专利名称：使用硬掩膜金属绝缘体金属电容器的形成的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及制造金属绝缘体金属(MIM)电容器的方法，其中在电容器上形成硬掩膜并且在硬掩膜上构图光致抗蚀剂，其允许通过光致抗蚀剂同时蚀刻电容器和对应的布线层，而不损伤电容器的上极板。
背景技术：
电容器广泛应用于集成电路技术。一种公知的电容器类型是金属绝缘体金属电容器(MIMCap)。这类电容器具有被介质分开的下导电极板和上导电极板。当制造金属绝缘体金属电容器时，在导电层上构图介质和上极板。然后为了在下导电极板中构图导电层，在介质和上极板上形成光致抗蚀剂。然而，在上极板的拐角处光致抗蚀剂有时会太薄，这导致在构图下面的导电层期间，上极板的拐角被不期望地腐蚀(倒角)。
为了克服此问题，可以使用较厚的光致抗蚀剂。然而，当光致抗蚀剂变厚时，可以通过较厚的光致抗蚀剂构图的结构(电容器，相邻布线等)之间的间隔增加，以至不期望地增加布线间距。当线间距有所增加时(由较厚抗蚀剂引起的较宽线和间隔导致)，该级的布线密度会降低。这迫使增加级数以补偿布线能力的损失，并且减小了技术的吸引力并增加技术成本。
可选地，可以通过将所有的MIMCap移到集成电路结构的已经具有较宽间距的级中解决此问题。然而，这同样没有吸引力，因为其要求用于具有MIMCap的设计具有较宽间距级，这再次增加了成本和复杂度。
下面，本发明旨在解决此问题而不增加光致抗蚀剂的厚度，并且实际甚至可以利用较薄的光致抗蚀剂。因此，本发明克服了上极板拐角倒角的问题而不增加布线间距。
发明内容
本发明包括制造金属绝缘体金属(MIM)电容器的方法。在此方法中，在下导体层上形成介质层并且在介质层上形成上导体层。首先使用光刻工艺构图上导体层，随后进行蚀刻工艺。然后，本发明在上导体层和介质层上形成蚀刻停止层，并且在蚀刻停止层上形成硬掩膜(氧化硅硬掩膜和氮化硅硬掩膜等)。下一步，在硬掩膜上构图光致抗蚀剂，其允许通过光致抗蚀剂蚀刻硬掩膜，蚀刻停止层，介质层和下导体层。
此蚀刻工艺在下导体层中同时构图下电容器极板和布线图形。另外，蚀刻工艺包括多步蚀刻工艺其中不同的蚀刻用于构图硬掩膜，上导体，介质层，蚀刻停止和下导体等的一个或多个。硬掩膜保护上导体层在蚀刻工艺期间拐角不被倒角。
上导体层的构图部分构成电容器的上极板，在上极板下的下导体层的构图部分构成电容器的下极板，并且在上极板和下极板之间的介质层的构图部分构成电容器介质。
本发明还包括通过在上导体层上形成第二介质层并且在形成硬掩膜之前在上导体层上构图第三导体层形成双MIM电容器。
此方法制造MIM电容器，该电容器具有下导体层，所述下导体层包括至少一个下电容器极板和至少一个布线级。此结构还包括在电容器极板上的至少一个电容器介质和在电容器介质上的至少一个上电容器极板。本发明可以使用在上电容器极板上的蚀刻停止层和在蚀刻停止层上的硬掩膜，或者可以省略蚀刻停止层。蚀刻停止层(或硬掩膜)位于沿上电容器极板的顶部和侧面。
硬掩膜具有与在下导体层中的蚀刻图形匹配的图形。下电容器极板，电容器介质和上电容器极板构成金属绝缘体金属电容器。金属绝缘体金属电容器可以是单金属绝缘体金属电容器，或双金属绝缘体金属电容器。双金属绝缘体金属电容器包括第二电容器介质和第二上极板。在最终的结构中绝缘体层覆盖硬掩膜；然而，硬掩膜与绝缘体层不同。硬掩膜与绝缘体层可以化学不同或化学相同而结构不同(以不同的工艺形成)。
另外，因为本发明使用硬掩膜，可以使用更薄的光致抗蚀剂以构图硬掩膜和下面的导体层。这允许本发明形成比用厚光致抗蚀剂形成的特征更小的特征。例如，本发明允许在布线图形中的布线之间的间距约为上电容器极板的高度的三分之一。
因此，本发明使用硬掩膜以同时构图MIMCap的底极板和布线级并且可以使用更薄的抗蚀剂构图介质硬掩膜为期望的精细间距。本发明使用来自硬掩膜构图的剩余抗蚀剂构图下面的导体层，因为硬掩膜提供对MIMCap更好的保护。另外，本发明集成了具有硬掩膜的蚀刻停止以进一步减小工艺的复杂度和成本。因而，本发明同时构图具有明显轮廓的大结构和极精细间距的结构，其在本发明前是不可能的。
当结合随后的详细描述和附图考虑时，将更好的认识和明白本发明的这些和其它方面和目标。然而，应该明白，随后的描述，以示意，而不是限制的方式给出了表明本发明的优选实施例及其许多具体细节。可以在本发明的范围内，在不脱离其精神的情况下进行许多改变和修正，并且本发明包括所有这样的修正。
从随后参考附图的详细描述可以更好的理解本发明，其中图1是根据本发明部分完成的集成电路结构的截面图；图2是根据本发明部分完成的集成电路结构的截面图；图3是根据本发明部分完成的集成电路结构的截面图；图4是根据本发明部分完成的集成电路结构的截面图；图5是根据本发明部分完成的集成电路结构的截面图；图6是根据本发明部分完成的集成电路结构的截面图；图7是显微图，示出了绝缘层和硬掩膜之间的不同；以及图8是本发明的优选方法的流程图。
具体实施例方式
通过参考在附图中示出的并且在随后的详细描述的非限制性实施例，更全面地说明了本发明及其各种特征和优点。应该注意到，在附图中示出的特征没必要按比例画出。省略了对公知部件和工艺技术的描述以便使本发明不模糊。这里使用的实例仅旨在促进对实践本发明的方法的理解并且进一步使本领域的技术人员可以实践本发明。因此，不能认为实例是对本如上所述，一种MIMCap类型的电容器具有被介质分开的下导电极板和上导电极板。双MIMCap具有同样的下导电极板，介质和上导电极板并且还包括第二介质(在上导电极板上)和在第二极板上的第二上导电极板。在附图中示出了这两种结构。
如图1所示，在下导体层100上形成介质层102，然后在介质层102上构图上导体层104。标号110表示衬底。同样，对将要形成双金属绝缘体金属电容器的区域，构图第二介质106并且在构图第一上导体极板前还构图第二上导体极板108。本领域的技术人员已熟知形成这些结构使用的材料和工艺，并且省略其详细描述，以将读者的注意力集中于本发明突出的特征上。
如图2所示，随后本发明使用如热生长，化学气相沉积(CVD)，等离子气相沉积(PVD)等的任何常规沉积工艺，在上导体层104，108以及介质层102，106上可选地形成蚀刻停止层200(例如氮化物等)并且在蚀刻停止层200上形成硬掩膜202(氧化硅硬掩膜，氮化硅硬掩膜等)。下一步，如在图3中所示，在硬掩膜202上构图光致抗蚀剂300。如下所示，通过光致抗蚀剂300蚀刻硬掩膜202，蚀刻停止层200，介质层102和下导体层100。
然后，进行任何常规蚀刻工艺(例如选择性反应离子蚀刻(RIE))以除去部分硬掩膜202，部分停止在或完全穿过蚀刻停止层200，如图4所示。这形成了开口402。此工艺引起了对光致抗蚀剂300的一些侵蚀，如图4中箭头400所示。硬掩膜202保护上导体层104在蚀刻工艺期间拐角不被倒角。
对于通常的硬掩膜蚀刻工艺，硬掩膜202相对于光致抗蚀剂300的蚀刻选择性，高于导体104，108相对于光致抗蚀剂300的选择蚀刻性。因此，可以使用更薄光致抗蚀剂300代替硬掩膜202。否则，因为减小的蚀刻选择性，当蚀刻氧化物102或导体100时，在没有硬掩膜300的情况下会需要更厚的光致抗蚀剂300，因为在此蚀刻工艺中更多的光致抗蚀剂300将被消耗。通过使用硬掩膜202，更多的硬掩膜202材料被消耗并且更少的光致抗蚀剂300被消耗，因此允许光致抗蚀剂300更薄。当使用更薄的光致抗蚀剂时，可以构图更小的开口，其允许特征间隔地更近，从而减小任何布线图形的间距。
此蚀刻工艺可以下导体层100中同时构图下电容器极板和布线图形。蚀刻工艺可以包括单或多步蚀刻工艺，其中使用不同的蚀刻以构图硬掩膜202，上导体，介质层102，蚀刻停止200，和/或下导体100等等。在一个实例中，使用来自图4中的硬掩膜开口程序(HMO)的残留抗蚀剂，在随后的金属蚀刻(图5中)期间聚合侧壁以提供定向和合适的侧面。要求多少不同蚀刻工艺的特征依赖于使用的不同材料和使用的蚀刻工艺的不同类型而变化。
图5示出了穿过下导体层100完成蚀刻后的结构。此蚀刻工艺制造开口502。注意，附加的蚀刻工艺还侵蚀光致抗蚀剂300，如箭头500所示。此蚀刻工艺甚至除去部分硬掩膜202；然而，上导体极板104，108没有受蚀刻工艺的影响并且没有遭受在背景技术部分中讨论的拐角倒角问题。此工艺通过下导体层100同时形成下导体极板504，以及布线图形506。
如图6中所示，本发明制造了MIM电容器，其具有包括至少一个下电容器极板504和至少一个布线图形506的下导体层100。此结构还包括在电容器极板上的至少一个电容器介质102，106和在电容器介质上的至少一个上电容器极板104，108。本发明可以使用在上电容器极板上的蚀刻停止层200和在蚀刻停止层200上的硬掩膜202，或者可以省略蚀刻停止层200。蚀刻停止层200或硬掩膜202位于沿电容器极板的顶部和侧面。
硬掩膜202具有与下导体层100中的蚀刻图形匹配的图形。下电容器极板504，电容器介质102，106，和上电容器极板104，108既可以形成单金属绝缘体金属电容器又可以形成双金属绝缘体金属电容器。双金属绝缘体金属电容器包括第二电容器介质106和第二上极板108。另外，蚀刻停止层200保留在结构中。
在最终的结构中，绝缘层600(例如，层间介质(ILD))覆盖硬掩膜202；然而，硬掩膜202与绝缘层600不同。硬掩膜202与绝缘层600可以是化学不同，或化学相同而结构不同(以不同的工艺形成)。在图7的显微图中可以看出在绝缘层600和硬掩膜202之间的不同700。
在图8中的流程图中示出了上述工艺。更具体的说，在步骤800中，本发明开始于在下导体层上形成介质层，并且在步骤802中在介质层上形成上导体层。然后，本发明在上导体层和介质层上形成蚀刻停止层(804)，并且在步骤806中在蚀刻停止层上形成硬掩膜。下一步，在步骤808中，在硬掩膜上构图光致抗蚀剂，其允许通过光致抗蚀剂蚀刻硬掩膜，蚀刻停止层，介质层，和下导体层。
此蚀刻工艺通过下导体层同时构图下电容器极板和布线图形810。蚀刻工艺810可以包括多步蚀刻工艺其中不同的蚀刻用于构图硬掩膜，上导体，介质层，蚀刻停止，下导体等的一个或多个。硬掩膜保护上导体层在蚀刻工艺期间拐角不被倒角。
如上面所解释的，因为本发明使用硬掩膜，可以使用更薄的光致抗蚀剂300以构图硬掩膜和下面的导体层。这允许本发明形成比用厚光致抗蚀剂300形成的特征更小的特征。例如，本发明允许在布线图形506中的布线之间的间距约为上电容器极板(在底极板的底部上)的高度的三分之一。
因此，本发明使用硬掩膜202以构图MIMCap的底极板和布线级并且可以使用更薄的抗蚀剂构图介质硬掩膜202为期望的精细间距。本发明使用来自硬掩膜202构图的剩余抗蚀剂构图下面的导体层，因为硬掩膜202提供对MIMCap更好的保护。另外，本发明集成了具有硬掩膜202的蚀刻停止以进一步减小工艺的复杂度和成本。因而，本发明同时构图具有明显轮廓的大结构和极精细间距的结构，其在本发明前是不可能的。
虽然根据优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该认识到，实践本发明可以在附加权利要求的精神和范围内修改。
权利要求
1.一种金属绝缘体金属电容器结构，包括下导体层，其中所述下导体层包括至少一个下电容器极板和至少一个布线图形；至少一个电容器介质，在所述下电容器极板上；至少一个上电容器极板，在所述电容器介质上；以及硬掩膜，在所述上电容器极板上。
2.根据权利要求1的结构，其中所述硬掩膜位于沿所述上电容器极板的顶部和侧面。
3.根据权利要求1的结构，其中所述硬掩膜具有与所述下导体层中的蚀刻图形匹配的图形。
4.根据权利要求1的结构，其中所述下电容器极板，所述电容器介质和所述上电容器极板构成金属绝缘体金属电容器。
5.根据权利要求4的结构，其中所述金属绝缘体金属电容器包括单金属绝缘体金属电容器，其中所述结构还包括至少一个双金属绝缘体金属电容器，并且其中所述双金属绝缘体金属电容器包括第二电容器介质和第二上极板。
6.根据权利要求1的结构，还包括覆盖所述硬掩膜的绝缘体层，其中所述硬掩膜与所述绝缘体层不同。
7.根据权利要求1的结构，其中在所述布线图形中的布线之间的间距约为在所述下电容器极板的底部上的所述上电容器极板的高度的三分之一。
8.一种金属绝缘体金属电容器结构，包括下导体层，其中所述下导体层包括至少一个下电容器极板和至少一个布线图形；至少一个电容器介质，在所述下电容器极板上；至少一个上电容器极板，在所述电容器介质上；蚀刻停止层，在所述上电容器极板上；以及硬掩膜，在所述蚀刻停止层上。
9.根据权利要求8的结构，其中所述蚀刻停止层位于沿所述上电容器极板的顶部和侧面。
10.根据权利要求8的结构，其中所述硬掩膜具有与所述下导体层中的蚀刻图形匹配的图形。
11.根据权利要求8的结构，其中所述下电容器极板，所述电容器介质和所述上电容器极板构成金属绝缘体金属电容器。
12.根据权利要求11的结构，其中所述金属绝缘体金属电容器包括单金属绝缘体金属电容器，其中所述结构还包括至少一个双金属绝缘体金属电容器，并且其中所述双金属绝缘体金属电容器包括第二电容器介质和第二上极板。
13.根据权利要求8的结构，还包括覆盖所述硬掩膜的绝缘体层，其中所述硬掩膜与所述绝缘体层不同。
14.根据权利要求8的结构，其中在所述布线图形中的布线之间的间距约为在所述下电容器极板的底部上的所述上电容器极板的高度的三分之一。
15.一种制造金属绝缘体金属电容器的方法，所述方法包括如下步骤在下导体层上形成介质层；在所述介质层上构图上导体层；在所述上导体层和所述介质层上形成硬掩膜；在所述硬掩膜上构图光致抗蚀剂；以及通过所述光致抗蚀剂蚀刻所述硬掩膜，所述介质层和所述下导体层。
16.根据权利要求15的方法，其中所述蚀刻工艺在所述下导体层中同时构图下电容器极板和布线图形。
17.根据权利要求15的方法，其中所述硬掩膜保护所述上导体层在所述蚀刻工艺期间拐角不被倒角。
18.根据权利要求15的方法，其中所述上导体层的构图部分构成所述电容器的上极板，在所述上极板下的所述下导体层的构图部分构成所述电容器的下极板，以及在所述上极板和所述下极板之间的所述介质层的构图部分构成电容器介质。
19.根据权利要求15的方法，其中所述蚀刻工艺包括多步蚀刻工艺，其中对于所述硬掩膜，所述上导体层，所述介质层和所述下导体层中的一个或多个，使用不同的蚀刻。
20.根据权利要求15的方法，在形成所述硬掩膜的所述工艺之前还包括在所述上导体层上形成第二介质层；以及在所述上导体层上构图第三导体层。
21.根据权利要求15的方法，其中所述硬掩膜包括氧化硅硬掩膜和氮化硅硬掩膜中的一种。
22.一种制造金属绝缘体金属电容器的方法，所述方法包括如下步骤在下导体层上形成介质层；在所述介质层上构图上导体层；在所述上导体层和所述介质层上形成蚀刻停止层；在所述蚀刻停止层上形成硬掩膜；在所述硬掩膜上构图光致抗蚀剂；以及通过所述光致抗蚀剂蚀刻所述硬掩膜，所述蚀刻停止层，所述介质层和所述下导体层。
23.根据权利要求22的方法，其中所述蚀刻工艺在所述下导体层中同时构图下电容器极板和布线图形。
24.根据权利要求22的方法，其中所述硬掩膜保护所述上导体层在所述蚀刻工艺期间拐角不被倒角。
25.根据权利要求22的方法，其中所述上导体层的构图部分构成所述电容器的上极板，在所述上极板下的所述下导体层的构图部分构成所述电容器的下极板，以及在所述上极板和所述下极板之间的所述介质层的构图部分构成电容器介质。
26.根据权利要求22的方法，其中所述蚀刻工艺包括多步蚀刻工艺，其中对于所述硬掩模，所述蚀刻停止，所述上导体层，所述介质层和所述下导体层中的一个或多个，使用不同的蚀刻。
27.根据权利要求22的方法，在形成所述蚀刻停止层的所述工艺之前还包括在所述上导体层上形成第二介质层；以及在所述上导体层上构图第三导体层。
28.根据权利要求22的方法，其中所述硬掩膜包括氧化硅硬掩膜和氮化硅硬掩膜中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种制造金属绝缘体金属(MIM)电容器的方法。在此方法中，在下导体层(100)上形成介质层(102，106)并且在介质层上形成上导体层(104，108)。然后，本发明在上导体层和介质层上形成蚀刻停止层(200)并且在蚀刻停止层上形成硬掩膜(202)(氧化硅硬掩膜，氮化硅硬掩膜等)。下一步，在硬掩膜上构图光致抗蚀剂(300)，其允许通过光致抗蚀剂蚀刻硬掩膜，蚀刻停止层，介质层和下导体层。
文档编号H01L21/8242GK1954263SQ200580015358
公开日2007年4月25日 申请日期2005年5月26日 优先权日2004年6月4日
发明者D·D·库尔鲍, E·E·叶舒恩, N·费尔舍费尔德, M·L·高奇, 何忠祥, M·D·穆恩, V·拉马切恩兰, B·沃特豪斯 申请人:国际商业机器公司