包括具有圆形角区的杯形结构的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器模块的制作方法

本公开涉及集成电路部件，并且更具体地涉及形成在集成电路中的金属-绝缘体-金属(mim)电容器。

背景技术：

1、金属-绝缘体-金属(mim)电容器是由金属顶部电极、金属底部电极和夹置在两个电极之间的绝缘体(电介质)构造的电容器。mim电容器是许多电路、例如许多模拟、混合信号和射频互补金属氧化物半导体(rfcmos)电路中的重要部件。mim电容器通常提供比诸如pop(聚合-氧化物-聚合)电容器和mom(金属-氧化物-金属横向通量)电容器之类的替代物更好的性能，这是由于较低电阻、对模拟电路的更好匹配(例如，匹配器件特性，诸如电阻和电容)和/或更好的信噪比。

2、mim电容器通常构造在称为金属层mx和mx+1的两个互连金属层(例如，铝层)之间。例如，mim电容器可通过以下步骤形成：使用现有金属层mx作为底板(底部电极)；在底板上方构造绝缘体和顶板(顶部电极)；以及通过相应的通孔将上覆金属层mx+1连接到顶板和底板。在两个金属层mx与mx+1之间形成的顶板可由与金属层mx和mx+1不同的金属形成。例如，金属层mx和mx+1可由铝形成，而顶部电极可由例如钛/氮化钛(ti/tin)、钽/氮化钽(ta/tan)或钨(w)形成。

3、常规mim电容器通常造价昂贵。例如，mim电容器通常需要多个额外的掩模层和许多额外的工艺步骤。另外，常规mim电容器通常需要相对较大的硅面积，从而导致低效的面积使用率，尤其是在较大mim电容器的情况下。另外，在常规mim电容器中，顶板通常较薄，并由此提供高串联电阻。

4、另外，常规mim电容器可具有低的和/或不可预测的击穿电压。例如，形成在电容器底板上的凸丘可产生电容器的不可控的低击穿电压。在常规制造工艺中，凸丘的形成可能难以控制。例如，由于在电容器制造中的各种加热的工艺步骤，包括热处理步骤和/或加热的铝沉积步骤(例如，在400℃下执行)，凸丘可形成在底板上。

5、需要可以较低成本制造，添加较少掩模层或不添加掩模层，具有改进的空间密度，并且/或者具有改进的击穿电压的mim电容器。

技术实现思路

1、mim电容器模块可包括：包括底部电极杯的底部电极，包括形成在该底部电极杯内部的绝缘体杯的绝缘体，以及形成在该绝缘体杯内部的顶部电极。该底部电极杯可具有高度缩短(例如，通过移除侧壁的上部部分或上部″边沿″)的侧壁，并且该绝缘体可包括圆形绝缘体凸缘，该圆形绝缘体凸缘从该绝缘体杯横向向外延伸，以覆盖该缩短的底部电极杯侧壁的上部表面。该圆形绝缘体凸缘由此可使该底部电极杯侧壁的该上部表面与该顶部电极绝缘，从而，例如，防止该顶部电极和该底部电极之间出现短路。在一些示例中，顶部电极连接焊盘可直接形成在该顶部电极上，并且通过该圆形绝缘体凸缘与该缩短的底部电极杯侧壁绝缘。如本文所用，″mim电容器模块″包括mim电容器的基本元件，例如，布置在导电电极(例如，导电板)之间的绝缘体(电介质)，并且还可包括某些相关元件，例如，提供与导电电极的电接触的导电元件。

2、在一些示例中，可通过使用软或能够变形的抛光焊盘的cmp工艺竖直地缩短该底部电极杯侧壁，从而限定具有缩短的侧壁的底部电极杯，该抛光焊盘通过移除共形金属层和下层电介质区的角区形成圆形凹陷。该圆形绝缘体凸缘形成在此圆形凹陷中，并在该底部电极杯侧壁的该上部表面上方延伸。

3、在一些示例中，mim电容器模块可同时构造有互连结构。在一些示例中，与背景ic制造工艺相比，可使用不添加光掩模的镶嵌工艺构造mim电容器模块。

4、在一些示例中，mim电容器模块提供一致的击穿电压。例如，所公开的用于形成mim电容器模块的工艺可避免底部电极上出现凸丘。另外，该顶部电极和该上覆的顶部电极连接焊盘(例如，两者均由铝形成)的厚度可能较大，并可提供极低的串联电阻。

5、在一些示例中，mim电容器模块可构造在两个金属互连层之间或者硅化多晶硅层和金属-1金属层之间。

6、一个方面提供了一种mim电容器模块，该mim电容器模块包括底部电极杯、绝缘体和顶部电极。该底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基座以及从该横向延伸的底部电极杯基座向上延伸的底部电极杯侧壁。该绝缘体包括形成在由该底部电极杯限定的开口中的绝缘体杯和从该绝缘体杯横向向外延伸并向上弯曲的圆形绝缘体凸缘，该圆形绝缘体凸缘覆盖该底部电极杯侧壁的上部表面。该顶部电极形成在由该绝缘体杯限定的开口中。该顶部电极通过该圆形绝缘体凸缘与该底部电极杯侧壁的该上部表面绝缘。

7、在一些示例中，该顶部电极包括在该圆形绝缘体凸缘上方横向延伸的顶部电极帽区，其中该圆形绝缘体凸缘布置在该顶部电极帽区和该底部电极杯侧壁的该上部表面之间。

8、在一些示例中，该mim电容器模块包括形成在该顶部电极上的顶部电极连接焊盘，该顶部电极连接焊盘在该顶部电极帽区上方横向延伸。

9、在一些示例中，该mim电容器模块包括：底部电极基部，其中该底部电极杯形成在该底部电极基部上；底部电极接触件，其与该底部电极杯横向间隔开，该底部电极接触件导电地连接到该底部电极基部；以及底部电极连接焊盘，其形成在该底部电极接触件上方并且导电地连接到该底部电极接触件。

10、在一些示例中，该mim电容器模块包括形成在该顶部电极上方并导电地连接到该顶部电极的顶部电极连接焊盘，其中该底部电极基部形成在下部金属层中，并且其中该顶部电极连接焊盘和该底部电极连接焊盘形成在上部金属层中。

11、在一些示例中，该下部金属层包括硅化多晶硅层，并且该上部金属层包括互连金属层。

12、在一些示例中，该底部电极杯和该底部电极接触件由共形金属形成。

13、在一些示例中，该绝缘体杯包括绝缘体杯侧壁，该绝缘体杯侧壁包括限定该绝缘体杯侧壁的闭环周边的多个绝缘体杯侧壁段，该绝缘体杯侧壁具有围绕该绝缘体杯侧壁的该闭环周边延伸的侧壁上部边缘，并且该圆形绝缘体凸缘从该侧壁上部边缘径向向外延伸并且围绕该绝缘体杯侧壁的该闭环周边延伸。

14、另一方面提供了一种集成电路结构，该集成电路结构包括互连结构和mim电容器模块。该互连结构包括下部互连元件、上部互连元件和位于该下部互连元件和该上部互连元件之间的互连通孔。该mim电容器模块包括底部电极杯、绝缘体和顶部电极。该底部电极杯包括横向延伸的底部电极杯基座以及从该横向延伸的底部电极杯基座向上延伸的底部电极杯侧壁。该底部电极杯和该互连通孔形成在公共电介质区中(即，形成在相同的电介质层或电介质区中)。该绝缘体包括形成在由该底部电极杯限定的开口中的绝缘体杯和从该绝缘体杯横向向外延伸并向上弯曲的圆形绝缘体凸缘，该圆形绝缘体凸缘覆盖该底部电极杯侧壁的上部表面。该顶部电极形成在由该绝缘体杯限定的开口中。该顶部电极通过该圆形绝缘体凸缘与该底部电极杯侧壁的该上部表面绝缘。

15、在一些示例中，该顶部电极包括在该圆形绝缘体凸缘上方横向延伸的顶部电极帽区，其中该圆形绝缘体凸缘布置在该顶部电极帽区和该底部电极杯侧壁的该上部表面之间。

16、在一些示例中，该底部电极杯和该互连通孔在该公共电介质区中由共同的共形金属形成。

17、在一些示例中，该集成电路结构包括：顶部电极连接焊盘，其形成在该顶部电极上方并且导电地连接到该顶部电极；底部电极基部，其中该底部电极杯形成在该底部电极基部上；底部电极接触件，其与该底部电极杯横向间隔开并与该互连通孔横向间隔开，该底部电极接触件导电地连接到该底部电极基部；以及底部电极连接焊盘，其导电地连接到该底部电极接触件。

18、在一些示例中，该下部互连元件和该底部电极基部形成在下部金属层中，该上部互连元件、该顶部电极连接焊盘和该底部电极连接焊盘形成在上部金属层中，并且该底部电极接触件形成在该公共电介质区中。

19、另一方面提供了一种形成包括mim电容器模块的ic结构的方法。该方法包括：在电介质区中形成桶开口，并在该电介质区上方沉积共形金属层并将该共形金属层向下延伸到该桶开口中，所沉积的共形层限定(a)在该桶开口中的共形层杯区和(b)从该共形层杯区顶部横向向外延伸的共形层横向区。该方法还包括：执行平面化工艺，以移除该共形层的金属角区和该电介质区的下层电介质角区，其中移除金属角区和电介质角区在该共形层和该电介质区中限定圆形凹陷。该共形层杯区的剩余部分限定包括(a)底部电极杯基座和(b)从该底部电极杯基座向上延伸的底部电极杯侧壁的底部电极杯。该方法还包括沉积绝缘体层，该绝缘体层形成(a)位于由该底部电极杯限定的开口中的绝缘体杯和(b)从该绝缘体杯横向向外并向上延伸的圆形绝缘体凸缘，该圆形绝缘体凸缘覆盖该底部电极杯侧壁的上部表面。该方法还包括：在该绝缘体层上方沉积顶部电极层并将该顶部电极层延伸到由该绝缘体杯限定的开口中，其中该顶部电极层包括在该圆形绝缘体凸缘上方延伸的顶部电极帽区，其中该圆形绝缘体凸缘布置在该顶部电极帽区和该底部电极杯侧壁的上部表面之间。该方法还包括：移除该顶部电极层、该绝缘体层和该共形层的上部部分，其中(a)该顶部电极层的剩余部分限定顶部电极，并且(b)该绝缘体层的剩余部分限定包括该绝缘体杯和该圆形绝缘体凸缘的绝缘体。该方法还包括：形成导电地连接到该顶部电极的顶部电极连接焊盘。该顶部电极通过该圆形绝缘体凸缘与该底部电极杯侧壁的该上部表面绝缘。

20、在一些示例中，该平面化工艺包括：使用突出到该桶开口中并腐蚀该金属角区和该下层电介质角区的能够变形的抛光焊盘在该共形金属层和该电介质区中形成该圆形凹陷。

21、在一些示例中，该平面化工艺包括cmp工艺，其中使用具有小于40肖氏d，并且在一些示例中小于25肖氏d的肖氏d硬度的能够变形的抛光焊盘。

22、在一些示例中，该方法包括：形成导电地连接到该顶部电极的顶部电极连接焊盘。

23、在一些示例中，该方法包括：在下部金属层中形成底部电极基部，其中该电介质区形成在该下部金属层上方，并且其中该桶开口形成在该底部电极基部上方。

24、在一些示例中，该下部金属层包括金属互连层。

25、在一些示例中，在该下部金属层中形成该底部电极基部包括在多晶硅区上形成金属硅化物。

26、在一些示例中，该方法包括：图案化并蚀刻该电介质区，以同时形成该桶开口和底部电极接触件开口，其中在该电介质区上方沉积该共形金属层使该共形金属层向下延伸到该底部电极接触件开口中，以限定底部电极接触件；以及在顶部金属层中形成底部电极连接焊盘，其中该底部电极连接焊盘通过该底部电极接触件导电地连接到该底部电极杯。

27、在一些示例中，该方法包括：形成包括底部电极基部和下部互连元件的下部金属层；在该下部金属层上方形成该电介质区；在该电介质区中形成底部电接触件开口和互连通孔开口，其中在该电介质区上方沉积该共形金属层使该共形金属层向下延伸到该底部电接触件开口中以形成连接到该底部电极基部的底部电接触件，并向下延伸到该互连通孔开口中以形成连接到该下部互连元件的互连通孔；以及形成包括连接到该顶部电极的顶部电极连接焊盘、连接到该互连通孔的上部互连元件和连接到该底部电接触件的底部电极连接焊盘的上部金属层。