金属-绝缘体-金属电容及其形成方法_2

文档序号:9752686阅读:来源:国知局
底200上自上而下依次具有第一导电层210、第一绝缘层220和第二导电层230。
[0034]本实施例中,所述基底200为硅晶圆。所述基底200内可以形成有多种半导体器件单元及其之间的连接结构和隔离结构,例如,所述半导体器件单元可以为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结晶体管(BJT)、高压晶体管、高频晶体管、二极管、光学器件、MEMS(Micro-electromechanical System)器件或其他元件。在其他一些实施例中,所述基底200还可以为其他半导体材料或绝缘材料。例如,所述基底100还可以为锗硅、锗或II1-V族半导体材料等,或者为S1-SiGe、S1-SiC、绝缘体上硅(SOI)或者绝缘体上锗(GOI)等多层结构材料;或者为玻璃等绝缘材料。
[0035]所述第二导电层230、第一绝缘层220和第一导电层210可以依次通过沉积的工艺自下而上地形成于所述基底200的表面上,在后续工艺中分别用于形成MM电容的第二电极、电介质层和第一电极。所述第一导电层210和所述第二导电层230的结构可以为单层或者多层,材料可以为金属或者其他导电材料,例如可以为氮化钛、钛、铝、铜、铜合金、铝合金或铜铝合金中的一种或多种。所述第一绝缘层220的结构也可以为单层或者多层,材料可以为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或者高介电常数的介电材料中的一种或多种。
[0036]本实施例中,所述第一导电层210的材料为氮化钛;所述第一绝缘层220的材料为氮化硅;所述第二导电层220为双层结构,包括铝层2302和位于所述铝层2302上的氮化钛层或者钛层2301。在一具体实施例中,所述铝层2302可以为所述基底200中电路结构的上层金属,仅是位于待形成MM电容区域的部分铝层2302用于形成MM电容的第二电极;此外,位于铝层2302上的氮化钛层或者钛层2301可以作为铝层2302和第一绝缘层220之间的阻挡层,防止铝原子向所述第一绝缘层220的扩散。
[0037]接着,如图3所示,刻蚀所述第一导电层210(参考图2),形成第一电极211,所述第一电极211暴露出部分所述第一绝缘层220。
[0038]具体地,可以先在所述第一导电层210上形成掩膜层(未示出),所述掩膜层通过光刻工艺形成有与待形成的第一电极211形状对应的图形,所述掩膜层可以为光刻胶层或者硬掩膜(hard mask)层;接着按所述掩膜层上的图形对所述第一导电层211进行刻蚀,直至暴露出所述第一绝缘层220的表面,去除待形成的第一电极211外的第一导电层材料,形成第一电极211;最后去除所述掩膜层。本实施例中,所述刻蚀工艺所采用的刻蚀气体对氮化钛和氮化硅具有较高的选择比,可以使得刻蚀工艺停止在第一绝缘层220的表面。
[0039]本实施例中,在刻蚀所述第一导电层210,形成第一电极211后,还对所述基底200和其上的第一电极211和第一绝缘层220等进行清洗。在刻蚀工艺后,通常会形成有机聚合物和溅射残留物,对所形成器件的电阻率、漏电流和良率有负面影响。所述清洗工艺用于去除所述有机聚合物和溅射残留物。所述清洗工艺所采用的溶液可根据具体工艺和材料选择,本发明对此不作限定。
[0040]在其他一些实施例中,刻蚀所述第一导电层210,形成第一电极211后,还可以继续对所述第一电极211暴露出的第一绝缘层220进行刻蚀,去除部分所述第一绝缘层220。对所述第一绝缘层220继续刻蚀,使所述第一电极211暴露出的第一绝缘层220的厚度减薄,可以使得第一电极211外的第一导电层材料被去除干净,还可以减小后续工艺中第一绝缘层220的刻蚀难度。但需要说明的是,与现有技术相比,在这些实施例中对所述第一绝缘层220进行刻蚀所去除的厚度会更小,从而减少所述刻蚀工艺对第一电极211下的第一绝缘层材料的损伤。
[0041]接着,如图4所示,形成覆盖所述第一电极211顶表面和侧壁、以及部分所述第一绝缘层220顶表面的第二绝缘层240。
[0042]具体地,可以采用化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积工艺形成所述第二绝缘层240。所述第二绝缘层220的材料为氮化硅、氮氧化硅或者氧化硅中的一种或多种。本实施例中,所述第二绝缘层240与所述第一绝缘层220的材料相同,均为氮化硅。所述第二绝缘层220的厚度与待形成的侧墙结构的宽度相关。本实施例中,为了使得所述侧墙结构能够充分保护电介质层,所述第二绝缘层220的厚度为100?2000埃。由于后续工艺中需要对所述第二绝缘层240和所述第一绝缘层220进行刻蚀形成侧墙结构,所述第二绝缘层240与所述第一绝缘层220的材料相同,一方面可以降低刻蚀难度,另一方面也可以增强两者之间的结合强度。
[0043]接着,如图5所示,刻蚀所述第二绝缘层240和所述第一绝缘层220(参考图4),直至暴露出所述第二导电层230,剩余在所述第一电极211侧壁表面的第二绝缘层2501及其下方的第一绝缘层2502构成侧墙结构250,位于所述第一电极211下方的第一绝缘层构成电介质层 221。
[0044]具体地,在形成所述第二绝缘层240后,进行无掩膜的侧墙刻蚀,所述刻蚀工艺采用等离子体刻蚀,具有较好的方向性;由于所述第一电极211侧壁上的第二绝缘层材料在垂直方向的厚度较大,当所述第一电极211顶表面和第一绝缘层220上的第二绝缘层材料被去除时,所述第一电极211侧壁上的第二绝缘层材料得以部分保留;随着刻蚀工艺的进行,所述第一电极211覆盖区域外的第一绝缘层220继续被刻蚀去除,位于所述第一电极211下方以及所述第一电极211侧壁表面剩余第二绝缘材料层下的第一绝缘层被保留;当所述刻蚀工艺结束后,剩余在所述第一电极211侧壁表面的第二绝缘层2501,以及所述第一电极211侧壁表面的第二绝缘层2501下方的第一绝缘层2502共同构成侧墙结构250。上述刻蚀工艺中所采用的刻蚀气体对氮化硅和氮化钛具有较高的选择比,可以使得刻蚀工艺停止在第二导电层230的表面。还需要说明的是,上述描述中所采用的“下”,“下方”是指垂直于所述第一电极211并朝向所述基底200的方向。
[0045]本实施例中,在刻蚀所述第二绝缘层240和所述第一绝缘层220后,还对所述基底200及其上的第一电极211、侧墙结构250和第二导电层230等进行了清洗,以去除有机聚合物和溅射残留物。
[0046]与现有技术相比,本发明实施中,通过刻蚀所述第二绝缘层240和第一绝缘层220形成了侧墙结构250,所述侧墙结构250可以保护所述第一电极211下的电介质层221,减少所述电介质层221在刻蚀过程中受到的等离子体损伤,改善了最终形成的M頂电容的TDDB特性。
[0047]接着,参考图6和图7,刻蚀所述第二导电层230,形成第二电极231。
[0048]具体地,首先,如图6所示,沉积第三绝缘层260,所述第三绝缘层260覆盖所述第一电极211、所述侧墙结构250和部分所述第二导电层230。所述第三绝缘层260的材料为氮化硅、氮氧化硅或者氧化硅中的一种或多种。本实施例中,所述第三绝缘层260的材料为氮氧化硅。所述第三绝缘层260可以在后续的对第二导电层230的刻蚀工艺中,保护所述第一电极211和所述电介质层221;此外,由于所述第二导电层230通常为金属,对光线的反射比较强烈,所述第三绝缘层230还可以作为光刻工艺过程中的暗层(dark layer),减少光线反射。
[0049]接着,参考图7,在所述第三绝缘层260上形成于
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