專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金屬-氧化物-金屬電容的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬-氧化物-金屬(metal-oxide-meter,簡(jiǎn)稱(chēng)Μ0Μ)電容的形成方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體集成電路中，與電路制作在同一芯片上的集成電容被廣泛地應(yīng)用。其形式主要有金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal,簡(jiǎn)稱(chēng)MIM)和MOM電容兩種，其中，MIM電容使用上下層金屬作為電容極板，至少需使用2層金屬，其電容量主要由電容所占面積決定，因此，在需要大電容的場(chǎng)合中使用M頂電容會(huì)引起成本大大增加；而MOM電容采用指狀結(jié)構(gòu)和疊層相結(jié)合的方法可以在相對(duì)較小的面積上制作容量更大的電容，因此，在設(shè)計(jì)大容量集成電容時(shí)設(shè)計(jì)者更青睞這類(lèi)電容?！OM指狀結(jié)構(gòu)電容在同一金屬層內(nèi)制作電容的兩個(gè)電極，每個(gè)電極延伸出數(shù)個(gè)指狀極板，兩個(gè)電極的指狀極板相互平行且以相互交錯(cuò)的形式放置，這些交錯(cuò)放置的指狀極板之間以當(dāng)前層的層間介質(zhì)作為絕緣層形成MOM電容。為了增加電容量，還可以用相同的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一定角度制作在當(dāng)前MOM電容的上層金屬或者下層金屬之中而形成疊層的結(jié)構(gòu)，同一電極不同層的金屬可以通過(guò)通孔層連接形成一個(gè)整體。這樣的一個(gè)疊層MOM電容包含層間電容以及上下金屬層之間的電容，可以進(jìn)一步提高集成電容的電容量。根據(jù)平板電容的計(jì)算公式電容量=真空介電常數(shù)XkX面積/極板間距。即電容量與絕緣層介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)k以及金屬極板面積成正比，與兩極板間的距離成反比。由于特定工藝中，k值固定，金屬間距受設(shè)計(jì)規(guī)則和工藝限制，上述的指狀加疊層結(jié)構(gòu)的電容若要提高電容量，只能通過(guò)增加指狀極板的長(zhǎng)度或者數(shù)量或者增加堆疊金屬層的方法來(lái)增加電容量。前者將導(dǎo)致電容面積增加，后者會(huì)使其所占據(jù)的金屬層增加并且對(duì)電路的后端布局布線產(chǎn)生影響。因此，如何通過(guò)一種有效的手段在提高M(jìn)OM電容容量的同時(shí)又可以減小電容所占芯片面積，是業(yè)界急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法，該方法通過(guò)使用一種雙重圖形化(double pattern)工藝,分別形成MOM電容的兩個(gè)電極，從而得到小于設(shè)計(jì)規(guī)則及光刻工藝約束的極板間間距。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法，其中，所述MOM電容包括第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極均采用指狀結(jié)構(gòu)，分別由數(shù)個(gè)相互平行的指狀極板單端相連而成，所述第一電極與第二電極相對(duì)交錯(cuò)排布，位于同層絕緣介質(zhì)中；其特征在于，所述形成方法包括如下步驟
提供一晶圓基底；
在所述晶圓基底上沉積金屬層；
通過(guò)兩次圖形化工藝，在所述金屬層中分別形成第一電極與第二電極；在所述晶圓表面沉積絕緣介質(zhì)層，形成MOM電容。優(yōu)選的，在所述金屬層中分別形成第一電極和第二電極的步驟包括
A.在所述金屬層表面沉積硬掩膜介質(zhì)層；
B.在所述硬掩膜介質(zhì)層上涂布第一光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第一光刻膠層定義第一電極圖形，完成第一次圖形化工藝；
C.對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理；
D.在所述晶圓表面涂布第二光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第二光刻膠層定義第二電極圖形，完成第二次圖形化工藝；
E.以經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層和第二光刻膠層為掩膜，對(duì)所述硬掩膜介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕；
F.以經(jīng)過(guò)刻蝕的所述硬掩膜介質(zhì)層為掩膜，對(duì)所述金屬層進(jìn)行刻蝕，形成第一電極和
第二電極。優(yōu)選的，在對(duì)所述硬掩膜介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，還包括去除所述第一光刻膠層和第二光刻膠層的步驟。優(yōu)選的，對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理是通過(guò)光刻膠的后烘烤工藝實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選的，對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理所采用的溫度為100。。 250。。。優(yōu)選的，在所述金屬層表面沉積硬掩膜介質(zhì)層是通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選的，在所述金屬層中分別形成第一電極和第二電極的步驟包括
A.在所述金屬層表面涂布第一光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第一光刻膠層定義第一電極圖形，完成第一次圖形化工藝；
B.對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理；
C.在所述晶圓表面涂布第二光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第二光刻膠層定義第二電極圖形，完成第二次圖形化工藝；
D.以經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層和第二光刻膠層為掩膜，對(duì)所述金屬層進(jìn)行刻蝕，形成第一電極和第二電極。優(yōu)選的，對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理是通過(guò)光刻膠的后烘烤工藝實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選的，對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理所采用的溫度為100。。 250。。。優(yōu)選的，在所述晶圓表面沉積絕緣介質(zhì)層后，還包括利用化學(xué)拋光工藝對(duì)所述絕緣介質(zhì)層進(jìn)行平坦化步驟。優(yōu)選的，所述金屬層的材料為鋁。優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體基底包括襯底及形成在所述襯底上的前道器件和N層后道金屬層，其中，N為大于等于零的整數(shù)。本發(fā)明將一種特殊的雙重圖形化(double pattern)工藝應(yīng)用于MOM電容制造領(lǐng)域，通過(guò)兩次圖形化工藝分別形成MOM電容的兩個(gè)電極的做法，可以得到小于光刻工藝約束的圖形間距，大大減少了相鄰兩個(gè)電極指狀極板之間的距離，在提高M(jìn)OM電容容量的同時(shí)又可以減小電容所占芯片面積。從另一個(gè)角度理解，通過(guò)使用本發(fā)明的形成方法，在實(shí)現(xiàn)同樣電容量的情況下，電容占據(jù)的面積更小，或者使用的金屬層數(shù)更少。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例中金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的結(jié)構(gòu)俯視 圖2是本發(fā)明金屬-氧 化物-金屬(MOM)電容形成方法的一個(gè)較佳實(shí)施例的流程示意
圖
圖3 9是圖I沿AA’方向剖切用以說(shuō)明采用圖2所示方法形成本發(fā)明金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明利用示意圖對(duì)具體結(jié)構(gòu)及方法進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。請(qǐng)參閱圖1，圖I是本發(fā)明實(shí)施例中金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的結(jié)構(gòu)俯視圖。如圖所不，該MOM電容包括第一電極7和第二電極8。第一電極7由多根相互平行的指狀極板7a單端相連而成，第二電極8由多根相互平行的指狀極板8a單端相連而成。所述第一電極7和第二電極8以相互交叉的形式相對(duì)交錯(cuò)排列，且位于同一金屬層中，即制作在同層絕緣介質(zhì)中。所述第一電極指狀極板7a的寬度小于所述第二電極相鄰指狀極板8a之間的距離且所述第二電極指狀極板8a的寬度小于所述第一電極相鄰指狀極板7a之間的距離。在本實(shí)施例中，所述第一電極指狀極板7a的寬度為W1，所述第一電極相鄰指狀極板之間的距離為W3,所述第二電極的指狀極板8a的寬度為W2，所述第二電極相鄰指狀極板之間的距離為W4,第一電極指狀極板和相鄰的第二電極指狀極板之間的距離為W5。為方便說(shuō)明及比較，本實(shí)施例中的版圖尺寸均以O(shè). ISum鋁后道互聯(lián)工藝第二金屬層的版圖設(shè)計(jì)規(guī)則為基礎(chǔ)。雖然各廠商就該技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則的相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)有些微差距，但并不影響對(duì)于本發(fā)明保護(hù)范圍的闡述。在傳統(tǒng)的制造工藝中，上述第一電極指狀極板7a的寬度W1和第二電極的指狀極板8a的寬度W2都必須大于等于最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸O. 28um，第一電極相鄰指狀極板間的距離W3,第二電極相鄰指狀極板間的距離W4以及相鄰兩電極指狀極板間的距離W5均必須大于等于最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸O. 28um。由此我們可以看出，如果能通過(guò)改變工藝方法減少相鄰兩電極指狀極板之間的間距，在本實(shí)施例中為W5，使其小于最小設(shè)計(jì)規(guī)則，就可以增加電容量，同時(shí)達(dá)到縮小pitch,減少面積的目的。現(xiàn)結(jié)合附圖2 8，通過(guò)一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明形成圖I所述金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的一種新形成方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖2為本發(fā)明金屬-氧化物-金屬(MOM)電容形成方法的一個(gè)較佳實(shí)施例的流程示意圖。在本實(shí)施例中，MOM電容形成方法包括步驟SOl S07，步驟SOl S07分別通過(guò)附圖3-9予以體現(xiàn)，附圖3-9為圖I所示MOM電容沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參閱圖2，如圖所示，在本發(fā)明的該實(shí)施例中，金屬-氧化物-金屬(MOM)電容形成方法包括如下步驟
步驟SOl :請(qǐng)參閱圖3，提供一半導(dǎo)體基底I，所述半導(dǎo)體基底包括襯底以及形成在所述襯底上的前道器件和N層后道金屬層(圖中未示)，其中，N為大于等于零的整數(shù)。當(dāng)N為零時(shí)，所述半導(dǎo)體基底僅包括襯底及形成在所述襯底上的前道器件。步驟S02 :仍參閱圖3，在所述半導(dǎo)體基底I上利用金屬濺射技術(shù)沉積金屬層2，所述金屬層材料為鋁(Al)。步驟S03:仍參閱圖3，在所述金屬層表面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)沉積硬掩膜介質(zhì)層3，所述硬掩膜介質(zhì)層的材料可以為氮化硅。步驟S04，請(qǐng)參閱圖3及圖4，首先，在所述硬掩膜介質(zhì)層3上涂布第一光刻膠層4。利用第一掩膜版Ml對(duì)所述光刻膠進(jìn)行曝光、顯影，在所述第一光刻膠層4中定義第一電極·圖形，完成第一次圖形化工藝。所述第一電極指狀極板的寬度W1采用最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸，在本實(shí)施例中具體為O. 28um。所述第一電極相鄰指狀極板間的距離W3，在大于第二電極指狀極板寬度的同時(shí)滿(mǎn)足大于等于最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸O. 28um即可，在第二電極指狀極板寬度也采用最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸O. 28um的情況下，該距離只要大于O. 28um即可，本實(shí)施例中選用 O. 48mο步驟S05，請(qǐng)參閱圖5，通過(guò)光刻膠的后烘烤技術(shù)對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層4進(jìn)行固化處理。所述固化處理所采用的溫度在100°C 250°C之間。步驟S06，首先請(qǐng)參閱圖5，在所述晶圓表面涂布第二光刻膠層5，接著請(qǐng)參閱圖6，利用第二掩膜版仏對(duì)所述光刻膠進(jìn)行曝光、顯影，在所述第二光刻膠層5中定義第二電極圖形，完成第二次圖形化工藝。所述第二電極指狀極板的寬度W2采用最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸，在本實(shí)施例中具體為O. 28um，所述第二電極相鄰指狀極板之間的距離W4只要在大于第一電極指狀極板寬度的同時(shí)滿(mǎn)足大于等于最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸O. 28um即可，在本實(shí)施例中，具體選用0.48um。為達(dá)到較好的技術(shù)效果，第二電極指狀極板和相鄰的第一電極指狀極板之間的距離均為W5,在本實(shí)施例中具體為(O. 48-0. 28)/2um,即O. lum。經(jīng)常，由于受到工藝的影響，也會(huì)出現(xiàn)第二電極和相鄰的第一電極之間的距離不一致的情況，這些情況也應(yīng)理解為被涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。在該步驟中，經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層4已經(jīng)經(jīng)過(guò)了固化處理，因此不會(huì)在第二光刻膠層5的涂布、曝光和顯影中受到影響。同時(shí)，由于晶圓在前后兩次曝光過(guò)程中一直在黃光區(qū)內(nèi)操作，相對(duì)于采用其他的雙重圖形化工藝，如雙曝光雙刻蝕技術(shù)，可以進(jìn)一步縮減工藝處理時(shí)間，增加晶圓產(chǎn)出速率(throughput)。步驟S07，請(qǐng)參閱圖7，以經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層4和第二光刻膠層5為掩膜，對(duì)所述硬掩膜介質(zhì)層3進(jìn)行刻蝕；
步驟S08，請(qǐng)參閱圖8，以經(jīng)過(guò)刻蝕的所述硬掩膜介質(zhì)層3為掩膜，對(duì)所述鋁金屬層2進(jìn)行刻蝕，形成第一電極7和第二電極8。在進(jìn)行本步驟時(shí)，經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層4和第二光刻膠層5可以保留(圖中未示)，也可以先行去除。步驟S9，請(qǐng)參閱圖9，在所述晶圓表面沉積絕緣介質(zhì)層6，并利用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)所述絕緣介質(zhì)層6進(jìn)行平坦化，同時(shí)去除所述硬掩膜介質(zhì)層3(如果經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層4和第二光刻膠層5在之前的步驟中尚未被去除，則將在平坦化工藝中被一并去除),最終形成MOM電容。根據(jù)圖形轉(zhuǎn)移機(jī)理，從上述說(shuō)明中可以看出，通過(guò)本實(shí)施例所最終得到的第一電極指狀極板7a的寬度W1為O. 28um,第二電極的指狀極板8a的寬度W2為O. 28um,相鄰兩電極指狀極板間的距離W5為O. lum。在本實(shí)施例中，同一電極相鄰兩個(gè)指狀極板之間的距離均選用了 O. 48um,遠(yuǎn)大于最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸O. 28um,極大地緩解刻蝕壓力，當(dāng)然,本實(shí)施例中的該數(shù)值可以更小，理論上大于O. 28um即可，所以最終所得到的相鄰兩電極指狀極板間的距離W5也可以更小。
根據(jù)平板電容的計(jì)算公式，電容量=真空介電常數(shù)XkX面積/極板間距。在均采用最小設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸的情況下，利用傳統(tǒng)制造工藝得到的相鄰兩個(gè)電極指狀極板間的距離最小為O. 28um，而在本實(shí)施例中使用本發(fā)明方法得到的相鄰兩個(gè)電極指狀極板之間的距離僅為O. lum。后者單位面積的電容密度為前者的3. 56倍，
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法，其中，所述MOM電容包括第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極均采用指狀結(jié)構(gòu)，分別由數(shù)個(gè)相互平行的指狀極板單端相連而成，所述第一電極與第二電極相對(duì)交錯(cuò)排布，位于同層絕緣介質(zhì)中； 其特征在于，所述形成方法包括如下步驟 提供一晶圓基底； 在所述晶圓基底上沉積金屬層； 通過(guò)兩次圖形化工藝，在所述金屬層中分別形成第一電極與第二電極； 在所述晶圓表面沉積絕緣介質(zhì)層，形成MOM電容。
2.如權(quán)利要求I所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，在所述金屬層中分別形成第一電極和第二電極的步驟包括 A.在所述金屬層表面沉積硬掩膜介質(zhì)層； B.在所述硬掩膜介質(zhì)層上涂布第一光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第一光刻膠層定義第一電極圖形，完成第一次圖形化工藝； C.對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理； D.在所述晶圓表面涂布第二光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第二光刻膠層定義第二電極圖形，完成第二次圖形化工藝； E.以經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層和第二光刻膠層為掩膜，對(duì)所述硬掩膜介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕； F.以經(jīng)過(guò)刻蝕的所述硬掩膜介質(zhì)層為掩膜，對(duì)所述金屬層進(jìn)行刻蝕，形成第一電極和第二電極。
3.如權(quán)利要求2所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，在對(duì)所述硬掩膜介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，還包括去除所述第一光刻膠層和第二光刻膠層的步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，在所述金屬層表面沉積硬掩膜介質(zhì)層是通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝實(shí)現(xiàn)的。
5.如權(quán)利要求I所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，在所述金屬層中分別形成第一電極和第二電極的步驟包括 A.在所述金屬層表面涂布第一光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第一光刻膠層定義第一電極圖形，完成第一次圖形化工藝； B.對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理； C.在所述晶圓表面涂布第二光刻膠層，通過(guò)曝光、顯影，在所述第二光刻膠層定義第二電極圖形，完成第二次圖形化工藝； D.以經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層和第二光刻膠層為掩膜，對(duì)所述金屬層進(jìn)行刻蝕，形成第一電極和第二電極。
6.如權(quán)利要求2或5所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理是通過(guò)光刻膠的后烘烤工藝實(shí)現(xiàn)的。
7.如權(quán)利要求2或5所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，對(duì)經(jīng)過(guò)圖形化的所述第一光刻膠層進(jìn)行固化處理所采用的溫度為100°c 250°C。
8.如權(quán)利要求I所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，在所述晶圓表面沉積絕緣介質(zhì)層后，還包括利用化學(xué)拋光工藝對(duì)所述絕緣介質(zhì)層進(jìn)行平坦化步驟。
9.如權(quán)利要求I所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，所述金屬層的材料為鋁。
10.如權(quán)利要求I所述的一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法,其特征在于，所述半導(dǎo)體基底包括襯底及形成在所述襯底上的前道器件和N層后道金屬層，其中，N為大于等于零的整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的形成方法，其包括提供一晶圓基底；在所述晶圓基底上沉積金屬層；通過(guò)兩次圖形化工藝，在所述金屬層中分別形成第一電極與第二電極；在所述晶圓表面沉積絕緣介質(zhì)層，形成MOM電容。通過(guò)本發(fā)明的方法，可以得到小于光刻工藝約束的圖形間距，大大減少了相鄰兩個(gè)電極指狀極板之間的距離，從而在提高M(jìn)OM電容容量的同時(shí)又可以減小電容所占芯片面積。
文檔編號(hào)H01L21/027GK102881565SQ201210404988
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者王全, 全馮溪, 周偉 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司