电容器件及其形成方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其是涉及一种电容器件及其形成方法。

背景技术：

1、在半导体集成电路中，与晶体管电路制作在同一芯片上的集成电容被广泛地应用。其形式主要有金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal，mim)电容和金属-氧化物-金属(metal-oxide-metal，mom)电容两种。

2、其中，mim电容使用上下层金属作为电容极板。对传统的mim电容，电容极板之间只有单层介质层，其等效电容密度由介质层的厚度和介质层的介电常数所限制。为此，引入了多层极板电容结构，以获得更高的等效电容密度。

3、然而，多层极板电容结构的性能仍有待进一步提高。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种电容器件及其形成方法，以改善半导体结构性能。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种电容器件，包括：衬底，衬底包括沿第一方向排布的第一区、第二区和第三区，第二区位于第一区和第三区之间；位于衬底上的金属层结构，金属层结构包括层叠设置的若干第一电极层、位于相邻两层第一电极层之间的第二电极层、以及位于相邻的第一电极层和第二电极层之间的第一介质层，各第一电极层位于第二区上还延伸至第一区上，各第二电极层位于第二区上还延伸至第三区上，各上层的第一电极层位于其下层的第二电极层的第一侧壁和部分顶部表面，第二电极层的第一侧壁和第二电极层的顶部表面之间具有第一夹角，第一夹角为钝角，各上层的第二电极层位于其下层的第一电极层的第二侧壁和部分顶部表面，第一电极层的第二侧壁和第一电极层的顶部表面之间具有第二夹角，第二夹角为钝角；位于第一区上的第一导电插塞，第一导电插塞连接各第一电极层；位于第三区上的第二导电插塞，第二导电插塞连接各第二电极层。

3、可选的，第一夹角的范围为100度至130度；第二夹角的范围为100度至130度。

4、可选的，还包括：衬底内具有位于第一区内的第一下金属层和位于第三区内的第二下金属层；位于金属层结构表面的第二介质层；位于第二介质层上相互分立的第一上金属层和第二上金属层；第一导电插塞还连接第一下金属层和第一上金属层；第二导电插塞还连接第二下金属层和第二上金属层。

5、可选的，金属层结构的层数为单数，且位于最下层的为第一电极层，电容器件还包括：位于第三区上的最上层的第二电极层上的虚设电极层，虚设电极层与第一电极层相互分立；金属层结构的层数为单数，且位于最下层的为第二电极层，电容器件还包括：位于第一区上最上层的第一电极层上的虚设电极层，虚设电极层与第二电极层相互分立。

6、可选的，第一电极层的材料包括tin、tan、ta、w、tio、ti、pt和ni中的一者或多者的结合；第二电极层的材料包括tin、tan、ta、w、tio、ti、pt和ni中的一者或多者的结合。

7、可选的，第一介质层的材料包括hfo、alo、zro和lao中的一者或多者的结合。

8、可选的，第一电极层的厚度范围为300埃至800埃；第二电极层的厚度范围为300埃至800埃。

9、相应的，本发明的技术方案还提供一种电容器件的形成方法，包括：提供衬底，衬底包括沿第一方向排布的第一区、第二区和第三区，第二区位于第一区和第三区之间；在衬底上形成金属层结构，金属层结构包括层叠设置的若干第一电极层、位于相邻两层第一电极层之间的第二电极层、以及位于相邻的第一电极层和第二电极层之间具有第一介质层，各第一电极层位于第二区上还延伸至第一区上，各第二电极层位于第二区上还延伸至第三区上，各上层的第一电极层位于其下层的第二电极层的第一侧壁和部分顶部表面，第二电极层的第一侧壁和第二电极层的顶部表面之间具有第一夹角，第一夹角为钝角，各上层的第二电极层位于其下层的第一电极层的第二侧壁和部分顶部表面，第一电极层的第二侧壁和第一电极层的顶部表面之间具有第二夹角，第二夹角为钝角；在形成金属层结构之后，形成连接各第一电极层的第一导电插塞和连接各第二电极层的第二导电插塞，第一导电插塞位于第一区上，第二导电插塞位于第三区上。

10、可选的，相邻的第一电极层和第二电极层的形成方法包括：在衬底上形成第一电极材料层，或者在上层第二电极层上形成第一介质层和位于第一介质层上的第一电极材料层；图形化第一电极材料层，形成第一电极层；第一电极层上形成第一介质层和位于第一介质层上的第二电极材料层；图形化第二电极材料层，以形成第二电极层。

11、可选的，图形化第一电极材料层的工艺包括干法刻蚀工艺。

12、可选的，图形化第二电极材料层的工艺包括干法刻蚀工艺。

13、可选的，第一电极材料层的形成工艺包括物理气相沉积工艺；第二电极材料层的形成工艺包括物理气相沉积工艺。

14、可选的，衬底内具有位于第一区内的第一下金属层和位于第三区内的第二下金属层；第一导电插塞还连接第一下金属层；第二导电插塞还连接第二下金属。

15、可选的，第一导电插塞和第二导电插塞的形成方法包括：在金属层结构表面形成第二介质层；在第一区内、以及第一区上的金属层结构和第二介质层内形成第一接触孔，第一接触孔底部暴露出第一下金属层；在第三区内、以及第三区上的金属层结构和第二介质层内形成第二接触孔，第二接触孔底部暴露出第二下金属层；在第一接触孔内形成第一导电插塞；在第二接触孔内形成第二导电插塞。

16、可选的，在形成第二介质层之后，还形成相互分立的第一上金属层和第二上金属层，第一导电插塞还连接第一上金属层，第二导电插塞还连接第二上金属层。

17、可选的，第一导电插塞、第二导电插塞、第一上金属层和第二上金属层的形成方法还包括：在形成第一接触孔和第二接触孔之后，在第二介质层表面、第一接触孔和第二接触孔内形成导电材料层；刻蚀导电材料层，直到暴露出第二介质层表面，形成第一导电插塞和位于第一导电插塞上的第一上金属层，形成第二导电插塞和位于第二导电插塞上的第二上金属层。

18、可选的，金属层结构的层数为单数，且位于最下层的为第一电极层，方法还包括：在形成最上层的第一电极层时，还在第三区上最上层的第二电极层上形成虚设电极层，虚设电极层与第一电极层相互分立；金属层结构的层数为单数，且位于最下层的为第二电极层，方法还包括：在形成最上层的第二电极层时，还在第一区上最上层的第一电极层上形成虚设电极层，虚设电极层与第二电极层相互分立。

19、可选的，第一夹角的范围为100度至130度；第二夹角的范围为100度至130度。

20、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

21、本发明技术方案提供的电容器件中，各上层的第一电极层位于其下层的第二电极层的第一侧壁和部分顶部表面，第二电极层的第一侧壁和第二电极层的顶部表面之间具有第一夹角，第一夹角为钝角，第一夹角较大，使得与第一电极层相邻的第二电极层的角部尖锐度减小，利于减小第二电极层的角部和第一电极层之间的电场强度，从而提高电容的可靠性；同理，第一电极层的第二侧壁和第一电极层的顶部表面之间夹角为钝角也利于提高电容的可靠性。

22、本发明技术方案提供的电容器件的形成方法中，形成的第二电极层的第一侧壁和第二电极层的顶部表面之间具有第一夹角，第一夹角为钝角，第一夹角较大，使得与第一电极层相邻的第二电极层的角部尖锐度减小，利于减小第二电极层的角部和第一电极层之间的电场强度，从而提高电容的可靠性；同理，第一电极层的第二侧壁和第一电极层的顶部表面之间夹角为钝角也利于提高电容的可靠性。