[发明专利]MIM电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal，以下简称为MIM)电容，尤其涉及一种基于铜双镶嵌结构的MIM电容器及其制造方法。

背景技术

电容元件常用于如射频IC、单片微波IC等集成电路中作为电子无源器件。常见的电容结构包括金属氧化物半导体(MOS)电容、PN结电容以及MIM电容等。其中，MIM电容在某些特殊应用中提供较优于MOS电容以及PN结电容的电学特性，这是由于MOS电容以及PN结电容均受限于其本身结构，在工作时电极容易产生空穴层，导致其频率特性降低。而MIM电容可以提供较好的频率以及温度相关特性。此外，在半导体制造中，MIM电容可形成于层间金属以及铜互连制程，也降低了与CMOS前端工艺整合的困难度及复杂度。

传统的MIM电容如图1所示，包括下极板金属1、电介质层2以及上极板金属3，形成两层金属之间夹电介质层的三明治结构。从上述结构可知，MIM电容是面积电容，其电容值的大小取决于电介质层2的厚度，以及上极板金属2与下极板金属3所相对应面积。而在实际制造过程中，随着器件日益微缩，单个MIM电容受特征尺寸的限制，其电容值大小总是有限的。现有制作大容量MIM电容的方法是将若干MIM电容单元形成堆叠结构。

如美国专利US7317221，提供了一种堆叠式的MIM电容，其基本结构如图2所示，包括依次形成于半导体基底10的第一MIM电容C1以及第二MIM电容C2；所述第一MIM电容C1以及第二MIM电容C2分别形成于第一层间介质层100以及第二层间介质层200内，均为三明治结构，包括下极板金属、电介质层以及上极板金属。其中，第一MIM电容C1的上极板金属102与第二MIM电容C2的下极板金属201通过接触孔20a电连接，而第一MIM电容C1的下极板金属101以及第二MIM电容C2的上极板金属202分别通过接触孔20b以及接触孔20c连接至互连金属层300，所述第二MIM电容C2的下极板通过接触孔20d连接至互连金属层301，将互连金属层300以及互连金属层301分别作为输入端或者输出端，上述结构的等效电路如图3所示，通过将第一MIM电容C1以及第二MIM电容并联，所述堆叠式MIM电容获得了较大的电容值。

现有的堆叠式MIM电容结构，虽然满足了大电容值的需求，然而若干MIM电容相互堆叠，分别形成于不同的层间介质层中，通过互连线电连接，势必造成整个电容结构的厚度增加，在半导体芯片制造中占用过多器件区的空间，影响器件尺寸微缩，并且提高了布线难度。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种MIM电容器，满足大电容值需求的同时，还具有厚度薄尺寸小，结构简单的特点。

为解决上述问题，本发明提供的一种MIM电容器，包括：

半导体基底，形成于半导体基底内的第一电极板；

形成于半导体基底表面的层间介质层；

形成于第一电极板表面的第一电介质层；

形成于第一电介质层表面的第二电极板；

形成于第二电极板表面的第二电介质层；

以及形成于第二电介质层表面的第三电极板；

所述第一电介质层、第二电极板、第二电介质层以及第三电极板均位于层间介质层内，其中第三电极板与第一电极板电连接。

作为可选方案，所述第三电极板与第一电极板通过互连线电连接。

作为另一个可选方案，所述的第二电极板对准第一电极板的部分表面，第三电极板对准第二电极板的部分表面，且第三电极板与第一电极板部分对准并直接连接。

作为可选方案，所述第一电极板与半导体基底的界面处以及第三电极板与层间介质层的界面处均形成有扩散阻挡层，所述扩散阻挡层为Ta、Ti或者金属氮化物层，厚度范围为2nm～50nm。

作为可选方案，所述第一电极板、第三电极板的材质为Cu或Al。

作为可选方案，所述第一电介质层、第二电介质层的材质为高K材料，包括SiN、Al₂O₃，厚度范围为2nm～50nm。

作为可选方案，所述第二电极板的材质为TiN、TaN、Al-Cu、Ru中的一种或其组合，厚度范围为20nm～100nm。

本发明还提供了一种MIM电容的制造方法，包括：

提供半导体基底，在半导体基底内形成第一电极板；

在第一电极板的表面形成第一电介质层；

在第一电介质层表面沉积金属，并刻蚀部分，形成第二电极板；

在第二电极板表面形成第二电介质层；