[实用新型]一种高可靠性的MIM电容器

说明书

本实用新型公开了一种高可靠性的MIM电容器，涉及半导体技术领域，该MIM电容器在金属层上设有将金属层分隔为岛状结构的沟槽，金属层上的电容下电极在沟槽正上方开设宽度较小的开口槽，沟槽、开口槽以及电容下电极表面部分区域均覆盖氧化硅，电容下电极表面的氧化硅形成间隔结构，电容下电极上依次淀积介质层和电容上电极；该结构中电容的有效区域为电容下电极表面的氧化硅之间的间隔区域，完全避开了电极刻蚀的位置，不会受到任何刻蚀工艺的损伤，同时介质层上直接淀积电容下电极，电容的有效区域未经过任何的工艺过程，因此器件的可靠性极高，另外氧化硅淀积保护隔离使得开口槽处尖角位置不会对介质层造成影响，大幅提高电容可靠性。

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种高可靠性的MIM电容器。

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MIM电容器的结构如图1所示，其中各标号表示的含义如下：11-衬底，12-绝缘层，13-金属A1层，14-电容下电极、15-介质层，16-电容上电极，17-钝化层，18-电极引出线。其中电容下电极14和电容上电极16的结构相同，分别包括从下至上层叠的TiN-1层、W层和TiN-2层。上述结构的MIM电容器的制作过程如下：

1、在衬底11上生长一层绝缘层12，衬底11取决于器件应用，若用在逻辑电路中，则衬底11的材料包括硅衬底、集成电路和钝化层等。若应用在分离器件中，则衬底11可以直接为硅衬底。绝缘层12的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、Al2O3等，厚度通常超过1um，具备良好的隔离性能。

2、在绝缘层12上采用PVD方法生长一层Al层13，厚度通常为8000A-15000A，作为电容下电极14的导电材料。

3、在金属A1层3上形成电容下电极14(全部为PVD方式)，通常，电容下电极14包括三层材料。最下面一层TiN-1层作为隔离层(厚度通常为100-500A)，通常PVD Al层3表面会有粗糙不平，此表面粗糙随着电极层数的增加会向上蔓延，从而降低介质质量。而电容下电极14最下面的TiN-1层可以有效降低粗糙度。中间的W层为缓冲材料(厚度通常为800-1200A)，降低TiN应力，防止电极应力过大造成的介质开裂。最上面的TiN-2层为下电极表面材料(厚度通常为50-200A)，进一步降低表面粗糙度，为介质提供良好的表面态。

4、采用原子层淀积生长电容介质材料形成介质层15，此材料包括但不限于Al2O3、HfO2、ZrO2等，厚度通常在100A左右，视所需求的电容容值确定。

5、在介质层15上生长电容上电极16，电容上电极16的结构与电容下电极14完全相同。

6、做电容上电极16的电极光刻和刻蚀，然后做介质层15和电容下电极14的电极光刻和刻蚀，从而形成电容上电极16与介质层15之间的台阶结构，以及电容下电极14与金属A1层13之间的台阶结构。

7、最后做钝化及电极引出工艺，形成如图1所示的结构。

在上述制作过程中，在进行电容上电极16的刻蚀时，若要保证电极刻蚀干净，必须添加一定量的过刻蚀，此过刻蚀会对介质层15造成一定程度的损伤，从而产生一些漏电或其他可靠性问题，比如可能会在图1中虚线圈示的位置产生漏电问题，器件的可靠性并不高。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种高可靠性的MIM电容器，本实用新型的技术方案如下：