金属-绝缘体-金属(MIM)电容器制造技术

一种形成具有铜顶板和铜底板的金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属
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绝缘体
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金属(MIM)电容器
[0001]相关专利申请
[0002]本申请要求于2020年2月24日提交的共同拥有的美国临时专利申请号62/980,485的优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。


[0003]本公开涉及金属
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绝缘体
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金属(MIM)电容器，并且更具体地涉及具有铜顶板和铜底板的MIM电容器。

技术介绍

[0004]金属
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绝缘体
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金属(MIM)电容器是由金属顶板、金属底板和夹置在两个金属板之间的绝缘体(电介质)构造的电容器。
[0005]MIM电容器是许多电路、例如许多模拟、混合信号和射频互补金属氧化物半导体(RFCMOS)电路中的重要部件。由于更低的电阻、更好的匹配和/或更好的信噪比，MIM电容器典型地提供比替代方案诸如POP(聚合
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氧化物
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聚合)电容器和MOM(金属
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氧化物
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金属横向通量)电容器更好的性能。
[0006]MIM电容器典型地例如使用现有的顶部
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1金属层作为底板构建在顶部金属层的正下方；典型地使用不同金属(例如，Ti/TiN、Ta/TaN、W)或有时使用与顶部
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1金属相同的金属构造顶板；以及通过相应通孔将上覆的顶部金属层连接到电容器的顶板和底板。顶板典型地具有比底板更高的电阻，例如，因为顶板可能受到厚度约束和/或用于集成在相关IC结构中的材料选项的限制，从而限制了常规MIM电容器的性能。
[0007]图1A和图1B示出了常规MIM电容器结构的两个示例。图1A示出了构建在铝互连件上的常规MIM电容器100A。MIM电容器100A包括形成在铝底板114A(顶部
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1金属层)与金属顶板116A(例如，Ti、TiN或Al)之间的绝缘层112A。Al底板114A和金属顶板116A各自通过一个或多个通孔124A和126A连接到(形成在顶部金属层中的)相应接触件120A和122A，例如，每个通孔通过用钨(W)或其它合适的金属填充通孔开口而形成。绝缘层112A可以是例如厚度为约的SiN层。
[0008]图1B示出了构建在铜(Cu)互连件上的另一常规MIM电容器100B。MIM电容器100B包括形成在Cu底板114B(顶部
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1金属层)与金属顶板116B(例如，Ta、TaN或TiN)之间的绝缘层112B。Cu底板114B和金属顶板116B各自通过一个或多个通孔124B和126B连接到相应接触件120B和122B(顶部金属层)，例如，每个通孔通过用钨或其它合适的金属填充通孔开口而形成。与构建在Al互连件上的电容器100A一样，构建在Cu互连件上的电容器10B的绝缘层112B可以是例如厚度为约的SiN层。层112B还用作铜底板114B的介电扩散阻挡件。
[0009]如本文所用，“通孔”是指导电通孔，该导电通孔是通过堵塞通孔开口(或“通孔孔”)或以其它方式在通孔开口中沉积导电材料(例如，钨)形成的并且因此具有相对大的电阻，例如每个通孔至少1欧姆的电阻，通孔开口具有小直径或宽度，例如小于1μm的直径或宽度。例如，常规通孔(例如，图1A和图1B中所示的通孔124A、126A、124B和/或126B)典型地具
有0.1μm至0.5μm范围内的小直径，并且例如尤其是对于由钨或其它高电阻材料形成的通孔，可以具有约10欧姆/通孔的电阻。因此，常规MIM电容器通常包括多个通孔(例如，顶板与顶板接触件之间的多个通孔和/或底板与底板接触件之间的多个通孔)以降低总电阻。如本文所用，“通孔连接”在MIM电容器的上下文中是指从电容器板(顶板或底板)延伸到上覆的导电接触件的通孔。
[0010]另外，例如与其它某些类型的电容器相比，MIM电容器典型地构建成本高。例如，与POP(聚合
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氧化物
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聚合)电容器和MOM(金属
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氧化物
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金属横向通量)电容器相比，MIM电容器典型地需要附加掩模层和许多附加工艺步骤。
[0011]需要可以以较低成本制造并且具有改进性能的MIM电容器。

技术实现思路

[0012]在使用铜互连件的集成电路结构中，铜互连件典型地终止于铝键合焊盘，以与传统封装完全兼容。铝键合焊盘典型地通过钨通孔连接到下覆的顶部金属层(Cu MTOP层)，钨通孔竖直延伸穿过形成在Cu MTOP层通孔上的钝化层。图2是示出这种常规结构的截面视图，其中钝化层250形成在Cu MTOP层252上，钨通孔254形成在钝化层250中的蚀刻开口中，并且Al键合焊盘256形成在通孔254上。
[0013]某些已知的金属
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绝缘体
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金属(MIM)电容器利用钨通孔将电容器顶板和/或底板连接到相应键合焊盘或其它导电接触件。相比之下，本专利技术的实施方案可以在镶嵌铜技术的上下文中用铜通孔替换钨通孔，在镶嵌铜技术中，铜通孔(用于将铜底板连接到键合焊盘)与宽铜顶板同时形成。
[0014]本专利技术的一些实施方案提供了一种形成在集成电路结构中的MIM电容器，其中MIM电容器包括宽顶板和用于接触下覆的电容器底板的窄接触通孔。宽顶板和窄底板接触通孔可以例如通过单镶嵌铜沉积通过将铜沉积在宽顶板开口(也称为“桶开口(tub opening)”)和一个或多个窄接触通孔开口中来同时形成。铜可以用于根据自下而上的填充或“超级填充”工艺同时填充桶式顶板开口和窄接触通孔开口二者。相比之下，钨沉积以共形方式填充开口，并且通常不适用于同时填充宽或桶形开口和窄得多的通孔开口，如下文参考图3A至图3C更详细地论述的。因此，单镶嵌铜沉积用于填充根据本专利技术的实施方案的桶式顶板开口和窄接触通孔开口，可以由此替换在某些已知MIM电容器中使用的钨通孔。
[0015]在本专利技术的一个方面，MIM电容器器件包括：铜底板，该铜底板由铜互连层的一部分限定；铜介电层，该铜介电层形成在该铜底板上；铜顶板，该铜顶板形成在该介电层上；顶板键合焊盘，该顶板键合焊盘形成在该铜顶板上；和底板键合焊盘，该底板键合焊盘通过至少一个铜通孔导电地联接到该底板键合焊盘。键合焊盘可以由铝或其它合适的材料形成。
[0016]在一些实施方案中，在延伸穿过MIM电容器器件的水平平面中，该铜顶板的横向宽度大于1μm，并且每个铜通孔的横向宽度小于1μm。在一些实施方案中，铜顶板的横向宽度大于2μm，并且每个铜通孔的横向宽度小于1μm。在一些实施方案中，铜顶板的横向宽度在1μm至5μm的范围内，并且每个铜通孔的横向宽度小于1μm。在一些实施方案中，铜顶板的横向宽度在2μm至3μm的范围内，并且每个铜通孔的横向宽度小于0.5μm。
[0017]在一些实施方案中，限定铜底板的铜互连层包括集成电路器件的最顶部镶嵌铜层的一部分。
[0018]在一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属
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绝缘体
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金属(MIM)电容器器件，所述MIM电容器器件包括：铜底板，所述铜底板限定在铜互连层的一部分中；介电层，所述介电层形成在所述铜底板上；铜顶板，所述铜顶板形成在所述介电层上；顶板键合焊盘，所述顶板键合焊盘形成在所述铜顶板上；和底板键合焊盘，所述底板键合焊盘通过至少一个铜通孔导电地联接到所述底板键合焊盘。2.根据权利要求1所述的MIM电容器器件，其中所述顶板键合焊盘直接形成到所述铜顶板上。3.根据权利要求1至2中任一项所述的MIM电容器器件，其中在延伸穿过所述MIM电容器器件的水平平面中，所述铜顶板的横向宽度大于1μm，并且每个铜通孔的横向宽度小于1μm。4.根据权利要求1至2中任一项所述的MIM电容器器件，其中在延伸穿过所述MIM电容器器件的水平平面中，所述铜顶板的横向宽度大于2μm，并且每个铜通孔的横向宽度小于1μm。5.根据权利要求1至2中任一项所述的MIM电容器器件，其中在延伸穿过所述MIM电容器器件的水平平面中，所述铜顶板的横向宽度在1μm至10μm的范围内，并且每个铜通孔的横向宽度小于1μm。6.根据权利要求1至2中任一项所述的MIM电容器器件，其中在延伸穿过所述MIM电容器器件的水平平面中，所述铜顶板的横向宽度在2μm至3μm的范围内，并且每个铜通孔的横向宽度小于0.5μm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的MIM电容器器件，其中所述顶板键合焊盘和所述底板键合焊盘包括铝键合焊盘。8.根据权利要求1至7中任一项所述的MIM电容器器件，其中所述铜顶板和所述至少一个铜通孔包括相同铜层或沉积物的部分。9.根据权利要求1至8中任一项所述的MIM电容器器件，其中所述铜顶板和所述至少一个铜通孔同时形成。10.根据权利要求1至9中任一项所述的MIM电容器器件，其中所述铜顶板和所述至少一个铜通孔形成在形成在所述铜底板上的钝化区中的开口中。11.根据权利要求1至10中任一项所述的MIM电容器器件，其中：所述铜顶板形成在所述铜底板的第一区上，并且所述至少一个铜通孔形成在所述铜底板的第二区上。12.根据权利要求1至11中任一项所述的MIM电容器器件，其中限定所述铜底板的所述铜互连层包括集成电路器件的最顶部铜层的一部分。13.根据权利要求1至12中任一项所述的MIM电容器器件，其中所述铜顶板和所述铜底板中的每者具有提供小于每平方100毫欧的薄层电...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷耀俭，
申请(专利权)人：微芯片技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：