專利名稱：半導體器件中金屬電容的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬電容的制備方法，特別涉及一種在半導體器件中金屬電容的 制備方法。
背景技術(shù)：
由金屬-電介質(zhì)-金屬構(gòu)成的金屬電容在存儲器電路，模擬電路和射頻電路中都 有重要的應(yīng)用。為了提高電路集成度，已有許多相關(guān)的工作對金屬電容作了優(yōu)化，如利用 具有高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)作金屬電容的電介質(zhì)，或?qū)㈦娊橘|(zhì)層厚度減薄，或?qū)⑦M行電容 進行并聯(lián)以在單位面積上獲得最大的電容量。在實際應(yīng)用中，特別在射頻電路應(yīng)用中，為 獲得高的Q值1/(toRC))的電容器件以得到低的能量損耗，對金屬電容的上下極板 (包括相關(guān)的連線)的電阻也有要求(其中上下極板的電阻值越小，其所構(gòu)成的金屬電容 的Q值就越大)。而在實際的鋁后道工藝中，通常電容的下極板采用AlCu配線，厚度一般 在4000-6000埃，而上極板一般采用金屬TIN、鎢或Ta，厚度一般在800-1500埃，這樣上極 板的電阻要比下極板的電阻大10倍以上。為了得到更低的上極板電阻，也有采用在上極板 上制備盡可能多的通孔，在通孔中填充鎢塞以減少通孔部分的電阻。工藝流程一般為1)先淀積作為下極板的材料(一般可集成為金屬互連工藝中的下層金屬連線)， 圖形化該層材料形成作為下極板的部分和作為金屬連線的部分，接著在下極板上淀積金屬 電容中的絕緣介質(zhì)膜，而后淀積作為上極板的材料，圖形化形成上極板，之后淀積層間膜， 并對淀積后的層間膜進行化學機械研磨平整化，最后通過一次光刻和刻蝕工藝在層間膜中 形成上極板和下極板的接觸通孔以及其它的接觸通孔；2)淀積鎢以填充接觸通孔，并采用化學機械研磨平整化硅片表面，得到鎢塞；3)在層間膜上淀積頂層金屬；4)采用光刻和刻蝕工藝完成頂層金屬的圖形化，最終形成如圖1所示的金屬電容 結(jié)構(gòu)，其中在上極板上制備了多個鎢塞。圖1為僅給出了金屬電容部分的結(jié)構(gòu)示意圖，其中 11為金屬電容的下極板，12為半導體器件互連工藝中的下層金屬連線，2為金屬電容的絕 緣介質(zhì)，3為金屬電容的上極板，4為金屬電容的鎢塞，5為層間膜，61為連接上極板的頂層 金屬，62為連接下極板的頂層金屬，63為連接下層金屬連線的頂層金屬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種半導體器件中金屬電容的制備方法，其能提 供高Q值的金屬電容。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的半導體器件中金屬電容的制備方法，該金屬電容 的制備集成在半導體器件的后道工藝中，在按照常規(guī)流程完成金屬電容的接觸通孔制備之 后，包括如下步驟1)在整個硅片上涂抗反射材料以填充接觸通孔，接著反刻抗反射材料至接觸通孔
3底部剩余一預定厚度的抗反射材料；2)采用光刻工藝，在層間膜上接觸通孔之上定義出直徑大于接觸通孔的接觸孔， 之后刻蝕暴露出的層間膜至抗反射材料，形成接觸孔；3)在整個硅片上淀積頂層金屬，使淀積完成后的頂層金屬完全填充接觸孔和接觸 通孔，并在層間膜上具有預定的厚度，最后利用光刻和刻蝕工藝使頂層金屬圖形化。本發(fā)明還提供了另一種半導體器件中金屬電容的制備方法，金屬電容的制備集成 在半導體器件的后道工藝中，在按照常規(guī)的工藝完成金屬電容上的層間膜之后，包括如下 步驟1)利用光刻和刻蝕工藝在層間膜中形成金屬電容上極板的接觸通孔和下層金屬 連線的接觸通孔，其中上極板的接觸通孔的高度和直徑比為0. 2-1.0之間，下層金屬連線 的接觸通孔尺寸與常規(guī)工藝相同；2)在硅片上淀積鎢金屬使其完全填充下層金屬連線的接觸通孔，之后平整化去除 所述層間膜上的鎢，在下層金屬連線的接觸通孔中形成鎢塞，其中金屬電容上極板的接觸 通孔中為部分填充；3)淀積頂層金屬，使頂層金屬完全填充金屬電容上極板的接觸通孔，且在層間膜 上具有預定的厚度，最后利用光刻和刻蝕工藝使頂層金屬圖形化。本發(fā)明的金屬電容的制備方法中，將原來工藝中的金屬電容接觸鎢塞全部或部分 由互連金屬所代替，并通過加大接觸孔的直徑，解決了互連金屬的填充能力的問題，因用作 互連金屬的Α1(2.9Χ10_8Ω.πι)或Cu以及兩者的合金的電阻均比鎢(5. 3 X 10_8 Ω . m)要小， 以此來減小寄生的電阻，使所制備的金屬電容的Q值得到提高。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1為采用現(xiàn)有工藝制備的金屬電容的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為與本發(fā)明的一種制備流程相應(yīng)的金屬電容中各步驟的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的半導體器件中金屬電容的制備方法流程示意圖一；圖4為與本發(fā)明的另一種制備流程相應(yīng)的金屬電容中各步驟的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的半導體器件中金屬電容的制備方法流程示意圖二。
具體實施例方式本發(fā)明的半導體器件中金屬電容的制備方法，該金屬電容的制備集成在半導體器 件的后道工藝中，在按照常規(guī)流程完成所述金屬電容的接觸通孔制備之后(見圖2a，包括 金屬電容的下極板11，金屬電容的絕緣介質(zhì)2，金屬電容的上極板3，層間膜5以及接觸通孔 41)，包括如下步驟(見圖3)1)在整個硅片上涂抗反射材料7 (也稱BARC)以填充接觸通孔41 (見圖2b)，接著 反刻抗反射材料至接觸通孔底部剩余一預定厚度的抗反射材料(見圖2c)，反刻可采用干 法刻蝕工藝；2)采用光刻工藝，在層間膜上接觸通孔之上定義出直徑大于所述接觸通孔的接觸 孔(或稱接觸槽)，以能保證后續(xù)的互連金屬能完全填充該接觸孔(見圖2d，即光刻后光刻膠8覆蓋不是接觸孔位置處的層間膜5)，之后刻蝕暴露出的層間膜至抗反射材料，形成接 觸孔42，之后去除光刻膠8和抗反射材料7 (見圖2f)；3)在整個硅片上淀積頂層金屬，使淀積完成后的頂層金屬完全填充位于層間膜5 中的接觸孔和接觸通孔，并在層間膜上具有預定的厚度，最后利用光刻和刻蝕工藝使頂層 金屬圖形化，形成連接上極板的頂層金屬61，連接下極板的頂層金屬62和連接半導體器件 中下層金屬連線的頂層金屬63 (見圖2g)。上述步驟一中的反刻后接觸通孔底部抗反射材料的厚度可設(shè)定為與接觸通孔的 直徑比為0. 2-1. 0之間。而步驟二所制備的接觸孔的高度與直徑的比為0. 2-1. 0之間，即上 述比可保證后續(xù)互連金屬能較好地填充接觸通孔和接觸孔。頂層金屬可選用常見的互連金 屬，為依次淀積的 AlCu 和 TiN, AlSiCu 和 TiN，AlCu、Ti 和 TiN, AlSiCu,Ti 和 TiN, Ti,AlCu 和 TiN, Ti、AlSiCu 和 TiN, TiN, AlCu, Ti 和 TiN, TiN 禾口 AlSiCu, Ti, TiN, AlCu 和 TiN, Ti、 TiN, AlSiCu 和 TiN, Ti、TiN, AlCu、Ti 和 TiN,或 Ti、TiN, AlSiCu、Ti 和 TiN0本發(fā)明還提供另一種半導體器件中金屬電容的制備方法，其為在按照常規(guī)的工藝 完成所述金屬電容上的層間膜之后，包括如下步驟(見圖5)1)利用光刻和刻蝕工藝在層間膜中形成金屬電容上極板的接觸通孔43、下層 金屬連線的接觸通孔和下極板的接觸通孔，其中上極板的接觸通孔的高度和直徑比為 0. 2-1. 0之間，而下層金屬連線的接觸通孔和下極板的接觸通孔尺寸與常規(guī)工藝相同，這時 連接金屬電容上極板的孔上下是一致，該孔要求尺寸比其他處的大，一般可做到2-3 μ m ；2)在硅片上淀積鎢金屬使其完全填充下層金屬連線的接觸通孔和下極板的接觸 通孔，之后平整化去除層間膜上的鎢，在下層金屬連線的接觸通孔和下極板的接觸通孔中 形成鎢塞，而因金屬電容上極板的接觸通孔比下極板和下層金屬連線的接觸通孔要大的 多，故在上極板的接觸通孔中為部分填充(見圖4a)；3)淀積頂層金屬，使所述頂層金屬完全填充所述金屬電容上極板的接觸通孔，且 在所述層間膜上具有預定的厚度，最后利用光刻和刻蝕工藝使所述頂層金屬圖形化，形成 連接上極板的頂層金屬61、連接下極板的頂層金屬62和連接下層連線的頂層金屬63 (見 圖4b)，其中頂層金屬61的邊界要蓋過其下的接觸通孔的邊界，最好為頂層金屬的邊界和 其下接觸通孔的邊界差大于等于0. 15 μ m。該方法中的頂層金屬與上述方法中的頂層金屬 相同，可選常見的互連金屬。常規(guī)的金屬電容制備中前序步驟為在已經(jīng)形成預定結(jié)構(gòu)的襯底上淀積下層互連 金屬，利用光刻和刻蝕工藝使所述下層互連金屬圖形化，形成下層金屬連線部分12和用作 所述金屬電容的下極板部分11 ；淀積金屬電容的絕緣介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成金屬電容的 介質(zhì)層2 ；金屬電容上極板3的形成；層間膜5的淀積；采用光刻和刻蝕工藝在層間膜中制 備接觸通孔；淀積鎢金屬以填充接觸通孔，最后CMP平整化得到鎢塞4。本發(fā)明中的接觸孔 和接觸通孔可以為正方形，也可以為長條形。以0. 18 μ m射頻工藝為例，其頂層金屬的厚度為2. 8 μ m，頂層金屬的設(shè)計規(guī)則規(guī) 定最小金屬線寬為2.6μπι;次頂層金屬(即下層金屬)厚度為5200埃，次頂層金屬的設(shè)計 規(guī)則規(guī)定最小金屬線寬為0. 28 μ m ；絕緣介質(zhì)厚度300埃；上極板厚度1000埃；層間膜厚度 14000 埃。已有的電容結(jié)構(gòu)由于通孔的高寬比約為5，利用AL濺射不能得到滿足要求的金屬覆蓋，因此必須采用鎢塞工藝。按本發(fā)明實現(xiàn)方法1 :1)在下部電極圖形，絕緣介質(zhì)膜淀積，上部電極淀積及其圖形化，層間膜淀積及 其將層間膜平坦化的化學機械研磨完成后，先通過一次光刻-刻蝕形成接觸上部電極的 孔_上述流程與已有工藝相同。2)通過涂BARC (抗反射材料)及其BARC反刻，在孔底形成一定厚度的BARC。BARC 殘余厚度約為500-2800埃，與孔直徑的比在0. 2-1. 0之間。3)通過另一次光刻和刻蝕得到接觸頂層金屬的孔，其孔的尺寸等于2. 3μπι，孔的 高度與直徑的比小于0.6。4)通過金屬濺射完成頂層金屬的淀積，對于高寬比約0. 6的孔，300-400°C的中溫 Al濺射工藝一般就能滿足要求，如果需要更好的Al覆蓋率，可以采用400-500°C的高溫AL 濺射工藝。5)通過金屬光刻-刻蝕完成頂層金屬的圖形化。按本發(fā)明的實現(xiàn)方法2 利用金屬電容的尺寸大的特點-例如最小為3 μ mX3 μ m， 對該電容采取大的通孔尺寸例如2. 7 μ m(不同于其他區(qū)域的通孔0. 28 μ m)從而使通孔中 鎢的厚度減低，大部被Al所代替。
權(quán)利要求
一種半導體器件中金屬電容的制備方法，所述金屬電容的制備集成在半導體器件的后道工藝中，在按照常規(guī)流程完成所述金屬電容的接觸通孔制備之后，其特征在于，包括如下步驟1)在整個硅片上涂抗反射材料以填充所述接觸通孔，接著反刻所述抗反射材料至所述接觸通孔底部剩余一預定厚度的抗反射材料；2)采用光刻工藝，在所述層間膜上接觸通孔之上定義出直徑大于所述接觸通孔的接觸孔，之后刻蝕暴露出的層間膜至所述抗反射材料，形成接觸孔；3)在整個硅片上淀積頂層金屬，使淀積完成后的所述頂層金屬完全填充所述接觸孔和接觸通孔，并在所述層間膜上具有預定的厚度，最后利用光刻和刻蝕工藝使所述頂層金屬圖形化。
2.按照權(quán)利要求1所述的半導體器件中金屬電容的制備方法，其特征在于所述步 驟一中的所述反刻后接觸通孔底部抗反射材料的剩余厚度與所述接觸通孔的直徑比為 0. 2-1. 0 之間。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的半導體器件中金屬電容的制備方法，其特征在于所述 步驟二所制備的接觸孔的高度與直徑的比為0. 2-1. 0之間。
4.按照權(quán)利要求1所述的半導體器件中金屬電容的制備方法，其特征在于所述頂層 金屬為依次淀積的 AlCu 和 TiN,AlSiCu 和 TiN，AlCu、Ti 和 TiN,AlSiCu,Ti 和 TiN,Ti,AlCu 和 TiN, Ti、AlSiCu 和 TiN, TiN, AlCu, Ti 和 TiN, TiN 禾口 AlSiCu, Ti, TiN, AlCu 和 TiN, Ti、 TiN、AlSiCu 和 TiN, Ti、TiN、AlCu、Ti 和 TiN，或 Ti、TiN、AlSiCu、Ti 和 TiN。
5.一種半導體器件中金屬電容的制備方法，所述金屬電容的制備集成在半導體器件的 后道工藝中，在按照常規(guī)的工藝完成所述金屬電容上的層間膜之后，其特征在于，包括如下 步驟1)利用光刻和刻蝕工藝在所述層間膜中形成所述金屬電容上極板的接觸通孔和下層 金屬連線的接觸通孔，其中所述上極板的接觸通孔的高度和直徑比為0. 2-1. 0之間，所述 下層金屬連線的接觸通孔尺寸與常規(guī)工藝相同；2)在硅片上淀積鎢金屬使其完全填充所述下層金屬連線的接觸通孔，之后平整化去除 所述層間膜上的鎢，在所述下層金屬連線的接觸通孔中形成鎢塞，其中所述金屬電容上極 板的接觸通孔中為部分填充；3)淀積頂層金屬，使所述頂層金屬完全填充所述金屬電容上極板的接觸通孔，且在所 述層間膜上具有預定的厚度，最后利用光刻和刻蝕工藝使所述頂層金屬圖形化。
6.按照權(quán)利要求5所述的半導體器件中金屬電容的制備方法，其特征在于所述頂層 金屬為依次淀積的 AlCu 和 TiN,AlSiCu 和 TiN，AlCu、Ti 和 TiN,AlSiCu,Ti 和 TiN,Ti,AlCu 和 TiN, Ti、AlSiCu 和 TiN, TiN、AlCu、Ti 和 TiN, TiN 禾口 AlSiCu, Ti、TiN、AlCu 和 TiN, Ti、 TiN、AlSiCu 和 TiN, Ti、TiN、AlCu、Ti 和 TiN，或 Ti、TiN、AlSiCu、Ti 和 TiN。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件中金屬電容的制備方法，該金屬電容的制備集成在半導體器件的后道工藝中，在按照常規(guī)流程完成所述金屬電容的接觸通孔制備之后，包括如下步驟1)在整個硅片上涂抗反射材料以填充接觸通孔，接著反刻抗反射材料至在接觸通孔底部剩余一預定厚度的抗反射材料；2)采用光刻工藝，在層間膜上接觸通孔之上定義出直徑大于接觸通孔的接觸孔，之后刻蝕暴露出的層間膜至抗反射材料，形成接觸孔；3)在整個硅片上淀積頂層金屬，使淀積完成后的頂層金屬完全填充接觸孔和接觸通孔，并在層間膜上具有預定的厚度，最后利用光刻和刻蝕工藝使所述頂層金屬圖形化。本發(fā)明的方法，通過刻蝕較大的上極板接觸孔以填充Al等連線金屬，得到高Q的金屬電容。
文檔編號H01L21/28GK101924019SQ20091005740
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者肖勝安 申請人:上海華虹Nec電子有限公司