專利名稱：一種提高電容密度的結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，更確切的說，本發(fā)明涉及一種提高電容密度的結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，性能不斷提升的同時(shí)也伴隨著器件小型化，微型化的進(jìn)程；在越來越先進(jìn)的制程，要求在盡可能小的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能多的器件，以獲得盡可能高的性能。電容器是集成電路中的重要組成單元，廣泛運(yùn)用于存儲(chǔ)器、微波、射頻、智能卡、高壓和濾波等芯片中，隨著芯片尺寸的減少，以及性能對(duì)大電容的需求，如何在有限的面積下獲得高密度的電容成為一個(gè)非常有吸引力的課題。如圖1所示，目前最常用的傳統(tǒng)工藝形成的電容結(jié)構(gòu)單層電容器金屬11 一絕緣層 12 —金屬13的平板電容模型；例如目前典型的電容器結(jié)構(gòu)就是由銅金屬層一氮化硅介質(zhì)層一坦金屬層構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)，其中金屬層的選擇有多種材料，如銅、鋁、鉭、鈦及其合金等，而介質(zhì)層也有多種不同介電常數(shù)的材料可選。為了獲得較高單位面積電容密度，通常采用的方法有三種，但都有其一定的局限性，其中一種是采用更高介電常數(shù)的介電材料來提高電容密度，此種方法中目前可用的介電材料有限，可以與現(xiàn)有工藝結(jié)合的更少，即換用高介電常數(shù)材料的提升空間有限；二是減少介電層厚度，但是介質(zhì)層厚度降低，則擊穿電壓會(huì)降低，所以這種方法應(yīng)用范圍有限； 三是通過增加面積來提高電容，比如利用起伏的形貌來增加單位面積上的電容極板面積， 但是這種工藝降低了失配參數(shù)，從而降低了單層電容器金屬一絕緣層一金屬結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，包括
一襯底，所述襯底上設(shè)置有襯底金屬銅和下絕緣層；一下金屬層設(shè)置在所述下絕緣層上，一中絕緣層設(shè)置在所述下金屬層上，一中金屬層設(shè)置在所述中絕緣層上，一上絕緣層設(shè)置在所述中金屬層上，一上金屬層設(shè)置在所述上絕緣層上；
基底端子、第一端子、第二端子和第三端子分別通過互連線依次與基底金屬銅、所述下金屬層、所述中金屬層和所述上金屬層連接，基底端子和第三端子連接，第一端子和第二端子連接，形成并聯(lián)電容。上述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，所述下絕緣層、所述下金屬層、所述中金屬層和所述上金屬層長度依次減小形成階梯形結(jié)構(gòu)。上述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，所述中絕緣層與所述中金屬層長度相同，所述上絕緣層與所述上金屬層長度相同。上述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，所述第三端子通過兩互連線與所述上金屬層連接。上述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬層的材質(zhì)為Ti、TiNTa化合物、TaN, AlCu合金或Cu金屬，其厚度為500A 2000A。上述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，所述絕緣層的材質(zhì)為Si02，SiN, Ta205, BaTi03, Hf02, Zr02 或 A1203，其厚度為 150A 600A。上述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，還包括一覆蓋上述絕緣層和金屬層的刻蝕阻擋層。本發(fā)明還提供了一種提高電容密度的方法，其中，包括以下步驟
利用金屬層化學(xué)機(jī)械研磨工藝制備一設(shè)置有襯底金屬銅的襯底，于其上表面淀積SiN 薄膜形成下絕緣層，金屬淀積所述下絕緣層上形成下金屬層，淀積絕緣材料于所述下金屬層形成一中絕緣層，依次重復(fù)淀積金屬材料和絕緣材料，以形成中金屬層、上絕緣層和上金
屬層；
依次采用光刻、刻蝕和光阻去除工藝刻蝕上金屬層和上絕緣層，重復(fù)同樣工藝刻蝕中金屬層和中絕緣層、下金屬層和下絕緣層；淀積刻蝕阻擋層覆蓋上述絕緣層和金屬層后，繼續(xù)以薄膜淀積所述金屬層，利用光刻、刻蝕和填充及化學(xué)機(jī)械研磨于每層金屬層均形成數(shù)個(gè)通孔，并于所述通孔上設(shè)置有互連線，基底端子、第一端子、第二端子和第三端子分別依次通過所述互連線設(shè)置于其下的襯底金屬銅、下金屬層、中金屬層和上金屬層上；所述基底端子和所述第三端子連接，所述第一端子和所述第二端子連接，形成并聯(lián)電容。上述的提高電容密度的方法，其中，所述下金屬層、所述中金屬層和所述上金屬層長度依次減小形成階梯形結(jié)構(gòu)。上述的提高電容密度的方法，其中，所述下絕緣層與所述下金屬層長度相同，所述中絕緣層與所述中金屬層長度相同，所述上絕緣層與所述上金屬層長度相同。上述的提高電容密度的方法，其中，所述金屬層的材質(zhì)為Ti、TiNTa化合物、TaN, AlCu合金或Cu金屬，其厚度為500A 2000A。上述的提高電容密度的方法，其中，所述絕緣層的材質(zhì)為Si02，SiN, Ta205, BaTi03, Hf02, Zr02 或 A1203，其厚度為 150A 600A。本發(fā)明提高電容密度的結(jié)構(gòu)及其制造方法，在傳統(tǒng)工藝的金屬一絕緣層一金屬 (MIM)結(jié)構(gòu)的電容基礎(chǔ)上，通過繼續(xù)增加絕緣層和金屬層以增加電容密度，即采用電容的疊加，以形成并聯(lián)的兩個(gè)電容，從而大大增加了電容密度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀以下較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，并參照附圖之后，本發(fā)明的這些和其他方面的優(yōu)勢(shì)無疑將顯而易見。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)工藝制成的電容的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明提高電容密度的結(jié)構(gòu)示意圖3—7是本發(fā)明提高電容密度的方法的流程圖； 圖8是本發(fā)明提高電容密度的結(jié)構(gòu)及方法的電路圖。
具體實(shí)施例方式參見圖2所示，本發(fā)明一種提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其中，包括
一襯底41嵌入設(shè)置有基底銅金屬40，下絕緣層42設(shè)置在襯底41上且覆蓋基地金屬銅 40，下金屬層43設(shè)置在下絕緣層42上，中絕緣層44設(shè)置在下金屬層43上，中金屬45層設(shè)置在中絕緣層44上，上絕緣層46設(shè)置在中金屬層45上，上金屬層47設(shè)置在上絕緣層46 上；基底端子50、第一端子51、第二端子52和第三端子53分別通過互連線49依次與基底金屬銅40、下金屬層43、中金屬層45和上金屬層47連接。其中，中絕緣層44和中絕緣層45長度相同，上絕緣層46和上金屬層47長度相同； 且下絕緣層42、下金屬層43、中金屬層45和上金屬層47長度依次減小，形成階梯形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，上述金屬層的材質(zhì)為Ti、TiNTa化合物、TaN、AlCu合金或Cu等金屬，其厚度設(shè)置為500A 2000A ；絕緣層的材質(zhì)為SiO2, SiN, Ta2O5, BaTiO3, HfO2, ZrO2或Al2O3等絕緣材料，其厚度設(shè)置為150A 600A。其中，刻蝕阻擋層48覆蓋上述的絕緣層和金屬層。第三端子51采用兩根互連線與金屬層47連接，基底端子50和第三端子53連接， 第一端子51和第二端子52連接，形成并聯(lián)的電容，即如圖8所示的，電容C等于電容Cl、電容C2和電容C3相加之和。上述設(shè)置條件只是作為參考，所列出的各項(xiàng)參數(shù)并不過構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。例如，厚度、金屬材料、絕緣材料等條件均可以進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)整。如圖3— 7所示，本發(fā)明一種提高電容密度的方法，其中，包括以下步驟
利用金屬層化學(xué)機(jī)械研磨工藝制備襯底21，并于其上制備基底金屬銅20，于襯底21上表面淀積SiN薄膜形成下絕緣層22，金屬淀積下絕緣層22上形成下金屬層23，淀積絕緣材料于下金屬層23形成中絕緣層24，依次重復(fù)淀積金屬材料和絕緣材料，以形成中金屬層 25、上絕緣層沈和上金屬層27 ；
依次采用光刻、刻蝕和光阻去除工藝刻蝕上金屬層27和上絕緣層26，以形成最短的上金屬層271和最短的上絕緣層沈1，重復(fù)上述同樣的工藝刻蝕中金屬層25和中絕緣層M以形成較短的中金屬層251和較短的中絕緣層M1，同樣刻蝕下金屬層23和下絕緣層22以形成與襯底21同長度的下金屬層231和下絕緣層221 ；其上金屬層271和上絕緣層261長度相同，中金屬層251和中絕緣層241長度相同，以和下金屬層231、下絕緣層22形成四級(jí)階梯形結(jié)構(gòu)；淀積刻蝕阻擋層觀覆蓋上述金屬層和絕緣層，然后繼續(xù)以薄膜淀積上述的金屬層， 利用光刻、刻蝕和填充及化學(xué)機(jī)械研磨形成4組通孔，分別穿過刻蝕后的刻蝕阻擋層281于金屬層27^25^231和基底銅金屬20上，并于每組通孔上均設(shè)置有互連線四，基底端子30、 第一端子31、第二端子32和第三端子33分別依次通過互連線四與設(shè)置于下的基底銅金屬 20、金屬層231、中金屬層251和上金屬層271連接；其中，基底端子30與第三端子33連接， 第一端子31和第二端子32連接，形成并聯(lián)的電容，即如圖8所示，基底端子30和第三端子 33形成的電容C為基底端子30和第一端子31形成的電容Cl，第一端子31和第二端子32 形成的電容C2，第二端子32和第三端子33形成的電容C3之和，即電容C等于電容Cl、電容C2和電容C3之和。其中，上述金屬層的材質(zhì)采用Ti、TiNTa化合物、TaN、AlCu合金或Cu等金屬，其厚度為500A 2000A ；上述絕緣層的材質(zhì)采用SiO2, SiN, Ta2O5, BaTiO3, HfO2, ZrO2或Al2O3等絕緣材料，其厚度為150A 600A。本發(fā)明的提高電容密度的結(jié)構(gòu)及其制造方法，在傳統(tǒng)工藝的金屬一絕緣層一金屬 (MIM)結(jié)構(gòu)的電容基礎(chǔ)上，通過繼續(xù)增加絕緣層和金屬層以增加電容密度，即采用電容的疊加，以形成并聯(lián)的兩個(gè)電容，從而提高電容密度近兩倍，且在占有晶片面積沒有變化的情況下，保持了與兩層金屬板層結(jié)構(gòu)同樣的電學(xué)特性，特別是失配參數(shù)，即同一塊板做電極， 失配參數(shù)可互相消減，同時(shí)還與傳統(tǒng)工藝有很強(qiáng)的兼容性。通過說明和附圖，給出了具體實(shí)施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，例如，本案是以兩電容疊加進(jìn)行闡述，基于本發(fā)明精神，電容疊加數(shù)目還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。 因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，所述襯底上設(shè)置有襯底金屬銅和下絕緣層；一下金屬層設(shè)置在所述下絕緣層上，一中絕緣層設(shè)置在所述下金屬層上，一中金屬層設(shè)置在所述中絕緣層上，一上絕緣層設(shè)置在所述中金屬層上，一上金屬層設(shè)置在所述上絕緣層上；基底端子、第一端子、第二端子和第三端子分別通過互連線依次與基底金屬銅、所述下金屬層、所述中金屬層和所述上金屬層連接，基底端子和第三端子連接，第一端子和第二端子連接，形成并聯(lián)電容。
2.如權(quán)利要求1所述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下絕緣層、所述下金屬層、所述中金屬層和所述上金屬層長度依次減小形成階梯形結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中絕緣層與所述中金屬層長度相同，所述上絕緣層與所述上金屬層長度相同。
4.如權(quán)利要求1所述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第三端子通過兩互連線與所述上金屬層連接。
5.如權(quán)利要求1所述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬層的材質(zhì)為Ti、 TiNTa化合物、TaN, AlCu合金或Cu金屬，其厚度為500A 2000A。
6.如權(quán)利要求1所述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣層的材質(zhì)為SiO2, SiN, Ta2O5, BaTiO3, HfO2, ZrO2 或 Al2O3，其厚度為 150A 600A。
7.如權(quán)利要求1所述的提高電容密度的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一覆蓋上述絕緣層和金屬層的刻蝕阻擋層。
8.一種提高電容密度的方法，其特征在于，包括以下步驟利用金屬層化學(xué)機(jī)械研磨工藝制備一設(shè)置有襯底金屬銅的襯底，于其上表面淀積SiN 薄膜形成下絕緣層，金屬淀積所述下絕緣層上形成下金屬層，淀積絕緣材料于所述下金屬層形成一中絕緣層，依次重復(fù)淀積金屬材料和絕緣材料，以形成中金屬層、上絕緣層和上金屬層；依次采用光刻、刻蝕和光阻去除工藝刻蝕上金屬層和上絕緣層，重復(fù)同樣工藝刻蝕中金屬層和中絕緣層、下金屬層和下絕緣層；淀積刻蝕阻擋層覆蓋上述絕緣層和金屬層后，繼續(xù)以薄膜淀積所述金屬層，利用光刻、刻蝕和填充及化學(xué)機(jī)械研磨于每層金屬層均形成數(shù)個(gè)通孔，并于所述通孔上設(shè)置有互連線，基底端子、第一端子、第二端子和第三端子分別依次通過所述互連線設(shè)置于其下的襯底金屬銅、下金屬層、中金屬層和上金屬層上；所述基底端子和所述第三端子連接，所述第一端子和所述第二端子連接，形成并聯(lián)電容。
9.如權(quán)利要求8所述的提高電容密度的方法，其特征在于，所述下金屬層、所述中金屬層和所述上金屬層長度依次減小形成階梯形結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的提高電容密度的方法，其特征在于，所述下絕緣層與所述下金屬層長度相同，所述中絕緣層與所述中金屬層長度相同，所述上絕緣層與所述上金屬層長度相同。
11.如權(quán)利要求8所述的提高電容密度的方法，其特征在于，所述金屬層的材質(zhì)為Ti、 TiNTa化合物、TaN, AlCu合金或Cu金屬，其厚度為500A 2000A。
12.如權(quán)利要求8所述的提高電容密度的方法，其特征在于，所述絕緣層的材質(zhì)為 SiO2, SiN, Ta2O5, BaTiO3, HfO2, ZrO2 或 Al2O3，其厚度為 150A 600A。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，更確切的說，本發(fā)明涉及一種提高電容密度的結(jié)構(gòu)及方法。本發(fā)明提高電容密度的結(jié)構(gòu)及其制造方法，在傳統(tǒng)工藝的金屬－絕緣層－金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的電容基礎(chǔ)上，通過繼續(xù)增加絕緣層和金屬層以增加電容密度，即采用電容的疊加，以形成并聯(lián)的兩個(gè)電容，從而大大增加了電容密度。
文檔編號(hào)H01L23/522GK102420209SQ20111016384
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者張文廣, 徐強(qiáng), 鄭春生 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司