介质层以及在介质层上形成上极金属层的步骤，其中，在介质层上形成上极金属层的步骤包括：在介质层上形成金属层；在金属层上形成掩膜层，沿掩膜层第一次刻蚀金属层形成预备上极金属层；以及沿掩膜层第二次刻蚀预备上极金属层形成上极金属层；其中，沿平行于金属层上表面的各个方向，掩膜层外边缘与金属层外边缘之间的距离均大于0；第一次刻蚀为干法刻蚀，第二次刻蚀为湿法刻蚀。

上述制作方法中，对介质层上方的金属层进行刻蚀形成预备上极金属层的过程类似于传统制作方法中形成上极金属层的过程。如前文所述，在传统制作方法中该刻蚀步骤中容易因过度刻蚀对介质层与上极金属层外边缘相接触的部位造成伤害；或者，容易因刻蚀不足在上极金属层外边缘与介质层相接触的角落形成金属尖状部。而本申请所提供的上述制作方法在对介质层上方的金属层进行干法刻蚀形成预备上极金属层的步骤之后，进一步对预备上极金属层进行湿法刻蚀形成上极金属层。由于干法刻蚀具有方向性，在第一次刻蚀后，会在预备上极金属层外边缘与介质层相接触的角落形成缺陷。而后续的湿法刻蚀不具备方向性，这样就能够进一步“平推”预备上极金属层，去除上述缺陷。这一过程中，去除了预备上极金属层外侧边缘的一部分，使得原本存在的尖状部缺陷被“切除”，或者使得原本被伤害的介质层对应的上极金属层被“切除”。缺陷消除后，因该缺陷产生的MIM电容器易被电击穿的问题得到缓解，从而提高了MIM电容器的良品率。

下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

需要说明的是，对于过度刻蚀导致的与上极金属层下边缘相接触的介质层被伤害的缺陷，以及因刻蚀不足产生的位于上极金属层下边缘的金属尖状部缺陷，本发明所提供的上述制备方法均能够改善其带来的电容器介电性能下降的问题。以下以改善金属尖状部缺陷进行说明。

图3至图8示出了按照本申请一种实施方式所提供的MIM电容器的制作方法，经过各步骤后所形成的基体的剖面示意图。下面将结合图3至图8，进一步说明本申请所提供的MIM电容器的制作方法。

首先，在衬底上形成下极金属层210，在下极金属层210上形成介质层220，并在介质层220上形成金属层230”，进而形成如图3所示的基体结构。形成下极金属层210、介质层220及金属层230”的方法采用本领域技术人员所惯用的方法即可。在一种优选的实施方式中，在介质层上形成金属层的步骤中，采用电镀的方法或者物理气相沉积的方法。更优选地，在形成金属层230”后，在金属层230”上形成抗反射层预备层240”，进而形成如图4所示的基体结构。在金属层230”上形成抗反射层预备层240”，经后续步骤后，能够在MIM电容器的上极金属层上方形成抗反射层，从而能够减少电容器表面的光反射，提高其综合性能。此外，形成上述各层的材料采用本领域常用的材料即可。优选地形成介质层220的材料为氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅；形成金属层230”的材料为金属铝或金属铜；形成抗反射层预备层240”的材料为氮氧化硅。以下以在金属层230”上形成抗反射层预备层240”为例，进行后续的工艺说明。当金属层230”上的抗反射层预备层240”不存在时，本领域技术人员根据下述教导有能力选择相应的后续操作工艺。在此不再赘述。

形成上述金属层230”和抗反射层预备层240”的步骤之后，在抗反射层预备层240”上形成掩膜层201；其中，沿平行于金属层230”上表面的各个方向，掩膜层201外边缘与金属层230”外边缘之间的距离均大于0，进而形成如图5所示的基体结构。形成上述第一掩膜层201，能够使金属层230”在后期刻蚀后的面积小于下极金属层210，且其边缘均处于下极金属层210的边缘以内。需要说明的是，与传统工艺中的掩膜层相比，本申请上述掩膜层201的面积较大，从而为后续的第二次刻蚀留有余量。

完成在抗反射层预备层240”上形成掩膜层201的步骤之后，沿掩膜层201第一次刻蚀金属层230”形成预备上极金属层230’，并第一次刻蚀抗反射层预备层240”形成抗反射层过渡层240’，进而形成图6所示的基体结构。在此过程中，由于采用了方向性较强的干法刻蚀，容易在预备上极金属层230’的下边缘与介质层220相接触的角落形成金属尖状部。同时，也容易在刻蚀过程中轻微伤害介质层中位于被刻蚀金属层下方的部分，具体如图6所示。

完成沿掩膜层201第一次刻蚀金属层230”和抗反射层预备层240”形成预备上极金属层230’和抗反射层过渡层240’的步骤之后，进一步沿掩膜层201第二次刻蚀抗反射层过渡层240’和预备上极金属层230’，形成抗反射层240和上极金属层230，进而形成如图7所示的基体结构。该第二次刻蚀过程因采用了不具备方向性的湿法刻蚀，能够进一步“平推”预备上极金属层，达到去除上述缺陷的目的。在湿法刻蚀的过程中，刻蚀的量可以根据所需上极金属层的尺寸进行具体选择。在一种优选的实施方式中，上述湿法刻蚀“平推”过程中，沿平行于预备上极金属层230’上表面的各个方向，使形成的上极金属层230的外边缘位于湿法刻蚀前的预备上极金属层230’外边缘的内侧处。若距离太远，形成的上极金属层的面积过小，不利于电容器保持较高的电容量。若距离过近，不利于将缺陷彻底去除。将平推距离设置在上述范围，能够在去除缺陷的基础上，使电容器保持较高的电容量。另外，出于简化工艺、减少尖端效应的目的，优选使各个方向的平推距离相同。

在实际操作过程中，形成掩膜层201方法可以采用本领域技术人员所惯用的方法。优选地，形成掩膜层201的步骤包括：在抗反射层预备层240”上形成预备掩膜层，按照所欲形成的预备上极金属层230’的形状，图形化预备掩膜层形成掩膜层201。

沿掩膜层201第二次刻蚀预备上极金属层230’形成上极金属层230的步骤之后，还包括剥离掩膜层201，进而形成如图8所示的基体结构的步骤。

另外，本申请还提供了一种MIM电容器，其是由上述制作方法制作而成。采用该方法制作得到的MIM电容器，因位于上极金属层与介质层相接触面边缘处的缺陷被“切除”，从而缓解了其因缺陷导致的击穿强度降低的问题，提高的MIM电容器的介电性能，保证了其良品率。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

在衬底上形成下极金属层、在下极金属层上形成介质层、在介质层上采用物理气相沉积法形成金属层以及在金属层上形成抗反射层预备层；其中，下极金属层和金属层的材料为金属铝，介质层的材料为氮化硅，抗反射层预备层的材料为氮氧化硅；

在抗反射层预备层上形成预备掩膜层，图形化预备掩膜层形成掩膜层。其中，沿平行于金属层上表面的各个方向，掩膜层外边缘与金属层外边缘之间的距离均为下极金属层直径的1/5；沿掩膜层干法刻蚀抗反射层预备层和金属层，形成抗反射层过渡层和预备上极金属层；

进一步地，沿掩膜层湿法刻蚀抗反射层过渡层和预备上极金属层，形成抗反射层和上极金属层；其中，沿平行于预备上极金属层上表面的各个方向，上极金属层外边缘与预备上极金属层外边缘之间的距离均为；剥离掩膜层，形成MIM电容器。

实施例2

在衬底上形成下极金属层、在下极金属层上形成介质层、在介质层上采用物理气相沉积法形成金属层以及在金属层上形成抗反射层预备层；其中，下极金属层和金属层的材料为金属铝，介质层的材料为氮化硅，抗反射层预备层的材料为氮氧化硅；

在抗反射层预备层上形成预备掩膜层，图形化预备掩膜层形成掩膜层。其中，沿平行于金属层上表面的各个方向，掩膜层外边缘与金属层外边缘之间的距离均为下极金属层直径的1/5；沿掩膜层干法刻蚀抗反射层预备层和金属层，形成抗反射层过渡层和预备上极金属层；

进一步地，沿掩膜层湿法刻蚀抗反射层过渡层和预备上极金属层，形成抗反射层和上极金属层；其中，沿平行于预备上极金属层上表面的各个方向，上极金属层外边缘与预备上极金属层外边缘之间的距离均为；剥离第二掩膜层，形成MIM电容器。

实施例3

在衬底上形成下极金属层、在下极金属层上形成介质层以及在介质层上采用物理气相沉积法形成金属层；其中，下极金属层和金属层的材料为金属铝，介质层的材料为氮化硅；

在金属层上形成预备掩膜层，图形化预备掩膜层形成掩膜层。其中，沿平行于金属层上表面的各个方向，掩膜层外边缘与金属层外边缘之间的距离均为下极金属层直径的1/5；沿掩膜层干法刻蚀金属层，形成预备上极金属层；

进一步地，沿第二掩膜层湿法刻蚀预备上极金属层，形成上极金属层；其中，沿平行于预备上极金属层上表面的各个方向，上极金属层外边缘与预备上极金属层外边缘之间的距离均为；剥离第二掩膜层，形成MIM电容器。

对比例1

在衬底上形成下极金属层、在下极金属层上形成介质层以及在介质层上采用物理气相沉积法形成金属层；其中，下极金属层和金属层的材料为金属铝，介质层的材料为氮化硅；

在金属层上形成预备掩膜层，图形化预备掩膜层形成掩膜层。其中，沿平行于金属层上表面的各个方向，掩膜层外边缘与金属层外边缘之间的距离均为下极金属层直径的1/4；沿掩膜层干法刻蚀金属层，形成上极金属层；剥离第二掩膜层，形成MIM电容器。

对实施例1至3和对比例1中制作的MIM电容器进行表征测试，测试方法为：在MIN电容器的上极金属层和下极金属层上施加电压，逐渐升高电压至电容器被电击穿，记录击穿时的电击穿强度。测试结果表明，采用本申请实施例1至3中的方法所制备的MIM电容器，其电击穿强度均高于对比例1中所制备的MIM电容器，高出量甚至达到了5V。由此可知，通过附加的湿法刻蚀工序，能够去除MIM电容器中上极金属层外侧边缘的尖状部缺陷和上极金属层外侧边缘下方的介质层缺陷部分，进而能够改善因这些缺陷引起的电容器介电性能下降的问题，提高电容器的电击穿强度和良品率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种MIM电容器的制作方法，包括在衬底上形成下极金属层、在所述下极金属层上形成介质层以及在所述介质层上形成上极金属层的步骤，其特征在于，在所述介质层上形成上极金属层的步骤包括：

在所述介质层上形成金属层；

在所述金属层上形成掩膜层，沿所述掩膜层第一次刻蚀所述金属层形成预备上极金属层；以及

沿所述掩膜层第二次刻蚀所述预备上极金属层形成所述上极金属层；

其中，沿平行于所述金属层上表面的各个方向，所述掩膜层外边缘与所述金属层外边缘之间的距离均大于0；所述第一次刻蚀为干法刻蚀，所述第二次刻蚀为湿法刻蚀。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，沿平行于所述预备上极金属层上表面的各个方向，所述上极金属层外边缘位于所述预备上极金属层外边缘的内侧处。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述介质层上形成所述金属层的步骤中，采用电镀的方法或者物理气相沉积的方法形成所述金属层。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制作方法，其特征在于，

在所述金属层上形成所述掩膜层的步骤包括：在所述金属层上形成预备掩膜层，按照所欲形成的预备上极金属层的形状，图形化所述预备掩膜层形成所述掩膜层。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的制作方法，其特征在于，形成所述介质层的材料为氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅；形成所述金属层的材料为金属铝或金属铜。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在所述介质层上形成所述金属层；

在所述金属层上形成抗反射层预备层，在所述抗反射层预备层上形成所述掩膜层；

沿所述掩膜层第一次刻蚀所述抗反射层预备层形成抗反射层过渡层，并第一次刻蚀所述金属层形成预备上极金属层；以及

沿所述掩膜层第二次刻蚀所述抗反射层过渡层形成抗反射层，并第二次刻蚀所述预备上极金属层形成所述上极金属层；

所述第一次刻蚀为干法刻蚀，所述第二次刻蚀为湿法刻蚀。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，形成所述抗反射层预备层的材料为氮氧化硅。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，沿所述掩膜层刻蚀预备上极金属层形成上极金属层的步骤之后，还包括剥离所述掩膜层的步骤。

9.一种MIM电容器，其特征在于，由权利要求1至8中任一项所述的制作方法制作而成。