專利名稱：Mim電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MIM電容器及其制備方法。
背景技術(shù)：
電容、電阻等被動(dòng)元件(Passive Circuit Element)被廣泛應(yīng)用于集成電路制作技術(shù)中，這些器件通常采用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路工藝，利用摻雜單晶硅、摻雜多晶硅以及氧化膜或氮氧化膜等制成，比如多晶硅-介質(zhì)膜-多晶硅(PIP，Poly-Insulator-Poly)電容。由于這些器件比較接近硅襯底，器件與襯底間的寄生電容使得器件的性能受到影響，尤其在射頻(RF)CMOS電路中，隨著頻率的上升，器件的性能下降很快。金屬-絕緣體-金屬(MIM，Metal-Insulator-Metal)電容技術(shù)的開發(fā)為解決這一問題提供了有效的途徑，該技術(shù)將電容制作在互連層，即后道工藝(BEOL，Back End Of Line)中，既與集成電路工藝相兼容，又通過拉遠(yuǎn)被動(dòng)器件與導(dǎo)電襯底間的距離，克服了寄生電容大、器件性能隨頻率增大而明顯下降的弊端，使得該技術(shù)逐漸成為了 RF集成電路中制作被動(dòng)電容器件的主流。請(qǐng)參考圖1，圖1為MIM電容器的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示，MIM電容器結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層101;絕緣層102，制備在所述第一導(dǎo)電層101上；第二導(dǎo)電層103，制備在所述絕緣層102上。其中，所述第一導(dǎo)電層101和第二導(dǎo)電層103的制備方法為濺射，且所述第一導(dǎo)電層101和第二導(dǎo)電層103的金屬的晶粒大小為0. 3um 0. 7um。然而，采用現(xiàn)有的方法制備的MIM電容器，其第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層在刻蝕的過程中極易產(chǎn)生金屬殘留，從而導(dǎo)致金屬橋接(bridge)，并進(jìn)一步降低產(chǎn)品的成品率。并且由于每批次(lot)晶片的金屬沉積與另一批次(lot)晶片的金屬沉積可能不是連續(xù)進(jìn)行的，期間濺射機(jī)臺(tái)存在停機(jī)時(shí)間(idle time)，因此對(duì)于每批次晶片的第一片晶片，濺射機(jī)臺(tái)的運(yùn)行存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從而對(duì)每批次的第一片晶片來說，金屬橋接現(xiàn)象更為明顯。目前，解決金屬橋接的方法為對(duì)MIM電容結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電層進(jìn)行過刻蝕(over etch)。并在對(duì)第一導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕時(shí)，采用突破步驟刻蝕(Break throughetch)，即先刻蝕掉第二導(dǎo)電層；再刻蝕掉中間絕緣層，露出第一導(dǎo)電層；最后刻蝕第一導(dǎo)電層。然而，由于MIM刻蝕工藝的窗口邊緣效應(yīng)(Window Marginal Issue)，對(duì)第二導(dǎo)電層的過刻蝕將會(huì)導(dǎo)致在第一導(dǎo)電層上產(chǎn)生凹陷(micro trench)，從而影響電路的性能；并且采用突破步驟刻蝕對(duì)第一導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕，也會(huì)導(dǎo)致光阻的厚度不夠，并且會(huì)導(dǎo)致第一導(dǎo)電層的金屬圖形被破壞。因此，有必要提供對(duì)現(xiàn)有的MIM電容器及其制備方法進(jìn)行改進(jìn)。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種MIM電容器及其制備方法，以減少M(fèi)IM電容器在刻蝕過程中出現(xiàn)的金屬殘留問題。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種MIM電容器，該電容器包括第一導(dǎo)電層，其中，所述第一導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um ；絕緣層，位于所述第一導(dǎo)電層上；第二導(dǎo)電層，位于所述絕緣層上，其中，所述第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um?？蛇x的，所述第一導(dǎo)電層的厚度為420nm 460nm，所述第二導(dǎo)電層的厚度為 IlOnm 150nmo可選的，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的材料為金屬鋁?？蛇x的，所述絕緣層的厚度為35nm 40nm。
可選的，所述絕緣層的材料為二氧化硅。同時(shí)，為解決上述問題，本發(fā)明還提出一種MIM電容器的制備方法，該方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上沉積第一導(dǎo)電層，其中，所述第一導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um ；在所述第一導(dǎo)電層上制備絕緣層；在所述絕緣層上沉積第二導(dǎo)電層，其中，所述第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um?？蛇x的，所述第一導(dǎo)電層的厚度為420nm 460nm，所述第二導(dǎo)電層的厚度為 IlOnm 150nmo可選的，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的材料為金屬鋁?？蛇x的，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的沉積方法為濺射?？蛇x的，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的濺射條件為濺射功率10000W 12000W，壓力2mTorr 6mTorr，溫度250°C 280"C。可選的，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的沉積步驟為(1)判斷濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間是否超過設(shè)定時(shí)間，若超過，則進(jìn)行步驟O)，若未超過，則進(jìn)行步驟(3)；(2)利用模擬晶片在所述濺射條件下進(jìn)行模擬沉積，待濺射機(jī)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定后轉(zhuǎn)到步驟⑶；(3)將所述半導(dǎo)體襯底置于濺射機(jī)臺(tái)中，在所述濺射條件下沉積第一導(dǎo)電層或第
二導(dǎo)電層。可選的，所述設(shè)定時(shí)間為3分鐘?？蛇x的，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的濺射條件為濺射功率11500W，壓力2mTorr 6mTorr，溫度250°C 280"C?？蛇x的，所述絕緣層的厚度為35nm 40nm?？蛇x的，所述絕緣層的材料為二氧化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的MIM電容器，其第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，從而降低了 MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的MIM電容器的制備方法，其制備出的第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，從而降低了 MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題；并且該方法在對(duì)每批次晶片進(jìn)行金屬濺射之前，首先檢測濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間，從而避免了因?yàn)R射機(jī)臺(tái)工藝不穩(wěn)定而造成濺射金屬的晶粒過小，導(dǎo)致在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題。


圖1為MIM電容器的基本結(jié)構(gòu)；圖2A至圖2D為金屬的晶粒大小與刻蝕后的金屬殘留情況；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的MIM電容器的制備方法的流程圖；圖4A至圖4B為濺射功率對(duì)金屬晶粒大小的影響情況；圖5A至圖5B為濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間對(duì)第一片晶片上沉積的金屬的晶粒大小的影響情況。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的MIM電容器及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種MIM電容器，該電容器的第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，從而降低了 MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題；同時(shí)提供一種MIM電容器的制備方法，該方法制備出的MIM電容器，其第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，通過在對(duì)每批次晶片進(jìn)行金屬濺射之前，首先檢測濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間，從而避免了因?yàn)R射機(jī)臺(tái)工藝不穩(wěn)定而造成濺射金屬的晶粒過小，并導(dǎo)致的在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題。本實(shí)施例提供的MIM電容器包括第一導(dǎo)電層，其中，所述第一導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um ；絕緣層，位于所述第一導(dǎo)電層上；第二導(dǎo)電層，位于所述絕緣層上，其中，所述第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um。進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層的厚度為420nm 460nm，所述第二導(dǎo)電層的厚度為 IlOnm 150nmo進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的材料為金屬鋁。進(jìn)一步地，所述絕緣層的厚度為35nm 40nm。進(jìn)一步地，所述絕緣層的材料為二氧化硅。由于本發(fā)明實(shí)施例提供的MIM電容器，其第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，從而降低了 MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題。關(guān)于晶粒大小與金屬殘留之間的關(guān)系請(qǐng)參考圖2A至圖2D，其中，圖2A為小晶粒的第二導(dǎo)電層，圖 2B為小晶粒的第二導(dǎo)電層刻蝕后的金屬殘留情況，圖2C為大晶粒的第二導(dǎo)電層，圖2D為大晶粒的第二導(dǎo)電層刻蝕后的金屬殘留情況，如圖2A至圖2D所示，小晶粒的第二導(dǎo)電層，其刻蝕后表面粗糙，金屬殘留較多；而大晶粒的第二導(dǎo)電層，其刻蝕后表面平整，基本上沒有金屬殘留情況。這是因?yàn)榻饘俚木ЯＴ酱?，在同等刻蝕條件下，其刻蝕速率越大，越容易被刻蝕。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同等的干法刻蝕條件下，小晶粒(0. 3um 0. 7um)金屬的刻蝕速率為 261埃/秒，中等晶粒(0. 7um 1. 2um)金屬的刻蝕速率為327埃/秒，大晶粒(1. 2um 2. 5um)金屬的刻蝕速率為348埃/秒。請(qǐng)參考圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的MIM電容器的制備方法的流程圖，如圖3 所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的MIM電容器的制備方法包括如下步驟S101、在半導(dǎo)體襯底上沉積第一導(dǎo)電層，其中，所述第一導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um ；S102、在所述第一導(dǎo)電層上制備絕緣層；S103、在所述絕緣層上沉積第二導(dǎo)電層，其中，所述第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um。進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層的厚度為420nm 460nm，所述第二導(dǎo)電層的厚度為 IlOnm 150nmo 進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的材料為金屬鋁。進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的沉積方法為濺射。進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的濺射條件為濺射功率 10000W 12000W，壓力2mTorr 6mTorr，溫度250°C 280°C ；這是因?yàn)樵诖藶R射功率范圍內(nèi)，制備的第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，可降低MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題。關(guān)于濺射功率與晶粒大小的關(guān)系，請(qǐng)參考圖4A至圖4B，其中圖4A為濺射功率為 2000W制備的第二導(dǎo)電層的金屬晶粒情況，圖4B為濺射功率為11500W制備的第二導(dǎo)電層的金屬晶粒的情況，如圖4A至圖4B可知，濺射功率為11500W制備的第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒明顯比濺射功率為2000W制備的第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大。進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的沉積步驟為(1)判斷濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間是否超過設(shè)定時(shí)間，若超過，則進(jìn)行步驟O)，若未超過，則進(jìn)行步驟(3)；(2)利用模擬晶片在所述濺射條件下進(jìn)行模擬沉積，待濺射機(jī)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定后轉(zhuǎn)到步驟⑶；(3)將所述半導(dǎo)體襯底置于濺射機(jī)臺(tái)中，在所述濺射條件下沉積第一導(dǎo)電層或第
二導(dǎo)電層。這是因?yàn)闉R射機(jī)臺(tái)停機(jī)時(shí)間越長，各批次晶片的第一片晶片上沉積的金屬的晶粒越小。關(guān)于濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間與第一片晶片上沉積的金屬的晶粒尺寸的關(guān)系請(qǐng)參考圖5A 至圖5B，其中，圖5A為濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間為30min時(shí)在第一片晶片上制備的第二導(dǎo)電層的金屬晶粒情況，圖5B為濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間為:3min時(shí)在第一片晶片上制備的第二導(dǎo)電層的金屬晶粒情況，如圖5A至圖5B可知，濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間越短，第一片晶片上制備的第二導(dǎo)電層的金屬晶粒越大。進(jìn)一步地，所述設(shè)定時(shí)間為3分鐘；這是因?yàn)橥C(jī)時(shí)間在3分鐘以內(nèi)，其對(duì)制備的金屬晶粒大小的影響還不是特別明顯，但是停機(jī)時(shí)間大于3分鐘，其對(duì)制備的金屬晶粒大小產(chǎn)生的影響將不能忽略，尤其當(dāng)停機(jī)時(shí)間大于30分鐘，其對(duì)制備的金屬晶粒大小的影響將十分顯著。進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的濺射條件為濺射功率11500W， 壓力2mTorr 6mTorr，溫度250°C 280°C ；這是因?yàn)樵诖藶R射功率條件下，沉積的金屬的晶粒較大，從而避免了所制備的金屬在刻蝕過程中的金屬殘留問題。進(jìn)一步地，所述絕緣層的厚度為35nm 40nm。進(jìn)一步地，所述絕緣層的材料為二氧化硅。綜上所述，本發(fā)明提供了一種MIM電容器，該電容器的第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，從而降低了 MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題；同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種MIM電容器的制備方法，該方法制備出的MIM電容器，其第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um，并且通過在對(duì)每批次晶片進(jìn)行金屬濺射之前，首先檢測濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間，從而避免了因?yàn)R射機(jī)臺(tái)工藝不穩(wěn)定而造成濺射金屬的晶粒過小，并導(dǎo)致的在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種MIM電容器，其特征在于，包括第一導(dǎo)電層，其中，所述第一導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1. 2um 2. 5um ； 絕緣層，位于所述第一導(dǎo)電層上；第二導(dǎo)電層，位于所述絕緣層上，其中，所述第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1.2um 2. 5um。
2.如權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層的厚度為420nm 460nm，所述第二導(dǎo)電層的厚度為IlOnm 150nm。
3.如權(quán)利要求2所述的MIM電容器，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的材料為金屬鋁。
4.如權(quán)利要求1所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述絕緣層的厚度為 35nm 40nmo
5.如權(quán)利要求4所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為二氧化硅。
6.一種MIM電容器的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上沉積第一導(dǎo)電層，其中，所述第一導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um ；在所述第一導(dǎo)電層上制備絕緣層；在所述絕緣層上沉積第二導(dǎo)電層，其中，所述第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為 1. 2um 2. 5um。
7.如權(quán)利要求6所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層的厚度為 420nm 460nm，所述第二導(dǎo)電層的厚度為IlOnm 150nm。
8.如權(quán)利要求7所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的材料為金屬鋁。
9.如權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的沉積方法為濺射。
10.如權(quán)利要求9所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的濺射條件為濺射功率10000W 12000W，壓力.2mTorr .6mTorr，溫度 250 280O。
11.如權(quán)利要求10所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的沉積步驟為(1)判斷濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間是否超過設(shè)定時(shí)間，若超過，則進(jìn)行步驟0)，若未超過， 則進(jìn)行步驟(3)；(2)利用模擬晶片在所述濺射條件下進(jìn)行模擬沉積，待濺射機(jī)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定后轉(zhuǎn)到步驟⑶；(3)將所述半導(dǎo)體襯底置于濺射機(jī)臺(tái)中，在所述濺射條件下沉積第一導(dǎo)電層或第二導(dǎo)電層。
12.如權(quán)利要求11所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述設(shè)定時(shí)間為3分鐘。
13.如權(quán)利要求10所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層及所述第二導(dǎo)電層的濺射條件為濺射功率11500W，壓力2mTorr 6mTorr，溫度250°C ^O0C。
14.如權(quán)利要求6所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述絕緣層的厚度為 35nm 40nmo
15.如權(quán)利要求14所述的MIM電容器的制備方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MIM電容器，該電容器的第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1.2um～2.5um，從而降低了MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題；同時(shí)，本發(fā)明還公開了一種MIM電容器的制備方法，該方法制備出的MIM電容器，其第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層的金屬的晶粒大小為1.2um～2.5um，從而降低了MIM電容器在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題；并且該方法在對(duì)每批次晶片進(jìn)行金屬濺射之前，首先檢測濺射機(jī)臺(tái)的停機(jī)時(shí)間，從而避免了因?yàn)R射機(jī)臺(tái)工藝不穩(wěn)定而造成濺射金屬的晶粒過小，導(dǎo)致在刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬殘留問題。
文檔編號(hào)H01L21/334GK102544118SQ20101059989
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者李廣福, 楊林宏, 牛健 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司