CN109638155A - Mim电容结构及其制作方法 - Google Patents

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张培健
朱坤峰
张剑乔
王鹏飞
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Abstract

本发明公开了一种MIM电容结构的制作方法,包括:在衬底片上依次淀积好下极板、介质层以及上极板材质;定义出上极板,然后刻蚀形成上极板;去除光刻胶;在形成上极板的衬底片再次定义出下极板,然后刻蚀形成下极板;去除光刻胶;在形成上、下极板的结构上淀积电容外保护氧化层并进行表面平坦化刻蚀,保证器件表面平整,定义出上、下极极板金属层开孔,形成金属互连结构;去除光刻胶,形成最终MIM电容结构。本发明还提供了一种MIM电容结构。

Description

MIM电容结构及其制作方法
技术领域
本发明属于微电子器件领域,具体涉及MIM电容结构的制作方法。
背景技术
现有常规MIM(metal-insulator-metal,金属-介质层-金属)电容主要包括作为下电极的第一金属层、作为电容介质的绝缘层和作为上电极的第二金属层等。在传统的MIM电容制备过程中,在基板上依次淀积好下极板、介质层以及上极板的材质;通过光刻胶定义出下极板然后刻蚀形成下极板;去除光刻胶,再次通过光刻胶定义出介质层进行刻蚀,去除多余的介质层;第三次通过光刻胶定义出上极板然后刻蚀形成上极板,去除光刻胶,形成MIM电容结构,即在MIM电容制造过程中需要进行三次光刻和刻蚀工艺,工艺过程复杂、成本较高,并且在三次光刻过程中,由于前两次光刻刻蚀过程中在电容边缘形成刻蚀台阶,在最终MIM结构中容易出现电容边缘应力难以释放的问题,使得电容存在可靠性的隐患,这种情况通常需要在工艺最后覆盖一层聚酰亚胺保护MIM结构,保证MIM电容结构的可靠性。
发明内容
针对现有技术中常规MIM电容制备工艺过程复杂、成本高昂以及存在的可靠性隐患的技术问题,本发明提供一种共上下极极板刻蚀的MIM电容结构及其制作方法,可以实现在减少一个光刻层的情况下完成与常规MIM电容结构一致的MIM电容结构,有效地降低了工艺成本、降低了工艺复杂性,同时增加了MIM电容的可靠性。
本发明提供了一种MIM电容结构的制作方法,包括:
S1:在衬底片上依次淀积好下极板、介质层以及上极板材质;
S2:定义出上极板,然后刻蚀形成上极板;
S3:去除光刻胶;
S4:在形成上极板的衬底片再次定义出下极板,然后刻蚀形成下极板;
S5:去除光刻胶;
S6:在形成上、下极板的结构上淀积电容外保护氧化层并进行表面平坦化刻蚀,保证器件表面平整,定义出上、下极极板金属层开孔,形成金属互连结构;
S7:去除光刻胶,形成最终MIM电容结构。
其中,所述步骤S2中,通过光刻涂胶、曝光、显影等工步定义出上极板。
其中,所述步骤S4中,通过光刻涂胶、曝光、显影等工步定义出下极板。
其中,所述下极板的基板的材质为铝硅铜合金,下极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述下电极。
其中,所述上极板的基板的材质为铝硅铜合金,上极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述上电极。
其中,所述衬底片为硅片或者SOI衬底硅片,其表面设有二氧化硅绝缘层。
本发明还提供了一种MIM电容结构,包括下极板、介质层以及上极板,其中所述上极板、下极板开孔的结构采用共光刻版的结构,以实现上极板和下极板各自的电气互连,且所述上极板和下极板开孔实现互连是在同一次光刻过程中进行的。
其中,所述下极板的基板的材质为铝硅铜合金,下极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述下电极。
其中,所述上极板的基板的材质为铝硅铜合金,上极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述上电极。
其中,所述衬底片为硅片或者SOI衬底硅片,其表面设有二氧化硅绝缘层。
本发明提供的一种共上下极极板刻蚀的MIM电容结构及其制作方法,在实现常规MIM工艺完全相同结构和功能的基础上,主要进行两个方面的改进和优化:其一是相比于常规MIM电容结构,采用上下极极板开孔共版的方式,实现了减少一次光刻过程,节约了工艺成本;其二是有效避免了常规MIM工艺刻蚀过程中在电容边缘形成刻蚀台阶导致应力释放不充分的隐患,同时减小了常规工艺中需要在电容结构顶部旋涂聚酰亚胺保护层的工序,进一步的节约了成本,同时由于实现了MIM结构的纯平结构,极大的增加了MIM电容的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种MIM电容结构的制作方法的较佳实施方式的流程图。
图2为在衬底片上完成下极板、介质层以及上极板材质淀积后的剖面结构示意图。
图3为完成上极板金属刻蚀后的电容剖面结构示意图。
图4为完成介质层和下极板金属刻蚀后的电容剖面结构示意图。
图5为完成电容外保护氧化层淀积和平坦化刻蚀后的剖面结构示意图。
图6为本发明完成上下极板通孔构刻蚀后的剖面结构示意图。
图7为本发明完成金属互连后MIM电容整体剖面结构示意图。
图中:1、表面设有二氧化硅绝缘层的衬底片;2、铝硅铜合金;3、氮化钛薄膜;4、氮化硅;5、金属互连接触通孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1所示,其为本发明所述的一种MIM电容结构的制作方法的较佳实施方式的流程图,所述MIM电容结构的制作方法的较佳实施方式包括如下步骤:
步骤S1:在衬底片上依次淀积好下极板、介质层以及上极板材质。其中,所述衬底片可采用硅片或者SOI(Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅)衬底硅片,本实施方式中,所述衬底片为表面设有二氧化硅绝缘层的衬底片。对于集成到半导体ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor(CMOS)或者双极工艺中的结构,所阐述的衬底通常为工艺过程中次顶层金属上的氧化层。如图2所示,其为在衬底片上完成下极板、介质层以及上极板材质淀积后的剖面结构示意图。图2中,所述下极板基板的材质为铝硅铜合金2,下极板基板上覆盖一层氮化钛薄膜3,铝硅铜合金2和氮化钛薄膜3共同形成下电极。所述介质层为电容介质层,其材质采用氮化硅4。所述上极板基板的材质为铝硅铜合金2,上极板基板上覆盖一层氮化钛薄膜3,铝硅铜合金2和氮化钛薄膜3共同形成上电极。
步骤S2:通过光刻涂胶、曝光、显影等工步定义出上极板,然后刻蚀形成上极板。
步骤S3:去除光刻胶。请进一步参考图3,其为完成上极板金属刻蚀后的电容剖面结构示意图。
本实施方式中,所述光刻、刻蚀、去胶等均为半导体工艺中常规工艺过程,均为行业从业人员所理解的常规工艺过程。
步骤S4:在形成上极板的衬底片再次通过光刻涂胶、曝光、显影等工步定义出下极板,然后刻蚀形成下极板。
步骤S5:去除光刻胶。请进一步参考图4,其为完成介质层和下极板金属刻蚀后的电容剖面结构示意图
步骤S6:在形成上、下极板的结构上淀积电容外保护氧化层并进行表面平坦化刻蚀,保证器件表面平整,通过涂胶、曝光、显影等工步定义出上、下极极板金属层开孔,形成金属互连结构。请进一步参考图5及图6所示,其中图5为完成电容外保护氧化层淀积和平坦化刻蚀后的剖面结构示意图,图6为完成上下极板通孔构刻蚀后的剖面结构示意图。本实施方式中,所述上、下极极板金属层开孔的结构采用共光刻版的结构,即上、下极极板开孔实现互连是在同一次光刻过程中进行的。
步骤S7:去除光刻胶,形成最终MIM电容结构。请进一步参考图7所示,其为完成金属互连后MIM电容整体剖面结构示意图。
本发明提供的一种共上下极极板刻蚀的MIM电容结构及其制作方法,在实现常规MIM工艺完全相同结构和功能的基础上,主要进行两个方面的改进和优化:其一是相比于常规MIM电容结构,采用上下极极板开孔共版的方式,实现了减少一次光刻过程,节约了工艺成本;其二是有效避免了常规MIM工艺刻蚀过程中在电容边缘形成刻蚀台阶导致应力释放不充分的隐患,同时减小了常规工艺中需要在电容结构顶部旋涂聚酰亚胺保护层的工序,进一步的节约了成本,同时由于实现了MIM结构的纯平结构,极大的增加了MIM电容的可靠性。
以上仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构,直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种MIM电容结构的制作方法,包括:
S1:在衬底片上依次淀积好下极板、介质层以及上极板材质;
S2:定义出上极板,然后刻蚀形成上极板;
S3:去除光刻胶;
S4:在形成上极板的衬底片再次定义出下极板,然后刻蚀形成下极板;
S5:去除光刻胶;
S6:在形成上、下极板的结构上淀积电容外保护氧化层并进行表面平坦化刻蚀,保证器件表面平整,定义出上、下极极板金属层开孔,形成金属互连结构;
S7:去除光刻胶,形成最终MIM电容结构。
2.如权利要求1所述的MIM电容结构的制作方法,其特征在于:所述步骤S2中,通过光刻涂胶、曝光、显影工步定义出上极板。
3.如权利要求1所述的MIM电容结构的制作方法,其特征在于:所述步骤S4中,通过光刻涂胶、曝光、显影工步定义出下极板。
4.如权利要求1所述的MIM电容结构的制作方法,其特征在于:所述下极板的基板的材质为铝硅铜合金,下极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述下电极。
5.如权利要求1所述的MIM电容结构的制作方法,其特征在于:所述上极板的基板的材质为铝硅铜合金,上极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述上电极。
6.如权利要求1所述的MIM电容结构的制作方法,其特征在于:所述衬底片为硅片或者SOI衬底硅片,其表面设有二氧化硅绝缘层。
7.一种MIM电容结构,其特征在于:所述MIM电容结构包括下极板、介质层以及上极板,其中所述上极板、下极板开孔的结构采用共光刻版的结构,以实现上极板和下极板各自的电气互连,且所述上极板和下极板开孔实现互连是在同一次光刻过程中进行的。
8.如权利要求7所述的MIM电容结构,其特征在于:所述下极板的基板的材质为铝硅铜合金,下极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述下电极。
9.如权利要求7所述的MIM电容结构,其特征在于:所述上极板的基板的材质为铝硅铜合金,上极板的基板上覆盖一层氮化钛薄膜,铝硅铜合金和氮化钛薄膜共同形成所述上电极。
10.如权利要求7所述的MIM电容结构,其特征在于:所述衬底片为硅片或者SOI衬底硅片,其表面设有二氧化硅绝缘层。
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