專利名稱：Mim電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal，以下簡稱為MIM) 電容及其制造方法。
背景技術(shù)：
電容元件常用于如射頻IC、單片微波IC等集成電路中作為電子無源器件。常見的 電容結(jié)構(gòu)包括金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容、PN結(jié)電容以及MIM電容等。其中，MIM電容在 某些特殊應(yīng)用中提供較優(yōu)于MOS電容以及PN結(jié)電容的電學(xué)特性，這是由于MOS電容以及PN 結(jié)電容均受限于其本身結(jié)構(gòu)，在工作時電極容易產(chǎn)生空穴層，導(dǎo)致其頻率特性降低。而MIM 電容可以提供較好的頻率以及溫度相關(guān)特性。此外，在半導(dǎo)體制造中，MIM電容可形成于層 間金屬以及銅互連制程，也降低了與CMOS前端工藝整合的困難度及復(fù)雜度。傳統(tǒng)的MIM電容如圖1所示，包括下極板金屬1、電介質(zhì)層2以及上極板金屬3，形 成兩層金屬之間夾電介質(zhì)層的三明治結(jié)構(gòu)。其中下極板金屬1通常形成于基底10頂部，電 介質(zhì)層2形成于基底頂部與側(cè)部并覆蓋下極板金屬1，上極板金屬3形成于電介質(zhì)層2表 面。其中下極板金屬1通?？梢詾镃u或Al等常用的電極金屬；電介質(zhì)層2為高k材料，通 常為SiN;為了保證MIM電容器的尺寸限制，上極板金屬3不宜太厚，另一方面還需滿足大 電容值的需求，為了在較薄的厚度下能儲存更多的電荷，上極板金屬3的材質(zhì)可以選擇Ti、 TiN.Ta.TaN中的一種或其組合。然而，因為電介質(zhì)層2與上極板金屬3之間的分子結(jié)構(gòu)差 異較大、二者之間的連接力差，當(dāng)上極板金屬3形成在電介質(zhì)層2上時會在電介質(zhì)層2表面 造成錯位，尤其是位于基板10向外凸出的側(cè)部的上極板金屬3與電介質(zhì)層2之間會產(chǎn)生很 大的錯位力，導(dǎo)致上極板金屬3會從電介質(zhì)層2上剝落并散落至整片晶片，可能導(dǎo)致整片晶 片報廢，會引起較大損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中位于基底側(cè)部的上極板金屬容易 從電介質(zhì)層上剝落的不足，提供一種新型的MIM電容器。本發(fā)明所提出的MIM電容器的結(jié)構(gòu)為一種MIM電容器，包括基底，所述的基底具 有頂部和向外凸出的側(cè)部，還包括形成在基底頂部的下極板金屬、形成在基底頂部和側(cè)部 的電介質(zhì)層、形成在電介質(zhì)層上的上極板金屬，所述的電介質(zhì)層覆蓋下極板金屬，其特征在 于位于基底側(cè)部的電介質(zhì)層與上極板金屬之間還形成有用于提高二者粘接力的過渡層。本發(fā)明的又一目的是提供一種相應(yīng)的MIM電容器的制作方法包括如下步驟準(zhǔn)備基底，該基底具有頂部和向外凸出的側(cè)部；在基底頂部形成下極板金屬；在基底頂部與側(cè)部形成電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層覆蓋下極板金屬；在電介質(zhì)層上形成過渡層，該過渡層具有增強(qiáng)電介質(zhì)層與上極板金屬粘接力的作 用；
采用化學(xué)機(jī)械平坦化工藝去除基底頂部的過渡層，出露電介質(zhì)層，保留基底側(cè)部 的過渡層；在出露的電介質(zhì)層和過渡層上形成上極板金屬。由于上述技術(shù)方案的實施，使得上極板金屬與電介質(zhì)層之間連接牢固，上極板金 屬不會發(fā)生剝落現(xiàn)象，能夠提高M(jìn)IM電容器的良率；并且，由于特殊工藝的采用，電容器的 性質(zhì)不受影響。


圖1為現(xiàn)有的一種MIM電容器，由于上極板金屬與電介質(zhì)層粘接力不足，上極板金 屬從電介質(zhì)層上剝落；圖2顯示了本發(fā)明的MIM電容器的制作流程；圖3a至圖3f顯示了本發(fā)明的MIM電容器的制作方法。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參見圖2，一種MIM電容器的制作流程，包括如下步驟SlOO 準(zhǔn)備基底，該基底具有頂部和向外凸出的側(cè)部；SlOl 在基底頂部形成下極板金屬；S102 在基底頂部與側(cè)部形成電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層覆蓋下極板金屬；S103:在電介質(zhì)層上形成過渡層，該過渡層具有增強(qiáng)電介質(zhì)層與上極板金屬粘接 力的作用；S104 采用化學(xué)機(jī)械平坦化工藝去除基底頂部的過渡層，出露電介質(zhì)層，保留基底 側(cè)部的過渡層；S105 在出露的電介質(zhì)層和過渡層上形成上極板金屬。下面結(jié)合圖3a至圖3f，對上述制作流程進(jìn)行詳細(xì)說明，其中與背景技術(shù)中相同的 結(jié)構(gòu)采用相同的標(biāo)號表示。SlOO 準(zhǔn)備基底，該基底具有頂部和向外凸出的側(cè)部；參見圖3a，準(zhǔn)備基底，該基底10可以是硅襯底，由于在制作晶片工藝中需要對晶 片邊緣做倒角處理，因此基底10不可避免的具有頂部和向外凸出的側(cè)部，該側(cè)部可能是圖 示的弧形，也可能是臺階形，本申請對此不特別限定。在該基底10上預(yù)定區(qū)域內(nèi)形成凹槽 11，所述凹槽11的深度等于后續(xù)工藝所形成的第一電極板的厚度，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇， 本實施例中凹槽11的深度范圍為200nm lOOOnm。在凹槽11的內(nèi)表面還可以形成一層擴(kuò)散阻擋層12，擴(kuò)散阻擋層12作用是防止后續(xù)工藝形成的下極板金屬1向半導(dǎo)體基底10擴(kuò) 散，材質(zhì)可以為Ta、Ti或者TiN、TaN等，可以采用化學(xué)氣相沉積CVD或者原子沉積ALD形 成。本實施例中，所述擴(kuò)散阻擋層12為TaN層，采用原子沉積ALD形成，厚度范圍為2nm 50nmoSlOl 在基底頂部形成下極板金屬；參見圖3b，在上述凹槽11內(nèi)形成下極板金屬1，所述下極板金屬1的材質(zhì)可以為 Al或者Cu等常用的電極金屬，可以采用電化學(xué)鍍ECP或者化學(xué)氣相沉積CVD形成。本實施 例中，所述下極板金屬1材質(zhì)為Cu，采用電化學(xué)鍍ECP形成，并通過化學(xué)機(jī)械平坦化CMP，去 除從凹槽11內(nèi)溢出的金屬Cu。S102 在基底頂部與側(cè)部形成電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層覆蓋下極板金屬；參見圖3c，在基底10頂部與側(cè)部形成電介質(zhì)層2，該電介質(zhì)層2覆蓋下極板金屬 1。所述電介質(zhì)層2的材質(zhì)可以為常用的SiN，厚度為IOnm lOOnm，其為高K材料，有利于 提高所形成的MIM電容器的電容值，可以采用化學(xué)氣相沉積CVD、物理氣相沉積PVD或者原 子沉積ALD形成。由于基底10本身具有凸出的側(cè)部(并非垂直下降的側(cè)部)，因此在沉積 電介質(zhì)層2時，SiN不可避免的會分布在基底10的頂部和側(cè)部，形成如圖3c所示的形狀。S103:在電介質(zhì)層上形成過渡層，該過渡層具有增強(qiáng)電介質(zhì)層與上極板金屬粘接 力的作用；參見圖3d，在電介質(zhì)層2上形成過渡層4，所述的過渡層4可以為SiO2或碳摻雜氧 化硅、氧摻雜碳化硅，厚度為大于20nm，可以采用化學(xué)氣相沉積CVD形成。關(guān)于過渡層4的 厚度，要求能夠增強(qiáng)電介質(zhì)層2與上極板金屬3之間的粘接力，使它們不會發(fā)生剝離，厚度 較大的過渡層4，粘接能力較大，但是會造成成本增加，因此厚度適宜即可。S104 采用化學(xué)機(jī)械平坦化工藝去除基底頂部的過渡層，出露電介質(zhì)層，保留基底 側(cè)部的過渡層；參見圖3e，采用化學(xué)機(jī)械平坦化工藝CMP去除基底10頂部的過渡層4，出露電介 質(zhì)層，保留基底側(cè)部的過渡層2，但是在平坦化的過程中，基底10側(cè)部的過渡層4不會與拋 光墊接觸，也就不會被磨除，經(jīng)過此道工藝之后，基底10側(cè)部的過渡層4被保留下來。由于基底10頂部的過渡層4被去除，使得后續(xù)形成的電容的結(jié)構(gòu)和性能不受影 響；采用CMP工藝，相比其它工藝，能夠快速、方便的實現(xiàn)過渡層4部分去除的目的。S105 在出露的電介質(zhì)層和過渡層上形成上極板金屬。為了保證MIM電容器的尺寸限制，上極板金屬3不宜太厚，另一方面還需滿足大 電容值的需求，為了在較薄的厚度下能儲存更多的電荷，上極板金屬3的材質(zhì)可以選擇Ti、 TiN.Ta.TaN中的一種或其組合，可以采用化學(xué)氣相沉積CVD、物理氣相沉積PVD或者原子沉 積ALD形成。 參見圖3f，本實施例中，首先在出露的電介質(zhì)層2和過渡層4上采用物理氣相沉積 PVD形成一層2mm 50mm的TaN層31作為緩沖，然后采用物理氣相沉積PVD在TaN層31 上形成Ta層32，厚度范圍20nm lOOnm。 經(jīng)過上述步驟，圖3f顯示了一種MIM電容器，它包括基底10，由于晶片制造工藝決 定，所述的基底10具有頂部和向外凸出的側(cè)部；在基底10的頂部形成有下極板金屬1 ；在 基底10頂部和側(cè)部形成有電介質(zhì)層2，所述的電介質(zhì)層2覆蓋下極板金屬1 ；在電介質(zhì)層2上形成有上極板金屬3 ；且在基底10側(cè)部的電介質(zhì)層2與上極板金屬3之間還形成有提高 二者粘接力的過渡層4。 本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種MIM電容器，包括基底，所述的基底具有頂部和向外凸出的側(cè)部，還包括形成在基底頂部的下極板金屬、形成在基底頂部和側(cè)部的電介質(zhì)層、形成在電介質(zhì)層上的上極板金屬，所述的電介質(zhì)層覆蓋下極板金屬，其特征在于位于基底側(cè)部的電介質(zhì)層與上極板金屬之間還形成有用于提高二者粘接力的過渡層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于所述下極板金屬與基底之間還具 有擴(kuò)散阻擋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于所述下極板金屬的材質(zhì)為Al或者Cu。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于所述電介質(zhì)層的材質(zhì)為SiN，厚度 為 1Onm 1OOnm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于所述上極板金屬與電介質(zhì)層之間 形成有緩沖層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于所述上極板金屬的材質(zhì)為Ti、TiN、 Ta、TaN中的一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于所述的過渡層為SiO2或碳摻雜氧 化硅或氧摻雜碳化硅。
8.一種如權(quán)利要求1所述的MIM電容器的制造方法，包括如下步驟 準(zhǔn)備基底，該基底具有頂部和向外凸出的側(cè)部；在基底頂部形成下極板金屬；在基底頂部與側(cè)部形成電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層覆蓋下極板金屬；在電介質(zhì)層上形成過渡層，該過渡層具有增強(qiáng)電介質(zhì)層與上極板金屬粘接力的作用；采用化學(xué)機(jī)械平坦化工藝去除基底頂部的過渡層，出露電介質(zhì)層，保留基底側(cè)部的過渡層；在出露的電介質(zhì)層和過渡層上形成上極板金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述準(zhǔn)備基底包括，在基底預(yù)定區(qū)域 形成凹槽，在凹槽內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述在出露的電介質(zhì)層和過渡層上 形成上極板金屬之前還包括在出露的電介質(zhì)層和過渡層上形成緩沖層的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MIM電容器的制作方法，包括如下步驟準(zhǔn)備基底，該基底具有頂部和向外凸出的側(cè)部；在基底頂部形成下極板金屬；在基底頂部與側(cè)部形成電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層覆蓋下極板金屬；在電介質(zhì)層上形成過渡層，該過渡層具有增強(qiáng)電介質(zhì)層與上極板金屬粘接力的作用；采用化學(xué)機(jī)械平坦化工藝去除基底頂部的過渡層，出露電介質(zhì)層，保留基底側(cè)部的過渡層；在出露的電介質(zhì)層和過渡層上形成上極板金屬。由于上述技術(shù)方案的實施，使得上極板金屬與電介質(zhì)層之間連接牢固，上極板金屬不會發(fā)生剝落現(xiàn)象，能夠提高M(jìn)IM電容器的良率；并且，由于特殊工藝的采用，電容器的性質(zhì)不受影響。
文檔編號H01L29/92GK101989620SQ20091005590
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者葉菁, 王奇峰 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司