专利名称：提高金属－介质－金属结构电容性能的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件技术领域，是关于一种应用于半导体无源元件制作工艺中改善金属-介质-金属(MIM)电容质量的多层金属极板的方法，是在完成中国科学院重大创新项目微波器件与电路过程中形成的新的工艺方法。
背景技术：
在微波单片集成电路(MMIC)中，大量无源器件将和有源器件集成在同一芯片上，这是微波单片集成电路(MMIC)有别于传统集成电路的重要标志之一。在微波单片集成电路(MMIC)设计中，无源器件常应用于匹配网络，直流偏置网络，相位变换以及滤波器等多种子电路中，而作为无源器件中的电容的质量将直接影响着整个微波单片集成电路(MMIC)的可靠性。在微波领域中，电容多采用覆盖电容即金属-介质-金属结构，这种结构的单位面积电容值大，能有效缩小芯片面积，在微波单片集成电路(MMIC)中广泛应用于低阻抗匹配电路、旁路和隔直电路。
目前国内工艺流程中，制作金属-介质-金属电容的的主要工艺流程如下1.涂胶，光刻出下极板。
2.蒸发下极板金属金。
3.采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)生长介质层。
4.涂胶，光刻出开孔的地方，利用干法/湿法去处孔处的介质层。
5.涂胶，光刻出桥面。
6.溅射起镀层。
7.涂胶，光刻出上极板。
8.电镀完成空气桥和上极板制作。
9.去除起镀层。
然而，这种方法中有一些缺陷首先在下极板金属金之上，直接淀积介质层，由于金和介质的黏附性不好，影响了金属下极板的表面状况，介质直接淀积在这样的表面上会影响介质层的生长，从而降低介质的致密性，降低介质层的质量，致使电容的漏电较大，品质因数Q值降低，击穿电压不高。其次，人们为了提高电容的质量，一般使用改善介质层的方法，例如加厚介质层，使用不同的淀积方法，但是对加厚介质层会降低单位电容值，增大芯片面积，采用不同的淀积介质方法会大大提高芯片制作成本，增加工艺复杂度。
发明内容
本发明提出一种新的制作电容金属下极板的方法，主要目的是1.改善电容介质层和金属下极板的黏附性；2.优化电容下极板表面状况，提高电容介质层的生长质量；3.提高金属-介质-金属电容直流及微波特性等一系列的问题。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，应用于半导体无源器件的金属-介质-金属(MIM)覆盖电容制作工艺中，包括如下步骤(如图10)步骤1在基板上，光刻形成电容下极板图形；步骤2依次蒸发钛/金/钛形成电容下极板；步骤3淀积介质层；步骤4制作空气桥；步骤5光刻上极板图形，采用电镀方法形成上极板。
所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其所述基板为氮化铝基板。
所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其所述依次蒸发钛/金/钛，其中，钛层厚≤200，金层厚≤1μm。
所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其所述淀积介质层，是用等离子增强化学气相沉积法生长介质层，介质层为氮化硅层，厚≤3000。
所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其所述上极板为单层或双层；单层时，为金层，双层时，下层为钛层，上层为金层。
本发明采用多层金属制作电容下极板，在蒸发下极板时，采用钛/金/钛多层结构，然后再淀积介质层，以此达到改善介质与金属的黏附性，优化金属下极板的表面状况，从而有利于介质层的生长，提高金属-介质-金属结构电容微波及直流性能的目的。
本发明用多层金属制作下极板的方法，通过改善下极板金属的制作方法有效的提高了下极板金属和介质的黏附性，同时优化了下极板的表面状况，更有利于介质层的生长，从而有效提高了介质的质量，使得电容在耐高压，减小漏电流，品质因数Q值方面得到了很大的改善，该发明的工艺方法简单，成本低，重复性很好，得到的电容器件的特性较之传统工艺有很大提高。
图1本发明金属-介质-金属电容的俯视示意图；图2传统工艺制作的金属-介质-金属电容器件剖面图；图3为图1中本发明金属-介质-金属电容A向的剖面图；图4200×200μm2电容直流漏电比较；图5本发明工艺制作的金属-介质-金属电容测试图；图6传统工艺制作的金属-介质-金属电容测试图；图7本发明工艺制作的金属-介质-金属电容品质因数Q值测试图；图8本发明工艺制作的金属-介质-金属电容品质因数Q值测试图；图9本发明工艺制作的金属-介质-金属电容顶视图(光学照片)；图10本发明金属-介质-金属电容的工艺流程图。
具体实施例方式
请见图1、图3、图10。图1为本发明金属-介质-金属电容的俯视示意图，图3为图1中本发明金属-介质-金属电容A向的剖面图，图10为本发明金属-介质-金属电容工艺流程图。由图3所示，本发明金属-介质-金属电容的结构是在基板1表面上，依次固接钛层2、金层8、钛层2，该三层构成下极板3。下极板3中心区域上表面的钛层2上固接介质层4，在介质层4和中间金层8的周圆区域上表面固接起镀层5，起镀层5上表面固接上级板6，上级板6为金属材料制作。金属-介质-金属电容的右端设有空气桥7。
本发明可以应用于任何基板上金属-介质-金属(MIM)结构电容的制作，现结合制作工艺流程对本发明做以下详细描述，如图10所示1.制作下极板，由于我们采用的是氮化铝基板，平整度在±150，基板与下极板金属的黏附性需要考虑，这个问题同样存在于其他基板上。下极板与即将淀积的介质层之间的黏附性也需要考虑，同时，由于介质直接淀积在下极板表面之上，良好的表面状况是优质生长介质的保障，基于这三点，试验选用了钛层2/金层8/钛层2(200/1μm/200)多层金属结构蒸发形成金属-介质-金属电容的下极板3。
2.淀积介质层采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)生长介质层4，介质层4为氮化硅(Si3N4)3000。介质生长在新结构的电容金属下极板3之上，由于表面状况的优化，介质的致密性得以提高。
3.光刻桥面7，溅射起镀层5金属。
4.制作上极板6，上极板6金属也是与介质层4紧密相连，这里选用钛/金作为上极板6金属，改善电容上极板6与介质的黏附性。
5.测试分析如表1所示表1不同工艺下微波测试结果对比表
从直流测试图4中可以看出，采用本发明新工艺的金属-介质-金属电容较之传统工艺在相同电压下漏电流下降了一个数量级，大大提高了器件的耐压性能，品质因数Q值也在整个频段(0.1GHz-15.1GHz)都有明显的提升，表1列出了电容性能的各个参数对比，如图7、8所示，6GHz下，本发明新工艺的电容品质因数Q值仍然有41，而传统工艺的片子下降到了12。从图5、6中可以读出电容值，本发明新工艺的采用使得电容值从3.6pF下降到3.1pF，但是图5中也显示，新工艺的片子谐振频率提高到14GHz，这样更有利于器件在微波领域中的应用，同时介电常数也从6.16上升为6.69，说明介质的致密性更好，质量更高。
图9为本发明工艺制作的金属-介质-金属电容光学照片。
权利要求
1.一种提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，应用于半导体无源器件的金属-介质-金属覆盖电容制作工艺中，其特征在于，包括如下步骤步骤1在基板上，光刻形成电容下极板图形；步骤2依次蒸发钛/金/钛形成电容下极板；步骤3淀积介质层；步骤4制作空气桥；步骤5光刻上极板图形，采用电镀方法形成上极板。
2.根据权利要求1所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其特征在于，所述基板为氮化铝基板。
3.根据权利要求1所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其特征在于，所述依次蒸发钛/金/钛，其中，钛层厚≤200，金层厚≤1μm。
4.根据权利要求1所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其特征在于，所述淀积介质层，是用等离子增强化学气相沉积法生长介质层，介质层为氮化硅层，厚≤3000。
5.根据权利要求1所述的提高金属-介质-金属结构电容性能的方法，其特征在于，所述上极板为单层或双层；单层时，为金层，双层时，下层为钛层，上层为金层。
全文摘要
本发明涉及半导体器件技术领域，是关于一种应用于半导体无源元件制作工艺中改善金属－介质－金属(MIM)电容质量的方法。该方法，包括如下步骤步骤1在基板上，光刻形成电容下极板图形；步骤2依次蒸发钛/金/钛形成电容下极板；步骤3淀积介质层；步骤4制作空气桥；步骤5光刻上极板图形，采用电镀方法形成上极板。本发明的工艺方法简单，成本低，重复性很好，得到的电容器件的特性较之传统工艺有很大提高。
文档编号H01L21/28GK1787171SQ20041000998
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者陈晓娟, 和致经, 刘新宇, 刘键, 吴德馨 申请人:中国科学院微电子研究所