Mim電容器的制造方法及mim電容器的制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種MIM電容器的制造方法及MIM電容器。該方法包括在襯底上形成下極金屬層、在下極金屬層上形成介質層以及在介質層上形成上極金屬層的步驟；其中形成上極金屬層的步驟包括：在介質層上形成金屬層；在金屬層上形成掩膜層，沿掩膜層第一次刻蝕金屬層形成預備上極金屬層；以及沿掩膜層第二次刻蝕預備上極金屬層形成上極金屬層；其中，第一次刻蝕為干法刻蝕，第二次刻蝕為濕法刻蝕。該制作方法中，在對介質層上方的金屬層進行干法刻蝕形成預備上極金屬層的步驟之后，進一步對預備上極金屬層進行濕法刻蝕形成上極金屬層。這一過程“切除”了存在于介質層和上電極金屬層接觸處的缺陷，提高了MIM電容器的良品率。
【專利說明】
ΜIΜ電容器的制造方法及ΜIΜ電容器
技術領域
[0001] 本申請涉及Μ頂電容器制作領域，具體而言，涉及一種Μ頂電容器的制造方法及 ΜΙΜ電容器。
【背景技術】
[0002] 電容元件常用于如射頻1C、單片微波1C等集成電路中作為電子無源器件。常見的 電容元件包括金屬氧化物半導體（M0S)電容、ΡΝ結電容以及MIM (metal-insulator-metal， 簡稱Μ頂）電容器等。其中，Μ頂電容器在某些特殊應用中能夠提供優于M0S電容器或者PN 結電容器的電學特性，這是由于M0S電容器以及ΡΝ結電容器均受限于其本身結構，在工作 時電極容易產生空穴層，導致其頻率特性降低。而Μ頂電容器可以提供較好的頻率以及溫 度相關特性。
[0003] 如圖1所示，傳統的Μ頂電容器的制備方法通常包括：在襯底上形成下極金屬層 100'、在下極金屬層110上形成介質層120以及在介質層120上形成上極金屬層130。在 實際制備上極金屬層的過程中，往往需要先在介質層上形成一層金屬層，再以介質層為刻 蝕停止層刻蝕這層金屬層，形成面積相比于下極金屬層較小的上極金屬層。然而，在刻蝕這 層金屬層的過程中，很容易因過度刻蝕對與上極金屬層相接觸的介質層造成過度刻蝕傷害 102,或者，因刻蝕不足在上極金屬層與介質層相接觸的部位形成金屬尖狀部101，從而形成 缺陷。這樣的缺陷會降低ΜΙΜ電容器的介電性能，使其更容易產生電擊穿，從而影響其良品 率。
【發明內容】
[0004] 本申請旨在提供一種Μ頂電容器的制造方法及Μ頂電容器，以解決現有技術中制 作ΜΙΜ電容器時容易造成缺陷，從而易導致其介電性能差的問題。
[0005] 為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種Μ頂電容器的制造方法， 包括在襯底上形成下極金屬層、在下極金屬層上形成介質層以及在介質層上形成上極金屬 層的步驟，其中，在介質層上形成上極金屬層的步驟包括：在介質層上形成金屬層；在金屬 層上形成掩膜層，沿掩膜層第一次刻蝕金屬層形成預備上極金屬層；以及沿掩膜層第二次 刻蝕預備上極金屬層形成上極金屬層；其中，沿平行于金屬層上表面的各個方向，掩膜層外 邊緣與金屬層外邊緣之間的距離均大于〇 ;第一次刻蝕為干法刻蝕，第二次刻蝕為濕法刻 蝕。
[0006] 進一步地，沿平行于預備上極金屬層上表面的各個方向，上極金屬層外邊緣位于 預備上極金屬層外邊緣的內側50~200Α處。
[0007] 進一步地，在介質層上形成金屬層的步驟中，采用電鍍的方法或者物理氣相沉積 的方法形成金屬層。
[0008] 進一步地，在金屬層上形成掩膜層的步驟包括：在金屬層上形成預備掩膜層，按照 所欲形成的預備上極金屬層的形狀，圖形化預備掩膜層形成掩膜層。
[0009] 進一步地，形成介質層的材料為氮化娃、二氧化娃或氮氧化娃；形成金屬層的材料 為金屬鋁或金屬銅。
[0010] 進一步地，制作方法包括以下步驟：在介質層上形成金屬層；在金屬層上形成抗 反射層預備層，在抗反射層預備層上形成掩膜層；沿掩膜層第一次刻蝕抗反射層預備層形 成抗反射層過渡層，并第一次刻蝕金屬層形成預備上極金屬層；以及沿掩膜層第二次刻蝕 抗反射層過渡層形成抗反射層，并第二次刻蝕預備上極金屬層形成上極金屬層；其中，第一 次刻蝕為干法刻蝕，第二次刻蝕為濕法刻蝕。
[0011] 進一步地，形成抗反射層預備層的材料為氮氧化硅。
[0012] 進一步地，沿掩膜層刻蝕預備上極金屬層形成上極金屬層的步驟之后，還包括剝 離掩膜層的步驟。
[0013] 根據本申請的另一方面，還提供了一種Μ頂電容器，其是由上述制作方法制作而 成。
[0014] 應用本申請的Μ頂電容器的制造方法及Μ頂電容器，本申請所提供的制作方法中， 在對介質層上方的金屬層進行干法刻蝕形成預備上極金屬層的步驟之后，進一步對預備上 極金屬層進行濕法刻蝕形成上極金屬層。這一過程中，去除了預備上極金屬層外側邊緣的 一部分，使得原本存在的尖狀部缺陷被"切除"，或者使得原本被傷害的介質層對應的上極 金屬層被"切除"。缺陷消除后，因該缺陷產生的Μ頂電容器易被電擊穿的問題得到緩解，從 而提尚了 ΜΙΜ電容器的良品率。
【附圖說明】
[0015] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示 意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
[0016] 圖1示出了現有技術一種實施方式中形成的Μ頂電容器的基體的剖面示意圖；；
[0017] 圖2示出了本申請一種實施方式中Μ頂電容器的制造方法的工藝步驟流程示意 圖；
[0018] 圖3至圖8示出了本申請一種實施方式中Μ頂電容器的制造方法各步驟所形成的 基體的剖面示意圖；
[0019] 圖3示出了襯底上形成下極金屬層，在下極金屬層上形成介質層，并在介質層上 形成金屬層后的基體的剖面示意圖；
[0020] 圖4示出了在圖3所示基體的金屬層上形成抗反射層預備層后的基體的剖面示意 圖；
[0021] 圖5示出了在圖4所示基體的抗反射層預備層上形成掩膜層后的基體的剖面示意 圖；
[0022] 圖6示出了沿掩膜層第一次刻蝕抗反射層預備層和金屬層形成抗反射層過渡層 和預備上極金屬層后的基體的剖面示意圖；
[0023] 圖7示出了沿掩膜層第二次刻蝕抗反射層過渡層和預備上極金屬層形成抗反射 層和上極金屬層后的基體的剖面示意圖；以及
[0024] 圖8示出了剝離圖7所示基體中的掩膜層后的基體的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。
[0026] 需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根 據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式 也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語"包含"和/或"包 括"時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0027] 為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特 征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在其他器 件或構造上方"或"在其他器件或構造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件或構造下 方"或"在其他器件或構造之下"。因而，示例性術語"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位（旋轉90度或處于其他方 位），并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
[0028] 正如【背景技術】部分所介紹的，現有技術中制作Μ頂電容器時容易造成缺陷，從而 易導致其介電性能變差。為了解決這一問題，本申請
【申請人】提供了一種Μ頂電容器的制作 方法，如圖2所示，包括在在襯底上形成下極金屬層、在下極金屬層上形成介質層以及在介 質層上形成上極金屬層的步驟，其中，在介質層上形成上極金屬層的步驟包括：在介質層上 形成金屬層；在金屬層上形成掩膜層，沿掩膜層第一次刻蝕金屬層形成預備上極金屬層； 以及沿掩膜層第二次刻蝕預備上極金屬層形成上極金屬層；其中，沿平行于金屬層上表面 的各個方向，掩膜層外邊緣與金屬層外邊緣之間的距離均大于〇 ;第一次刻蝕為干法刻蝕， 第二次刻蝕為濕法刻蝕。
[0029] 上述制作方法中，對介質層上方的金屬層進行刻蝕形成預備上極金屬層的過程類 似于傳統制作方法中形成上極金屬層的過程。如前文所述，在傳統制作方法中該刻蝕步驟 中容易因過度刻蝕對介質層與上極金屬層外邊緣相接觸的部位造成傷害；或者，容易因刻 蝕不足在上極金屬層外邊緣與介質層相接觸的角落形成金屬尖狀部。而本申請所提供的上 述制作方法在對介質層上方的金屬層進行干法刻蝕形成預備上極金屬層的步驟之后，進一 步對預備上極金屬層進行濕法刻蝕形成上極金屬層。由于干法刻蝕具有方向性，在第一次 刻蝕后，會在預備上極金屬層外邊緣與介質層相接觸的角落形成缺陷。而后續的濕法刻蝕 不具備方向性，這樣就能夠進一步"平推"預備上極金屬層，去除上述缺陷。這一過程中，去 除了預備上極金屬層外側邊緣的一部分，使得原本存在的尖狀部缺陷被"切除"，或者使得 原本被傷害的介質層對應的上極金屬層被"切除"。缺陷消除后，因該缺陷產生的Μ頂電容 器易被電擊穿的問題得到緩解，從而提高了 Μ頂電容器的良品率。
[0030] 下面將更詳細地描述根據本申請的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式 可以由多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施方式。應當 理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實 施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員，在附圖中，為了清楚起見，擴大了層和區域 的厚度，并且使用相同的附圖標記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。
[0031] 需要說明的是，對于過度刻蝕導致的與上極金屬層下邊緣相接觸的介質層被傷害 的缺陷，以及因刻蝕不足產生的位于上極金屬層下邊緣的金屬尖狀部缺陷，本發明所提供 的上述制備方法均能夠改善其帶來的電容器介電性能下降的問題。以下以改善金屬尖狀部 缺陷進行說明。
[0032] 圖3至圖8示出了按照本申請一種實施方式所提供的Μ頂電容器的制造方法，經 過各步驟后所形成的基體的剖面示意圖。下面將結合圖3至圖8,進一步說明本申請所提供 的Μ頂電容器的制造方法。
[0033] 首先，在襯底上形成下極金屬層210,在下極金屬層210上形成介質層220,并在介 質層220上形成金屬層230"，進而形成如圖3所示的基體結構。形成下極金屬層210、介質 層220及金屬層230"的方法采用本領域技術人員所慣用的方法即可。在一種優選的實施 方式中，在介質層上形成金屬層的步驟中，采用電鍍的方法或者物理氣相沉積的方法。更優 選地，在形成金屬層230"后，在金屬層230"上形成抗反射層預備層240"，進而形成如圖4 所示的基體結構。在金屬層230"上形成抗反射層預備層240"，經后續步驟后，能夠在Μ頂 電容器的上極金屬層上方形成抗反射層，從而能夠減少電容器表面的光反射，提高其綜合 性能。此外，形成上述各層的材料采用本領域常用的材料即可。優選地形成介質層220的 材料為氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅；形成金屬層230"的材料為金屬鋁或金屬銅；形成抗 反射層預備層240"的材料為氮氧化硅。以下以在金屬層230"上形成抗反射層預備層240" 為例，進行后續的工藝說明。當金屬層230"上的抗反射層預備層240"不存在時，本領域技 術人員根據下述教導有能力選擇相應的后續操作工藝。在此不再贅述。
[0034] 形成上述金屬層230"和抗反射層預備層240"的步驟之后，在抗反射層預備層 240"上形成掩膜層201 ;其中，沿平行于金屬層230"上表面的各個方向，掩膜層201外邊緣 與金屬層230"外邊緣之間的距離均大于0,進而形成如圖5所示的基體結構。形成上述第 一掩膜層201，能夠使金屬層230"在后期刻蝕后的面積小于下極金屬層210,且其邊緣均處 于下極金屬層210的邊緣以內。需要說明的是，與傳統工藝中的掩膜層相比，本申請上述掩 膜層201的面積較大，從而為后續的第二次刻蝕留有余量。
[0035] 完成在抗反射層預備層240"上形成掩膜層201的步驟之后，沿掩膜層201第一次 刻蝕金屬層230"形成預備上極金屬層230'，并第一次刻蝕抗反射層預備層240"形成抗反 射層過渡層240'，進而形成圖6所示的基體結構。在此過程中，由于采用了方向性較強的 干法刻蝕，容易在預備上極金屬層230'的下邊緣與介質層220相接觸的角落形成金屬尖狀 部。同時，也容易在刻蝕過程中輕微傷害介質層中位于被刻蝕金屬層下方的部分，具體如圖 6所示。
[0036] 完成沿掩膜層201第一次刻蝕金屬層230"和抗反射層預備層240"形成預備上極 金屬層230'和抗反射層過渡層240'的步驟之后，進一步沿掩膜層201第二次刻蝕抗反射 層過渡層240'和預備上極金屬層230'，形成抗反射層240和上極金屬層230,進而形成如 圖7所示的基體結構。該第二次刻蝕過程因采用了不具備方向性的濕法刻蝕，能夠進一步 "平推"預備上極金屬層，達到去除上述缺陷的目的。在濕法刻蝕的過程中，刻蝕的量可以根 據所需上極金屬層的尺寸進行具體選擇。在一種優選的實施方式中，上述濕法刻蝕"平推" 過程中，沿平行于預備上極金屬層230'上表面的各個方向，使形成的上極金屬層230的外 邊緣位于濕法刻蝕前的預備上極金屬層230'外邊緣的內側50~200Α處。若距離太遠，形成 的上極金屬層的面積過小，不利于電容器保持較高的電容量。若距離過近，不利于將缺陷徹 底去除。將平推距離設置在上述范圍，能夠在去除缺陷的基礎上，使電容器保持較高的電容 量。另外，出于簡化工藝、減少尖端效應的目的，優選使各個方向的平推距離相同。
[0037] 在實際操作過程中，形成掩膜層201方法可以采用本領域技術人員所慣用的方 法。優選地，形成掩膜層201的步驟包括：在抗反射層預備層240"上形成預備掩膜層，按照 所欲形成的預備上極金屬層230'的形狀，圖形化預備掩膜層形成掩膜層201。
[0038] 沿掩膜層201第二次刻蝕預備上極金屬層230'形成上極金屬層230的步驟之后， 還包括剝離掩膜層201，進而形成如圖8所示的基體結構的步驟。
[0039] 另外，本申請還提供了一種Μ頂電容器，其是由上述制作方法制作而成。采用該方 法制作得到的Μ頂電容器，因位于上極金屬層與介質層相接觸面邊緣處的缺陷被"切除"， 從而緩解了其因缺陷導致的擊穿強度降低的問題，提高的Μ頂電容器的介電性能，保證了 其良品率。
[0040] 以下結合具體實施例對本申請作進一步詳細描述，這些實施例不能理解為限制本 申請所要求保護的范圍。
[0041] 實施例1
[0042] 在襯底上形成下極金屬層、在下極金屬層上形成介質層、在介質層上采用物理氣 相沉積法形成金屬層以及在金屬層上形成抗反射層預備層；其中，下極金屬層和金屬層的 材料為金屬鋁，介質層的材料為氮化硅，抗反射層預備層的材料為氮氧化硅；
[0043] 在抗反射層預備層上形成預備掩膜層，圖形化預備掩膜層形成掩膜層。其中，沿平 行于金屬層上表面的各個方向，掩膜層外邊緣與金屬層外邊緣之間的距離均為下極金屬層 直徑的1/5 ;沿掩膜層干法刻蝕抗反射層預備層和金屬層，形成抗反射層過渡層和預備上 極金屬層；
[0044] 進一步地，沿掩膜層濕法刻蝕抗反射層過渡層和預備上極金屬層，形成抗反射層 和上極金屬層；其中，沿平行于預備上極金屬層上表面的各個方向，上極金屬層外邊緣與預 備上極金屬層外邊緣之間的距離均為5城;剝離掩膜層，形成Μ頂電容器。
[0045] 實施例2
[0046] 在襯底上形成下極金屬層、在下極金屬層上形成介質層、在介質層上采用物理氣 相沉積法形成金屬層以及在金屬層上形成抗反射層預備層；其中，下極金屬層和金屬層的 材料為金屬鋁，介質層的材料為氮化硅，抗反射層預備層的材料為氮氧化硅；
[0047] 在抗反射層預備層上形成預備掩膜層，圖形化預備掩膜層形成掩膜層。其中，沿平 行于金屬層上表面的各個方向，掩膜層外邊緣與金屬層外邊緣之間的距離均為下極金屬層 直徑的1/5 ;沿掩膜層干法刻蝕抗反射層預備層和金屬層，形成抗反射層過渡層和預備上 極金屬層；
[0048] 進一步地，沿掩膜層濕法刻蝕抗反射層過渡層和預備上極金屬層，形成抗反射層 和上極金屬層；其中，沿平行于預備上極金屬層上表面的各個方向，上極金屬層外邊緣與預 備上極金屬層外邊緣之間的距離均為200\;;剝離第二掩膜層，形成Μ頂電容器。
[0049] 實施例3
[0050] 在襯底上形成下極金屬層、在下極金屬層上形成介質層以及在介質層上采用物理 氣相沉積法形成金屬層；其中，下極金屬層和金屬層的材料為金屬鋁，介質層的材料為氮化 娃；
[0051] 在金屬層上形成預備掩膜層，圖形化預備掩膜層形成掩膜層。其中，沿平行于金 屬層上表面的各個方向，掩膜層外邊緣與金屬層外邊緣之間的距離均為下極金屬層直徑的 1/5 ;沿掩膜層干法刻蝕金屬層，形成預備上極金屬層；
[0052] 進一步地，沿第二掩膜層濕法刻蝕預備上極金屬層，形成上極金屬層；其中，沿平 行于預備上極金屬層上表面的各個方向，上極金屬層外邊緣與預備上極金屬層外邊緣之間 的距離均為2〇減；剝離第二掩膜層，形成電容器。
[0053] 對比例1
[0054] 在襯底上形成下極金屬層、在下極金屬層上形成介質層以及在介質層上采用物理 氣相沉積法形成金屬層；其中，下極金屬層和金屬層的材料為金屬鋁，介質層的材料為氮化 娃；
[0055] 在金屬層上形成預備掩膜層，圖形化預備掩膜層形成掩膜層。其中，沿平行于金 屬層上表面的各個方向，掩膜層外邊緣與金屬層外邊緣之間的距離均為下極金屬層直徑的 1/4 ;沿掩膜層干法刻蝕金屬層，形成上極金屬層；剝離第二掩膜層，形成Μ頂電容器。
[0056] 對實施例1至3和對比例1中制作的Μ頂電容器進行表征測試，測試方法為：在 ΜΙΝ電容器的上極金屬層和下極金屬層上施加電壓，逐漸升高電壓至電容器被電擊穿，記錄 擊穿時的電擊穿強度。測試結果表明，采用本申請實施例1至3中的方法所制備的Μ頂電 容器，其電擊穿強度均高于對比例1中所制備的Μ頂電容器，高出量甚至達到了 5V。由此可 知，通過附加的濕法刻蝕工序，能夠去除Μ頂電容器中上極金屬層外側邊緣的尖狀部缺陷 和上極金屬層外側邊緣下方的介質層缺陷部分，進而能夠改善因這些缺陷引起的電容器介 電性能下降的問題，提高電容器的電擊穿強度和良品率。
[0057] 以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技 術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種M頂電容器的制造方法，包括在襯底上形成下極金屬層、在所述下極金屬層上 形成介質層以及在所述介質層上形成上極金屬層的步驟，其特征在于，在所述介質層上形 成上極金屬層的步驟包括： 在所述介質層上形成金屬層； 在所述金屬層上形成掩膜層，沿所述掩膜層第一次刻蝕所述金屬層形成預備上極金屬 層；以及 沿所述掩膜層第二次刻蝕所述預備上極金屬層形成所述上極金屬層； 其中，沿平行于所述金屬層上表面的各個方向，所述掩膜層外邊緣與所述金屬層外邊 緣之間的距離均大于O ;所述第一次刻蝕為干法刻蝕，所述第二次刻蝕為濕法刻蝕。2. 根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，沿平行于所述預備上極金屬層上表 面的各個方向，所述上極金屬層外邊緣位于所述預備上極金屬層外邊緣的內側50~2Q〇i處。3. 根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述介質層上形成所述金屬層的 步驟中，采用電鍍的方法或者物理氣相沉積的方法形成所述金屬層。4. 根據權利要求1至3中任一項所述的制作方法，其特征在于， 在所述金屬層上形成所述掩膜層的步驟包括：在所述金屬層上形成預備掩膜層，按照 所欲形成的預備上極金屬層的形狀，圖形化所述預備掩膜層形成所述掩膜層。5. 根據權利要求1至3中任一項所述的制作方法，其特征在于，形成所述介質層的材料 為氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅；形成所述金屬層的材料為金屬鋁或金屬銅。6. 根據權利要求1至3中任一項所述的制作方法，其特征在于，包括以下步驟： 在所述介質層上形成所述金屬層； 在所述金屬層上形成抗反射層預備層，在所述抗反射層預備層上形成所述掩膜層； 沿所述掩膜層第一次刻蝕所述抗反射層預備層形成抗反射層過渡層，并第一次刻蝕所 述金屬層形成預備上極金屬層；以及 沿所述掩膜層第二次刻蝕所述抗反射層過渡層形成抗反射層，并第二次刻蝕所述預備 上極金屬層形成所述上極金屬層； 所述第一次刻蝕為干法刻蝕，所述第二次刻蝕為濕法刻蝕。7. 根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于，形成所述抗反射層預備層的材料為 氮氧化硅。8. 根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，沿所述掩膜層刻蝕預備上極金屬層 形成上極金屬層的步驟之后，還包括剝離所述掩膜層的步驟。9. 一種M頂電容器，其特征在于，由權利要求1至8中任一項所述的制作方法制作而 成。
【文檔編號】H01L21/02GK105895621SQ201510039678
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月26日
【發明人】劉良, 柳會雄, 喬仁明, 許謝慧娜
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司