[发明专利]MIM电容及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种MIM电容及其形成方法。

背景技术

电容元件常用于如射频IC、单片微波IC等集成电路中作为电子无源器件。常见的电容元件包括金属氧化物半导体（MOS）电容、PN结电容以及MIM（metal-insulator-metal，简称MIM）电容等。其中，MIM电容在某些特殊应用中提供较优于MOS电容以及PN结电容的电学特性，这是由于MOS电容以及PN结电容均受限于其本身结构，在工作时电极容易产生空穴层，导致其频率特性降低。而MIM电容可以提供较好的频率以及温度相关特性。此外，在半导体制造中，MIM电容可形成于层间金属以及铜互连制程，也降低了与CMOS前端工艺整合的困难度及复杂度。

参考图1，现有CMOS集成工艺制作的MIM电容，包括：基底100，位于所述基底100中的导电层103；位于所述基底100上的介质层101，所述介质层101中具有暴露所述导电层103表面的开口；位于开口的底部和侧壁的第一金属层103，第一金属层103作为MIM电容的第一电极板；位于第一金属层103表面的绝缘层104，绝缘层104作为MIM电容的电介质层；位于绝缘层105上的第二金属层105，第二金属层105填充满开口，第二金属层105作为MIM电容的第二电极板。

MIM电容工作时，只需在导电层103和第二金属层105上施加工作电压，但是现有的MIM电容在工作时易产生漏电流，影响MIM电容的稳定性。

更多关于MIM电容的介绍请参考公开号为US2008/0290459A1的美国专利文献。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种具有较小的漏电流的MIM电容及其形成方法。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种MIM电容的形成方法，包括：提供基底，所述基底内形成有导电层；在所述基底上形成刻蚀停止层；在刻蚀停止层上形成介质层；刻蚀所述介质层和刻蚀停止层，形成暴露所述导电层的凹槽；在所述凹槽的侧壁和底部表面以及介质层表面形成第一金属层；在所述第一金属层上形成牺牲层，牺牲层填充满凹槽；回刻蚀去除介质层表面的牺牲层以及凹槽内的部分厚度的所述牺牲层，暴露出介质层表面的第一金属层以及凹槽侧壁上的部分第一金属层；刻蚀去除介质层表面暴露的第一金属层以及凹槽侧壁上暴露的部分第一金属层，凹槽内剩余的部分第一金属层作为MIM电容的第一电极板；去除凹槽内剩余的牺牲层；去除凹槽内剩余的牺牲层后，在第一电极板和介质层的表面、以及凹槽的部分侧壁表面形成电介质材料层；在所述电介质材料层的表面形成第二金属层；在第二金属层上形成第三金属层，第三金属层填充满凹槽；化学机械研磨所述第三金属层、第二金属层和电介质材料层，以介质层表面为停止层，凹槽内剩余的部分第二金属层和第三金属层作为MIM电容的第二电极板，凹槽内剩余的部分电介质材料层作为MIM电容的电介质层。

可选的，所述凹槽内的牺牲层的回刻蚀的厚度为凹槽深度的5%~30%。

可选的，所述凹槽的深度为1000~10000埃，所述凹槽内的牺牲层的回刻蚀的厚度为100~2000埃。

可选的，所述牺牲层的材料为底部抗反射涂层、无定形碳、高分子聚合物、多晶硅或无定形硅。

可选的，所述第一金属层的材料包括Ti、Ta、Ru、TiN或TaN中的一种或几种。

可选的，去除部分所述第一金属层的工艺为等离子体刻蚀或湿法刻蚀。

可选的，所述第二金属层的材料与第一金属层的材料相同，所述第二金属层的材料包括Ti、Ta、Ru、TiN或TaN中的一种或几种。

可选的，所述电介质材料层的介电常数为5~200，厚度为10~200埃。

可选的，所述电介质材料层为高K介电材料。

可选的，高K介电材料为HfO₂、TiO₂、HfZrO、HfSiNO、Ta₂O₅、ZrO₂、ZrSiO₂、Al₂O₃、SrTiO₃或BaSrTiO。

可选的，进行化学机械研磨之后，在所述剩余的第三金属层和第二金属层表面形成扩散阻挡层。

可选的，所述扩散阻挡层的材料为CoWP、CuSiAl、CuAl、CuAlN或CuMn。