[发明专利]形成铜互连MIM电容器结构的方法及所形成的结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属-绝缘体-金属(MIM，metal-insulator-metal)电容器结构及其制作工艺，尤其是一种涉及铜互连技术的MIM电容器结构及其制造工艺，属于半导体制造技术领域。

背景技术

随着超大规模集成电路的发展，为了按照摩尔定律的缩放比例创建单元面积增大的电容，与此同时确保各种应用所需的高水平性能(泄漏、击穿或电压线性)，MIM电容器就是关键的元器件。MIM电容器通常是一种三明治结构，其上层金属电极和下层金属电极之间被一层薄绝缘层隔离。在传统的铝互连技术中MIM电容器的金属电极曾采用AlCu合金材料，如今铜已经取代铝成为超大规模集成电路制造中的主流互连技术，因此，铜电极的MIM电容器结构得到了广泛地应用。

在铜互连技术中，采用铜镶嵌工艺，即双大马士革工艺(Dual Damascene)，如图1所示，可包括如下步骤：1)首先沉积一层薄的刻蚀停止层(Si₃N₄)；2)接着在上面沉积一定厚度的绝缘层(SiO₂)；3)然后光刻出微通孔(Via)；4)对通孔进行部分刻蚀；5)之后再光刻出沟槽(Trench)；6)继续刻蚀出完整的通孔和沟槽；7)接着是溅射(PVD)扩散阻挡层(TaN/Ta)和铜种籽层(Seed Layer)。Ta的作用是增强与Cu的黏附性，种籽层是作为电镀时的导电层；8)之后就是铜互连线的电镀工艺；9)最后是退火和化学机械抛光(CMP)，对铜镀层进行平坦化处理和清洗。在制作铜电极MIM电容器结构时需要其工艺与铜互连制程工艺兼容，并且随着集成电路集成度的进一步提高，需要在有限的电极面积内，进一步增大电容器容量。

鉴于此，本发明公开一种形成MIM电容器结构的方法及所形成的结构，该方法与铜互连制程工艺兼容的同时，可增大电容器容量，简化工艺步骤，节约生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种形成铜互连MIM电容器结构的方法及所形成的结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种形成铜互连MIM电容器结构的方法，包括以下步骤：

步骤一，在第一绝缘层中制造第一铜导电图形；

步骤二，在所述第一绝缘层上形成第一刻蚀停止层，在所述第一刻蚀停止层上形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层中制造至少一个第一铜通孔栓使之与所述第一铜导电图形相连；

步骤三，在所述第二绝缘层上形成第二刻蚀停止层，在所述第二刻蚀停止层上形成第三绝缘层；

步骤四，从所述第三绝缘层向下，刻蚀掉所述第一铜通孔栓周围的第二、三绝缘层及第一、二刻蚀停止层材料，使所述第一铜通孔栓的上表面、侧面及所述第一铜导电图形的部分上表面露出，形成凹陷区域；

步骤五，在步骤四所得结构表面形成介电层，之后在覆盖有所述介电层的凹陷区域内填充保护材料；

步骤六，从所述第三绝缘层上的介电层向下刻蚀，形成其他铜导电图形所需的沟槽；

步骤七，去除所述保护材料；

步骤八，在覆盖有所述介电层的凹陷区域内镀铜形成MIM电容器的上电极，同时在步骤六刻蚀出的沟槽中镀铜完成所述其他铜导电图形，得到铜互连MIM电容器结构。

进一步地，步骤二还包括：在所述第二绝缘层中，于所述第一铜通孔栓周围制造第二铜通孔栓，使所述第二铜通孔栓与所述第一铜导电图形相连。其中，所述第二铜通孔栓的侧面，靠近所述第一铜通孔栓的部分，经步骤四的刻蚀后露出。

进一步地，步骤二还包括于所述第二绝缘层中制造第三铜通孔栓，使所述第三铜通孔栓与所述第一铜导电图形相连。

另外，本发明还提供三种采用前述方法制备的MIM电容器结构：

第一种采用前述方法制备的MIM电容器结构，包括所述第一铜通孔栓，所述第一铜通孔栓及与之相连的所述第一铜导电图形作为下电极。

第二种采用前述方法制备的MIM电容器结构，包括：所述第一铜通孔栓、所述第二铜通孔栓；所述第一铜通孔栓、所述第二铜通孔栓以及与它们相连的所述第一铜导电图形作为下电极。

第三种采用前述方法制备的MIM电容器结构，包括：所述第一铜通孔栓、所述第二铜通孔栓、所述第三铜通孔栓；所述第一铜通孔栓、所述第二铜通孔栓、所述第三铜通孔栓以及与它们相连的所述第一铜导电图形作为下电极。

本发明还提供一种采用上述方法制备的带有MIM电容器的铜互连结构。