Mim电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法
【专利摘要】本发明揭示了一种MIM电容器的制备方法，包括：提供半导体基底；在所述半导体基底上依次形成第一金属层、第一介质层和第二金属层；在所述第一金属层上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二金属层；对所述第二金属层进行热处理；图形化第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层，形成以所述第一金属层图形为下极板、所述第二金属层图形为上极板、所述第一介质层图形为电介质的MIM电容器。同时，本发明还提供一种半导体器件的制备方法，采用本发明的MIM电容器的制备方法，能够减少或避免MIM电容器的缺陷。
【专利说明】MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造业【技术领域】，特别是涉及一种MM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法。
【背景技术】
[0002]MIM (金属-绝缘体-金属)电容器具有高容量、低电阻率等优点，被广泛应用于射频电路或高速模拟电路中。MM电容器还与铜互连结构具有良好的匹配特性，常常与铜互连结构集成制造。图1a-图1d为现有技术中具有MIM电容器的半导体器件的制备方法的示意图:
[0003]首先，如图1a所示，在半导体基底101上自下至上依次形成第一金属层102、第一介质层103和第二金属层104 ；
[0004]随后，如图1b所示，图形化所述第二金属层104、所述第一介质层103以及所述第一金属层102，形成以所述第一金属层图形102a为下极板、所述第二金属层图形104a为上极板、所述第一介质层图形103a为电介质的MIM电容器105 ；
[0005]接着，如图1c所示，在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层106，并在所述第三介质层106中形成第一开口 107和第二开口 108，所述第一开口 107底部露出所述第二金属层图形104a的表面,所述第二开口 108底部露出所述第一金属层图形102a的表面；
[0006]最后，如图1d所示，在所述第一开口 107和第二开口 108中填充导电材料，形成第一连接插塞107a和第二连接插塞108a。
[0007]在现有技术中，形成所述第一开口 107和所述第二开口 108是在同一步骤中进行的，由于所述第一开口 107和所述第二开口 108的深度不同，所以刻蚀等离子体接触所述第一开口 107底部的所述第二金属层图形104a的表面的时间较长，所述刻蚀等离子体会损伤所述第一开口 107底部露出所述第二金属层图形104a的表面,易形成如图2a所不的缺陷(Defect) 110，其中，图2a为现有技术中MIM电容器的缺陷示意图，图2b为现有技术中MIM电容器的缺陷的透射电子显微镜图片，表示图2a所示结构的剖面图，在图2b中，圆圈区域为所述缺陷110，图2c为现有技术中MM电容器的缺陷的扫描电子显微镜图片，表示图2a所述第一开口 107底部的所述第二金属层图形104a的表面的俯视图,在图2c中，椭圆区域为所述缺陷110。
[0008]因此，如何提供一种MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法，减少或避免MM电容器的缺陷，已成为本领域技术人员需要解决的问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，提供一种MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法，能够减少或避免MM电容器的缺陷。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供一种MM电容器的制备方法，包括:[0011]提供半导体基底；
[0012]在所述半导体基底上依次形成第一金属层、第一介质层和第二金属层；
[0013]对所述第二金属层进行热处理；
[0014]图形化第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层，形成以所述第一金属层图形为下极板、所述第二金属层图形为上极板、所述第一介质层图形为电介质的MIM电容器。
[0015]进一步的，在所述MM电容器的制备方法中，对所述第二金属层进行热处理步骤和所述图形化所述第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层步骤之间，还包括:在所述第二金属层上形成第二介质层。
[0016]进一步的，在所述MM电容器的制备方法中，所述第二介质层的材料为氮化硅、氧
化硅或氮氧化硅。
[0017]进一步的，在所述MIM电容器的制备方法中，采用快速热退火对所述第二金属层进行热处理。
[0018]进一步的，在所述MIM电容器的制备方法中，所述快速热退火的温度为200°C?500°C，时间为100秒?500秒。
[0019]进一步的，在所述MIM电容器的制备方法中，所述第一金属层的材料为铝或铝铜合金，所述第二金属层的材料为铝或铝铜合金。
[0020]进一步的，在所述MM电容器的制备方法中，所述第一介质层的材料为氮化硅、氧
化硅或氮氧化硅。
[0021]根据本发明的另一面，本发明还提供一种半导体器件的制备方法，包括:
[0022]提供半导体基底；
[0023]在所述半导体基底上依次形成第一金属层、第一介质层和第二金属层；
[0024]对所述第二金属层进行热处理；
[0025]图形化第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层，形成以所述第一金属层图形为下极板、所述第二金属层图形为上极板、所述第一介质层图形为电介质的MIM电容器，且所述上极板的面积小于下极板的面积；
[0026]在所述MIM电容器和半导体基底上形成第三介质层；
[0027]在所述第三介质层中形成第一开口和第二开口，所述第一开口底部露出所述第二金属层图形的表面，所述第二开口底部露出所述第一金属层图形的表面；
[0028]在所述第一开口和第二开口中填充导电材料。
[0029]进一步的，在所述半导体器件的制备方法中，对所述第二金属层进行热处理步骤和所述图形化所述第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层步骤之间，还包括:在所述第二金属层上形成第二介质层。
[0030]进一步的，在所述半导体器件的制备方法中，所述第二介质层的材料为氮化硅、氧
化硅或氮氧化硅。
[0031]进一步的，在所述半导体器件的制备方法中，采用快速热退火对所述第二金属层进行热处理。
[0032]进一步的，在所述半导体器件的制备方法中，所述快速热退火的温度为200°C?500°C，时间为100秒?500秒。[0033]进一步的，在所述半导体器件的制备方法中，所述第一金属层的材料为铝或铝铜合金，所述第二金属层的材料为铝或铝铜合金。
[0034]进一步的，在所述半导体器件的制备方法中，所述第一介质层的材料为氮化硅、氧
化硅或氮氧化硅。
[0035]与现有技术相比，本发明提供的MM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法具有以下优点:
[0036]1、本发明提供的MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法，该MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法对所述第二金属层进行热处理，与现有技术相t匕，进行热处理后的所述第二金属层的表面的金属晶粒生长变大，金属晶界的缝隙变小，使所述第二金属层的表面变得更致密，所以在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层并在所述第三介质层中形成第一开口时，所述第二金属层不容易被刻蚀等离子体损伤，从而减少或避免MIM电容器的缺陷。
[0037]2、本发明提供的MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法，在所述对所述第二金属层进行热处理步骤和所述图形化所述第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层步骤之间，还包括在所述第二金属层上形成第二介质层，所以在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层并在所述第三介质层中形成第一开口时，所述第二介质层作为刻蚀停止层，阻止刻蚀等离子体对所述第二金属层损伤，从而进一步地减少或避免MIM电容器的缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1a-图1d为现有技术中具有MIM电容器的半导体器件的制备方法的示意图；
[0039]图2a为现有技术中MIM电容器的缺陷示意图；
[0040]图2b为现有技术中MIM电容器的缺陷的透射电子显微镜图片；
[0041]图2c为现有技术中MIM电容器的缺陷的扫描电子显微镜图片；
[0042]图3为本发明一实施例中的MIM电容器的制备方法的流程图；
[0043]图4a_图4c为本发明一实施例中的MIM电容器的制备方法的示意图；
[0044]图5a-图5b为本发明一实施例中的半导体器件的制备方法的示意图。
【具体实施方式】
[0045]下面将结合示意图对本发明的MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0046]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0047]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0048]本发明的核心思想在于，提供一种MIM电容器的制备方法，包括提供半导体基底，在所述半导体基底上形成第一金属层，在所述第一金属层上形成第一介质层，在所述第一介质层上形成第二金属层，对所述第二金属层进行热处理，进行热处理后的所述第二金属层的表面更致密，所以在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层并在所述第三介质层中形成第一开口时，所述第二金属层不容易被刻蚀等离子体损伤，从而减少或避免MIM电容器的缺陷。
[0049]结合上述核心思想，本发明还提供一种半导体器件的制备方法，包括:
[0050]提供半导体基底；
[0051]在所述半导体基底上依次形成第一金属层、第一介质层和第二金属层；
[0052]对所述第二金属层进行热处理；
[0053]图形化第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层，形成以所述第一金属层图形为下极板、所述第二金属层图形为上极板、所述第一介质层图形为电介质的MIM电容器，且所述上极板的面积小于下极板的面积；
[0054]在所述MIM电容器和半导体基底上形成第三介质层；
[0055]在所述第三介质层中形成第一开口和第二开口，所述第一开口底部露出所述第二金属层图形的表面，所述第二开口底部露出所述第一金属层图形的表面；
[0056]在所述第一开口和第二开口中填充导电材料。
[0057]以下请参考图3以及图4a_图4c详细说明本发明所述MIM电容器的制备方法，其中，图3为本发明一实施例中的MIM电容器的制备方法的流程图，图4a-图4c为本发明一实施例中的MM电容器的制备方法的示意图。
[0058]参见图3，首先，进行步骤S11，提供半导体基底201，其中，所述半导体基底201还可以包括其它结构，如MOS结构或/和互连结构等，此为本领域的公知常识，在此不一一详述。
[0059]然后，进行步骤S12，在所述半导体基底201上自下至上依次形成第一金属层202、第一介质层203和第二金属层204，如图4a所示，其中，所述第一金属层202的材料为铝或铝铜合金，铝或铝铜合金价格低廉且容易刻蚀，方便在步骤S14中对所述第一金属层202进行图形化，但所述第一金属层202的材料并不限于为铝或铝铜合金，如铜等材料亦在本发明的思想范围之内。
[0060]所述第一介质层203的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，氮化硅、氧化硅或氮氧化硅具有良好的电绝缘性，从而隔绝所述第一金属层202与所述第二金属层，但所述第一介质层203的材料并不限于为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，如碳化硅等材料亦在本发明的思想范围之内。
[0061]所述第二金属层204的材料为铝或铝铜合金，铝或铝铜合金价格低廉且容易刻蚀，方便在步骤S14中对所述第二金属层204进行图形化，但所述第二金属层204的材料并不限于为铝或铝铜合金，如铜等材料亦在本发明的思想范围之内。
[0062]接着，进行步骤S13，对所述第二金属层204进行热处理，进行热处理后的所述第二金属层204的表面的金属晶粒生长变大，金属晶界的缝隙变小，使所述第二金属层204的表面变得更致密。较佳的，采用快速热退火对所述第二金属层204进行热处理，可以快速地增大所述第二金属层204的表面的金属的晶粒尺寸，并且金属的晶粒尺寸均匀增大，但本发明并不限于采用快速热退火对所述第二金属层204进行热处理，如采用炉管加热等工艺亦可通过加热从而增大金属晶粒，亦在本发明的思想范围之内。进一步的，所述快速热退火的温度为200°C?500°C，时间为100秒?500秒，如温度为200°C、300°C、400°C、500°C等，时间为100秒、200秒、400秒、500秒等。
[0063]较佳的，在本实施例的所述MIM电容器的制备方法中，在步骤S15和步骤S16之间，还包括在所述第二金属层204上形成第二介质层220，如图4b所示，所述第二介质层220作为刻蚀停止层，阻止刻蚀等离子体对所述第二金属层204损伤，较佳的，所述第二介质层220的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，氮化硅、氧化硅或氮氧化硅与所述第二金属层204的刻蚀选择比差异较大，能够有效地阻止刻蚀等离子体对所述第二金属层204损伤。
[0064]接着，进行步骤S14，采用常规的刻蚀方法，如光刻以及干刻的方法，图形化所述第二金属层204、所述第一介质层203以及所述第一金属层202，形成以所述第一金属层图形202a为下极板、所述第二金属层图形204a为上极板、所述第一介质层图形203a为电介质的MIM电容器205，由于在本实施例中还包含所述第二介质层220，所以在步骤S14中，还包含图形化所述第二介质层220，形成第二介质层图形220a，如图4c所示。
[0065]采用本实施例的MIM电容器的制备方法可以用于制备半导体器件的制备方法中，具体参见图5a_图5b，图5a_图5b为本发明一实施例中的半导体器件的制备方法的示意图。
[0066]在步骤S14后，在所述MM电容器205和半导体基底201上形成第三介质层206，如图5a所示，其中，所述第三介质层206的材料可以为氧化硅、氮氧化硅等电介质材料。在所述第三介质层206中形成第一开口 207和第二开口 208，所述第一开口 207底部露出所述第二金属层图形204a的表面,所述第二开口 208底部露出所述第一金属层图形202a的表面。形成所述第一开口 207和所述第二开口 208的过程可以采用常规的刻蚀方法，所述第一开口 207和所述第二开口 208均可以各自包含通孔(via)和/或沟槽(trench)，所述第一开口 207和所述第二开口 208的形状以及构造具体由器件的结构决定，不作具体限制。
[0067]形成所述第一开口 207和所述第二开口 208同时形成，先去除所述第一开口 207处的所述第三介质层206以及所述第二开口 208处的所述第三介质层206，由于所述第一开口 207比所述第二开口 208浅，所以所述第一开口 207刻蚀到所述第二金属层图形204a时，所述第二开口 208还在去除所述第三介质层206，但由于所述第二金属层204的表面的金属晶粒生长变大，金属晶界的缝隙变小，使所述第二金属层204的表面变得更致密，所以所述第二金属层图形204a不容易被刻蚀等离子体损伤，从而减少或避免MM电容器的缺陷；并且，在本实施例中，还设置有所述第二介质层220，所以当所述第一开口 207刻蚀到所述第二介质层图形220a时，所述第二开口 208还在去除所述第三介质层206，即此时的刻蚀等离子体为对所述第二介质层图形220a的刻蚀选择比低，对所述第二介质层图形220a的刻蚀较慢，避免在所述第二开口 208去除所述第一介质层图形203a之前，所述第一开口207就已经在刻蚀所述第二金属层图形204a，减少刻蚀所述第一开口 207时刻蚀所述第二金属层图形204a的时间，从而进一步地减少或避免MM电容器的缺陷。
[0068]最后，在所述第一开口 207和第二开口 208中填充导电材料，形成第一连接插塞207a和第二连接插塞208a，方便为所述MM电容器205的上极板以及下极板供电。
[0069]对比发现，采用本实施例的所述MM电容器的制备方法，所述第二金属层204的金属铝的粒径由热处理之前的0.2 μ m生长为1.5微米，采用现有技术即不进行热处理步骤的MIM电容器中，平均缺陷密度为0.04个/平方微米，采用本实施例的MM电容器的制备方法即进行热处理步骤的MM电容器中，平均缺陷密度为0.001个/平方微米，缺陷率较之现有技术大大降低。
[0070]综上所述，本发明提供一种MM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法，MIM电容器的制备方法包括提供半导体基底，在所述半导体基底上形成第一金属层，在所述第一金属层上形成第一介质层，在所述第一介质层上形成第二金属层，对所述第二金属层进行热处理，进行热处理后的所述第二金属层的表面更致密，所以在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层并在所述第三介质层中形成第一开口时，所述第二金属层不容易被刻蚀等离子体损伤，从而减少或避免MM电容器的缺陷。与现有技术相比，本发明提供的含有偏压温度不稳定性测试电路具有以下优点:
[0071]1、本发明提供的MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法，该MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法对所述第二金属层进行热处理，与现有技术相t匕，进行热处理后的所述第二金属层的表面的金属晶粒生长变大，金属晶界的缝隙变小，使所述第二金属层的表面变得更致密，所以在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层并在所述第三介质层中形成第一开口时，所述第二金属层不容易被刻蚀等离子体损伤，从而减少或避免MIM电容器的缺陷。
[0072]2、本发明提供的MIM电容器的制备方法以及半导体器件的制备方法，在所述对所述第二金属层进行热处理步骤和所述图形化所述第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层步骤之间，还包括在所述第二金属层上形成第二介质层，所以在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层并在所述第三介质层中形成第一开口时，所述第二介质层作为刻蚀停止层，阻止刻蚀等离子体对所述第二金属层损伤，从而进一步地减少或避免MIM电容器的缺陷。
[0073]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种MIM电容器的制备方法,包括: 提供半导体基底； 在所述半导体基底上依次形成第一金属层、第一介质层和第二金属层； 对所述第二金属层进行热处理； 图形化所述第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层，形成以所述第一金属层图形为下极板、所述第二金属层图形为上极板、所述第一介质层图形为电介质的MIM电容器。
2.如权利要求1所述的MIM电容器的制备方法，其特征在于，对所述第二金属层进行热处理步骤和所述图形化所述第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层步骤之间，还包括:在所述第二金属层上形成第二介质层。
3.如权利要求3所述的MIM电容器的制备方法，其特征在于，所述第二介质层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的MIM电容器的制备方法，其特征在于，采用快速热退火对所述第二金属层进行热处理。
5.如权利要求4所述的MIM电容器的制备方法，其特征在于，所述快速热退火的温度为200°C~500°C，时间为100秒~500秒。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的MM电容器的制备方法，其特征在于，所述第一金属层的材料为铝或铝铜合金，所述第二金属层的材料为铝或铝铜合金。
7.如权利要求1至3中任意一项所述的MIM电容器的制备方法，其特征在于，所述第一介质层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
8.—种半导体器件的制备方法,包括: 提供半导体基底； 在所述半导体基底上依次形成第一金属层、第一介质层和第二金属层； 对所述第二金属层进行热处理； 图形化第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层，形成以所述第一金属层图形为下极板、所述第二金属层图形为上极板、所述第一介质层图形为电介质的MIM电容器，且所述上极板的面积小于下极板的面积； 在所述MM电容器和半导体基底上形成第三介质层； 在所述第三介质层中形成第一开口和第二开口，所述第一开口底部露出所述第二金属层图形的表面，所述第二开口底部露出所述第一金属层图形的表面； 在所述第一开口和第二开口中填充导电材料。
9.如权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，对所述第二金属层进行热处理步骤和所述图形化所述第二金属层、所述第一介质层以及所述第一金属层步骤之间，还包括:在所述第二金属层上形成第二介质层。
10.如权利要求9所述半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第二介质层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
11.如权利要求8至10中任意一项所述半导体器件的制备方法，其特征在于，采用快速热退火对所述第二金属层进行热处理。
12.如权利要求11所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述快速热退火的温度为200°C~500°C，时间为100秒~500秒。
13.如权利要求8至10中任意一项所述半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第一金属层的材料为铝或铝铜合金，所述第二金属层的材料为铝或铝铜合金。
14.如权利要求8至10中任意一项所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第一介质层的材料为氮化 硅、氧化硅或氮氧化硅。
【文档编号】H01L21/02GK103972044SQ201310041600
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2013年2月1日
【发明者】康晓春, 何朋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司