金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法、存储器单元技术

本发明专利技术提供一种金属层‑绝缘层‑金属层电容器的制作方法，适于应用于集成电路的片内电容，包括：提供半导体衬底及位于半导体衬底表面的第一介质层；定义电容的上极板区域，刻蚀上极板区域的第一介质层至某一深度；定义电容的下极板区域，下极板区域位于上极板区域之内，刻蚀下极板区域的第一介质层形成若干通孔或沟槽，暴露出半导体衬底表面；于下极板区域形成电容下极板；于电容下极板、上极板区域依次形成电容介质层、电容上极板。本发明专利技术还提供一种存储单元。本发明专利技术形成立体结构的MIM电容器，兼容现有半导体工艺，大大提高了电容器的单位电容，而且避免了量产中的尺寸变化或者对准漂移引起的上下极板之间的潜在短路风险，提高了可靠性。

Manufacturing method and memory unit of metal insulation metal layer capacitor

【技术实现步骤摘要】
金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法、存储器单元
本专利技术涉及集成电路领域，具体涉及一种金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法、存储器单元。
技术介绍
随着业界对于显示要求越来越高，显示分辨率不断提高，但是显示驱动芯片需要高性能和低成本同时兼顾，其中功耗问题是一个重要的关键指标。集成RAM后可以大大改善功耗，同时显示性能也有提升。同样，在其它模拟混合集成电路对于芯片的速度、数据吞吐能力等也有性能上的要求，因此也需要集成大容量RAM。传统RAM为每个单元由六到七个晶体管组成的6T/7TSRAM，但是对于高分辨率的芯片，由于存储容量达到几千万个单元，6T/7TSRAM的加入大大提高了成本，客户接受度差。为此，各种新型RAM提出来，如将每个单元的晶体管数降低到一个或两个。在此，参照DRAM的类似技术，我们可以把1T、2TSRAM作为一种新方案，即每个单元只需要一个或者两个晶体管加上一个大电容就可以达到同样的作用，相应地单位面积只有原来的三分之一，显而易见的面积优势。这个方案需要大容量电容来支持，但大电容值往往带来的就是增大芯片面积，抵消了以上的晶体管减少带来的优势，反而提高制造成本。因此，如何提高单位芯片面积上的电容值（即电容密度），是1T、2TSRAM成功的关键。现有的电容器，大致可以分为前道电容器和后道电容器，前道电容器例如MOS电容器、PN结电容器，后道电容器例如MIM（金属层-绝缘层-金属层）电容器、MOM（金属层-氧化层-金属层）电容器。其中，MIM电容器可以提供较好的频率以及温度相关特性，并且可形成于层间金属互连制程，降低与CMOS前端工艺整合的困难度及复杂度，因而被广泛用于各种集成电路例如模拟-逻辑、模拟-数字、混合信号以及射频电路中。传统的MIM电容器通常为平面结构，包括电容下极板、电容介质层以及电容上极板，形成两层金属电极之间夹着绝缘介质层的三明治结构。但是对于平面结构的MIM电容器，其单位电容密度最多只能达到2fF/μm2，无法满足1T、2TSRAM的高密度电容的要求，所以，立体结构的电容被提出采用。和传统的平板型电容相比较，立体结构的电容单位电容大，可以满足无法满足1T、2TSRAM的高密度电容的要求。但是这个大电容的结构设计和制作工艺是关键，如果采用传统平板MIM电容的制作方式，即上下极板一起刻蚀，会有上下极板短路引起的良率问题和长期可靠性问题，同时在生产中MIM电容模块的存在，导致介质层高度差，减小了光刻的工艺窗口，同样导致严重良率问题。本专利技术改革其制造工艺方法，从而消除可靠性问题，提高良率。
技术实现思路
本专利技术提供一种金属层-绝缘层-金属层电容器结构及其的制作方法，适于应用于作为新型随机存取存储器内电容，满足1T、2TSRAM的高密度电容的要求。为实现上述目的，本专利技术提供一种金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，适于应用于集成电路的片内电容，包括如下步骤：提供半导体衬底及位于半导体衬底表面的第一介质层；定义电容的上极板区域，刻蚀上极板区域的第一介质层至某一深度；定义电容的下极板区域，下极板区域位于上极板区域之内，刻蚀下极板区域的第一介质层形成若干通孔或沟槽，暴露出半导体衬底表面；于下极板区域的通孔或沟槽中形成电容下极板；于电容下极板、上极板区域依次形成电容介质层、电容上极板。优选的，于下极板区域形成电容下极板的步骤包括：于第一介质层表面、通孔或沟槽的侧壁、底部沉积第一金属层，于通孔或沟槽中填充非定型碳或者光刻胶类涂覆材料，回刻第一金属层，形成电容下极板。优选的，所述非定型碳或者光刻胶类涂覆材料填充高度低于第一介质层表面，使得电容介质层的边缘延伸越过电容下极板的边缘以电性隔离电容上极板和电容下极板。优选的，定义上极板区域或下极板区域的步骤包括：于第一介质层表面形成图形化的非定型碳或光刻胶类涂覆材料，通过光刻工艺定义上极板区域或上极板区域。优选的，所述非定型碳由采用化学气相沉积或者溶胶方法制备，主要成分为非定型态的碳。优选的，所述光刻胶类涂覆材料包括光刻胶、SOC，室温下为液态，采用涂覆法制备。优选的，刻蚀上极板区域的第一介质层至某个深度时，刻蚀上极板区域的第一介质层形成L形状。优选的，刻蚀上极板区域的第一介质层至某个深度，所述深度不超过第一介质层在截面方向的深度。优选的，所述通孔或沟槽的截面形状为三角形、矩形、多边形、圆形、椭圆形中的任意一种或多种组合。优选的，形成电容介质层、电容上极板的步骤包括：于电容下极板、第一介质层上依次沉积第二介质层、第二金属层；定义接触孔或接触槽区域，依次刻蚀该区域的第二金属层、第二介质层、第一介质层，暴露出半导体衬底表面，形成接触孔或接触槽；于所述接触孔或接触槽、下极板区域及上极板区域中依次填充第三金属层、第四金属层；去除接触孔或接触槽、下极板区域及上极板区域外的第二介质层、第二金属层、第三金属层、第四金属层；剩余的第二介质层作为电容介质层，下极板区域及上极板区域中剩余的第二金属层、第三金属层、第四金属层组成电容上极板。优选的，所述第二介质层的材质为介电常数K值大于3.9的高介电常数薄膜中的任意一种或多种组合。优选的，所述高介电常数薄膜为锆氧化物、铝氧化物、氮化硅、铪氧化物、钇氧化物、氧化硅、钽氧化物、镧氧化物、钛氧化物中的任意一种或多种组合。优选的，所述第一金属层、所述第二金属层、所述第三金属层和所述第四金属层的材质为铝、铝铜合金、氮化钛、氮化钽、氮化钨、碳化钨、铜、钛、钽、钴、钨、钌、钼、过渡元素金属中的任意一种或多种组合。优选的，采用回刻蚀或者化学机械抛光去除接触孔或接触槽、下极板区域及上极板区域外的第二介质层、第二金属层、第三金属层、第四金属层，并停止于第一介质层。相应的，本专利技术还提供一种存储器单元，包括：一个存储电容及并联的两个场效应晶体管或一个场效应晶体管，所述存储电容为上述任意一项步骤中涉及的电容器。与现有技术相比，本专利技术的具有如下技术效果：本专利技术通过革新立体结构的MIM电容器制作工艺方法，避免了采用传统平板MIM电容制作方法带来的上下极板短路引起的良率问题和长期可靠性问题，消除了传统MIM电容带来的介质层高度差，减小了光刻的工艺窗口，提高了良率。满足了LCD驱动电路、模拟混合电路等1T、2TSRAM中大电容的需求。附图说明图1为本专利技术实施例一中的半导体衬底示意图；图2为本专利技术实施例一中定义下极板区域的示意图；图3为本专利技术实施例一中定义上基板区域的示意图；图4为本专利技术实施例一中形成第一金属层的示意图；图5为本专利技术实施例一中通孔或沟槽中填充非定型碳或光刻胶类涂覆材料示意图；图6为本专利技术实施例一中电容下极板的示意图；图7为本专利技术实施例一中第二介质层、第二金属层的示意图；图8为本专利技术实施例一中接触孔或接触槽的示意图；图9为本专利技术实施例一中形成第三金属层、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，适于应用于集成电路的片内电容，其特征在于，包括如下步骤：/n提供半导体衬底及位于半导体衬底表面的第一介质层；/n定义电容的上极板区域，刻蚀上极板区域的第一介质层至某一深度；/n定义电容的下极板区域，下极板区域位于上极板区域之内，刻蚀下极板区域的第一介质层形成若干通孔或沟槽，暴露出半导体衬底表面；/n于下极板区域的通孔或沟槽中形成电容下极板；/n于电容下极板、上极板区域依次形成电容介质层、电容上极板。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，适于应用于集成电路的片内电容，其特征在于，包括如下步骤：
提供半导体衬底及位于半导体衬底表面的第一介质层；
定义电容的上极板区域，刻蚀上极板区域的第一介质层至某一深度；
定义电容的下极板区域，下极板区域位于上极板区域之内，刻蚀下极板区域的第一介质层形成若干通孔或沟槽，暴露出半导体衬底表面；
于下极板区域的通孔或沟槽中形成电容下极板；
于电容下极板、上极板区域依次形成电容介质层、电容上极板。


2.如权利要求1所述的金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，其特征在于，于下极板区域形成电容下极板的步骤包括：于第一介质层表面、通孔或沟槽的侧壁、底部沉积第一金属层，于通孔或沟槽中填充非定型碳或者光刻胶类涂覆材料，回刻第一金属层，形成电容下极板。


3.如权利要求2所述的金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，其特征在于，所述非定型碳或者光刻胶类涂覆材料填充高度低于第一介质层表面，使得电容介质层的边缘延伸越过电容下极板的边缘以电性隔离电容上极板和电容下极板。


4.如权利要求1所述的金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，其特征在于，定义上极板区域或下极板区域的步骤包括：于第一介质层表面形成图形化的非定型碳或光刻胶类涂覆材料，通过光刻工艺定义上极板区域或上极板区域。


5.如权利要求2至4中任意一项所述的金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，其特征在于，所述非定型碳是由采用化学气相沉积或者溶胶方法制备的材料，主要成分为非定型态的碳。


6.如权利要求2至4中任意一项所述的金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，其特征在于，所述光刻胶类涂覆材料包括光刻胶、SOC，室温下为液态，采用涂覆法制备。


7.如权利要求1所述的金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，其特征在于，刻蚀上极板区域的第一介质层至某个深度时，刻蚀上极板区域的第一介质层形成L形状。


8.如权利要求1所述的金属层-绝缘层-金属层电容器的制作方法，其特征在于，刻蚀上极板区域的第一介质层至某个深度，所述深度不超过第一介质层在截面方向的深度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俭，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31