MIM电容器及其制造方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115843219A(43)申请公布日2023.03.24(21)申请号202211603947.2(22)申请日2022.12.13(71)申请人上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司地址201807上海市嘉定区娄陆公路497号申请人上海集成电路研发中心有限公司(72)发明人吕翔刘晓钰胡正军(74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务所(普通合伙)31237专利代理师郑星(51)Int.Cl.H10N97/00(2023.01)H01L23/522(2006.01)H01L23/64(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称MIM电容器及其制造方法(57)摘要本发明提供了一种MIM电容器及其制造方法，应用于半导体技术领域。具体的，本发明是先形成MIM电容器的电介质层，然后，再在该电介质层中利用一步刻蚀工艺形成三维全环绕式沟道，之后，再在该三维全环绕式沟道中利用一步薄膜沉积工艺形成作为MIM电容器的上下极板的金属层，从而实现了在提出一种新型的三维双环绕式MIM电容器结构的同时，简化了该三维双环绕式MIM电容器的制造工艺步骤，即，将现有技术中的三步薄膜工艺缩减成两步，缩短了器件的制造时间以及制造成本。并且，通过形成三维双环绕式MIM电容器的方式提高硅片的单位体面积利用率。CN115843219ACN115843219A权利要求书1/2页1.一种MIM电容器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底的表面上自下而上依次形成有金属互连层、绝缘介质层和刻蚀停止层；刻蚀所述刻蚀停止层和绝缘介质层，以在所述绝缘介质层中形成至少一沟槽，并在所述沟槽中填充电容介电材料层；刻蚀所述电容介电材料层，以在所述沟槽中形成两个三维全环绕式沟道，所述两个三维全环绕式沟道在沿平行于半导体衬底表面方向呈中心对称式分布；在所述三维全环绕式沟道中填充金属层，以形成作为MIM电容器上下极板的双环绕结构。2.如权利要求1所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，所述三维全环绕式沟道的形状包括由螺旋状沟槽组成的环绕柱或由多段首尾连接的折线形沟槽组成的环绕柱。3.如权利要求1所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，所述沟槽的宽度为：0.09μm～10μm，所述沟槽在沿垂直于所述半导体衬底表面方向的深宽比为：1:1～10:1。4.如权利要求1所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，所述三维全环绕式沟道在沿平行于半导体衬底表面方向的宽度为：0.045μm～0.18μm，所述三维全环绕式沟道在沿垂直于所述半导体衬底表面方向的深宽比为：1:1～10:1。5.如权利要求2所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，当所述绝缘介质层中形成有多个沟槽时，在每一沟槽中形成所述双环绕结构之后，所述制造方法还包括：在所述半导体衬底的表面上形成绝缘隔离层；选择性刻蚀所述绝缘隔离层，以在所述绝缘隔离层中，针对每个所述沟槽中所形成的双环绕结构，形成两个分别用于引出所述双环绕结构中的每一环绕结构的金属插塞；将一所述沟槽中的作为MIM电容器的上极板的一环绕结构所对应的金属插塞与另一个或多个沟槽中的作为MIM电容器的上极板的一环绕结构所对应的金属插塞相连，并将该沟槽中作为MIM电容器的下极板的另一环绕结构所对应的金属插塞与另一个或多个沟槽中的作为MIM电容器的下极板的另一环绕结构所对应的金属插塞相连，以实现通过上极板与上极板、下极板与下极板分别相连的方式将多个MIM电容器并联。6.如权利要求5所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料包括氮化硅或碳化硅，所述绝缘介质层的材料包括氧化硅、超低介电材料或低介电材料中的至少一种，且所述绝缘介质层与所述绝缘隔离层的材料相同。7.如权利要求1所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，所述金属层的材料包括金属、导电的金属氧化物、导电的金属氮化物、导电的金属碳化物和导电的非金属中的至少一种。8.如权利要求1所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，所述电容介电材料层的材料包括高介电常数材料，所述高介电常数材料包括HfO2、TiO2、HfZrO、Ta2O5、ZrO2、ZrSiO2或Al2O3中的至少一种。9.如权利要求1所述的MIM电容器的制造方法，其特征在于，在形成绝缘介质层和刻蚀停止层之后，所述制造方法还包括：在所述刻蚀停止层的表面上形成缓冲层；以及，在所述沟槽中填充完所述电容介电材料层之后，所述制造方法还包括：对所述电容介电材料层的上表面进行平坦化处理。2CN115843219A权利要求书2/2页10.一种MIM电容器，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底的表面上自下而上依次形成有金属互连层和绝缘介质层，所述绝缘介质