MIM电容的制造方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种金属绝缘体金属(metal-insulator-metal，MIM)电容的制造方法。

背景技术：

在半导体集成电路制造中，MIM电容(，金属绝缘体金属)由于集成在后道金属互连中，可以缩小芯片面积和减小寄生电容，逐步替代了多晶硅绝缘体多晶硅(poly-insulator-poly，PIP)电容和金属氧化物硅衬底(metal-oxide-silicon，MOS)电容，因此在存储器、射频和模拟/混合信号集成电路中得到了广泛应用。

MIM电容器通常使用氮化硅或氮氧化硅作为电容器中间绝缘层，其中，氮化硅即Si₃N₄并简称SIN，氮氧化硅简称为SION，不同绝缘体的使用会影响电容器的电容和电感值。

在现有方法中，集成电路产品中集成MIM电容时，在MIM层的上极板金属层形成后，需要采用光刻刻蚀工艺对上极板金属层进行刻蚀，这时上极板金属层的刻蚀会停止在中间绝缘层上，以中间绝缘层为氮化硅为例，上极板金属层的刻蚀会停止在氮化硅层上；而在后续进行下极板金属层的刻蚀时，需要先形成一层介质抗反射层(DARC)，DARC一般采用氮氧化硅层，之后在进行光刻刻蚀，光刻刻蚀是先形成光刻胶层，采用对光刻胶进行光刻包括曝光显影等定义出光刻胶图形结构，之后以光刻胶图形结构为掩模进行刻蚀。现有方法中，特别是下极板金属层的光刻刻蚀的工艺窗口小，会降低产品的良率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种MIM电容的制造方法，能提高下极板金属层的光刻刻蚀的工艺窗口，提高产品良率。

为解决上述技术问题，本发明提供的MIM电容的制造方法包括如下步骤：

步骤一、在形成有集成电路的半导体衬底上形成由下极板金属层、中间绝缘层和上极板金属层组成的叠层结构。

步骤二、进行第一次金属刻蚀，所述第一次金属刻蚀的刻蚀区域采用光刻定义并用于对所述上极板金属层进行刻蚀，所述第一次金属刻蚀以所述中间绝缘层为停止层。

步骤三、进行第二次绝缘层刻蚀，所述第二次绝缘层刻蚀用于将位于所述第一次金属刻蚀后的所述上极板金属层外的所述中间绝缘层都去除，所述第二次绝缘层刻蚀以所述下极板金属层为停止层。

步骤四、形成介质抗反射层，在所述上极板金属层外所述介质抗反射层直接和所述下极板金属层接触，消除所述介质反射层的底部和所述中间绝缘层接触时所述中间绝缘层对所述介质反射层的反射率的波动的影响。

步骤五、进行第三次金属刻蚀，所述第三次金属刻蚀的刻蚀区域采用光刻定义并用于对所述下极板金属层进行刻蚀，由所述第一次金属刻蚀后的所述上极板金属层和所述第三次金属刻蚀后的所述下极板金属层以及中间的所述中间绝缘层组成MIM电容。

进一步的改进是，所述中间绝缘层的材料包括氮化硅或氮氧化硅。

进一步的改进是，所述上极板金属层的材料包括氮化钛。

进一步的改进是，所述下极板金属层材料包括铝铜合金。

进一步的改进是，所述下极板金属层材料还包括形成于铝铜合金层的底部表面形成有钛层以及形成于所述铝铜合金层的顶部表面的钛和氮化钛的叠加层。

进一步的改进是，所述介质抗反射层的材料包括氮氧化硅。

进一步的改进是，所述第一次金属刻蚀完成后，所述上极板金属层外的剩余的所述中间绝缘层的厚度为

进一步的改进是，所述第二次绝缘层刻蚀的工艺条件为：温度为60℃，射频功率为300W～600W，压强为40毫托～70毫托，CH₂F₂的流量为20sccm～70sccm，AR的流量为50sccm～130sccm，O₂的流量为10sccm～40sccm，时间为8秒～20秒。

进一步的改进是，所述介质抗反射层的材料还包括形成于氮氧化硅表面的氧化层。

进一步的改进是，所述介质抗反射层的氮氧化硅的厚度为氮氧化硅表面的氧化层的厚度为

进一步的改进是，在步骤二的所述第二次绝缘层刻蚀完成后以及步骤四形成所述介质抗反射层之间，还包括进行清洗以去除所述第二次绝缘层刻蚀过程中产生的聚合物的步骤。

进一步的改进是，所述上极板金属层的厚度为

进一步的改进是，所述MIM电容的区域位于所述半导体衬底的场氧化层上方。

进一步的改进是，所述MIM电容集成在位于所述半导体衬底上的所述集成电路的金属互连层中。

进一步的改进是，所述第三次金属刻蚀完成后，还包括形成接触孔引出所述MIM电容的所述下极板金属层和所述上极板金属层的电极的步骤。

本发明通过在上极板金属层对应的第一次金属刻蚀完成之后进行一次去除上极板金属层外的中间绝缘层的第二次绝缘层刻蚀的工艺，通过第二次绝缘层刻蚀的工艺将上极板金属层外的中间绝缘层完全去除，这样后续介质抗反射层能够和底部的下极板金属层直接接触；由于中间绝缘层作为第一次金属刻蚀的停止层故在第一次金属刻蚀完成之后的厚度会有较大的波动，将中间绝缘层完全去除后能够消除中间绝缘层的厚度波动对介质抗反射层的影响，即本发明能消除介质反射层的底部和中间绝缘层接触时中间绝缘层对介质反射层的反射率的波动的影响，从而使得介质抗反射层的反射率保持稳定，最后能够提高下极板金属层的光刻刻蚀的工艺窗口，从而能提高产品良率。

另外，本发明由于在第三次金属刻蚀之前已经去除了上极板金属层外的中间绝缘层，故在第三次金属刻蚀刻蚀时不需要再进行中间绝缘层的刻蚀，故能够减少第三次金属刻蚀的时间。

同样，后续进行接触孔的刻蚀时也不需要在进行中间绝缘层的刻蚀，故能够减少进行中间绝缘层刻蚀时产生的聚合物(polymer)，也即本发明能够降低聚合物的产生，而聚合物形成时有可能使MIM电容的上下极板短路。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1A-图1E是现有MIM电容的制造方法各步骤中的器件结构示意图；

图2是氮化硅的厚度对不同厚度的氮氧化硅的反射率的影响分布图；

图3是本发明实施例MIM电容的制造方法的流程图；

图4A-图4F是本发明实施例方法各步骤中的器件结构示意图。

具体实施方式

在详细说明本发明实施例之前，先说明一下现有方法以及申请人对现有方法所产生的技术问题的分析，如图1A至图1E所示，是现有MIM电容的制造方法各步骤中的器件结构示意图；现有MIM电容的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图1A所示，在形成有集成电路的半导体衬底如硅衬底1上形成由下极板金属层2、中间绝缘层3和上极板金属层4组成的叠层结构。

步骤二、进行第一次金属刻蚀。首先、如图1B所示，采用光刻工艺并形成光刻胶图形101来定义所述第一次金属刻蚀的刻蚀区域。之后、如图1C所示，对所述上极板金属层4进行刻蚀，所述第一次金属刻蚀以所述中间绝缘层3为停止层。所述中间绝缘层3在刻蚀过程中会有一定的损耗。之后去除光刻胶图形101。

上面两个步骤是对所述上极板金属层4的刻蚀，下面的步骤将会描述对所述下极板金属层2的刻蚀：

步骤三、如图1D所示，形成介质抗反射层5。图1D仅显示所述上极板金属层4外的区域，可以看出所述介质抗反射层5是形成于残留的所述中间绝缘层3的表面。

步骤四、进行第三次金属刻蚀。首先、如图1D所示，采用光刻工艺并形成光刻胶图形102来定义所述第三次金属刻蚀的刻蚀区域。之后、如图1E所示，对所述下极板金属层2进行刻蚀，对所述下极板金属层2进行刻蚀之前还需要先依次刻蚀掉所述介质抗反射层5和所述中间绝缘层3。刻蚀完成后，形成由所述第一次金属刻蚀后的所述上极板金属层4和所述第三次金属刻蚀后的所述下极板金属层2以及中间的所述中间绝缘层3组成MIM电容。

由于，上述现有方法中第三次金属刻蚀的工艺窗口很小，且容易产生良率问题，而良率降低也即意味着成本的升高，故对经济效益有很大影响。为了找出第三次金属刻蚀的工艺窗口很小的问题，申请人做了如下分析：

所述中间绝缘层3的材料包括氮化硅或氮氧化硅，而介质抗反射层5的材料一般采用氮氧化硅；以所述中间绝缘层3为氮化硅，所述介质抗反射层5的材料为氮氧化硅为例，在步骤二的第一次金属刻蚀完成后，所述上极板金属层4外的所述中间绝缘层3会有一定的损耗，而且这种损耗使得所述上极板金属层4外的所述中间绝缘层3并不均匀，具有一定的波动性，正是这种波动性使得后续形成的介质抗反射层5的反射率具有波动性，最后会导致第三次金属刻蚀的工艺窗口缩小。原因可以参考图2所示，图2是氮化硅的厚度对不同厚度的氮氧化硅的反射率的影响分布图，图2中纵坐标表示的氮化硅的厚度即对应于所述中间绝缘层3的厚度，横坐标氮氧化硅的厚度即对应于所述介质抗反射层5的厚度，实际工艺中，所述介质抗反射层5一般采用30纳米，即图2中AA线所示位置处的厚度，可以看出，在AA线的整个纵向上表示了氮化硅的厚度的变化，可知当氮化硅的厚度变化时，氮氧化硅的反射率变化较大。图2中反射率的大小用不同的灰度表示。所以，从图2可以看出，氮氧化硅的反射率对氮化硅的厚度是敏感的，也即当由氮化硅组成的所述中间绝缘层3的厚度不均匀时，由氮氧化硅组成的介质抗反射层5的反射率也就不均匀，最后会出现现有方法所具有的第三次金属刻蚀的工艺窗口很小，且容易产生良率问题的缺陷。

申请人根据对上述技术问题的分析，形成了本发明实施例方法，现说明如下：

如图3所示，是本发明实施例MIM电容的制造方法的流程图；如图4A至图4F所示，是本发明实施例方法各步骤中的器件结构示意图，本发明实施例MIM电容的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图4A所示，在形成有集成电路的半导体衬底1上形成由下极板金属层2、中间绝缘层3和上极板金属层4组成的叠层结构。

较佳为，所述中间绝缘层3的材料包括氮化硅或氮氧化硅。

所述上极板金属层4的材料包括氮化钛。

所述下极板金属层2材料包括铝铜合金，还包括形成于铝铜合金层的底部表面形成有钛层以及形成于所述铝铜合金层的顶部表面的钛和氮化钛的叠加层。

为了便于更清楚的说明，这里列出了一个具体参数：所述上极板金属层4的厚度为所述下极板金属层2材料的铝铜合金的厚度为形成于铝铜合金层的底部表面形成有钛层的厚度为形成于所述铝铜合金层的顶部表面的钛为氮化钛为所述中间绝缘层3采用氮化硅且厚度为

步骤二、进行第一次金属刻蚀。首先、如图4B所示，采用光刻工艺并形成光刻胶图形101来定义所述第一次金属刻蚀的刻蚀区域。之后、如图4C所示，对所述上极板金属层4进行刻蚀，所述第一次金属刻蚀以所述中间绝缘层3为停止层。所述中间绝缘层3在刻蚀过程中会有一定的损耗。之后去除光刻胶图形101。

为了便于更清楚的说明，这里列出了一个具体参数：所述第一次金属刻蚀完成后，所述上极板金属层4外的剩余的所述中间绝缘层3的厚度为

步骤三、如图4D所示，进行第二次绝缘层刻蚀，所述第二次绝缘层刻蚀用于将位于所述第一次金属刻蚀后的所述上极板金属层4外的所述中间绝缘层3都去除，所述第二次绝缘层刻蚀以所述下极板金属层2为停止层。

为了便于更清楚的说明，这里列出了一个具体参数：所述第二次绝缘层刻蚀的工艺条件为：温度为60℃，射频功率为300W～600W，压强为40毫托～70毫托，CH₂F₂的流量为20sccm～70sccm，AR的流量为50sccm～130sccm，O₂的流量为10sccm～40sccm，时间为8秒～20秒。

在步骤二的所述第二次绝缘层刻蚀完成后以及步骤四形成所述介质抗反射层5之间，还包括进行清洗以去除所述第二次绝缘层刻蚀过程中产生的聚合物的步骤。

步骤四、如图4E所示，形成介质抗反射层5。图4E仅显示所述上极板金属层4外的区域，可以看出，在所述上极板金属层4外所述介质抗反射层5直接和所述下极板金属层2接触，消除所述介质反射层的底部和所述中间绝缘层3接触时所述中间绝缘层3对所述介质反射层的反射率的波动的影响。

较佳为，所述介质抗反射层5的材料包括氮氧化硅以及形成于氮氧化硅表面的氧化层。为了便于更清楚的说明，这里列出了一个具体参数：所述介质抗反射层5的氮氧化硅的厚度为氮氧化硅表面的氧化层的厚度为

步骤五、进行第三次金属刻蚀。首先、如图4E所示，采用光刻工艺并形成光刻胶图形102来定义所述第三次金属刻蚀的刻蚀区域。之后、如图4F所示，对所述下极板金属层2进行刻蚀，对所述下极板金属层2进行刻蚀之前还需要先刻蚀掉所述介质抗反射层5。刻蚀完成后，由所述第一次金属刻蚀后的所述上极板金属层4和所述第三次金属刻蚀后的所述下极板金属层2以及中间的所述中间绝缘层3组成MIM电容。

较佳为，所述MIM电容的区域位于所述半导体衬底1的场氧化层上方。所述MIM电容集成在位于所述半导体衬底1上的所述集成电路的金属互连层中。所述第三次金属刻蚀完成后，还包括形成接触孔引出所述MIM电容的所述下极板金属层2和所述上极板金属层4的电极的步骤。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。