CN108123039B - Mim电容器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MIM电容器及其制作方法。所述MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成于所述上电极结构上的导电保护层、形成所述导电保护层上的钝化层、贯穿所述钝化层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构上的导电保护层的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔及所述导电保护层电连接所述上电极结构的第二引线结构。
Description
【技术领域】
本发明涉及电容器技术领域，特别地，涉及一种MIM电容器及其制作方法
【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，在进行连通上电极结构的接触孔刻蚀时，常常会对上电极结构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降低可靠性的问题，有必要改善。
【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电容器及其制作方法。
一种MIM电容器，其特包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成于所述上电极结构上的导电保护层、形成所述导电保护层上的钝化层、贯穿所述钝化层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构上的导电保护层的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔及所述导电保护层电连接所述上电极结构的第二引线结构。
在一种实施方式中，所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层、钨缓冲层及第一氮化钛层，所述导电保护层设置于所述第一氮化钛层上。
在一种实施方式中，所述导电保护层的材料包括铝、氧化铝或含铝的导电化合物。
在一种实施方式中，所述导电保护层的厚度为100埃。
在一种实施方式中，所述下电极结构包括设置于所述绝缘层上的导电材料层、依次设置于所述导电材料层第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层，所述第一接触孔与所述导电材料层的第二部分对应，所述第一引线结构通过所述第一接触孔电连接所述导电材料层，进而电连接所述导电材料层的第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层。
一种MIM电容器的制作方法，其包括如下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成绝缘层，在所述绝缘层上形成下电极材料、在所述下电极结构上形成介质材料及在所述介质材料上形成上电极材料；
在所述上电极结构上形成导电保护层；
针对所述上电极材料及所述导电保护层进行刻蚀形成上电极结构及位于所述上电极结构上的导电保护层；
针对所述介质材料及下电极材料进行刻蚀形成下电极结构及位于所述下电极结构上方的介质材料；
在所述上电极结构上形成钝化层；
形成贯穿所述钝化层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔；
形成位于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及位于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
在一种实施方式中，所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层、钨缓冲层及第一氮化钛层，所述导电保护层设置于所述第一氮化钛层上。
在一种实施方式中，所述导电保护层的材料包括铝、氧化铝或含铝的导电化合物。
在一种实施方式中，所述导电保护层的厚度为100埃。
在一种实施方式中，所述下电极结构包括设置于所述绝缘层上的导电材料层、依次设置于所述导电材料层第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层，所述第一接触孔与所述导电材料层的第二部分对应，所述第一引线结构通过所述第一接触孔电连接所述导电材料层，进而电连接所述导电材料层的第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层。
相较于现有技术，所述MIM电容器及其制作方法中，由于所述上电极结构上方设置所述导电保护层，使得在形成第二接触孔时不易对所述上电极结构造成损伤或影响，所述MIM电容器的可靠性可以大幅提升。
【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是本发明一较佳实施方式的MIM电容器的剖面结构示意图。
图2至图7是图1所示MIM电容器的制作方法的各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是本发明一较佳实施方式的MIM电容器的剖面结构示意图。所述MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成于所述上电极结构上的导电保护层、形成所述导电保护层上的钝化层、贯穿所述钝化层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构上的导电保护层的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔及所述导电保护层电连接所述上电极结构的第二引线结构。
具体地，所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层、钨缓冲层及第一氮化钛层，所述导电保护层可以设置于所述第一氮化钛层上。所述导电保护层的材料可以包括铝、氧化铝或含铝的其他导电化合物。所述导电保护层的厚度为100埃。
所述下电极结构包括设置于所述绝缘层上的导电材料层、依次设置于所述导电材料层第一部分上的第一氮化钛层TiN-1、钨缓冲层W及第二氮化钛层TiN2，所述第一接触孔与所述导电材料层的第二部分对应，所述第一引线结构通过所述第一接触孔电连接所述导电材料层，进而电连接所述导电材料层的第一部分上的第一氮化钛层TiN-1、钨缓冲层W及第二氮化钛层TiN-2。所述导电材料层可以为金属铝层，厚度可以在8000埃(A)到15000埃的范围内
进一步地，所述上电极结构与所述下电极结构中，所述第一氮化钛层TiN-1作为隔离层，用于降低粗糙度(如由于导电材料层表面粗糙度较高时，所述第一氮化钛层TiN-1可以改善由于所述导电材料层引起的粗糙度较高的问题)，厚度通常在100埃到500埃的范围内。所述第二氮化钛层TiN-2作为电极表面材料，其厚度通常在50埃到200埃的范围内，所述第二氮化钛TiN-2可以降低表面粗糙度，为介质提供良好的表面态。所述钨缓冲层W的材料包括钨，厚度可以在800埃到1200埃的范围内，用于降低两侧氮化钛TiN-1、TiN-2的应力，防止电极应力过大造成的介质材料干裂。可以理解，所述介质材料为所述所述上电极结构与所述下电极结构之间的绝缘材料，可以依据实际需要选择。
所述衬底取决于器件应用，若在逻辑电路中，所述衬底的材料可以包括硅衬底、集成电路、钝化层等；若在分离器件中，所述衬底可以为硅衬底。所述绝缘层的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、或氧化铝等，厚度通常超过1um，具有良好的隔离性能。
请参阅图2至图7，图2至图7是图1所示MIM电容器的制作方法的各步骤的剖面结构示意图。所述制作方法包括以下步骤S1-S7。
步骤S1，请参阅图2，提供衬底，在所述衬底上形成绝缘层，在所述绝缘层上形成下电极材料、在所述下电极结构上形成介质材料及在所述介质材料上形成上电极材料。具体地，所述下电极材料包括依次设置于所述绝缘层上的导电材料层、第一氮化钛层TiN-1、钨缓冲层W及第二氮化钛层TiN-2。所述上电极材料包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层TiN-2、钨缓冲层W及第一氮化钛层TiN-1。所述导电材料层可以是使用PVD方法形成在所述绝缘层上的金属铝层。
步骤S2，请参阅图3，在所述上电极材料上形成导电保护层。本实施方式中，所述导电保护层设置于所述第一氮化钛层TiN-1上。
步骤S3，请参阅图4，针对所述导电保护层及上电极材料进行光刻及刻蚀形成上电极结构及位于所述上电极结构上的导电保护层。
步骤S4，请参阅图5，针对所述介质材料及下电极材料进行光刻及刻蚀形成下电极结构及位于所述下电极结构上方的介质材料。具体地，如前所述，所述下电极材料包括依次设置于所述绝缘层上的导电材料层、第一氮化钛层TiN-1、钨缓冲层W及第二氮化钛层TiN-2，所述刻蚀主要去除部分介质材料、部分第一氮化钛层TiN-1、部分钨缓冲缓冲W及部分第二氮化钛层TiN-2，所述导电材料层可以保留。
步骤S5，请参阅图6，在所述上电极结构上、所述下电极结构及介质材料上形成钝化层。所述钝化层可以为通过PECVD方式成长的氧化硅层。
步骤S6，请参阅图7，形成贯穿所述钝化层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔。所述步骤S6中，可以才用F基气体(如CF4或C4F8)进行所述第一及第二接触孔的刻蚀，所述F基气体刻蚀时不会对所述导电保护层产生影响。
步骤S7，请参阅图1，形成位于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及位于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构。
相较于现有技术，所述MIM电容器及其制作方法中，由于所述上电极结构上方设置所述导电保护层，使得在形成第二接触孔时不易对所述上电极结构造成损伤或影响，所述MIM电容器的可靠性可以大幅提升。
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 (8)
1.一种MIM电容器，其特征在于：所述MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的下电极结构、形成于所述下电极结构上方的介质材料、形成于所述介质材料上的上电极结构、形成于所述上电极结构上的导电保护层、形成所述导电保护层上的钝化层、贯穿所述钝化层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构上的导电保护层的第二接触孔、设置于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及设置于所述钝化层上并经由所述第二接触孔及所述导电保护层电连接所述上电极结构的第二引线结构；
所述下电极结构包括设置于所述绝缘层上的导电材料层、依次设置于所述导电材料层第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层，所述第一接触孔与所述导电材料层的第二部分对应，所述第一引线结构通过所述第一接触孔电连接所述导电材料层，进而电连接所述导电材料层的第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层。
2.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层、钨缓冲层及第一氮化钛层，所述导电保护层设置于所述第一氮化钛层上。
3.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述导电保护层的材料包括铝、氧化铝或含铝的导电化合物。
4.如权利要求1所述的MIM电容器，其特征在于：所述导电保护层的厚度为100埃。
5.一种MIM电容器的制作方法，其特张在于：所述制作方法包括如下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成绝缘层，在所述绝缘层上形成下电极材料、在所述下电极结构上形成介质材料及在所述介质材料上形成上电极材料；
在所述上电极结构上形成导电保护层；
针对所述上电极材料及所述导电保护层进行刻蚀形成上电极结构及位于所述上电极结构上的导电保护层；
针对所述介质材料及下电极材料进行刻蚀形成下电极结构及位于所述下电极结构上方的介质材料；
在所述上电极结构上形成钝化层；
形成贯穿所述钝化层且对应所述下电极结构的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述上电极结构的第二接触孔；
形成位于所述钝化层上并经由所述第一接触孔电连接至所述下电极结构的第一引线结构、及位于所述钝化层上并经由所述第二接触孔电连接所述上电极结构的第二引线结构；
所述下电极结构包括设置于所述绝缘层上的导电材料层、依次设置于所述导电材料层第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层，所述第一接触孔与所述导电材料层的第二部分对应，所述第一引线结构通过所述第一接触孔电连接所述导电材料层，进而电连接所述导电材料层的第一部分上的第一氮化钛层、钨缓冲层及第二氮化钛层。
6.如权利要求5所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述上电极结构包括依次设置于所述介质材料上的第二氮化钛层、钨缓冲层及第一氮化钛层，所述导电保护层设置于所述第一氮化钛层上。
7.如权利要求5所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述导电保护层的材料包括铝、氧化铝或含铝的导电化合物。
8.如权利要求5所述的MIM电容器的制作方法，其特征在于：所述导电保护层的厚度为100埃。
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