一种PPM电容器及其制备方法与流程

一种ppm电容器及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种ppm电容器及其制备方法。


背景技术：

2.电容在集成电路中具有广泛的作用，电容可以起到耦合、滤波以及补偿等多种作用，pip电容器是集成电路芯片中常用的无源器件，常用于射频和模拟电路中噪声发射与频率调制。
3.pip电容器的上第一极板均为多晶硅层，两极板之间以氧化层或氮化硅层作为介质层，以形成电容结构，且pip电容的电极板可以mos器件中的使多晶硅栅极一起形成，从而使得pip电容器的制作能够与mos器件相兼容，进而降低了pip电容器的制作成本，基于上述原因pip电容器被广泛应用于半导体器件的制作。在器件需要大电容的情况下，通常通过增加上第一极板的面积或减薄介质层的厚度，但由于介质层的厚度减薄到一定程度后均匀性会变差，所以一般采用增加第二极板及第一极板面积的方法，但增加极板的面积会显著影响半导体器件的尺寸，制约集成电路中半导体器件的小型化。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种ppm电容器及其制备方法，不增加电容器尺寸的同时增大所述电容器的电容值。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种ppm电容器，包括：
6.衬底，所述衬底上形成有支撑层；
7.pip电容结构，包括第一极板、第一介电层及第二极板，所述第一极板位于所述衬底上并包裹所述支撑层以使所述第一极板呈凸字形，所述第一介电层及所述第二极板依次位于所述第一极板的凸顶面上；
8.第二介电层，位于所述第二极板上且覆盖所述第二极板的部分顶面；
9.第三极板，位于所述第二介电层上。
10.可选的，所述ppm电容器还包括：
11.介质层，位于所述衬底上并覆盖所述pip电容结构及所述第三极板；
12.金属布线层，位于所述介质层上，且通过电连接件与所述第一极板、所述第二极板及所述第三极板电性连接。
13.可选的，所述支撑层的高度为
14.可选的，支撑层包括多个间隔排列的支撑柱，所述支撑柱包括多晶硅层及覆盖所述多晶硅层的绝缘层。
15.基于同一发明构思，本发明还提供一种ppm电容器的制备方法，包括：
16.提供衬底，在所述衬底上形成支撑层，所述支撑层覆盖部分所述衬底；
17.在所述衬底上形成pip电容结构，所述pip电容结构包括第一极板、第一介电层及第二极板，所述第一极板位于所述衬底上并包裹所述支撑层以使所述第一极板呈凸字形，
所述第一介电层及所述第二极板依次覆盖所述第一极板的凸顶面上；
18.在所述第二极板上形成第二介电层，所述第二介电层覆盖所述第二极板的部分顶面；
19.在所述第二介电层上形成第三极板，所述第三极板覆盖所述第二介电层。
20.可选的，在形成所述第二介电层之前，形成所述pip电容结构之后，还包括：
21.在所述衬底上形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述pip电容结构及所述衬底；
22.对所述第一介质层进行平坦化工艺，直至露出所述第二极板的上表面。
23.可选的，形成所述第二介电层及所述第三极板的步骤包括：
24.在所述第一介质层上依次形成第二介电层和第三极板，所述第二介电层覆盖所述第一介质层及所述第二极板，所述第三极板覆盖所述第二介电层；
25.刻蚀除去部分所述第二介电层及所述第三极板，剩余的所述第二介电层覆盖所述第二极板的部分顶面，剩余的所述第三极板覆盖所述第二极板。
26.可选的，形成所述第三极板之后，还包括：
27.刻蚀所述第一介质层，形成露出所述第一极板的台阶面的第一开口；
28.在所述第一开口内填充第一导电材料，以形成插塞；
29.在所述第一介质层上形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第三极板、所述第二极板及所述第一介质层，所述第二介质层与所述第一介质层组成介质层；
30.刻蚀所述第二介质层以形成分别露出所述第二极板、第三极板和所述插塞的第二开口；
31.在所述第二介质层上形成第二导电材料，所述第二导电材料还填充所述第二开口，所述第二导电材料位于所述第二开口内的部分构成若干电连接件，所述第二导电材料位于所述第二介质层上的部分构成金属布线层，所述金属布线层通过若干所述电连接件与所述第一极板、第二极板和第三极板电性连接。
32.可选的，所述衬底具有电容区和存储区，所述存储区内形成有栅极结构，所述支撑层形成在所述电容区内，且所述支撑层与所述栅极结构同步形成。
33.本发明提供一种ppm电容器及其制备方法，所述ppm电容器包括：衬底，所述衬底上形成有支撑层；pip电容结构，包括第一极板、第一介电层及第二极板，所述第一极板位于所述衬底上并包裹所述支撑层以使所述第一极板呈凸字形，所述第一介电层及所述第二极板依次位于所述第一极板的凸顶面上；第二介电层，位于所述第二极板上且覆盖所述第二极板的部分顶面；第三极板，位于所述第二介电层上。通过增加所述第三极板，使所述第三极板与所述第二极板形成的电容与所述pip电容结构并联，在不增加电容器尺寸的前提下增加所述电容器的电容值。
34.此外，在所述第一极板下形成所述支撑层，抬高所述pip电容结构的高度，保证器件整体厚度的同时便于所述pip电容结构与所述第二介电层接触；同时，所述支撑层使凸字形的所述第一极板的各处厚度一致；所述第一极板的台阶面及未被所述第二介电层覆盖的所述第二极板，便于后续工艺中将所述第一极板及所述第二极板引出。
附图说明
35.图1为本发明实施例提供的一种ppm电容器的制备方法的流程图；
36.图2～9为本发明实施例提供的一种ppm电容器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
37.其中，附图说明为：
38.100-衬底；104-支撑层；105-第一多晶硅层；106-第一极板；108-第一介电层；109-第二多晶硅层；110-第二极板；112-第一介质层；111-插塞；114-第二介电层；116-第三极板；117-第二介质层；118-电连接件。
具体实施方式
39.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
40.在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些文本未描述的其它步骤可被添加到该方法。
41.图9为本实施例提供的ppm电容器的结构示意图，如图9所示，本实施例提供一种ppm电容器，包括：衬底100、pip电容结构、第二介电层114及第三极板116。
42.具体的，所述衬底100上还具有支撑层104，所述支撑层104覆盖部分所述衬底100，所述支撑层104包括多个间隔排列的支撑柱，所述支撑柱包括多晶硅层及覆盖所述多晶硅层的绝缘层。其中，所述支撑层104的高度为所述支撑层104内所述支撑柱的宽度且各所述支撑柱之间的距离小于
43.所述pip电容结构包括：第一极板106、第一介电层108及第二极板110，所述第一极板106位于所述衬底100上并包裹所述支撑层104以使所述第一极板106呈凸字形，所述第一介电层108及所述第二极板110依次位于所述第一极板106的凸顶面上。
44.进一步的，所述第二介电层114位于所述第二极板110上且覆盖所述第二极板110的部分顶面，所述第三极板116位于所述第二介电层114上。所述第三极板116与所述第二极板110组成的电容与所述pip电容结构之间并联，在不增加电容器面积的情况下增加所述电容器的电容值。
45.本实施例所述ppm电容器还包括：介质层，位于所述衬底100上并覆盖所述pip电容结构及所述第三极板116；金属布线层，位于所述介质层上，且通过若干电连接件118与所述第一极板106、所述第二极板110及所述第三极板116电性连接。其中，所述介质层包括第一介质层112和第二介质层117，所述第一介质层112位于所述衬底100上，覆盖所述衬底100及所述pip电容结构，且所述第一介质层112露出所述第二极板110的上表面，所述第二介质层117位于所述第一介质层112上，并覆盖所述第三极板116。
46.所述支撑层104与所述pip电容结构之间绝缘，所述支撑层104使所述第一极板106呈凸字状的同时，抬高所述第一极板106高度，即在不改变所述第一极板106及所述第二极
板110的厚度的前提下增加所述pip电容结构的厚度，在保证所述第一介质层112厚度的同时使所述第二极板110的上表面从所述第一介质层112中露出，以在所述第二极板110上形成所述第三极板116。
47.图1为本实施例提供的一种ppm电容器的制备方法的流程图，如图1所示，本发明提供了一种ppm电容器的制备方法，包括：
48.步骤s1：提供衬底，在所述衬底上形成支撑层，所述支撑层覆盖部分所述衬底；
49.步骤s2：在所述衬底上形成pip电容结构，所述pip电容结构包括第一极板、第一介电层及第二极板，所述第一极板位于所述衬底上并包裹所述支撑层以使所述第一极板呈凸字形，所述第一介电层及所述第二极板依次覆盖所述第一极板的凸顶面上；
50.步骤s3：在所述第二极板上形成第二介电层，所述第二介电层覆盖所述第二极板的部分顶面；
51.步骤s4：在所述第二介电层上形成第三极板，所述第三极板覆盖所述第二介电层。
52.图2～9为本实施例提供的一种ppm电容器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，下面结合附图2～9对本实施例提供的一种ppm电容器的制备方法进行更详细的描述，其中图示了本发明的优选实施例。
53.如图2所示，提供衬底100，所述衬底100具有电容区，为了实现集成单路中器件之间的介质隔离，所述衬底100上还形成有埋氧层(未图示)，所述埋氧层可以消除寄生闩锁效应；然后在所述埋氧层上形成支撑层104，所述支撑层104覆盖部分所述衬底100。
54.此外，所述衬底100上还具有存储区(未示出)，所述存储区上形成有栅极结构，所述支撑层104与所述栅极结构同步形成，以减少工艺步骤。在本实施例中，所述支撑层104包括多个间隔排列的支撑柱，所述支撑柱包括多晶硅层及覆盖所述多晶硅层的绝缘层。
55.在其它可选实施例中，所述支撑柱内的多晶硅也可以替换为氧化硅、氮化硅等，本发明对此不做限制。
56.如图3所示，在所述衬底100上依次形成第一多晶硅层105，第一介电层108和第二多晶硅层109，所述第一多晶硅层105覆盖所述支撑层104及所述衬底100，所述第一介电层108覆盖所述第一多晶硅层105，所述第二多晶硅层109覆盖所述第一介电层108。由于所述第一多晶硅层105顺形地覆盖所述支撑层104，所述的第一多晶硅层105呈凸字型。
57.其中，所述第一多晶硅层105的厚度为所述第一介电层108的厚度为所述第二多晶硅层109的厚度为
58.如图4所示，刻蚀除去所述第一多晶硅层105凸顶面外的所述第二多晶硅层109和所述第一介电层108，剩余的所述第二多晶硅层109形成第二极板110。然后继续刻蚀除去所述衬底100上的部分所述第一多晶硅层105，保留所述第一多晶硅层105的凸字型结构，剩余的所述第一多晶硅层105形成第一极板106。所述第一极板106、所述第一介电层108与所述第二极板110组成pip电容结构。
59.所述第一极板106与所述支撑层104之间通过绝缘层绝缘，所述支撑层104在不改变所述第一极板106厚度的前提下，使得所述第一极板106形成凸字型结构。
60.如图5所示，在所述衬底100上形成第一介质层112，所述第一介质层112覆盖所述衬底100及所述pip电容结构。
61.如图6所示，对所述第一介质层112进行平坦化工艺，直至露出所述第二极板110的
上表面，所述平坦化工艺可以是化学机械研磨。
62.具体的，图5中所示的所述第一介质层112的厚度大于传统pip电容结构的厚度一般为若想露出所述pip电容结构的上表面，需要研磨的所述第一介质层112的厚度较大，会在化学机械研磨过程中引入其他问题，影响器件的性能。本实施例通过支撑层104在不改变所述pip电容结构各膜层厚度的情况下抬高所述第一极板106的高度，进而使所述pip电容结构的整体厚度增加至使所述第一介质层112需要研磨的厚度大幅度减少，进而减少在化学机械研磨过程中可能会产生的问题，增加半导体器件的可靠性。
63.如图7所示，在所述第一介质层112上形成第二介电层114与第三极板116，所述第二介电层114覆盖所述第二极板110及所述第一介电层108，所述第三极板116覆盖所述第二介电层114。然后刻蚀除去部分所述金属层及所述第二介电层114，剩余的所述第二介电层114覆盖部分所述第二极板110，剩余的所述第三极板116覆盖所述第二介电层114。
64.如图8所示，刻蚀所述第一介质层112，在所述第一介质层112中形成露出所述第一极板106的第一开口，并在所述第一开口中填充第一导电材料，以形成与所述第一极板106电性连接的插塞111。
65.如图9所示，在所述第一介质层112上形成第二介质层117，所述第二介质层117覆盖所述pip电容结构、所述第一介质层112及所述第三极板116，所述第二介质层117与所述第一介质层112组成介质层。
66.进一步的，刻蚀所述第二介质层117，形成分别露出所述第三极板116、所述第二极板110及所述插塞111的第二开口，在所述第二介质层117上形成第二导电材料，所述第二导电材料还填充所述第二开口，所述第二导电材料位于所述第二开口内的部分构成若干电连接件118，所述第二导电材料位于所述第二介质层117上的部分构成金属布线层，所述电连接件118分别与所述第一极板106、所述第二极板110及所述第三极板116电性连接，所述金属布线层通过所述电连接件118与所述第一极板106、所述第二极板110及所述第三极板116电性连接。
67.在本实施例提供的电容器中，所述第一极板106、所述第一介电层108与所述第二极板110组成所述pip电容结构；所述第三极板116、所述第二介电层114与所述第二极板110之间组呈金属电容结构，所述金属电容结构与所述pip电容结构之间并联构成ppm电容，所述ppm电容在原有的所述pip电容结构的基础上增加了所述第三极板116，通过电容并联的方式，在不增加所述pip电容结构面积的同时增加所述ppm电容的电容值。
68.综上，本发明提供一种ppm电容器极其制备方法，包括：衬底100，所述衬底100上形成有支撑层104；pip电容结构，包括第一极板106、第一介电层108及第二极板110，所述第一极板106位于所述衬底100上并包裹所述支撑层104以使所述第一极板106呈凸字形，所述第一介电层108及所述第二极板110依次位于所述第一极板106的凸顶面上；第二介电层114，位于所述第二极板110上且覆盖所述第二极板110的部分顶面；第三极板116，位于所述第二介电层114上。通过增加所述第三极板116，使所述第三极板116与所述第二极板110形成的电容与所述pip电容结构并联，在不增加电容器尺寸的前提下增加所述电容器的电容值。此外，在所述第一极板106下形成所述支撑层104，抬高所述pip电容结构的高度，保证器件整
体厚度的同时便于所述pip电容结构与所述第二介电层114接触；同时，所述支撑层104使凸字形的所述第一极板106的各处厚度一致；所述第一极板106的台阶面及未被所述第二介电层114覆盖的所述第二极板110，便于后续工艺中将所述第一极板104及所述第二极板110引出。
69.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。