一種金屬-介質(zhì)-金屬電容及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種金屬-介質(zhì)-金屬電容及其制造方法。通過本發(fā)明專利技術(shù)的電容及其制造方法，可以將具有較高介電常數(shù)的介質(zhì)層的電容集成到采用常規(guī)或者較低介電常數(shù)介質(zhì)的后道互連工藝中，從而可以實(shí)現(xiàn)在大容量集成電容的時(shí)候，提高電容的面積利用率和電容量的同時(shí)，不影響或者降低金屬連線的RC寄生延遲。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種金屬-介質(zhì)-金屬電容及其制造方法。
技術(shù)介紹
在集成電路中，電容作為常用的電子元器件單元被廣泛地應(yīng)用。通常，在半導(dǎo)體集成電路中，集成電容與晶體管電路制作在同一芯片上。目前，芯片中廣泛采用的電容形式包括金屬-介質(zhì)-金屬電容。傳統(tǒng)的金屬-介質(zhì)-金屬電容，可以在同一金屬層采用插指狀結(jié)構(gòu)，并利用多層金屬層疊層的方式在相對(duì)較小的面積上制作容量更大的電容，因此在設(shè)計(jì)大容量集成電容時(shí)設(shè)計(jì)者更青睞這類電容。 下層金屬層的層間介質(zhì)層電容(也稱層間電容)，大大地提高了面積利用率和電容量。其中前者產(chǎn)生的電容與層內(nèi)介質(zhì)的介電常數(shù)(介電常數(shù)簡稱k值)、金屬層深度和金屬極板長度(例如指狀極板的每指長度)成正比，與金屬極板間距成反比；后者產(chǎn)生的電容與層間介質(zhì)層的k值、上下層金屬極板的重疊面積成正比，與層間介質(zhì)層的厚度成反比。在同一金屬層中，提高介質(zhì)的介電常數(shù)k值是提高電容的面積利用率和電容量的方法之一。然而，在常規(guī)的芯片制作的后道互連工藝中，為降低金屬連線的寄生RC延遲，后道金屬層介質(zhì)的k值一般不宜過高；特別是在高階制程中，后道金屬層中采用低介電常數(shù)(low-k)介質(zhì)層來降低金屬連線的寄生RC延遲。因此，如何能夠在提高電容的面積利用率和電容量的同時(shí)，降低或不增加寄生RC延遲，一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員想要解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種金屬-介質(zhì)-金屬電容的制造方法，其包括提供基底和在基底之上制作至少一層后道金屬層單元的步驟， 所述后道金屬層單元包含金屬連線區(qū)域和電容區(qū)域；所述電容區(qū)域具有金屬-介質(zhì)-金屬的電容結(jié)構(gòu)； 所述后道金屬層單元的制作過程包含以下步驟 在基底之上，沉積第一介質(zhì)層； 在所形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第一介質(zhì)層圖形，并通過第一刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形以外的其他所有區(qū)域的第一介質(zhì)層； 在所述第一刻蝕工藝后所形成的結(jié)構(gòu)表面沉積第二介質(zhì)層； 在所形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第二介質(zhì)層圖形，并通過第二刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形和第二介質(zhì)層圖形以外的第二介質(zhì)層； 再在所述第二刻蝕工藝后所形成的結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層；在所述后道金屬層單元中所述第一介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第二介質(zhì)層圖形是所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層的圖形；或者，所述第二介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第一介質(zhì)層圖形是所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層的圖形；所述電容區(qū)域的介質(zhì)層采用High-K的材料；所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層采用Low-K的材料。通過本專利技術(shù)的制造方法，可以將具有較高介電常數(shù)的介質(zhì)層的電容集成到采用常規(guī)或者較低介電常數(shù)介質(zhì)的后道互連工藝中，從而可以實(shí)現(xiàn)在大容量集成電容的時(shí)候，提高電容的面積利用率和電容量的同時(shí)，不影響或者降低金屬連線的RC寄生延遲。采用上述制造方法獲得的金屬-介質(zhì)-金屬電容，在后道金屬層單元中，電容區(qū)域的介質(zhì)層中采用了具有較高介電常數(shù)的材料，提高了電容的面積利用率和電容量，而金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層采用常規(guī)或較低介電常數(shù)的材料，不影響或降低金屬連線區(qū)域的寄生RC延遲。所述的金屬-介質(zhì)-金屬電容,其中介質(zhì)也稱電介質(zhì),可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的能夠用于電容的電介質(zhì)，例如絕緣體或半導(dǎo)體等；更具體的，優(yōu)選可以用于電容的氧化物或氮化物；其中所述金屬，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的能夠用于電容的金屬物質(zhì)，優(yōu)選銅金屬。所述的金屬-介質(zhì)-金屬電容，其可以只包含一層金屬層單兀，也可以是多層金屬層單元疊層結(jié)構(gòu)。 金屬-介質(zhì)-金屬的電容結(jié)構(gòu)可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的各種類型，例如平板型、插指型等。優(yōu)選采用可以充分利用側(cè)壁電容的結(jié)構(gòu)類型。在本專利技術(shù)的一個(gè)具體實(shí)施例中，電容結(jié)構(gòu)采用插指型。優(yōu)選采用電容結(jié)構(gòu)對(duì)稱性更好的類型，可以降低寄生RC延遲。另外，為提高電容的面積利用率和電容量，所述的金屬-介質(zhì)-金屬電容的所有電容區(qū)域的介質(zhì)層都采用介電常數(shù)較高的材料。所述金屬層單元的疊層結(jié)構(gòu)也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的各種類型。優(yōu)選采用可以充分利用層間電容的結(jié)構(gòu)類型。優(yōu)選相鄰金屬層單元的金屬極板區(qū)域相同且對(duì)齊。所述金屬-介質(zhì)-金屬電容中，其包含一層或多層后道金屬層單元，所述后道金屬層單元包含金屬連線區(qū)域和電容區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，最上層的后道金屬層單元同時(shí)包含了電容區(qū)域和金屬連線區(qū)域。所述的基底可以是表面已經(jīng)形成了半導(dǎo)體器件層的襯底；所述基底也可以是在所述襯底表面制作了至少一層金屬層單元后所形成的。所述的沉積第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的操作，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法，例如采用離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)或原子層沉積(ALD)或旋涂的方法。所述沉積操作之后，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法使沉積操作后形成的表面平坦化，例如采用化學(xué)機(jī)械拋光的方法研磨沉積操作后形成的表面。所述的定義出第一介質(zhì)層圖形，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，采用光刻工藝在形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第一介質(zhì)層圖形，具體地，在第一介質(zhì)層表面上旋涂光刻膠，光刻形成第一介質(zhì)層圖形。通過后續(xù)的第一刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形以外的其他所有區(qū)域的第一介質(zhì)層。所述的定義出第二介質(zhì)層圖形，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法。在本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中，采用光刻工藝在形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第二介質(zhì)層圖形，具體地，在第二介質(zhì)層表面上旋涂光刻膠，光刻形成第二介質(zhì)層圖形，并且在定義出第二介質(zhì)層圖形之后或者同時(shí)，對(duì)所述的第一介質(zhì)層圖形進(jìn)行光刻對(duì)準(zhǔn)。通過第二刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形和第二介質(zhì)層圖形以外的其他所有區(qū)域的第二介質(zhì)層，形成了介質(zhì)凹槽。再在所述第二刻蝕工藝后所形成的結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，在所述第二刻蝕工藝后所形成的溝槽中填充金屬，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法進(jìn)行填充，例如電鍍的方式。另外，第一介質(zhì)層圖形內(nèi)的介質(zhì)凹槽和第二介質(zhì)層圖形內(nèi)的介質(zhì)凹槽可以填充不同的金屬。在一個(gè)具體實(shí)施例中，采用電鍍的方式在所述第二刻蝕工藝后所形成的溝槽中·全部填充銅金屬。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，在所述后道金屬層單元中所述第一介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第二介質(zhì)層圖形是所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層的圖形；即，先沉積電容區(qū)域的介質(zhì)層，經(jīng)第一刻蝕工藝后，再沉積金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層。所述電容區(qū)域的介質(zhì)層采用k值大于7的high-k材料，即先沉積的第一介質(zhì)層采用k值大于7的high-k材料；所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層(即后沉積的第二介質(zhì)層)采用k值小于4的材料，例如常規(guī)介質(zhì)(k值約為3. 9)或者low-k (k值小于3)材料。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在所述后道金屬層單元中第二介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第一介質(zhì)層圖形是所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層的圖形；即，先沉積金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層，經(jīng)第一刻蝕工藝后，再沉積電容區(qū)域的介質(zhì)層，所述電容區(qū)域的介質(zhì)層采用k值大于7的high-k材料,即后沉積的第二介質(zhì)層采用k值大于7的high-k材料的介質(zhì)，所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層(即先沉積的第一介質(zhì)層)采用k值小于4的材料，例如常規(guī)介質(zhì)(k值約為3. 9)或者low-k (k值小于3)材料。在其中一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述的電容區(qū)域的介質(zhì)層采用k值大于7的high-k的材料，諸如Al2O3 (k 9)、Si3本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種金屬？介質(zhì)？金屬電容的制造方法，其包括提供基底和在基底之上制作至少一層后道金屬層單元的步驟，？所述后道金屬層單元包含金屬連線區(qū)域和電容區(qū)域；所述電容區(qū)域具有金屬？介質(zhì)？金屬的電容結(jié)構(gòu)；所述后道金屬層單元的制作過程包含以下步驟：在基底之上，沉積第一介質(zhì)層；在所形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第一介質(zhì)層圖形，并通過第一刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形以外的其他所有區(qū)域的第一介質(zhì)層；在所述第一刻蝕工藝后所形成的結(jié)構(gòu)表面沉積第二介質(zhì)層；在所形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第二介質(zhì)層圖形，并通過第二刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形和第二介質(zhì)層圖形以外的第二介質(zhì)層；再在所述第二刻蝕工藝后所形成的結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層；在所述后道金屬層單元中：所述第一介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第二介質(zhì)層圖形是所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層的圖形；或者，所述第二介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第一介質(zhì)層圖形是所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層的圖形；所述電容區(qū)域的介質(zhì)層采用High？K的材料；所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層采用Low？K的材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種金屬-介質(zhì)-金屬電容的制造方法，其包括提供基底和在基底之上制作至少一層后道金屬層單元的步驟， 所述后道金屬層單元包含金屬連線區(qū)域和電容區(qū)域；所述電容區(qū)域具有金屬-介質(zhì)-金屬的電容結(jié)構(gòu)； 所述后道金屬層單元的制作過程包含以下步驟 在基底之上，沉積第一介質(zhì)層； 在所形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第一介質(zhì)層圖形，并通過第一刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形以外的其他所有區(qū)域的第一介質(zhì)層； 在所述第一刻蝕工藝后所形成的結(jié)構(gòu)表面沉積第二介質(zhì)層； 在所形成的結(jié)構(gòu)表面定義出第二介質(zhì)層圖形，并通過第二刻蝕工藝刻蝕掉所述第一介質(zhì)層圖形和第二介質(zhì)層圖形以外的第二介質(zhì)層； 再在所述第二刻蝕工藝后所形成的結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層； 在所述后道金屬層單元中所述第一介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第二介質(zhì)層圖形是所述金屬連線區(qū)域的介質(zhì)層的圖形；或者，所述第二介質(zhì)層圖形是所述電容區(qū)域的介質(zhì)層的圖形，所述第一介質(zhì)層圖形是所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周偉，全馮溪，蔣賓，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海集成電路研發(fā)中心有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：