专利名称：金属-绝缘体-金属mos电容器的结构及其制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构及其制作方法。
背景技术：
减小电路面积对微电子革命是一种经济的动力，集成电路或芯片的电路密度因电路元件尺寸的缩小而不断增加。随着越来越多的元件被设计在集成电路之内，集成电路的复杂性会逐渐增大，因此具备更强的功能性，其中逐渐被纳入许多集成电路中的一种无源元件是金属-绝缘体-金属(Metal Insulator Metal，MIM)电容器，它通常包括层叠布置的材料，材料中至少包括由导电材料制成的顶部和底部导电电极，以及由介电材料制成的中间绝缘层。目前最常用的电容结构包括传统的单层电容器结构，比如公开号为CN1208964A 的中国专利公开了一种金属-绝缘体-金属电容器，还有很多高密度电容器结构的发明主要集中在采用不同的工艺在单位面积上(或体积上)并联更多的电容以增加电容密度，比如授权公开号为CN100390910C的中国专利便公开了一种增加金属-绝缘体-金属电容器的单位面积电容密度的方法。不过，上述采用不同的工艺在单位面积上(或体积上)并联更多的电容可以增加的电容密度还很有限，如何才能寻求到更多增加金属-绝缘体-金属电容器的单位面积的电容值密度的方法，是本领域制造工程师们孜孜以求的目标。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供新型的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构及其制作方法，主要是充分挖掘将MOS器件区域作为形成电容器的一部分并集成到电容器电路中的可能性，为增加最终的电容密度提供新途径。本发明的目的是通过下述技术方案实现的
一种金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构，包括顶部电极、中部电极、底部电极、介于顶部电极和中部电极之间的第一绝缘层、介于中部电极和底部电极之间的第二绝缘层，其中，该结构形成于一 MOS器件区域内，所述MOS器件包括一硅基体，所述MOS器件的栅极包括上层的控制栅和下层的浮栅，所述浮栅被包裹在一介电质层内，所述控制栅就是所述顶部电极，所述浮栅就是所述中部电极，所述介电质层就是所述第一绝缘层，所述硅基体表面覆有一隔离氧化层，所述顶部电极和所述中部电极位于所述隔离氧化层之上，所述底部电极形成在所述MOS器件的阱区内并与所述硅基体电绝缘，所述隔离氧化层就是所述第二绝缘层。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构，其中，所述控制栅、所述浮栅均为多
晶娃层。一种如上述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，包括 在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体所包含的阱区内进行刻蚀，在该阱区内形成凹
槽；在已形成的凹槽内生长一层第一隔离氧化物；
在第一隔离氧化物层上方生长一层第一多晶硅，该第一多晶硅层用于形成底部电极； 继续在硅基体和该第一多晶硅层上方覆盖一层第二隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘层；
在第二隔离氧化物层表面生长一层第二多晶硅层，该第二多晶硅层用于形成中部电
极；
继续在第二多晶硅层上方覆盖一层第三隔离氧化物，该第三隔离氧化物层形成第一绝缘层；
在第三隔离氧化物层上覆盖一层第三多晶硅层，该第三多晶硅层用于形成顶部电极； 进行图形化和选择性刻蚀，形成MOS器件的栅极，第一多晶硅层、第二隔离氧化物层、 第二多晶硅层、第三隔离氧化物层和第三多晶硅层形成电容器。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法，其中，在硅基体所包含的阱区内形成凹槽时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻和刻蚀的方式来完成。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法，其中，所述刻蚀方式为干法刻蚀。一种如上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，包括
在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体所包含的阱区内进行刻蚀，在该阱区内形成凹
槽；
在已形成的凹槽内生长一层第一隔离氧化物；
在第一隔离氧化物层上方生长一层第一多晶硅，该第一多晶硅层用于形成底部电极； 继续在表面覆盖一层第二隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘层； 在第二隔离氧化物层上方生长一层第二多晶硅层，进行图形化和选择性刻蚀； 继续在第二多晶硅层表面覆盖一层第三隔离氧化物；
在第三隔离氧化物层上覆盖一层第三多晶硅层，进行选择性刻蚀，并对其表面进行平坦化处理；
再次进行图形化和选择性刻蚀，第一多晶硅层、第二隔离氧化物层、第二多晶硅层、第三隔离氧化物层和第三多晶硅层形成电容器。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，在硅基体所包含的阱区内形成凹槽时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻和刻蚀的方式来完成。 上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，所述刻蚀方式为干法刻蚀。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，所述对表面进行平坦化处理是采用化学机械研磨法。一种如上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，包括 在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体的表面进行图形化；
采用离子注入的方式在硅基体所包含的阱区表面下方一段距离处注入一定剂量的氧原子，进行高温热处理后，硅基体所包含的阱区内形成底部电极；
继续在硅基体上方覆盖一层第一隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘
层；在第一隔离氧化物层表面生长一层第一多晶硅层，该第一多晶硅层用于形成中部电
极；
继续在第一多晶硅上方覆盖一层第二隔离氧化物，该第二隔离氧化物层形成第一绝缘
层；
在第二隔离氧化物层上覆盖一层第二多晶硅层，该第二多晶硅层用于形成顶部电极； 进行图形化和选择性刻蚀，形成MOS器件的栅极，硅基体所包含的阱区、第一隔离氧化物层、第一多晶硅层、第二隔离氧化物层和第二多晶硅层形成电容器。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，在硅基体表面进行图形化时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻方式来完成。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，所述刻蚀方式为干法刻蚀。一种如上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，包括 在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体的表面进行图形化；
采用离子注入的方式在硅基体所包含的阱区表面下方一段距离处注入一定剂量的氧原子，进行高温热处理后，硅基体所包含的阱区内形成底部电极；
继续在硅基体上方覆盖一层第一隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘
层；
在第一隔离氧化物层上方生长一层第一多晶硅层，进行图形化和选择性刻蚀； 继续在第一多晶硅层表面覆盖一层第二隔离氧化物；
在第二隔离氧化物层上覆盖一层第二多晶硅层，进行选择性刻蚀，并对其表面进行平坦化处理；
再次进行图形化和选择性刻蚀，形成MOS器件的栅极，硅基体所包含的阱区、第一隔离氧化物层、第一多晶硅层、第二隔离氧化物层和第二多晶硅层形成电容器。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，在硅基体表面进行图形化时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻方式来完成。上述金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其中，所述刻蚀方式为干法刻蚀。本领域的技术人员阅读以下较佳实施例的详细说明，并参照附图之后，本发明的这些和其他方面的优势无疑将显而易见。
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例，然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。图1是本发明金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的结构示意图2A 图2G是本发明金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法的实施例一的步骤中的结构示意图3A 图;3H是本发明金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法的实施例二的步骤中的结构示意图4A 图4F是本发明金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法的实施例三的步骤中的结构示意图5A 图5G是本发明金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法的实施例四的步骤中的结构示意图。
具体实施方式
下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明金属_绝缘体_金属MOS电容器的结构，具体包括顶部电极1、 中部电极2、底部电极3、介于顶部电极1和中部电极2之间的第一绝缘层4、介于中部电极 2和底部电极3之间的第二绝缘层5，该结构形成于一 MOS器件区域内，MOS器件包括一硅基体0，MOS器件的栅极包括上层的控制栅1和下层的浮栅2，浮栅2被包裹在一介电质层 4内，控制栅1就是顶部电极2，浮栅2就是中部电极2，介电质层4就是第一绝缘层4，硅基体0表面覆有一隔离氧化层5，顶部电极1和中部电极2位于隔离氧化层5之上，底部电极 3形成在MOS器件的阱区内并与硅基体0电绝缘，隔离氧化层5就是第二绝缘层5。顶部电极2和中部电极2间形成的电容和中部电极2与底部电极3之间形成的电容互为并联关系。实施例一
本发明金属_绝缘体_金属MOS电容器的制作方法，具体包括 如图2A和图2B所示，在内部形成有浅沟槽隔离结构00的硅基体0所包含的阱区内进行刻蚀，在该阱区内形成凹槽6，在硅基体0所包含的阱区内形成凹槽6时，先在其表面涂覆一层光阻胶7，然后采用光刻和干法刻蚀的方式来完成；
如图2C所示，在已形成的凹槽6内生长一层第一隔离氧化物8 ；
如图2D所示，在第一隔离氧化物8层表面生长一层第一多晶硅3，用于形成底部电极
3 ；
如图2E所示，继续在硅基体0和第一多晶硅层3表面覆盖一层第二隔离氧化物5，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘层5 ；
如图2F所示，在第二隔离氧化物层5表面生长一层第二多晶硅层9，该第二多晶硅层9 用于形成中部电极；
如图2G所示，继续在第二多晶硅层9上方覆盖一层第三隔离氧化物10，该第三隔离氧化物层10形成第一绝缘层4 ；在第三隔离氧化物层10上覆盖一层第三多晶硅层11，该第三多晶硅层11用于形成顶部电极1 ；
进行图形化和选择性刻蚀，形成顶部电极1、第一绝缘层4和中部电极2，完成后的结构示意图如图1所示。优选地，采用的刻蚀方式为干法刻蚀。实施例二
本发明金属_绝缘体_金属MOS电容器的制作方法，具体包括 如图3A和图3B所示，在内部形成有浅沟槽隔离结构00的硅基体0所包含的阱区内进行刻蚀，在该阱区内形成凹槽6，在硅基体0所包含的阱区内形成凹槽6时，先在其表面涂覆一层光阻胶7，然后采用光刻和干法刻蚀的方式来完成；
如图3C所示，在已形成的凹槽6内生长一层第一隔离氧化物8 ；
如图3D所示，在第一隔离氧化物8层表面生长一层第一多晶硅3，用于形成底部电极3 ；
如图3E所示，继续在表面覆盖一层第二隔离氧化物5，形成中部电极和底部电极3间的第二绝缘层5 ；
如图3F所示，在第二隔离氧化物层5上方生长一层第二多晶硅层9，进行图形化和选择性刻蚀后，继续在第二多晶硅层9上方覆盖一层第三隔离氧化物10 ；
如图3G和图3H所示，在第三隔离氧化物10层上覆盖一层第三多晶硅层11，进行选择性刻蚀，将表面进行平坦化处理，再次进行图形化和选择性刻蚀，形成顶部电极1、第一绝缘层4和中部电极2，完成后的结构如图1所示。优选地，采用的刻蚀方式为干法刻蚀。优选地，对表面进行平坦化处理是采用化学机械研磨法(CMP )。实施例三
本发明金属_绝缘体_金属MOS电容器的制作方法，具体包括 如图4A、图4B和图4C所示，在内部形成有浅沟槽隔离结构00的硅基体0的表面进行图形化，具体是先在其表面涂覆一层光阻胶7，然后采用光刻的方式来完成；采用离子注入的方式在硅基体0所包含的阱区表面下方一段距离处注入一定剂量的氧原子(02)，进行高温热处理后，硅基体0所包含的阱区内形成底部电极3 ；
如图4D所示，继续在硅基体0上方覆盖一层第一隔离氧化物5，形成中部电极和底部电极3间的第二绝缘层5;
如图4E所示，在第一隔离氧化物层5上方生长一层第一多晶硅层9，该第一多晶硅层9 用于形成中部电极；
如图4F所示，继续在第一多晶硅层9上方覆盖一层第二隔离氧化物10，在第二隔离氧化物层10上覆盖一层第二多晶硅层11，该第二多晶硅层11用于形成顶部电极；
进行图形化和选择性刻蚀，形成MOS器件的栅极，硅基体0所包含的阱区3、第一隔离氧化物层5、第一多晶硅层9、第二隔离氧化物层10和第二多晶硅层11形成电容器的底部电极3、第二绝缘层5、中部电极2、第一绝缘层4和顶部电极1，完成后的结构示意图如图1 所示。优选地，采用的刻蚀方式为干法刻蚀。实施例四
本发明金属_绝缘体_金属MOS电容器的制作方法，具体包括 如图5A、图5B和图5C所示，在内部形成有浅沟槽隔离结构00的硅基体0的表面进行图形化，具体是先在其表面涂覆一层光阻胶7，然后采用光刻的方式来完成；采用离子注入的方式在硅基体0所包含的阱区表面下方一段距离处注入一定剂量的氧原子(02)，进行高温热处理后，硅基体0所包含的阱区内形成底部电极3 ；
如图5D所示，继续在硅基体0上方覆盖一层第一隔离氧化物5，形成中部电极和底部电极3间的第二绝缘层5;
如图5E所示，在第一隔离氧化物层5上方 生长一层第一多晶硅层9，进行图形化和选择性刻蚀，该第一多晶硅层9用于形成中部电极，继续在第一多晶硅层9上方覆盖一层第二隔离氧化物10 ；
如图5F和图5G所示，在第二隔离氧化物层10上覆盖一层第二多晶硅层11，进行选择性刻蚀，将表面进行平坦化处理，再次进行图形化和选择性刻蚀，形成顶部电极1、第一绝缘层4和中部电极2，完成后的结构如图1所示。优选地，采用的刻蚀方式为干法刻蚀。
优选地，对表面进行平坦化处理是采用化学机械研磨法(CMP )。综上所述，本发明金属_绝缘体_金属电容器的结构及其制作方法将MOS器件区域也作为了半导体电容器的一部分后集成到了电容器电路中，为本领域的制造工程师们寻求增加金属_绝缘体_金属电容器的单位面积的电容值密度的方法提供了新途径。通过说明和附图，给出了具体实施方式
的特定结构的典型实施例，因此，尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正，在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
权利要求
1.一种金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构，包括顶部电极、中部电极、底部电极、介于顶部电极和中部电极之间的第一绝缘层、介于中部电极和底部电极之间的第二绝缘层， 其特征在于，该结构形成于一 MOS器件区域内，所述MOS器件包括一硅基体，所述MOS器件的栅极包括上层的控制栅和下层的浮栅，所述浮栅被包裹在一介电质层内，所述控制栅就是所述顶部电极，所述浮栅就是所述中部电极，所述介电质层就是所述第一绝缘层，所述硅基体表面覆有一隔离氧化层，所述顶部电极和所述中部电极位于所述隔离氧化层之上，所述底部电极形成在所述MOS器件的阱区内并与所述硅基体电绝缘，所述隔离氧化层就是所述第二绝缘层。
2.根据权利要求1所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构，其特征在于，所述控制栅、所述浮栅均为多晶硅层。
3.—种如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，包括在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体所包含的阱区内进行刻蚀，在该阱区内形成凹槽；在已形成的凹槽内生长一层第一隔离氧化物；在第一隔离氧化物层上方生长一层第一多晶硅，该第一多晶硅层用于形成底部电极； 继续在硅基体和该第一多晶硅层上方覆盖一层第二隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘层；在第二隔离氧化物层表面生长一层第二多晶硅层，该第二多晶硅层用于形成中部电极；继续在第二多晶硅层上方覆盖一层第三隔离氧化物，该第三隔离氧化物层形成第一绝缘层；在第三隔离氧化物层上覆盖一层第三多晶硅层，该第三多晶硅层用于形成顶部电极； 进行图形化和选择性刻蚀，形成MOS器件的栅极，第一多晶硅层、第二隔离氧化物层、 第二多晶硅层、第三隔离氧化物层和第三多晶硅层形成电容器。
4.根据权利要求3所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法，其特征在于，在硅基体所包含的阱区内形成凹槽时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻和刻蚀的方式来完成。
5.根据权利要求4所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法，其特征在于， 所述刻蚀方式为干法刻蚀。
6.一种如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，包括在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体所包含的阱区内进行刻蚀，在该阱区内形成凹槽；在已形成的凹槽内生长一层第一隔离氧化物；在第一隔离氧化物层上方生长一层第一多晶硅，该第一多晶硅层用于形成底部电极； 继续在表面覆盖一层第二隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘层； 在第二隔离氧化物层上方生长一层第二多晶硅层，进行图形化和选择性刻蚀； 继续在第二多晶硅层表面覆盖一层第三隔离氧化物；在第三隔离氧化物层上覆盖一层第三多晶硅层，进行选择性刻蚀，并对其表面进行平坦化处理；再次进行图形化和选择性刻蚀，第一多晶硅层、第二隔离氧化物层、第二多晶硅层、第三隔离氧化物层和第三多晶硅层形成电容器。
7.根据权利要求6所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的制作方法，其特征在于，在硅基体所包含的阱区内形成凹槽时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻和刻蚀的方式来完成。
8.根据权利要求7所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，所述刻蚀方式为干法刻蚀。
9.根据权利要求6所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，所述对表面进行平坦化处理是采用化学机械研磨法。
10.一种如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，包括在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体的表面进行图形化；采用离子注入的方式在硅基体所包含的阱区表面下方一段距离处注入一定剂量的氧原子，进行高温热处理后，硅基体所包含的阱区内形成底部电极；继续在硅基体上方覆盖一层第一隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘层；在第一隔离氧化物层表面生长一层第一多晶硅层，该第一多晶硅层用于形成中部电极；继续在第一多晶硅上方覆盖一层第二隔离氧化物，该第二隔离氧化物层形成第一绝缘层；在第二隔离氧化物层上覆盖一层第二多晶硅层，该第二多晶硅层用于形成顶部电极； 进行图形化和选择性刻蚀，形成MOS器件的栅极，硅基体所包含的阱区、第一隔离氧化物层、第一多晶硅层、第二隔离氧化物层和第二多晶硅层形成电容器。
11.根据权利要求10所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，在硅基体表面进行图形化时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻方式来完成。
12.根据权利要求10所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，所述刻蚀方式为干法刻蚀。
13.—种如权利要求1所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，包括在内部形成有浅沟槽隔离结构的硅基体的表面进行图形化；采用离子注入的方式在硅基体所包含的阱区表面下方一段距离处注入一定剂量的氧原子，进行高温热处理后，硅基体所包含的阱区内形成底部电极；继续在硅基体上方覆盖一层第一隔离氧化物，形成中部电极和底部电极间的第二绝缘层；在第一隔离氧化物层上方生长一层第一多晶硅层，进行图形化和选择性刻蚀； 继续在第一多晶硅层表面覆盖一层第二隔离氧化物；在第二隔离氧化物层上覆盖一层第二多晶硅层，进行选择性刻蚀，并对其表面进行平坦化处理；再次进行图形化和选择性刻蚀，形成MOS器件的栅极，硅基体所包含的阱区、第一隔离氧化物层、第一多晶硅层、第二隔离氧化物层和第二多晶硅层形成电容器。
14.根据权利要求13所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，在硅基体表面进行图形化时，先在其表面涂覆一层光阻胶，然后采用光刻方式来完成。
15.根据权利要求13所述的金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构的制作方法，其特征在于，所述刻蚀方式为干法刻蚀。
全文摘要
本发明公开了一种金属-绝缘体-金属MOS电容器的结构，包括顶部电极、中部电极、底部电极以及绝缘层，该结构形成于MOS器件区域内，器件的栅极的控制栅就是顶部电极，浮栅就是中部电极，介电质层就是第一绝缘层；制作方法采用干法回刻，然后形成氧化层，再回填多晶的办法形成衬底内底部极板，或者采用离子注入方式在基体的某深度内注入一定剂量的氧原子，让后通过后续处理的办法形成底部极板；然后采用叠层栅极结构，或者选择性回刻+化学机械研磨来完成其他结构。本发明将MOS器件区域也作为了半导体电容器的一部分后集成到了电容器电路中，为工程师们寻求增加金属-绝缘体-金属电容器的单位面积的电容值密度的方法提供了新途径。
文档编号H01L21/8234GK102420230SQ20111019415
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者张文广, 徐强, 郑春生, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司