專利名稱：一種提高集成電路電容密度的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，其中，尤其涉及一種提高集成電路電容以及制造一種提高集成電路電容的工藝方法。
背景技術(shù)：
電容器是集成電路中的重要組成單元，廣泛運(yùn)用于存儲(chǔ)器，微波，射頻，智能卡，高壓和濾波等芯片中。隨著芯片尺寸的減少，以及性能對大電容的需求，如何在有限的面積下獲得高密度的電容成為一個(gè)非常有吸引力的課題。目前最常用的電容結(jié)構(gòu)是，結(jié)構(gòu)如圖1 所示的單層電容器金屬一絕緣層一金屬的平板電容模型(CN1208964A)。例如一種目前典型的電容器結(jié)構(gòu)是由銅金屬層一氮化硅介質(zhì)層一坦金屬層的三明治結(jié)構(gòu)。該種電容容易造成擊穿漏電，且該種電容所占面積大，隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，性能不斷提升的同時(shí)也伴隨著器件小型化，微型化的進(jìn)程。越來越先進(jìn)的制程，要求在盡可能小的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能多的器件，獲得盡可能高的性能。通常采用的下述三種方式來獲得更高的單位電容密度
1、采用更高介電常數(shù)的介電材料來提高電容密度。但是目前可用的可靠介電材料有限，而且與現(xiàn)有工藝兼容的更少；
2、減少介電層厚度。但是介質(zhì)層厚度降低，則擊穿電壓會(huì)降低。這是一個(gè)工藝改進(jìn)的方向，目前已經(jīng)用各種各樣的三明治結(jié)構(gòu)，并且業(yè)已已經(jīng)申請專利(oxide-SiN-oxide，或者 SiN-oxide-SiN 等。CN101783286A, CN101736314A, CN101577227)；
3增加面積來提高電容，例如利用起伏的形貌來增加單位面積上的電容極板面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了尤其涉及一種提高集成電路電容以及制造一種提高集成電路電容的工藝方法，本發(fā)明的目的是提供一種具有更高的單位電容密度的電容，本發(fā)明采用增加面積來提高電容，利用起伏的形貌來增加單位面積上的電容極板面積。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊，該電容由若干子模塊組成，該子模塊包括有A基槽、A極槽、介電質(zhì)材料層、B基槽、B極槽，其中在介質(zhì)材料層中，存在一個(gè)A基槽和B基槽，A基槽和B基槽相互平行，A基槽上依次設(shè)置若干與A基槽垂直的A極槽，B基槽上依次設(shè)置若干與B基槽垂直的B極槽，A極槽與B極槽在物理空間內(nèi)相互平行，A極槽與B極槽依次相鄰設(shè)置，所有的A基槽和A基槽上的A極槽與所有的B基槽和B基槽上的B極槽相互隔離，被介電質(zhì)材料隔離。所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊，所述A基槽上的A極槽數(shù)量為2個(gè)以上，B基槽上B極槽的數(shù)量為2個(gè)以上。所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊，所屬所述A基槽上的A極槽數(shù)量為4個(gè)，B基槽上B極槽的數(shù)量為4個(gè)。
一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，所述MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)由2個(gè)以上如權(quán)利要求1所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊構(gòu)成。所述MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)由4個(gè)MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊依次連接構(gòu)成。所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，所述相鄰MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊中的所有A基槽相互連通，所有B基槽相互連通，相鄰的MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊中的所有A基槽相互垂直。所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，所述子模塊中的一個(gè)A極槽與與相鄰的子模塊中的A基槽相重合。一種制造所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，其具有以下步驟 a:在一種基片上沉積一層介電質(zhì)層；
b 在介電質(zhì)層上進(jìn)行圖像化處理，過程為首先在所述介電質(zhì)層設(shè)置一個(gè)封閉的長方形溝槽，在此溝槽平面內(nèi)形成2條相互垂直平分十字型的溝槽，將介電質(zhì)層平分為4個(gè)面積大致相等、圖形大致相同的非封閉區(qū)域，所述2條相互垂直平分的溝槽與封閉的長方形溝槽不相通，其次，在十字型溝槽與封閉的長方形溝槽形成的非封閉區(qū)域內(nèi)，以十字溝槽端點(diǎn)為起點(diǎn)，垂直于十字溝槽，形成2條以上的相互平行的溝槽，然后，形成相互平行且垂直于封閉的溝槽的2條以上溝槽，端點(diǎn)在封閉的溝槽上，端點(diǎn)在十字溝槽上的溝槽與端點(diǎn)在封閉溝槽上的溝槽相互平行，依次相鄰，不相互接觸；
c:在介電質(zhì)層上和介電質(zhì)層中形成的溝槽中沉積一層金屬極板層； d:進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，將介電質(zhì)層上的金屬層研磨掉。所述的制造一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述步驟b中長方形溝槽為正方形。所述的制造一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述端點(diǎn)在十字溝槽上的溝槽為4條， 端點(diǎn)在封閉的溝槽上的溝槽為4條。所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述端點(diǎn)在十字溝槽上的溝槽不與封閉溝槽相接觸，端點(diǎn)在封閉的溝槽上的溝槽不與十字溝槽相接觸。所述的制造一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述端點(diǎn)在十字溝槽上的4條溝槽中有一條與十字溝槽中的一條重合。上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)方案不涉及到金屬的干法刻蝕，也不會(huì)涉及到非常大高寬比的工藝，工藝相對簡單，且穩(wěn)定可靠，而且同現(xiàn)有工藝完全兼容，兼容性好， 并且具有良好的自屏蔽作用。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是一種傳統(tǒng)MIM工藝示意圖； 圖2是MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊的頂視圖； 圖3是MIM結(jié)構(gòu)電容的頂視圖4是圖3中MIM結(jié)構(gòu)電容的頂視圖的C-C處剖面圖； 圖5是介電質(zhì)層沉積完成圖； 圖6是圖形化完成的剖面示意圖；圖7是金屬極板沉積完成的示意圖； 圖8是化學(xué)機(jī)械研磨完成的示意圖。其中圖5至圖8是制造本發(fā)明MIM結(jié)構(gòu)電容的工藝過程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合示意圖和具體操作實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，圖1是一種傳統(tǒng)MIM工藝示意圖，其中1011為一種襯底材料，1013為第一層摻雜多晶硅，1014位一種介質(zhì)材料，一種氧化物，1015為第二層摻雜多晶硅，1025為分別與1013為第一層摻雜多晶硅、1015第二層摻雜多晶硅連接的電極，1017為介質(zhì)層。該種電容容易造成擊穿漏電，且該種電容所占面積大，隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，性能不斷提升的同時(shí)也伴隨著器件小型化，微型化的進(jìn)程。越來越先進(jìn)的制程，要求在盡可能小的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能多的器件，獲得盡可能高的性能。如圖2所示，1、一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊頂視圖，該子模塊包括有A基槽、A極槽、介電質(zhì)材料層、B基槽、B極槽，10表示A基槽，20表示B基槽，101、102、103、104分別表示A極槽，201、202、203、204分別表示B極槽，在A極槽和B基槽之間以及104極槽和201 極槽之間的區(qū)域的空白區(qū)域表示介電質(zhì)材料，所述子模塊存在一個(gè)A基槽10和B基槽20， A基槽10及和B基槽20相互平行，A基槽10上依次設(shè)置若干與A基槽垂直的A極槽，圖中代表性示出101、102、103、104幾個(gè)A極槽，B基槽20上依次設(shè)置若干與B基槽垂直的B極槽，圖中代表性示出201、202、203、204幾個(gè)B極槽，本發(fā)明中A極槽和B極槽的個(gè)數(shù)滿足2 個(gè)以上即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明中優(yōu)選為分別為4個(gè)A極槽與B極槽，A極槽與B 極槽在物理空間內(nèi)相互平行，A極槽與B極槽依次相鄰設(shè)置，所有的A基槽和A基槽上的A 極槽與所有的B基槽和B基槽上的B極槽相互隔離，被介電質(zhì)材料隔離。如圖3所示，圖3表示的是本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例，由4個(gè)前述MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊依據(jù)一定的連結(jié)、組合方式形成的，結(jié)合圖3，通過說明圖2所示的子模塊與其上方和與其左方的的子模塊連結(jié)、組合方式，解釋子模塊的連結(jié)、組合方式。假定圖2所示MIM 結(jié)構(gòu)電容的子模塊位于圖3的右下方，位于圖3的右下方的子模塊與其正上方的子模塊可以按照下列組合方式實(shí)現(xiàn)連結(jié)，首先，其正上方的子模塊的A基槽10與正下方的子模塊的 A基槽10相互垂直并端點(diǎn)連結(jié)，圖3右下方子模塊的B極槽201與其正上方的子模塊的B 基槽20相互連通，并處在同一直線上，其他的A基槽和B基槽按照子模板中的位置和連結(jié)方式不變。位于圖3的右下方的子模塊與其正左方的子模塊可以按照下列組合方式實(shí)現(xiàn)連結(jié)，其正左方的子模塊的A基槽10與與圖3右下方的子模塊的A極槽104重合，圖3右下方的子模塊的B基槽與其正左方的子模塊的B極槽201連通，并且處在同一直線上，其他的 A基槽和B基槽按照子模板中的位置和連結(jié)方式不變。以上是通過圖例說明子模塊的連結(jié)方式及組合方式，其它的組合方式及連結(jié)方式以此類推。圖4為圖3中MIM結(jié)構(gòu)電容的頂視圖的C-C處剖面圖，從圖中可知，圖中標(biāo)注的溝槽，是一個(gè)子模塊的的溝槽的剖面圖形，其中表示A極槽的有101、102、103、104，其中，如前所述，有一個(gè)A基槽與A極槽重合，圖中的極槽104與下一個(gè)子模塊的基槽10重合，因此， 在圖中有一個(gè)溝槽用10和104表示兩者重合。表示B極槽的有201、202、203、204。存在于兩個(gè)溝槽之間的立柱，圖中沒有標(biāo)注的為介電質(zhì)材料，從圖中可以清楚地看出，圖中溝槽設(shè)置的順序自右到左依次為201、101、202、102、203、103、204、104，兩個(gè)B極槽之間存在一個(gè)A
極槽，兩個(gè)A極槽之間存在一個(gè)B極槽。如圖5所示，圖中1表示一種基片層，2表示一種介電質(zhì)層，本發(fā)明的工藝從此步驟開始介紹，首先存在一個(gè)基片層1，在基片層ι上沉積一層介電質(zhì)層2。圖6表示的一種圖像化工藝過程完成的剖面示意圖，在沉積的介電層2上，形成所需要的圖形，本發(fā)明中主要是形成圖2、圖3、圖4中的A基槽、B基槽、A極槽、B極槽的過程。具體的圖像化過程的步驟為所述介電質(zhì)層設(shè)置一個(gè)封閉的長方形溝槽，本發(fā)明優(yōu)選是形成一個(gè)正方形溝槽，該封閉的正方形溝槽代表了 B基槽以及B極槽，每條溝槽是有一條B 基槽與B極槽直線連結(jié)構(gòu)成。然后在此正方形溝槽平面內(nèi)形成2條相互垂直平分十字型的溝槽，將此正方形溝槽平分為4個(gè)面積大致相等、圖形大致相同的非封閉區(qū)域，所述兩條相互垂直的十字形溝槽代表了 4條A基槽，所述4條A基槽相互垂直平分且與封閉的正方形溝槽不相通，最后，在十字型溝槽與封閉的正方形溝槽形成的非封閉區(qū)域內(nèi)，以十字溝槽端點(diǎn)為起點(diǎn)，垂直于十字溝槽，形成2條以上的相互平行的溝槽，本發(fā)明中優(yōu)選為形成4條相互平行的溝槽，該4條溝槽表示為本發(fā)明的A極槽，再在封閉的正方形溝槽上形成2條以上平行于A極槽的溝槽，本發(fā)明中優(yōu)選形成4條溝槽，該4條溝槽表示B極槽。其中A極槽與 B極槽依次相鄰設(shè)置，不相互接觸。如圖7所示，該圖表示在完成圖像化工藝過程后，在形成的溝槽中以及介電質(zhì)層2 上沉積一層金屬層3，該金屬層材料選擇有多種材料可選，如銅，鋁，鉭，鈦及其合金等。該金屬化過程可以采用傳統(tǒng)的金屬化流程，本發(fā)明中可以采用類大馬士革銅工藝實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明金屬材料優(yōu)選為銅。如圖8所示，該圖表示在完成金屬沉積形成金屬沉積層3以后，使金屬材料完全填充溝槽，再經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光除掉多余的金屬，將介電層2頂面的多余的金屬層3研磨掉， 形成如圖8所示的圖形，利用此種方法不需要金屬刻蝕，也不會(huì)涉及到非常大高寬比的工藝，工藝相對簡單，且穩(wěn)定可靠，而且同現(xiàn)有工藝完全兼容，兼容性好，并且具有良好的自屏蔽作用。以上描述的具體實(shí)施例，其只是作為范例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對該進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊，其特征在于該電容由若干子模塊組成，該子模塊包括有A基槽、A極槽、介電質(zhì)材料層、B基槽、B極槽，其中在介質(zhì)材料層中，存在一個(gè)A基槽和 B基槽，A基槽和B基槽相互平行，A基槽上依次設(shè)置若干與A基槽垂直的A極槽，B基槽上依次設(shè)置若干與B基槽垂直的B極槽，A極槽與B極槽在物理空間內(nèi)相互平行，A極槽與B 極槽依次相鄰設(shè)置，所有的A基槽和A基槽上的A極槽與所有的B基槽和B基槽上的B極槽相互隔離，被介電質(zhì)材料隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊，所述A基槽上的A極槽數(shù)量為2 個(gè)以上，B基槽上B極槽的數(shù)量為2個(gè)以上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊，所述A基槽上的A極槽數(shù)量為4 個(gè)，B基槽上B極槽的數(shù)量為4個(gè)。
4.一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)由2個(gè)以上如權(quán)利要求1所述的一種M頂結(jié)構(gòu)電容的子模塊構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，所述MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)由4個(gè)MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊依次連接構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4一5任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，所述相鄰MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊中的所有A基槽相互連通，所有B基槽相互連通，相鄰的MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊中的所有A基槽相互垂直。
7.如權(quán)利要求4一5任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，所述子模塊中的一個(gè)A極槽與與相鄰的子模塊中的A基槽相重合。
8.—種制造權(quán)利要求5所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，其具有以下步驟a:在一種基片上沉積一層介電質(zhì)層；b 在介電質(zhì)層上進(jìn)行圖像化處理，過程為首先在所述介電質(zhì)層設(shè)置一個(gè)封閉的長方形溝槽，在此溝槽平面內(nèi)形成2條相互垂直平分十字型的溝槽，將介電質(zhì)層平分為4個(gè)面積大致相等、圖形大致相同的非封閉區(qū)域，所述2條相互垂直平分的溝槽與封閉的長方形溝槽不相通，其次，在十字型溝槽與封閉的長方形溝槽形成的非封閉區(qū)域內(nèi)，以十字溝槽端點(diǎn)為起點(diǎn)，垂直于十字溝槽，形成2條以上的相互平行的溝槽，然后，形成相互平行且垂直于封閉的溝槽的2條以上溝槽，端點(diǎn)在封閉的溝槽上，端點(diǎn)在十字溝槽上的溝槽與端點(diǎn)在封閉溝槽上的溝槽相互平行，依次相鄰，不相互接觸；c:在介電質(zhì)層上和介電質(zhì)層中形成的溝槽中沉積一層金屬極板層； d:進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，將介電質(zhì)層上的金屬層研磨掉。
9.如權(quán)利要求8所述的制造一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述步驟b中長方形溝槽為正方形。
10.如權(quán)利要求8所述的制造一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述端點(diǎn)在十字溝槽上的溝槽為4條，端點(diǎn)在封閉的溝槽上的溝槽為4條。
11.如權(quán)利要求10所述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述端點(diǎn)在十字溝槽上的溝槽不與封閉溝槽相接觸，端點(diǎn)在封閉的溝槽上的溝槽不與十字溝槽相接觸。
12.如權(quán)利要求10所述的制造一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)的工藝，所述端點(diǎn)在十字溝槽上的4條溝槽中有一條與十字溝槽中的一條重合。
全文摘要
一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊，該電容由若干子模塊組成，該子模塊包括有A基槽、A極槽、介電質(zhì)材料層、B基槽、B極槽，其中在介質(zhì)材料層中，存在一個(gè)A基槽和B基槽，A基槽和B基槽相互平行，A基槽上依次設(shè)置若干與A基槽垂直的A極槽，B基槽上依次設(shè)置若干與B基槽垂直的B極槽，A極槽與B極槽在物理空間內(nèi)相互平行，A極槽與B極槽依次相鄰設(shè)置，所有的A基槽和A基槽上的A極槽與所有的B基槽和B基槽上的B極槽相互隔離，被介電質(zhì)材料隔離，一種MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)，所述MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)由前述的一種MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊構(gòu)成，所述MIM結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)由4個(gè)MIM結(jié)構(gòu)電容的子模塊依次連接構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L29/92GK102437176SQ20111023524
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者張文廣, 徐強(qiáng), 鄭春生, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司