CN108109992A - Mim电容器的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MIM电容器的制作方法。所述MIM电容器的制作方法包括以下步骤：提供绝缘介质，在所述绝缘介质表面形成第一沟槽；对所述具有所述第二沟槽的绝缘介质进行第一次高温快速热退火；在所述绝缘介质的第一沟槽所在一侧形成氧化硅层，使得所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面也形成与所述第一沟槽对应第二沟槽；对所述氧化硅层进行真空高温快速退火使得所述第二沟槽的拐角处变光滑；采用腐蚀性溶液对所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面进行处理增加氧化硅层的表面粗糙度；在所述已增加表面粗糙度的氧化硅层上形成缓冲金属层及电容结构。

Description

MIM电容器的制作方法
【技术领域】
本发明涉及电容器技术领域，特别地，涉及一种MIM电容器的制作方法
【背景技术】
在超大规模集成电路中，电容器是常用的无源器件之一，其通常整合于双极晶体管或互补式金属氧化物半导体晶体管等有源器件中。目前制造电容器的技术可分为以多晶硅为电极和以金属为电极两种，以多晶硅为电极会出现载子缺乏的问题，使得电容器两端的电压发生改变时，电容量也会随着改变，因此以多晶硅为电极的电容器无法维持现今逻辑电路的线性需求，而以金属为电极的电容器则无此问题，这种电容器泛称为MIM电容器(Metal-Insulator-Metal Capacitor)
现有的制作MIM电容器一般包括下电极结构、上电极结构、形成于所述上下电极结构之间的介质材料，然而，现有MIM电容器的制作过程中，在进行上电极刻蚀时，常常会对介质材料造成一定程度的损伤，从而所述MIM电容器产生一些漏电或其他可靠性问题，有必要改善。
当前的MIM电容器面临的两个主要问题，一是如何在单位面积内提高电容密度。二是如何提高MIM电容的可靠性(TDDB)。其中第一个问题，当前的解决方案为采用高K介质(如Al2O3，HfO2，ZrO2等)代替传统的氧化硅或氮化硅等，或者采用沟槽型MIM电容来提高电容密度。第二个问题，每种工艺面临的问题都不同，因此最难解决。
当前的沟槽型MIM电容器的工艺流程为，在绝缘介质上刻蚀沟槽，电容器结构逐层淀积，形成电容器。此种提高电容密度的结构，一个最大的问题即为刻蚀沟槽后，介质材料表面会变得非常粗糙，特别是在拐角处，可能存在尖角，凹陷等问题。在表面淀积的介质材料质量会明显下降，出现诸如针孔，厚度变薄等缺陷，从而导致电容漏电，击穿偏低，寿命下降等问题。特别是应用端对电容密度提出更高的要求后(比如500nF或以上)，必须要缩小沟槽的pitch，拐角处出现介质质量下降的情况就更加明显。此外，由于上电极形成在沟槽上，使得上电极存在拐角，从而会存在寄生的拐角电容，同样影响MIM电容器的可靠度。
【发明内容】
本发明的其中一个目的在于提供一种可靠度较高的MIM电容器的制作方法。
一种MIM电容器的制作方法，其包括以下步骤：
提供绝缘介质，在所述绝缘介质表面形成第一沟槽；
对所述具有所述第二沟槽的绝缘介质进行第一次高温快速热退火；
在所述绝缘介质的第一沟槽所在一侧形成氧化硅层，使得所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面也形成与所述第一沟槽对应第二沟槽；
对所述氧化硅层进行真空高温快速退火使得所述第二沟槽的拐角处变光滑；
采用腐蚀性溶液对所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面进行处理增加氧化硅层的表面粗糙度；
在所述已增加表面粗糙度的氧化硅层上形成缓冲金属层及电容结构。
在一种实施方式中，所述第一次高温快速热退火的温度在1100摄氏度至1200摄氏度的范围内。
在一种实施方式中，所述第一次高温快速热退火的时间为30秒。
在一种实施方式中，所述氧化硅层采用LPCVD或者APCVD的方式沉积形成。
在一种实施方式中，所述氧化硅层的厚度在1000埃到3000埃的范围内。
在一种实施方式中，所述真空高温快速热退火温度在950摄氏度至1050摄氏度的范围内。
在一种实施方式中，所述真空高温快速热退火的退火时间在30秒至60秒的范围内。
在一种实施方式中，所述腐蚀性溶液为10:1的氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的处理时间在10秒至20秒的范围内。
在一种实施方式中，所述缓冲金属层的厚度在500埃至1000埃的范围内。
在一种实施方式中，所述缓冲金属层的材料包括铜、钨、钌中的一种、两种或三种。
相较于现有技术，本发明MIM电容器的制作方法中，通过对所述氧化硅层进行真空高温快速退火使得所述氧化硅层的第二沟槽的拐角处的形貌会发生变化，具体地，所述第二沟槽的拐角处变光滑，可以良好的覆盖住由于沟槽刻蚀带来的表面粗糙，拐角形貌差等问题，为后续的下电极材料、介质材料及上电极材料等淀积提供良好的表面态。
进一步地，由于进行真空高温快速退火后，氧化硅层表面会变得非常光滑，不利于后面下电极材料、介质材料及上电极材料等电容有效结构的淀积，具体地，所述氧化硅层表面粘附力变差，在电容本身应力的作用下，极易变形开裂，因此，增加腐蚀性溶液对所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面进行处理增加氧化硅层的表面粗糙度的步骤，可以使得退火后的氧化硅层表面粗糙度会增加，具体地，可以增加至数A级别的粗糙度，这样做的好处是：1)下电极材料、介质材料及上电极材料等电容有效结构淀积时的粘附力增加，不易变形开裂；2)氧化硅层表面粗糙度的增加，意味着电容的有效面积增加，电容密度也会增加。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明一较佳实施方式的MIM电容器的制作方法的流程图。
图2至图5是图1所示MIM电容器的制作方法部分步骤的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明一较佳实施方式的MIM电容器的制作方法的流程图。所述MIM电容器的制作方法包括以下步骤S1-S6。
步骤S1，请参阅图2，提供绝缘介质，在所述绝缘介质表面形成第一沟槽。其中，所述第一沟槽的数量可以是多个，其宽度及间距可以依据实际需要设定。
步骤S2，请参阅图2，对所述具有所述第二沟槽的绝缘介质进行第一次高温快速热退火。其中，所述步骤S2中，所述第一次高温快速热退火的温度在1100摄氏度至1200摄氏度的范围内；所述第一次高温快速热退火的时间为30秒。
步骤S3，请参阅图3，在所述绝缘介质的第一沟槽所在一侧形成氧化硅层，使得所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面也形成与所述第一沟槽对应第二沟槽。所述步骤S3中，所述氧化硅层采用LPCVD或者APCVD的方式沉积形成。所述氧化硅层的厚度在1000埃到3000埃的范围内。
步骤S4，请参阅图4，对所述氧化硅层进行真空高温快速退火使得所述第二沟槽的拐角处变光滑。所述步骤S4中，所述真空高温快速热退火温度在950摄氏度至1050摄氏度的范围内。所述真空高温快速热退火的退火时间在30秒至60秒的范围内。
步骤S5，请参阅图4，采用腐蚀性溶液对所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面进行处理增加氧化硅层的表面粗糙度。所述腐蚀性溶液为10:1的氢氟酸溶液(即氢氟酸HF与水的比例为10:1)，所述氢氟酸溶液的处理时间在10秒至20秒的范围内。
步骤S6，请参阅图5，在所述已增加表面粗糙度的氧化硅层上形成缓冲金属层及电容结构。所述缓冲金属层的厚度在500埃至1000埃的范围内。所述缓冲金属层的材料包括铜Cu、钨W、钌Ru中的一种、两种或三种，所述电容结构可以包括下电极结构、介质材料及上电极结构等。
相较于现有技术，本发明MIM电容器的制作方法中，通过对所述氧化硅层进行真空高温快速退火使得所述氧化硅层的第二沟槽的拐角处的形貌会发生变化，具体地，所述第二沟槽的拐角处变光滑，可以良好的覆盖住由于沟槽刻蚀带来的表面粗糙，拐角形貌差等问题，为后续的下电极材料、介质材料及上电极材料等淀积提供良好的表面态。
进一步地，由于进行真空高温快速退火后，氧化硅层表面会变得非常光滑，不利于后面下电极材料、介质材料及上电极材料等电容有效结构的淀积，具体地，所述氧化硅层表面粘附力变差，在电容本身应力的作用下，极易变形开裂，因此，增加腐蚀性溶液对所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面进行处理增加氧化硅层的表面粗糙度的步骤，可以使得退火后的氧化硅层表面粗糙度会增加，具体地，可以增加至数A级别的粗糙度，这样做的好处是：1)下电极材料、介质材料及上电极材料等电容有效结构淀积时的粘附力增加，不易变形开裂；2)氧化硅层表面粗糙度的增加，意味着电容的有效面积增加，电容密度也会增加。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括以下步骤：
提供绝缘介质，在所述绝缘介质表面形成第一沟槽；
对所述具有所述第二沟槽的绝缘介质进行第一次高温快速热退火；
在所述绝缘介质的第一沟槽所在一侧形成氧化硅层，使得所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面也形成与所述第一沟槽对应第二沟槽；
对所述氧化硅层进行真空高温快速退火使得所述第二沟槽的拐角处变光滑；
采用腐蚀性溶液对所述氧化硅层远离所述绝缘介质的表面进行处理增加氧化硅层的表面粗糙度；
在所述已增加表面粗糙度的氧化硅层上形成缓冲金属层及电容结构。
2.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述第一次高温快速热退火的温度在1100摄氏度至1200摄氏度的范围内。
3.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述第一次高温快速热退火的时间为30秒。
4.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述氧化硅层采用LPCVD或者APCVD的方式沉积形成。
5.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述氧化硅层的厚度在1000埃到3000埃的范围内。
6.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述真空高温快速热退火温度在950摄氏度至1050摄氏度的范围内。
7.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述真空高温快速热退火的退火时间在30秒至60秒的范围内。
8.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述腐蚀性溶液为10:1的氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的处理时间在10秒至20秒的范围内。
9.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述缓冲金属层的厚度在500埃至1000埃的范围内。
10.如权利要求1所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述缓冲金属层的材料包括铜、钨、钌中的一种、两种或三种。
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