高密度電容器結構及其制作方法與流程

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種高密度電容器結構及其制作方法。

背景技術：
電容器作為存儲電荷、耦合、濾波器件被廣發應用于半導體集成電路中。MIM（Metal-Insulator-Metal，金屬-介質-金屬）電容器具有高電容量、低電阻等優點，被廣泛應用于射頻電路或高速模擬電路中，用于電荷的存儲和電路的匹配。例如在申請號為“200710044814.5”的中國專利文獻中提供了一種MIM電容器件的制造方法，包括步驟：提供半導體基底；在所述半導體基底上形成第一金屬層；在所述第一金屬層上形成第二金屬層，平坦化所述第二金屬層；在所述第二金屬層上形成介質層；在所述介質層上形成第三金屬層；圖形化所述第三金屬層、介質層、第二金屬層和第一金屬層，形成以第一金屬層圖形和第二金屬層圖形為下極板、第三金屬層圖形為上極板、介質層圖形為電介質的MIM電容器。通常為了改善高速數字電路和射頻電路的性能，需要采用大容量的電容器。本領域技術人員熟知的，電容器的電容值和電容器的極板面積成正比，因此在半導體器件中為了增大電容器容量，通常采用增大電容器極板面積的方法，因此電容器是芯片中占面積很大的一種器件。然而，隨著半導體制造技術的發展，半導體器件的特征尺寸越來越小，無法采用增加電容器極板面積的方法得到大容量的電容器。因此，如何減少電容器的面積、增加電容器的密度、提升電容器的容量便成為本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種高密度電容器結構及其制作方法能夠在不增加電容器面積的情況下，有效增加電容器密度，提升電容器的容量。為了實現上述目的，本發明提出一種高密度電容器制作方法，包括步驟：提供半導體襯底；在所述半導體襯底上形成多個堆膜，所述堆膜自下而上包括第一金屬層、第一介質層、第二金屬層和第二介質層；刻蝕所述堆膜的側壁，暴露出所述半導體襯底；各向同性刻蝕所述堆膜的其中一側壁，刻蝕去除一部分第一介質層，暴露出一部分第一金屬層以及第二金屬層的表面；各向同性刻蝕所述堆膜的另一側壁，刻蝕去除一部分第二介質層，暴露出一部分第二金屬層以及第一金屬層的表面；在所述堆膜的側壁及表面形成第三介質層，所述第三介質層暴露出部分所述第一金屬層和第二金屬層的表面；在所述堆膜側壁、半導體襯底表面上形成金屬連接線，其中，所述金屬連接線形成在第三介質層的表面并與暴露出的第一金屬層和第二金屬層的表面電連接。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述堆膜的個數大于等于1個。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第一金屬層和第二金屬層的材質為氮化鈦、氮化鉭或鋁。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第一金屬層和第二金屬層的厚度范圍是100埃～10000埃。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第一介質層的材質為二氧化硅。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第一介質層的厚度范圍是20埃～2000埃。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第二介質層的材質為氮化硅。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第二介質層的厚度范圍是20埃～2000埃。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第三介質層的材質為二氧化硅。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述第三介質層的厚度范圍是20埃～2000埃。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述金屬連接線的材質為氮化鈦、氮化鉭、鋁或銅。進一步的，在所述的高密度電容器的制作方法中，所述金屬連接線采用化學氣相淀積、物理氣相淀積、電鍍或類電鍍形成。進一步的，本發明還提出一種高密度電容器結構，采用如上述任一種方法形成，所述高密度電容器結構包括：半導體襯底；形成在所述半導體襯底上的堆膜，所述堆膜自下而上包括第一金屬層、第一介質層、第二金屬層和第二介質層，其中，所述堆膜的一側壁暴露出所述第一金屬層的表面，所述堆膜的另一側壁暴露出所述第二金屬層的表面；形成在所述堆膜側壁以及表面的第三介質層，所述第三介質層包圍所述堆膜，僅暴露出所述第一金屬層和第二金屬層的表面；形成在所述堆膜側壁的金屬連接線，其中，所述金屬連接線形成在第三介質層的表面并與暴露出的第一金屬層和第二金屬層的表面電連接。與現有技術相比，本發明的有益效果主要體現在：在半導體襯底上形成多個由第一金屬層-第一介質層-第二金屬層-第二介質層組成的堆膜，接著刻蝕所述堆膜的側壁暴露出一部分所述半導體襯底，接著分別刻蝕所述堆膜的一側壁與另一側壁，暴露出一部分所述第一金屬層和第二金屬層的表面，接著在所述堆膜的側壁以及表面形成第三介質層，接著在所述堆膜的側壁形成金屬連接線，所述金屬連接線形成在第三介質層的表面并與暴露出的第一金屬層和第二金屬層的表面電連接；由此第一金屬層、第二金屬層作為電容器的兩個極板，第一介質層和第二介質層隔離第一金屬層和第二金屬層，金屬連接線分別連接第一金屬層和第二金屬層，從而使多個堆膜形成并聯的電容器，進而能夠在不增加附圖說明圖1為本發明一實施例中電容器制作方法的流程圖；圖2至圖7為本發明一實施例中高密度電容器制造方法過程中電容器的結構剖面圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的高密度電容器結構及其制作方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。請參考圖1，在本實施例中提出一種高密度電容器的制作方法，包括步驟：S100：提供半導體襯底100；所述半導體襯底100表面設有隔離介質層110，所述半導體100的材質可以為單晶硅、多晶硅、無定形硅、硅鍺化合物或絕緣體上硅（SOI）等，所述隔離介質層110用于隔離后續形成的堆膜，防止短路。S200：在所述隔離介質層110上形成多個堆膜200，所述堆膜200自下而上包括第一金屬層210、第一介質層220、第二金屬層230和第二介質層240，如圖2所示；所述堆膜200的個數大于等于1，在本實施例中，所述堆膜200的個數為3個，后續工藝中，一個堆膜200便能夠成為一個電容器，多個堆膜200能夠形成多個并聯的電容器；所述堆膜200的個數可以根據工藝的需求來選擇。其中，所述第一金屬層210和第二金屬層230的材質為氮化鈦、氮化鉭或鋁，所述第一金屬層210和第二金屬層230的材質可以相同，也可以不同，所述第一金屬層210和第二金屬層230的厚度范圍是100埃～10000埃，例如是500埃；所述第一金屬層210和第二金屬層230作為后續形成電容器的極板；所述第一介質層220的材質為二氧化硅，所述第一介質層220的厚度范圍是20埃～2000埃，例如是200埃；所述第二介質層240的材質為氮化硅，所述第二介質層240的厚度范圍是20埃～2000埃，例如是200埃；所述第一介質層220和第二介質層240用于隔離第一金屬層210和第二金屬層230，作為后續形成的電容器的介電質。S300：刻蝕所述堆膜200的側壁，暴露出所述半導體襯底100，如圖3所示；其中，刻蝕所述堆膜200的側壁，同時也會將所述隔離介質層110刻蝕掉一部分，從而暴露出所述半導體襯底100，暴露出所述半導體襯底100不僅便于后續形成金屬連接線，而且還能使后續形成的電容器與其它器件隔離。S400：各向同性刻蝕所述堆膜200的其中一側壁，刻蝕去除一部分第一介質層220，暴露出一部分第一金屬層210的表面及第二金屬層230的表面，即暴露出一部分第一金屬層210與第二金屬層230的相對表面，如圖4所示；在刻蝕之前，先在所述堆膜200的側壁以及表面涂覆圖案化的光阻層（圖未示），然后以所述圖案化的光阻層為掩膜對所述堆膜200的一側壁進行同性刻蝕，從而形成如圖4所示的結構。S500：各向同性刻蝕所述堆膜200的另一側壁，刻蝕去除一部分第二介質層240，暴露出一部分第二金屬層230，如圖5所示；同樣的，采用如步驟S400的刻蝕方法但是采用另外一種氣體對所述堆膜200的另一側壁進行各向同性刻蝕。S600：在所述堆膜200的側壁及表面形成第三介質層300，如圖6所示；其中，所述第三介質層300的材質為二氧化硅，采用化學氣相淀積法生成，所述第三介質層300的厚度范圍是20埃～2000埃，例如是200埃；采用化學氣相淀積法時在金屬電極的下表面幾乎沒有二氧化硅生成，即使有少量二氧化硅生成時也可以使用各向同性方法將其去除而保持其它地方被二氧化硅覆蓋，所述第三介質層300用于后續隔離金屬連接線與第一金屬層210或第二金屬層230，由于金屬連接線不能夠同時與所述第一金屬層210和第二金屬層230連接，因此需要由所述第三介質層300進行隔離。S700：在所述堆膜200側壁、半導體襯底100表面上形成金屬連接線400，其中，所述金屬連接線400形成在第三介質層300的表面并與暴露出的第一金屬層210和第二金屬層220的表面電連接，如圖7所示，分別將第一金屬層210和第二金屬層220接出，形成兩個電極；在本實施例中，所述金屬連接線400的材質為氮化鈦、氮化鉭、鋁或銅，所述金屬連接線400采用化學氣相淀積、物理氣相淀積、電鍍或類電鍍形成。綜上，在本發明實施例提供的高密度電容器的制作方法中，在半導體襯底100上形成多個由第一金屬層210-第一介質層220-第二金屬層230-第二介質層240組成的堆膜200，接著刻蝕所述堆膜200的側壁暴露出所述半導體襯底100，接著分別刻蝕所述堆膜200的側壁，暴露出一部分所述第一金屬層210和第二金屬層230的表面，接著在所述堆膜200的側壁以及表面形成第三介質層300，接著在所述堆膜200的側壁形成金屬連接線400，所述金屬連接線400形成在第三介質層300的表面并與暴露出的第一金屬層210和第二金屬層230的表面電連接；由此第一金屬層210、第二金屬層230作為電容器的兩個極板，第一介質層220和第二介質層240隔離第一金屬層210和第二金屬層230，金屬連接線400分別連接第一金屬層210和第二金屬層230，從而使多個堆膜200形成并聯的電容器，進而能夠在不增加極板面積的同時，提高單位面積電容器的密度，增加電容器的電容量。在本實施例中還提出一種高密度電容器結構，采用上述方法形成，請參考圖7，所述電容器結構包括：半導體襯底100；形成在所述半導體襯底100上的堆膜200，所述堆膜200自下而上包括第一金屬層210、第一介質層220、第二金屬層230和第二介質層240，其中，所述堆膜200的一側壁暴露出所述第一金屬層210的表面，所述堆膜200的另一側壁暴露出所述第二金屬層的表面230；形成在所述堆膜200側壁以及表面的第三介質層300，所述第三介質層300包圍所述堆膜200，僅暴露出所述第一金屬層210和第二金屬層230的表面；形成在所述堆膜200側壁的金屬連接線400，其中，所述金屬連接線400形成在第三介質層300的表面并與暴露出的第一金屬層210和第二金屬層230的表面電連接。上述僅為本發明的優選實施例而已，并不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的范圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬于本發明的保護范圍之內。