半导体器件中金属电容的制备方法

摘要

本发明公开了一种半导体器件中金属电容的制备方法，该金属电容的制备集成在半导体器件的后道工艺中，在按照常规流程完成所述金属电容的接触通孔制备之后，包括如下步骤：1)在整个硅片上涂抗反射材料以填充接触通孔，接着反刻抗反射材料至在接触通孔底部剩余一预定厚度的抗反射材料；2)采用光刻工艺，在层间膜上接触通孔之上定义出直径大于接触通孔的接触孔，之后刻蚀暴露出的层间膜至抗反射材料，形成接触孔；3)在整个硅片上淀积顶层金属，使淀积完成后的顶层金属完全填充接触孔和接触通孔，并在层间膜上具有预定的厚度，最后利用光刻和刻蚀工艺使所述顶层金属图形化。本发明的方法，通过刻蚀较大的上极板接触孔以填充Al等连线金属，得到高Q的金属电容。

权利要求

1.一种半导体器件中金属电容的制备方法，所述金属电容的制备集成在半导体器件的后道工艺中，在按照常规流程完成所述金属电容的接触通孔制备之后，其特征在于，包括如下步骤：

1)在整个硅片上涂抗反射材料以填充所述接触通孔，接着反刻所述抗反射材料至所述接触通孔底部剩余一预定厚度的抗反射材料；

2)采用光刻工艺，在层间膜上接触通孔之上定义出直径大于所述接触通孔的接触孔，之后刻蚀暴露出的层间膜至所述抗反射材料，形成接触孔；

3)在整个硅片上淀积顶层金属，使淀积完成后的所述顶层金属完全填充所述接触孔和接触通孔，并在所述层间膜上具有预定的厚度，最后利用光刻和刻蚀工艺使所述顶层金属图形化。

所述顶层金属为依次淀积的AlCu和TiN，AlSiCu和TiN，AlCu、Ti和TiN，AlSiCu、Ti和TiN，Ti、AlCu和TiN，Ti、AlSiCu和TiN，TiN、AlCu、Ti和TiN，TiN和AlSiCu，Ti、TiN、AlCu和TiN，Ti、TiN、AlSiCu和TiN，Ti、TiN、AlCu、Ti和TiN，或Ti、TiN、AlSiCu、Ti和TiN。

2.按照权利要求1所述的半导体器件中金属电容的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的所述反刻后接触通孔底部抗反射材料的剩余厚度与所述接触通孔的直径比为

0.2-1.0之间。

3.按照权利要求1或2所述的半导体器件中金属电容的制备方法，其特征在于：所述步骤2)所制备的接触孔的高度与直径的比为0.2-1.0之间。

4.一种半导体器件中金属电容的制备方法，所述金属电容的制备集成在半导体器件的后道工艺中，在按照常规的工艺完成所述金属电容上的层间膜之后，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用光刻和刻蚀工艺在所述层间膜中形成所述金属电容上极板的接触通孔和下层金属连线的接触通孔，其中所述上极板的接触通孔的高度和直径比为0.2-1.0之间，所述下层金属连线的接触通孔尺寸与常规工艺相同；

2)在硅片上淀积钨金属使其完全填充所述下层金属连线的接触通孔，之后平整化去除所述层间膜上的钨，在所述下层金属连线的接触通孔中形成钨塞，其中所述金属电容上极板的接触通孔中为部分填充；

3)淀积顶层金属，使所述顶层金属完全填充所述金属电容上极板的接触通孔，且在所述层间膜上具有预定的厚度，最后利用光刻和刻蚀工艺使所述顶层金属图形化。

所述顶层金属为依次淀积的AlCu和TiN，AlSiCu和TiN，AlCu、Ti和TiN，AlSiCu、Ti和TiN，Ti、AlCu和TiN，Ti、AlSiCu和TiN，TiN、AlCu、Ti和TiN，TiN和AlSiCu，Ti、TiN、AlCu和TiN，Ti、TiN、AlSiCu和TiN，Ti、TiN、AlCu、Ti和TiN，或Ti、TiN、AlSiCu、Ti和TiN。

说明书

半导体器件中金属电容的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属电容的制备方法，特别涉及一种在半导体器件中金属电容的制备方法。

背景技术

[0002] 由金属-电介质-金属构成的金属电容在存储器电路，模拟电路和射频电路中都有重要的应用。为了提高电路集成度，已有许多相关的工作对金属电容作了优化，如利用具有高介电常数的绝缘介质作金属电容的电介质，或将电介质层厚度减薄，或将进行电容进行并联以在单位面积上获得最大的电容量。在实际应用中，特别在射频电路应用中，为获得高的Q值 的电容器件以得到低的能量损耗，对金属电容的上下极板(包括相关的连线)的电阻也有要求(其中上下极板的电阻值越小，其所构成的金属电容的Q值就越大)。而在实际的铝后道工艺中，通常电容的下极板采用AlCu配线，厚度一般在4000-6000埃，而上极板一般采用金属TIN、钨或Ta，厚度一般在800-1500埃，这样上极板的电阻要比下极板的电阻大10倍以上。为了得到更低的上极板电阻，也有采用在上极板上制备尽可能多的通孔，在通孔中填充钨塞以减少通孔部分的电阻。

[0003] 工艺流程一般为：

[0004] 1)先淀积作为下极板的材料(一般可集成为金属互连工艺中的下层金属连线)，图形化该层材料形成作为下极板的部分和作为金属连线的部分，接着在下极板上淀积金属电容中的绝缘介质膜，而后淀积作为上极板的材料，图形化形成上极板，之后淀积层间膜，并对淀积后的层间膜进行化学机械研磨平整化，最后通过一次光刻和刻蚀工艺在层间膜中形成上极板和下极板的接触通孔以及其它的接触通孔；

[0005] 2)淀积钨以填充接触通孔，并采用化学机械研磨平整化硅片表面，得到钨塞；

[0006] 3)在层间膜上淀积顶层金属；

[0007] 4)采用光刻和刻蚀工艺完成顶层金属的图形化，最终形成如图1所示的金属电容结构，其中在上极板上制备了多个钨塞。图1为仅给出了金属电容部分的结构示意图，其中11为金属电容的下极板，12为半导体器件互连工艺中的下层金属连线，2为金属电容的绝缘介质，3为金属电容的上极板，4为金属电容的钨塞，5为层间膜，61为连接上极板的顶层金属，62为连接下极板的顶层金属，63为连接下层金属连线的顶层金属。

发明内容

[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种半导体器件中金属电容的制备方法，其能提供高Q值的金属电容。

[0009] 为解决上述技术问题，本发明的半导体器件中金属电容的制备方法，该金属电容的制备集成在半导体器件的后道工艺中，在按照常规流程完成金属电容的接触通孔制备之后，包括如下步骤：

[0010] 1)在整个硅片上涂抗反射材料以填充接触通孔，接着反刻抗反射材料至接触通孔底部剩余一预定厚度的抗反射材料；

[0011] 2)采用光刻工艺，在层间膜上接触通孔之上定义出直径大于接触通孔的接触孔，之后刻蚀暴露出的层间膜至抗反射材料，形成接触孔；

[0012] 3)在整个硅片上淀积顶层金属，使淀积完成后的顶层金属完全填充接触孔和接触通孔，并在层间膜上具有预定的厚度，最后利用光刻和刻蚀工艺使顶层金属图形化。

[0013] 本发明还提供了另一种半导体器件中金属电容的制备方法，金属电容的制备集成在半导体器件的后道工艺中，在按照常规的工艺完成金属电容上的层间膜之后，包括如下步骤：

[0014] 1)利用光刻和刻蚀工艺在层间膜中形成金属电容上极板的接触通孔和下层金属连线的接触通孔，其中上极板的接触通孔的高度和直径比为0.2-1.0之间，下层金属连线的接触通孔尺寸与常规工艺相同；

[0015] 2)在硅片上淀积钨金属使其完全填充下层金属连线的接触通孔，之后平整化去除所述层间膜上的钨，在下层金属连线的接触通孔中形成钨塞，其中金属电容上极板的接触通孔中为部分填充；

[0016] 3)淀积顶层金属，使顶层金属完全填充金属电容上极板的接触通孔，且在层间膜上具有预定的厚度，最后利用光刻和刻蚀工艺使顶层金属图形化。

[0017] 本发明的金属电容的制备方法中，将原来工艺中的金属电容接触钨塞全部或部分由互连金属所代替，并通过加大接触孔的直径，解决了互连金属的填充能力的问题，因用作-8 -8互连金属的Al(2.9×10 Ω.m)或Cu以及两者的合金的电阻均比钨(5.3×10 Ω.m)要小，以此来减小寄生的电阻，使所制备的金属电容的Q值得到提高。

附图说明

[0018] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0019] 图1为采用现有工艺制备的金属电容的截面结构示意图；

[0020] 图2为与本发明的一种制备流程相应的金属电容中各步骤的截面结构示意图；

[0021] 图3为本发明的半导体器件中金属电容的制备方法流程示意图一；

[0022] 图4为与本发明的另一种制备流程相应的金属电容中各步骤的截面结构示意图；

[0023] 图5为本发明的半导体器件中金属电容的制备方法流程示意图二。

具体实施方式

[0024] 本发明的半导体器件中金属电容的制备方法，该金属电容的制备集成在半导体器件的后道工艺中，在按照常规流程完成所述金属电容的接触通孔制备之后(见图2a，包括金属电容的下极板11，金属电容的绝缘介质2，金属电容的上极板3，层间膜5以及接触通孔41)，包括如下步骤(见图3)：

[0025] 1)在整个硅片上涂抗反射材料7(也称BARC)以填充接触通孔41(见图2b)，接着反刻抗反射材料至接触通孔底部剩余一预定厚度的抗反射材料(见图2c)，反刻可采用干法刻蚀工艺；

[0026] 2)采用光刻工艺，在层间膜上接触通孔之上定义出直径大于所述接触通孔的接触孔(或称接触槽)，以能保证后续的互连金属能完全填充该接触孔(见图2d，即光刻后光刻胶8覆盖不是接触孔位置处的层间膜5)，之后刻蚀暴露出的层间膜至抗反射材料，形成接触孔42，之后去除光刻胶8和抗反射材料7(见图2f)；

[0027] 3)在整个硅片上淀积顶层金属，使淀积完成后的顶层金属完全填充位于层间膜5中的接触孔和接触通孔，并在层间膜上具有预定的厚度，最后利用光刻和刻蚀工艺使顶层金属图形化，形成连接上极板的顶层金属61，连接下极板的顶层金属62和连接半导体器件中下层金属连线的顶层金属63(见图2g)。

[0028] 上述步骤一中的反刻后接触通孔底部抗反射材料的厚度可设定为与接触通孔的直径比为0.2-1.0之间。而步骤二所制备的接触孔的高度与直径的比为0.2-1.0之间，即上述比可保证后续互连金属能较好地填充接触通孔和接触孔。顶层金属可选用常见的互连金属，为依次淀积的AlCu和TiN，AlSiCu和TiN，AlCu、Ti和TiN，AlSiCu、Ti和TiN，Ti、AlCu和TiN，Ti、AlSiCu和TiN，TiN、AlCu、Ti和TiN，TiN和AlSiCu，Ti、TiN、AlCu和TiN，Ti、TiN、AlSiCu和TiN，Ti、TiN、AlCu、Ti和TiN，或Ti、TiN、AlSiCu、Ti和TiN。

[0029] 本发明还提供另一种半导体器件中金属电容的制备方法，其为在按照常规的工艺完成所述金属电容上的层间膜之后，包括如下步骤(见图5)：

[0030] 1)利用光刻和刻蚀工艺在层间膜中形成金属电容上极板的接触通孔43、下层金属连线的接触通孔和下极板的接触通孔，其中上极板的接触通孔的高度和直径比为0.2-1.0之间，而下层金属连线的接触通孔和下极板的接触通孔尺寸与常规工艺相同，这时连接金属电容上极板的孔上下是一致，该孔要求尺寸比其他处的大，一般可做到2-3μm；

[0031] 2)在硅片上淀积钨金属使其完全填充下层金属连线的接触通孔和下极板的接触通孔，之后平整化去除层间膜上的钨，在下层金属连线的接触通孔和下极板的接触通孔中形成钨塞，而因金属电容上极板的接触通孔比下极板和下层金属连线的接触通孔要大的多，故在上极板的接触通孔中为部分填充(见图4a)；

[0032] 3)淀积顶层金属，使所述顶层金属完全填充所述金属电容上极板的接触通孔，且在所述层间膜上具有预定的厚度，最后利用光刻和刻蚀工艺使所述顶层金属图形化，形成连接上极板的顶层金属61、连接下极板的顶层金属62和连接下层连线的顶层金属63(见图4b)，其中顶层金属61的边界要盖过其下的接触通孔的边界，最好为顶层金属的边界和其下接触通孔的边界差大于等于0.15μm。该方法中的顶层金属与上述方法中的顶层金属相同，可选常见的互连金属。

[0033] 常规的金属电容制备中前序步骤为：在已经形成预定结构的衬底上淀积下层互连金属，利用光刻和刻蚀工艺使所述下层互连金属图形化，形成下层金属连线部分12和用作所述金属电容的下极板部分11；淀积金属电容的绝缘介质层，光刻和刻蚀形成金属电容的介质层2；金属电容上极板3的形成；层间膜5的淀积；采用光刻和刻蚀工艺在层间膜中制备接触通孔；淀积钨金属以填充接触通孔，最后CMP平整化得到钨塞4。本发明中的接触孔和接触通孔可以为正方形，也可以为长条形。

[0034] 以0.18μm射频工艺为例，其顶层金属的厚度为2.8μm，顶层金属的设计规则规定最小金属线宽为2.6μm；次顶层金属(即下层金属)厚度为5200埃，次顶层金属的设计规则规定最小金属线宽为0.28μm；绝缘介质厚度300埃；上极板厚度1000埃；层间膜厚度14000埃。

[0035] 已有的电容结构由于通孔的高宽比约为5，利用AL溅射不能得到满足要求的金属覆盖，因此必须采用钨塞工艺。

[0036] 按本发明实现方法1：

[0037] 1)在下部电极图形，绝缘介质膜淀积，上部电极淀积及其图形化，层间膜淀积及其将层间膜平坦化的化学机械研磨完成后，先通过一次光刻-刻蚀形成接触上部电极的孔-上述流程与已有工艺相同。

[0038] 2)通过涂BARC(抗反射材料)及其BARC反刻，在孔底形成一定厚度的BARC。BARC残余厚度约为500-2800埃，与孔直径的比在0.2-1.0之间。

[0039] 3)通过另一次光刻和刻蚀得到接触顶层金属的孔，其孔的尺寸等于2.3μm，孔的高度与直径的比小于0.6。

[0040] 4)通过金属溅射完成顶层金属的淀积，对于高宽比约0.6的孔，300-400℃的中温Al溅射工艺一般就能满足要求，如果需要更好的Al覆盖率，可以采用400-500℃的高温AL溅射工艺。

[0041] 5)通过金属光刻-刻蚀完成顶层金属的图形化。

[0042] 按本发明的实现方法2：利用金属电容的尺寸大的特点-例如最小为3μm×3μm，对该电容采取大的通孔尺寸例如2.7μm(不同于其他区域的通孔0.28μm)从而使通孔中钨的厚度减低，大部被Al所代替。