[发明专利]MIM双电容器结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种MIM（Metal-Insulator-Metal，金属-绝缘体-金属）双电容器结构及其制造方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的不断改进，半导体集成电路的尺寸也逐渐减小，元件之间的高性能、高密度的连接不仅在单个互连层中互连，而且要在多层之间进行互连。因此，半导体集成电路的器件之间的连接大量采用多层互连结构，多个互连金属层互相堆叠，层间绝缘层置于相邻两层互连金属层其间，然后在层间绝缘层中形成的沟槽和连接孔，并使用导电材料填充沟槽和连接孔以形成连接多层互连金属层的互连导线，并由此构成集成电路的互连结构。

利用上述的集成电路互连结构中的各个金属层和层间绝缘层为构成集成电路所需的电容器提供了必要的元素，借助金属层和层间绝缘层，电容器结构可由金属-绝缘体-金属堆叠而成，因而称之为MIM电容器。MIM电容器广泛应用于混合信号器件及逻辑器件，如模拟数字转换或数字模拟转换电路、射频电路、模拟电路、高功率微处理器以及动态随机存取存储器等器件中，用于电荷的存储和电路匹配。

在实际应用中，集成电路包含的电路结构多种多样，对于电容器而言，背靠背构造的双电容器结构也是组成集成电路的常用器件之一。基于集成电路的互连机构，图1示出了现有技术中形成背靠背的MIM双电容器结构，如图所示，MIM双电容器包括形成于半导体基底（未示出）的互连结构，互连结构包括互连金属层11、12，以及布线层13，布线层13包括相互独立、非电连接的金属线13a、13b、13c；互连金属层11、12以及布线层13之间形成有层间介质层（未标示），互连金属层11、12以及布线层13通过通孔18电连接；其中，在互连金属层12上表面与金属线13a之间形成有由绝缘层14、金属层15构成的叠层，金属层15的上表面通过通孔18a与金属线13a电连接，并由互连金属层12、绝缘层14、金属层15构成电容A；在互连金属层12上表面与金属线13b之间形成有由绝缘层16、金属层17构成的叠层，金属层17上表面通过通孔18b与金属线13b电连接，并由互连金属层12、绝缘层16、金属层17构成电容B；由于电容A与电容B共用互连金属层12作为各自的一个极板，其实际上等效于如图2所示的双电容结构。

现有技术提供的MIM双电容结构在实际生产过程中需要在形成互连金属层12后，在互连金属层12的上表面依次沉积绝缘层、金属层后进行一次光刻和一次刻蚀，以形成构成电容A和电容B的叠层；然后沉积层间介质层覆盖电容A和电容B，再进行一次光刻和一个刻蚀形成通孔18a和18b，并沉积金属填充通孔18a、18b，并于布线层13中形成互连金属层，最后刻蚀互连金属层以构成相互独立、非电接触的金属线13a、13b、13c。在现有的生产流程中需要进行两次光刻三次刻蚀，其工艺相对繁复，并且，基于现有的MIM双电容结构，需占用两个电容面积才能实现，对集成电路的小型化、集成化极为不利。

发明内容

本发明提供了一种MIM双电容器结构及其制造方法，以实现集成电路的小型化、集成化，并简化了生产工艺。

为解决上述问题，本发明提供了一种MIM双电容器结构的制造方法，包括：

提供半导体基底，并于半导体基底上形成第一互连金属层；

在互连金属层上表面形成层间介质层；

刻蚀所述层间介质层，以形成沟槽，所述沟槽底部暴露部分所述第一互连金属层；

在所述层间介质层表面、沟槽侧壁及所述暴露的第一互连金属层表面上依次沉积形成第一金属层、第一绝缘层、第二金属层、第二绝缘层和第三金属层，所述第一金属层、第一绝缘层、第二金属层、第二绝缘层和第三金属层形成叠层结构，且所述叠层结构填充所述沟槽；

执行化学机械研磨，以暴露所述层间介质层表面；

在层间介质层表面及所述叠层结构表面形成第二互连金属层；

在第二互连金属层表面形成图案化光刻胶，并以图案化光刻胶为掩膜刻蚀所述第二互连金属层，以形成包括分别与所述第一金属层、第二金属层和第三金属层连接的第一金属线、第二金属线和第三金属线的布线层。

进一步，采用湿法刻蚀所述层间介质层形成沟槽，以使所述沟槽底部宽度小于沟槽开口宽度。

进一步，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层的材料为钨，第一绝缘层、第二绝缘层的材料为聚氧化乙烯。

本发明还提供了一种MIM双电容器结构，包括半导体基底以及依次形成于半导体基底上的第一互连金属层和布线层，所述第一互连金属层和布线层之间设置有层间介质层；其中，