MIM电容器及其制作方法与流程

本发明涉及电容器技术领域，特别地，涉及一种MIM电容器及其制作方法

背景技术：

在超大规模集成电路中，电容器是常用的无源器件之一，其通常整合于双极晶体管或互补式金属氧化物半导体晶体管等有源器件中。目前制造电容器的技术可分为以多晶硅为电极和以金属为电极两种，以多晶硅为电极会出现载子缺乏的问题，使得电容器两端的电压发生改变时，电容量也会随着改变，因此以多晶硅为电极的电容器无法维持现今逻辑电路的线性需求，而以金属为电极的电容器则无此问题，这种电容器泛称为MIM电容器(Metal-Insulator-Metal Capacitor)。

现有的制作MIM电容器一般包括下电极结构、上电极结构、形成于所述上下电极结构之间的介质材料，然而，如何提高MIM电容器的密度为业界的一个重要课题。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的在于提供一种密度较高的MIM电容器及其制作方法。

一种MIM电容器，其包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的导电材料层、形成于部分所述导电材料层上的第一电极、形成于所述第一电极上的第一介质、形成于所述第一介质上的第二电极、形成于所述第二电极上的隔离层、形成于所述隔离层上的第三电极、贯穿所述隔离层将所述第二电极与第三电极电连接的连接元件、设置于所述第三电极上的第二介质、形成于所述第二介质上的第四电极、形成于另一部分所述导电材料层及所述第四电极上的钝化层、贯穿所述钝化层且对应所述导电材料层的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述第四电极的第二接触孔、通过所述第一接触孔与所述导电材料层电连接的第一引线结构、形成于所述钝化层且对应所述第三电极或第二电极的第三接触孔、通过所述第三接触孔与所述第三电极或第二电极电连接的第二引线结构。

在一种实施方式中，所述第三接触孔包括第一部分及第二部分，所述第一部分自所述钝化层远离所述导电材料层的表面朝向所述导电材料层延伸，所述第二部分的一端连接所述第一部分，另一端沿着平行所述导电材料层的方向延伸并连接所述第三电极或第二电极的一端。

在一种实施方式中，所述第二部分连接所述第三电极的一端，所述第二引线结构经由所述第三接触孔连接所述第三电极的一端。

在一种实施方式中，所述连接元件为钨塞。

在一种实施方式中，所述连接元件的数量为至少两个。

在一种实施方式中，所述隔离层的材料为硼磷硅玻璃材料或磷硅玻璃材料。

在一种实施方式中，所述隔离层的厚度在3500埃至5000埃之间的范围内。

在一种实施方式中，所述第一电极、第二电极、第三电极及第四电极均包括两层氮化钛及夹于所述两层氮化钛之间的钨缓冲层，所述隔离层形成于所述第二电极的上层氮化钛层上。

一种MIM电容器的制作方法，其包括以下步骤：

提供衬底、在所述衬底上依序形成绝缘层、导电材料层，在所述导电材料层上依序形成第一电极、第一介质层、及第二电极；

在所述第二电极上形成隔离层；

在所述隔离层上形成第三电极；

在所述第三电极上依序形成第二介质及所述第四电极；

形成贯穿所述隔离层将所述第二电极与第三电极电连接的连接元件；

形成于所述导电材料层及所述第四电极上的钝化层；

形成贯穿所述钝化层且对应所述导电材料层的第一接触孔、形成贯穿所述钝化层且对应所述第四电极的第二接触孔、及在所述钝化层中形成对应所述第三电极或第二电极的第三接触孔、

形成通过所述第一接触孔与所述导电材料层电连接的第一引线结构；

形成通过所述第三接触孔与所述第三电极或第二电极电连接的第二引线结构。

在一种实施方式中，所述隔离层为通过APCVD方式在所述第二电极上形成的硼磷硅玻璃材料层或磷硅玻璃材料层。

相较于现有技术，本发明MIM电容器及其制作方法中，所述上下电极结构均包括至少两层电极，所述上下电极结构之间介质包括第一及第二两侧介质，均有效的增加了所述MIM电容器的密度。进一步地，通过所述隔离层的设置，可以防止一些电极之间的寄生电容的产生，同时，也可以防止第二及第三电极的氮化钛材料应力过大导致第一介质或第二介质容易开裂、漏电等情形，提高所述MIM电容器的可靠性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一较佳实施方式的MIM电容器的剖面结构示意图。

图2至图5是图1所示MIM电容器的制作方法的各步骤的剖面结构示意图。

【具体实施方式】

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明一较佳实施方式的MIM电容器的剖面结构示意图。所述MIM电容器包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的导电材料层、形成于部分所述导电材料层上的第一电极、形成于所述第一电极上的第一介质、形成于所述第一介质上的第二电极、形成于所述第二电极上的隔离层、形成于所述隔离层上的第三电极、贯穿所述隔离层将所述第二电极与第三电极电连接的连接元件、设置于所述第三电极上的第二介质、形成于所述第二介质上的第四电极、形成于另一部分所述导电材料层及所述第四电极上的钝化层、贯穿所述钝化层且对应所述导电材料层的第一接触孔、贯穿所述钝化层且对应所述第四电极的第二接触孔、通过所述第一接触孔与所述导电材料层电连接的第一引线结构、形成于所述钝化层且对应所述第三电极或第二电极的第三接触孔、通过所述第三接触孔与所述第三电极或第二电极电连接的第二引线结构。

本实施方式中，所述第三接触孔包括第一部分及第二部分，所述第一部分自所述钝化层远离所述导电材料层的表面朝向所述导电材料层延伸。所述第二部分的一端连接所述第一部分，另一端沿着平行所述导电材料层的方向延伸并连接所述第三电极或第二电极的一端。在图1所示的实施例中，所述第二部分连接所述第三电极的一端，所述第二引线结构经由所述第三接触孔连接所述第三电极的一端。进一步地，所述连接元件为钨塞(即W塞)。所述连接元件的数量为至少两个，在图1所示的实施例中，所述连接元件的数量为两个。

更进一步地，所述隔离层的材料为硼磷硅玻璃(BPSG)材料或磷硅玻璃(PSG)材料。所述隔离层的厚度在3500埃至5000埃之间的范围内。

可以理解，所述导电材料层可以为金属铝层。所述第一电极、第二电极、第三电极及第四电极均包括两层氮化钛及夹于所述两层氮化钛之间的钨缓冲层，其中所述隔离层形成于所述第二电极的上层氮化钛层上。所述两层氮化钛层可以分别作为邻近介质(如第一介质或第二介质)的隔离用及邻近引线结构或导电材料层的表面电极用，所述隔离用的氮化钛层的厚度可以在100埃-500埃的范围内，所述表面电极用的氮化钛层的厚度可以在50埃-200埃的范围内，所述钨缓冲层的材料可以在800埃-1200埃的范围内。

其中，所述导电材料层、所述第一电极、所述第一引线结构及第四电极电性连接且共同构成所述MIM电容器的第一电极结构，所述第二电极、所述连接元件、所述第三电极及所述第二引线结构电性连接且共同构成所述MIM电容器的第二电极结构。所述第一介质及所述第二介质则为所述两个电极结构之间的绝缘介质。所述第一介质及第二介质的材料可以包括但不限于氧化铝Al₂O₃、氧化蛤HfO₂、或氧化锆ZrO₂。所述第一介质与所述第二介质的厚度可以均在100埃左右。

请参阅图2至图5，图2至图5为图1所示MIM电容器的制作方法的部分步骤的结构示意图。所述制作方法包括以下步骤S1-S8。

步骤S1，请参阅图2，提供衬底、在所述衬底上依序形成绝缘层、导电材料层，在所述导电材料层上依序形成第一电极、第一介质、及第二电极。可以理解，所述第一电极、所述第一介质及所述第二电极可以通过CVD的方式沉积，并经由光刻及刻蚀形成图1所示的结构。

步骤S2，请参阅图3，在所述第二电极上形成隔离层。具体地，所述隔离层可以为通过APCVD方式在所述第二电极上形成的硼磷硅玻璃材料层或磷硅玻璃材料层。

步骤S3，请参阅图4，在所述隔离层上形成第三电极。

步骤S4，请参阅图5，在所述第三电极上依序形成第二介质及所述第四电极。可以理解，所述隔离层、所述第三电极、所述第二介质及所述第四电极可以通过CVD的方式沉积，并经由光刻及刻蚀形成图1所示的结构。

步骤S5，请参阅图1，形成贯穿所述隔离层将所述第二电极与第三电极电连接的连接元件。可以理解，所述步骤S5也可以位于所述步骤S2与步骤S3之间。

步骤S6，请参阅图1，形成于所述导电材料层及所述第四电极上的钝化层。所述钝化层的材料可以为氧化硅，且可以通过PECVD的方式形成。

步骤S7，请参阅图1，形成贯穿所述钝化层且对应所述导电材料层的第一接触孔、形成贯穿所述钝化层且对应所述第四电极的第二接触孔、及在所述钝化层中形成对应所述第三电极或第二电极的第三接触孔。所述第一、第二及第三接触孔可以均通过光刻及刻蚀的方式形成。

步骤S8，请参阅图1，形成通过所述第一接触孔与所述导电材料层电连接的第一引线结构及形成通过所述第三接触孔与所述第三电极或第二电极电连接的第二引线结构。所述第一引线结构及第二引线结构也可以通过光刻及刻蚀的方式形成，且在同一道刻蚀制程中形成。

可以理解，所述制作方法涉及的MIM电容器的各元件或膜层的结构、材料及厚度已在所述MIM电容器的结构介绍中说明，此处就不再赘述。

相较于现有技术，本发明MIM电容器及其制作方法中，所述上下电极结构均包括至少两层电极，所述上下电极结构之间介质包括第一及第二两侧介质，均有效的增加了所述MIM电容器的密度。进一步地，通过所述隔离层的设置，可以防止一些电极之间的寄生电容的产生，同时，也可以防止第二及第三电极的氮化钛材料应力过大导致第一介质或第二介质容易开裂、漏电等情形，提高所述MIM电容器的可靠性。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。