CN114388270A - 一种高平坦度的下极板的mim电容及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及MIM电容技术领域,公开了一种高平坦度的下极板的MIM电容及其制造方法，在本发明的制造方法中，通过将TEOS与氧气反应后生成的二氧化硅沉积在衬底上，能够为第一金属层提供一个优质的PVD淀积生长起始层，从而使生成的第一金属层更加匀质、稳定；在本发明的方法中，通过物理气相方法生长第一金属层即第一铝层、第三金属层即钛层和下盖板层后，然后使用化学气相沉积生长电介质层，在该化学气相沉积工艺中铝层和钛层的接触面会反应生成铝钛合金，该铝钛合金会抑制铝层的原子向上迁移，进而避免铝层出现鼓包的现象。
Description
技术领域
本发明涉及MIM电容技术领域，具体涉及一种高平坦度的下极板的MIM电容及其制造方法。
背景技术
射频电路在SOI、Bulk silicon、砷化镓和锗硅等得到了广泛应用。随着射频电路工作频率与集成度的提高，对其中电容结构的电容精准度以及电容器件可靠性提出了更高的要求。现有电容工艺分为MOMCAP工艺以及MIMCAP工艺，而MIMCAP工艺由于有专有极板光罩，因而具有更好的电容精度以及设计灵活性。
在MIM电容的下极板材料选择中，由于铝金属具有较低阻值以及更佳的Q值，因此常采用铝金属来作为MIM电容的极板金属。在MIMCAP工艺中，制造出的MIM电容的下极板的平坦程度直接影响了电容的耐击穿可靠性，因此控制下极板的生长质量是整个MIM工艺的重中之重。然而当MIM电容的极板材料选择铝时，由与极板的厚度低，极板对热预算非常敏感，下极板很容易出现粗糙度高或者铝鼓包等现象，进而引起MIM电容击穿失效。
发明内容
鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种高平坦度的下极板的MIM电容及其制造方法，所要解决的技术问题是现有MIMCAP工艺中采用铝金属作为MIM电容的极板，会出现粗糙度高和铝鼓包等现象，引起MIM电容击穿失效。
为解决以上技术问题，第一方面，本发明了一种高平坦度的下极板的MIM电容，包括设置在衬底上的放置层，所述放置层上从下往上依次设有下极板、电介质层和上极板，所述下极板包括从下往上依次设置的第一金属层、抑制层和下盖板层，所述抑制层被配置于抑制所述第一金属层的原子向上迁移，所述上极板包括从下往上设置的第二金属层和上盖板层。
在第一方面的某种实施方式中，所述第一金属层和第二金属层的材料均是铝。
在第一方面的某种实施方式中，所述抑制层的材料是钛铝合金，所述放置层的材料是氧化硅。
在第一方面的某种实施方式中，所述电介质层的材料是氮化硅。
第二方面，本发明提供了一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，包括以下步骤：
包括以下步骤：
S1：在衬底上制作放置层；
S2：在放置层上生长第一金属层；
S3：在所述第一金属层上制作抑制层；
S4：在所述抑制层上生长下盖板层；
S5：在所述下盖板层上生长电介质层；
S6：在所述电介质层上生长上极板。
在第二方面的某种实施方式中，步骤S1中通过使用化学气相沉积工艺，将TEOS与氧气反应后生成的二氧化硅沉积在衬底上，以此制作一层氧化硅薄膜，该氧化硅薄膜是放置层。
在第二方面的某种实施方式中，步骤S2、S4、S6和S7中均使用物理气相沉积的方式来生长第一金属层、下盖板层、第二金属层和上盖板层，步骤S5中使用化学气相沉积的方式生长电介质层。
在第二方面的某种实施方式中，在步骤S3中通过物理沉积方式沉积一层钛层，第一金属层和第二金属层的材料是铝，在步骤S5的化学气相沉积工艺中，钛层与第一金属层的接触面反应生成钛铝合金层。
在第二方面的某种实施方式中，在步骤S7后执行以下步骤：
S8：在上盖板层上涂抹光刻胶来制作光刻胶层，通过光刻工艺在光刻胶层上定义MIM电容的实际上盖板层的图形，接着通过刻蚀工艺蚀刻所述上盖板层、第二金属层和电介质层，将光刻胶层上定义的实际上盖板层的图形转移到所述上盖板层、第二金属层和电介质层上；
S9：在下盖板层上未被电介质层覆盖的区域涂抹光刻胶来制作第二光刻胶层，通过光刻工艺在所述第二光刻胶层上定义MIM电容的实际下盖板层的图形，接着通过刻蚀工艺蚀刻所述下盖板层、抑制层和第一金属层，将第二光刻胶层上定义的实际下盖板层的图形转移到所述下盖板层、抑制层和电介质层上。
在第二方面的某种实施方式中，步骤S6中具体如下，先在电介质层上生长一层第二金属层，然后在第二金属层上生长上盖板层。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：在衬底上制作MIM电容的过程中，当下极板的第一金属层制作完成后，通过在第一金属层上设置抑制层可以防止第一金属层MIM电容的整个制造过程中出现原子迁移，避免第一金属层上出现鼓包；在本发明的制造方法中，通过将TEOS与氧气反应后生成的二氧化硅沉积在衬底上，能够为第一金属层提供一个优质的PVD淀积生长起始层，从而使生成的第一金属层更加匀质、稳定；在本发明的方法中，通过物理气相方法生长第一金属层即第一铝层、钛层和下盖板层后，然后使用化学气相沉积生长电介质层，在该化学气相沉积工艺中铝层和钛层的接触面会反应生成铝钛合金，该铝钛合金会抑制铝层的原子向上迁移，进而避免铝层出现鼓包的现象。
附图说明
图1本发明的MIM电容的结构示意图；
图2为本发明的制造方法的流程图；
图3为本发明的制造方法过程中的MIM电容的结构变化示意图。
具体实施方式
本申请的说明性实施例包括但不限于一种高平坦度的下极板的MIM电容及其制造方法。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。
如图1所示，一种高平坦度的下极板的MIM电容，包括设置在衬底上的放置层，放置层上从下往上依次设有下极板、电介质层和上极板，下极板包括从下往上依次设置的第一金属层、抑制层和下盖板层，抑制层被配置于抑制第一金属层的原子向上迁移。
在图1中，上极板包括从下往上设置的第二金属层和上盖板层。
其中，衬底可以使SOI晶圆、体硅或者其它介质层。
其中，放置层的材料是二氧化硅。
其中，第一金属层和第二金属层的材料是铝，抑制层的材料是铝钛合金。
在某种实施方式中，上极板可以是单独的氮化钛层，通过氮化钛层来替代图1中的第二金属层和上盖板层。
本实施例中，MIM电容每两个互相接触的接触面吻合设置，即两个接触面的大小和形状均相同。在某种实施方式中，下极板每两个相互接触的接触面吻合设置，上级板每两个相互接触的接触面吻合设置，第二金属层与电介质层的两个接触面接触区域吻合设置，电介质层与上盖板层的接触区域面积小于上盖板层的顶面面积，第一金属层的底面与放置层的接触区域面积小于放置层的顶面面积，。
如图2所示，一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，包括以下步骤：
S1：在衬底上制作放置层；
具体地，步骤S1中通过使用化学气相沉积工艺，将TEOS与氧气反应后生成的二氧化硅沉积在衬底上，以此制作一层二氧化硅薄膜，该氧化硅薄膜是放置层。在图3a的示意图中并没有画出衬底，在实际执行步骤S1时，衬底可以是SOI晶圆、体硅或者其它可以制作MIM电容的介质层。
相比较于将硅烷与氧气反应生成的二氧化硅，本发明中的TEOS中的硅原子被四个氧原子环绕，而不是被四个氢原子环绕，因此其生成的放置层少氢、更致密，粗糙度也相对较好，有利于后续第一金属层的生长。
在实际制作放置层时，在400度高温下，采用等离子体增强式化学气相工艺方式，以低沉积速率的方法产生致密二氧化硅薄膜。
S2：在放置层上生长第一金属层；
S3：在第一金属层上制作抑制层；
本实施例中，可以直接设置抑制层来抑制第一金属层的原子迁移，也可以在第一金属层上生长第三金属层，然后在后续工艺中让第三金属层与第一金属层反应生成合金层，通过合金层来抑制第一金属层的原子迁移，下述步骤S4、S5、S6和S7是在生长第三金属层的基础上进行的。
S4：在第三金属层上生长下盖板层；
执行完步骤S2、S3和S4后，其生成的结构示意图如图3b所示。具体地，步骤S2、S3和步骤S4中分别使用物理气相沉积的方式生长第一金属层、第三金属层和下盖板层，在本实施例中，第一金属层的材料是铝，第二金属层的材料是钛，下盖板层的材料是氮化钛。在某种实施方式中，第三金属层的材料还可以是钽，下盖板层的材料还可以是氮化钽。
S5：在下盖板层上生长电介质层；
具体地，步骤S5中通过化学气相工艺在下盖板上生长电介质层，本实施例中，电介质层的材料是氮化硅，步骤S5中的化学气相工艺中的沉积温度为400摄氏度，由于本实施例中的第一金属层的材料是铝，第三金属层的材料是钛，铝和钛会在400摄氏度时结合成铝钛合金，铝钛合金可以抑制铝原子向上迁移。在实际使用时，第三金属层的下部会与第一金属层反应生成铝钛合金，采用本发明方法制造的MIM电容制的抑制层包括铝钛合金和第三金属层中未与铝反应的钛层。在某种实施方式中，当第一金属层采用。
S6：在电介质层上生长第二金属层；
S7：在第二金属层上生长上盖板层。
具体地，步骤S6和步骤S7分别通过物理气相沉积的方式生长第二金属层和上盖板层，本实施例中，第二金属层的材料是铝，上盖板层的材料是氮化钛。执行完步骤S7后的MIM电容的结构示意图如图3d所示。
在某种实施方式中，当执行完步骤S5后，可以在电介质层上直接制作氮化钛层来替代第二金属层和上盖板层。
参照图3a至图3d，本发明的制造方法的制造的MIM电容的放置层、第一金属层、第三金属层、下盖板层、电介质层、第二金属层和上盖板层每两个相邻层的接触面吻合设置，即相邻层的接触面的大小和形状相同，而在实际使用时，可能要求MIM电容的上极板和下极板的对立面的大小不同，因此在执行完步骤S7后还可以执行以下步骤将MIM电容的上极板和下极板的尺寸制作为目标尺寸大小。
S8：在上盖板层上涂抹光刻胶来制作光刻胶层，通过光刻工艺在光刻胶层上
定义MIM电容的实际上盖板层的图形，接着通过刻蚀工艺蚀刻所述上盖板层、第二金属层和电介质层，将光刻胶层上定义的实际上盖板层的图形转移到所述上盖板层、第二金属层和电介质层上；执行完步骤S8的MIM电容的结构示意图如图3e所示；
S9：在下盖板层上未被电介质层覆盖的区域涂抹光刻胶来制作第二光刻胶层，通过光刻工艺在所述第二光刻胶层上定义MIM电容的实际下盖板层的图形，接着通过刻蚀工艺蚀刻所述下盖板层、抑制层和第一金属层，将第二光刻胶层上定义的实际下盖板层的图形转移到所述下盖板层、抑制层和电介质层上；执行完步骤S9的MIM电容的结构示意图如图3f所示。
综上，在本发明在衬底上制作MIM电容的过程中，当下极板的第一金属层制作完成后，通过在第一金属层上设置抑制层可以防止第一金属层MIM电容的整个制造过程中出现原子迁移，避免第一金属层上出现鼓包；在本发明的制造方法中，通过将TEOS与氧气反应后生成的二氧化硅沉积在衬底上，能够为第一金属层提供一个优质的PVD淀积生长起始层，从而使生成的第一金属层更加匀质、稳定；在本发明的方法中，通过物理气相方法生长第一金属层即第一铝层、第三金属层即钛层和下盖板层后，然后使用化学气相沉积生长电介质层，在该化学气相沉积工艺中铝层和钛层的接触面会反应生成铝钛合金，该铝钛合金会抑制铝层的原子向上迁移，进而避免铝层出现鼓包的现象。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种高平坦度的下极板的MIM电容，其特征在于，包括设置在衬底上的放置层，所述放置层上从下往上依次设有下极板、电介质层和上极板，所述下极板包括从下往上依次设置的第一金属层、抑制层和下盖板层，所述抑制层被配置于抑制所述第一金属层的原子向上迁移。
2.根据权利要求1所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容，其特征在于，所述第一金属层的材料是铝，所述抑制层的材料是钛铝合金。
3.根据权利要求2所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容，其特征在于，所述上极板包括从下往上设置的第二金属层和上盖板层，所述第二金属层的材料是铝，所述电介质层的材料是氮化硅。
4.根据权利要求1所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容，其特征在于，所述放置层的材料是氧化硅。
5.一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在衬底上制作放置层；
S2：在放置层上生长第一金属层；
S3：在所述第一金属层上制作抑制层；
S4：在所述抑制层上生长下盖板层；
S5：在所述下盖板层上生长电介质层；
S6：在所述电介质层上生长上极板。
6.根据权利要求5所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，其特征在于，步骤S1中通过使用化学气相沉积工艺，将TEOS与氧气反应后生成的二氧化硅沉积在衬底上，以此制作一层氧化硅薄膜，该氧化硅薄膜是放置层。
7.根据权利要求5所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，其特征在于，步骤S2、S4、S6和S7中均使用物理气相沉积的方式来生长第一金属层、下盖板层、第二金属层和上盖板层，步骤S5中使用化学气相沉积的方式生长电介质层。
8.根据权利要求7所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，其特征在于，在步骤S3中通过物理沉积方式沉积一层钛层，第一金属层和第二金属层的材料是铝，在步骤S5的化学气相沉积工艺中，钛层与第一金属层的接触面反应生成钛铝合金层。
9.根据权利要求8所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，其特征在于，在步骤S7后执行以下步骤：
S8：在上盖板层上涂抹光刻胶来制作光刻胶层，通过光刻工艺在光刻胶层上定义MIM电容的实际上盖板层的图形，接着通过刻蚀工艺蚀刻所述上盖板层、第二金属层和电介质层，将光刻胶层上定义的实际上盖板层的图形转移到所述上盖板层、第二金属层和电介质层上；
S9：在下盖板层上未被电介质层覆盖的区域涂抹光刻胶来制作第二光刻胶层，通过光刻工艺在所述第二光刻胶层上定义MIM电容的实际下盖板层的图形，接着通过刻蚀工艺蚀刻所述下盖板层、抑制层和第一金属层，将第二光刻胶层上定义的实际下盖板层的图形转移到所述下盖板层、抑制层和电介质层上。
10.根据权利要求5所述的一种高平坦度的下极板的MIM电容的制造方法，其特征在于，步骤S6中具体如下，先在电介质层上生长一层第二金属层，然后在第二金属层上生长上盖板层。
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