垂直mim電容及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直MIM電容，包括：在絕緣層內形成的兩個相互平行的凹槽，其中，一個凹槽的一側壁與另一凹槽的一側壁之間的絕緣層構成所述電容的絕緣層；兩層金屬層分別沿所述電容的絕緣層兩側端面自上而下經(jīng)溝槽的底部和溝槽的另一側壁一直延伸到所述凹槽上側端端面，由所述金屬層引出所述電容的兩端電極。本發(fā)明還公開了一種所述垂直MIM電容的制造方法。當需要制作電容量比較大的電容時，采用本發(fā)明也能避免加大芯片面積，且能保持電容的擊穿特性和精度。
【專利說明】垂直MIM電容及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體集成電路領域,特別是涉及一種垂直MIM (metal/insulator/metal，金屬/絕緣層/金屬)電容。本發(fā)明還涉及一種所述電容的制造方法。
【背景技術】
[0002]在半導體集成電路中常常用到不同的電容。其中MIM電容，因為其良好的頻率和溫度特性經(jīng)常被選用于射頻，嵌入式存儲器等集成電路中。
[0003]傳統(tǒng)的MM電容橫截面示意圖如圖1所示，其中，由虛線框標出的部分是MM電容本體；包括第X-1層金屬(作為電容的下級板)102，上極板金屬層(作為電容的上極板)113，及位于其中間的絕緣層104。該電容的上下極板為水平設置，由于電容的大小與上下極板的面積成正比，當要求的電容比較大的時候，需要很大面積的上下極板，這樣將會加大芯片的面積。而且該電容制作時必須設置一層掩模板，增加了成本。圖1中的103為第X層金屬布線層，101為第一絕緣層，111為第二絕緣層，109為接觸孔內金屬。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種垂直MM電容，當需要制作電容量比較大的電容時，也能避免加大芯片面積，且能保持電容的擊穿特性和精度；為此，本發(fā)明還要涉及一種所述垂直MIM電容的制造方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明的垂直MM電容，包括:在絕緣層內形成的兩個相互平行的凹槽，其中，一個凹槽的一側壁與另一凹槽的一側壁之間的絕緣層構成所述電容的絕緣層；兩層金屬層分別沿所述電容的絕緣層兩側端面自上而下經(jīng)溝槽的底部和溝槽的另一側壁一直延伸到所述凹槽上側端端面，由所述金屬層引出所述電容的兩端電極。
[0006]所述絕緣層為IMD (inter metal dielectric,金屬層之間的絕緣層)或PMD (Polymetal dielectric,多晶娃與金屬層之間的絕緣層)；或者是由IMD和PMD構成的組合絕緣層。
[0007]所述垂直MIM電容的制造方法，包括如下步驟:
[0008]步驟I，在絕緣層的上方淀積一層硬掩模層；
[0009]步驟2，在所述絕緣層及其之上的硬掩模層中形成接觸孔；
[0010]步驟3，在所述硬掩模層的上方涂覆光刻膠，利用光刻定義出凹槽的位置；
[0011]步驟4，通過各向異性的干法刻蝕形成凹槽，然后通過干法和/或濕法刻蝕將殘留的光刻膠去除；
[0012]步驟5，采用刻蝕方法去除所述硬掩模層；
[0013]步驟6，在所述絕緣層的上端面，以及所述凹槽內的表面淀積接觸孔內金屬；
[0014]步驟7，進行各向同性的所述接觸孔內金屬的回刻；
[0015]步驟8，進行金屬布線層的淀積；
[0016]步驟9，在所述金屬布線層上端涂覆光刻膠，進行金屬布線層的光刻，利用光刻定義出金屬布線；
[0017]步驟10，進行各向異性的所述金屬布線層的干法刻蝕，然后采用干法和/或濕法刻蝕去除光刻膠；形成垂直金屬/絕緣層/金屬MIM電容的結構。
[0018]本發(fā)明利用了芯片固有的垂直方向的材質，即使在制作容量比較大的電容時，也能避免加大芯片(在水平方向的)面積。并且該電容中的金屬層和絕緣層之間的界面是完全平滑的，即沒有凹凸不平的起伏的情況，這有利于保證電容的擊穿特性以及精度。所述絕緣層的厚度由該絕緣層的線寬決定，完全不受其它層的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0020]圖1是現(xiàn)有的水平MIM電容的橫截面結構示意圖；
[0021]圖2是垂直MIM電容的橫截面結構示意圖；
[0022]圖3是垂直MIM電容的3維結構示意圖；
[0023]圖4是實施例一淀積硬掩模層后的橫截面示意圖；
[0024]圖5是實施例一形成第X-1層接觸孔后的橫截面不意圖；
[0025]圖6是實施例一光刻、定義凹槽區(qū)域的示意圖；
[0026]圖7是實施例一形成凹槽的示意圖；
[0027]圖8是實施例一去除硬掩模層后的橫截面示意圖；
[0028]圖9是實施例一進行第X-1層接觸孔內金屬淀積的示意圖；
[0029]圖10是實施例一進行第X-1層接觸孔內金屬回刻的示意圖；
[0030]圖11是實施例一進行第X層布線金屬淀積的示意圖；
[0031]圖12是實施例一進行第X層金屬光刻的示意圖；
[0032]圖13是實施例一進行第X層金屬刻蝕的示意圖；
[0033]圖14是實施例一進行后續(xù)絕緣層淀積的示意圖；
[0034]圖15是實施例二進行第X-1層接觸孔和凹槽光刻的示意圖。
【具體實施方式】
[0035]圖2是所述垂直MIM電容的橫截面結構示意圖，其中由虛線框標出的是該垂直MIM電容的本體。圖3是所述垂直MIM電容的3維結構示意圖。圖2和圖3中的兩個凹槽110從上往下看，可以是兩個長方形的相互平行的凹槽，也可以是兩個半圓形的相互平行的凹槽，或者其他形狀的相互平行的凹槽。一個凹槽的一側壁與另一凹槽的一側壁之間的絕緣層101、111構成電容的絕緣層；該電容的絕緣層以及位于其兩側的第X層金屬布線層(構成所述電容的兩個極板)103都是沿垂直方向構成的；由所述第X層金屬布線層103引出所述電容的兩端電極。圖2中101為第一絕緣層，111為第二絕緣層，112為第三絕緣層。109為第X-1層接觸孔內金屬，102為第X-1層金屬層，105為第一金屬層。
[0036]實施例一
[0037]所述垂直MIM電容的制造方法包括如下步驟:
[0038]步驟1，參見圖4，在第二絕緣層111上方淀積另一層絕緣層作為硬掩模層120。所述硬掩模層120的厚度為1000埃?10000埃。所述硬掩模層120采用與第二絕緣層111不同的材質。例如:第二絕緣層111采用二氧化硅，硬掩模層120采用氮化硅。
[0039]步驟2，參見圖5，在第二絕緣層111及其之上的硬掩模層120中位于第X_1層金屬層102的上方形成第X-1層接觸孔106。
[0040]步驟3，參見圖6，在所述硬掩模層120的上方和第X-1層接觸孔106中涂覆光刻膠108，利用光刻定義出凹槽的位置，使得在需要形成垂直MM電容的凹槽的位置被露出。該凹槽的寬度大于該X-1層接觸孔106的寬度。
[0041]步驟4，參見圖7，通過各向異性的干法刻蝕形成凹槽110，然后通過干法和/或濕法刻蝕將殘留的光刻膠108去除。形成凹槽110的各向異性的干法刻蝕采用所述第二絕緣層111 (例如:二氧化硅)對于所述硬掩模層120 (例如:氮化硅)的刻蝕速率具有高選擇比(例如刻蝕速率之比大于10:1)的刻蝕，這樣就可以在光刻膠108被刻蝕完的時候，利用硬掩模層120作為刻蝕的硬掩模，以便刻出足夠深(例如深度在I微米到10微米之間)的凹槽。
[0042]所述凹槽110的深度通過控制干法刻蝕的時間來控制。
[0043]步驟5，參見圖8，采用具有所述硬掩模層120 (例如:氮化硅)對于第二絕緣層111(例如:二氧化硅)和第X-1層金屬層102的刻蝕速率都具有高選擇比(例如刻蝕速率之比大于10:1)的刻蝕方法去除硬掩模層120。
[0044]步驟6，參見圖9，進行第X-1層接觸孔106內金屬109的淀積。由于垂直MM電容的凹槽110的寬度大于該第X-1層接觸孔106的寬度，淀積接觸孔內金屬109后將填滿第X-1層接觸孔106，但是不會填滿凹槽110。
[0045]步驟7，參見圖10，進行各向同性的接觸孔內金屬109的回刻。由于金屬填滿第X-1層接觸孔106，但是沒有填滿凹槽110，接觸孔內金屬109只會在第X-1層接觸孔106內
有殘留。
[0046]步驟8，參見圖11，進行第X層金屬布線層103的淀積。在所述第二絕緣層111和接觸孔內金屬109的上端面，以及所述凹槽110內的表面(即側壁和底部)淀積第X層金屬布線層103。
[0047]步驟9，參見圖12，在所述第X層金屬布線層103上端涂覆光刻膠108，進行第X層金屬布線層103的光刻，利用光刻定義出所述第X層金屬布線層103。由于所述凹槽110比所述電容內其它地方要明顯低很多，可以選取合適的光刻膠厚度以及曝光、顯影條件，使得在凹槽110內的部分不管是否被曝光，始終存在光刻膠108的殘留。
[0048]步驟10，參見圖13，進行各向異性的第X層金屬布線層103的干法刻蝕，然后采用干法和/或濕法刻蝕去除光刻膠108。位于兩個凹槽110之間的第二絕緣層111上端的第X層金屬布線層103，由于未被光刻膠108保護而被刻蝕掉，位于凹槽110內側壁的第X層金屬布線層103形成側墻；第X層金屬布線層103沿兩個凹槽110之間的絕緣層兩側端面自上而下延伸到所述凹槽110底部，再由凹槽110側壁自下而上一直延伸到所述凹槽110上側端端面，形成垂直MM電容的結構。進行各向異性的第X層金屬布線層103的干法刻蝕時采用金屬布線層對絕緣層的刻蝕速率具有高選擇比的刻蝕方法，例如刻蝕速率之比大于10: I ο
[0049]步驟11，參見圖14，進行后續(xù)第三絕緣層112的淀積。
[0050]實施例二[0051]本實施例與實施例一的區(qū)別在于，參見圖15所示，利用正常的第X-1層接觸孔106的光刻，同時使得在需要形成垂直MIM電容的凹槽的位置被露出。該凹槽110的寬度大于該層的接觸孔的寬度。然后通過各向異性的干法刻蝕形成凹槽110 (參見圖8)，其余部分與實施例一完全相同。
[0052]實施例一需要增加一層掩模板，而實施例二不需要增加任何掩模板。
[0053]以上通過【具體實施方式】對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種垂直金屬/絕緣層/金屬MIM電容，其特征在于，包括:在絕緣層內形成的兩個相互平行的凹槽，其中，一個凹槽的一側壁與另一凹槽的一側壁之間的絕緣層構成所述電容的絕緣層；兩層金屬層分別沿所述電容的絕緣層兩側端面自上而下經(jīng)溝槽的底部和溝槽的另一側壁一直延伸到所述凹槽上側端端面，由所述金屬層引出所述電容的兩端電極。
2.如權利要求1所述的電容，其特征在于:所述絕緣層為金屬層之間的絕緣層IMD，或多晶硅與金屬層之間的絕緣層PMD ;或者是由金屬層之間的絕緣層MD和多晶硅與金屬層之間的絕緣層PMD構成的組合絕緣層。
3.如權利要求1所述的電容，其特征在于:所述凹槽可以是兩個長方形的相互平行的凹槽，也可以是兩個半圓形的相互平行的凹槽。
4.一種制造權利要求1-3任一所述電容的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，在絕緣層之上淀積一層硬掩模層； 步驟2，在所述絕緣層及其之上的硬掩模層中形成接觸孔； 步驟3，在所述硬掩模層的上方涂覆光刻膠，利用光刻定義出凹槽的位置； 步驟4，通過各向異性的干法刻蝕形成凹槽，然后通過干法和/或濕法刻蝕將殘留的光刻膠去除； 步驟5，采用刻蝕方法去除所述硬掩模層； 步驟6，在所述絕緣層的上端面，以及所述凹槽內的表面淀積接觸孔內金屬； 步驟7，進行各向同性的所述接觸孔內金屬的回刻； 步驟8，進行金屬布線層的淀積； 步驟9，在所述金屬布線層的上方涂覆光刻膠，進行金屬布線層的光刻，利用光刻定義出金屬布線層； 步驟10，進行各向異性的所述金屬布線層的干法刻蝕，然后采用干法和/或濕法刻蝕去除光刻膠；形成垂直金屬/絕緣層/金屬MIM電容的結構。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于:所述硬掩模層采用與絕緣層不同的材質。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于:所述硬掩模層的厚度為1000埃~10000埃。
7.如權利要求4所述的方法，其特征在于:所述凹槽的寬度大于該層接觸孔的寬度。
8.如權利要求4所述的方法，其特征在于:實施步驟4時，采用所述絕緣層對于硬掩模層的刻蝕速率具有高選擇比的刻蝕方法進行干法刻蝕形成凹槽。
9.如權利要求4所述的方法，其特征在于:所述凹槽的深度通過控制干法刻蝕的時間來控制。
10.如權利要求4所述的方法，其特征在于:實施步驟5時，采用所述硬掩模層對于絕緣層和第X-1層金屬層的刻蝕速率都具有高選擇比的刻蝕方法。
11.如權利要求4所述的方法，其特征在于:實施步驟6時，所述接觸孔內金屬淀積后填滿接觸孔，且不填滿所述凹槽。
12.如權利要求4所述的方法，其特征在于:實施步驟7進行各向同性的接觸孔內金屬的回刻后接觸孔內金屬只在接觸孔內有殘留。
13.如權利要求4所述的方法，其特征在于:實施步驟9時，利用光刻定義出金屬布線層，使得垂直金屬/絕緣層/金屬MIM電容的絕緣層頂部被露出，而在垂直金屬/絕緣層/金屬MIM電容的凹槽內存在光刻膠的殘留。
14.如權利要求4所述的方法，其特征在于:實施步驟10進行各向異性的所述金屬布線層的干法刻蝕后，在垂直金屬/絕緣層/金屬MIM電容的絕緣層兩邊外側由金屬布線層形成側墻；該干法刻蝕采用金 屬布線層對絕緣層的刻蝕速率具有高選擇比的刻蝕方法。
【文檔編號】H01L21/02GK103474479SQ201210187209
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權日:2012年6月8日
【發(fā)明者】劉俊 申請人:上海華虹Nec電子有限公司