本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件相關(guān)，具體地說(shuō)，涉及一種mim電容器及制備方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的金屬-絕緣體-金屬電容器(metal-insulator-metal?capacitor，mim電容器)是由下極板金屬、中間介質(zhì)層以及上極板金屬組成，形成兩層金屬之間夾介質(zhì)層的三明治結(jié)構(gòu)，電容器的介質(zhì)層主要是由氧化硅或氮化硅構(gòu)成，電容公式為c＝ε0*εr*s/d，其中ε0為真空介電常數(shù)(8.854*10-12(f/m))，εr為介質(zhì)層介電常數(shù)，s為電容器上下極板有效面積，d為介質(zhì)層厚度。

2、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于電容器的性能要求也越來(lái)越高。在許多集成電路應(yīng)用中，需要在有限的芯片面積上實(shí)現(xiàn)更高的電容值，以滿足電路的功能需求，如電源濾波、信號(hào)耦合等。電容密度作為衡量電容器性能的重要指標(biāo)之一，提高其值可以在不增加芯片面積的情況下增加電容容量，有助于實(shí)現(xiàn)芯片的小型化和高性能化。

3、多晶硅關(guān)鍵尺寸90nm的工藝平臺(tái)目前正在開(kāi)發(fā)1ff/μm2，2ff/μm2電容密度的電容器工藝，其中選用氮化硅做介質(zhì)層，氮化硅的介電常數(shù)為7.5，從電容公式可以推出，1ff/μm2電容器的氮化硅介質(zhì)層厚度～660埃，2ff/μm2電容器的氮化硅介質(zhì)層厚度～330埃，氮化硅一般是由化學(xué)氣相沉積(cvd)工藝生成，從化學(xué)氣相沉積工藝生長(zhǎng)原理可知該工藝生長(zhǎng)速率較快，對(duì)于生長(zhǎng)目標(biāo)只有幾百埃的介電層薄膜，主工藝時(shí)間大約只有數(shù)秒，生長(zhǎng)時(shí)間很短，均勻性和致密性都較差，容易在膜層底部產(chǎn)生針孔狀缺陷(pin?hole)現(xiàn)象，圖1為關(guān)鍵尺寸90nm的平臺(tái)采用化學(xué)氣相沉積工藝生成mim電容器的sin介質(zhì)層(虛線框)的剖面掃描電子顯微鏡圖，經(jīng)過(guò)電性測(cè)試后sin介質(zhì)層的底部被擊穿，這可能會(huì)導(dǎo)致mim電容器產(chǎn)生比較大的漏電流和可靠性問(wèn)題，針對(duì)采用化學(xué)氣相沉積工藝生成mim電容器的sin介質(zhì)層的剖面掃描電子顯微鏡，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)電性測(cè)試后，sin介質(zhì)層的底部有擊穿現(xiàn)象，從而導(dǎo)致mim電容器失效。

4、需要說(shuō)明的是，在上述背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種mim電容器及制備方法，mim電容器的介質(zhì)層的各個(gè)子介質(zhì)層采用不同方法制備獲得，使得頂層和底層的子介質(zhì)層具有高的致密度，同時(shí)，多層子介質(zhì)層之間的界面可以降低電容器的漏電流，提高電容器的可靠性。

2、具體的，本發(fā)明的第一方面提供了一種mim電容器，所述mim電容器包括下極板金屬層、介質(zhì)層和上極板金屬層；

3、所述介質(zhì)層至少包括依次層疊的第一子介質(zhì)層、第二子介質(zhì)層以及第三子介質(zhì)層；

4、所述第一子介質(zhì)層和所述第三子介質(zhì)層的制備方法與所述第二子介質(zhì)層的制備方法不同。

5、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述第一子介質(zhì)層和所述第三子介質(zhì)層采用原子層沉積制備方法獲得；

6、所述第二子介質(zhì)層采用化學(xué)氣相沉積制備方法獲得。

7、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述第一子介質(zhì)層的致密度大于所述第二子介質(zhì)層的致密度；以及

8、所述第三子介質(zhì)層的致密度大于所述第二子介質(zhì)層的致密度。

9、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述第一子介質(zhì)層、所述第二子介質(zhì)層以及所述第三子介質(zhì)層為同一材質(zhì)。

10、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述第一子介質(zhì)層或所述第三子介質(zhì)層為tio2層、ta2o5層、摻ti的ta2o5層、摻nb的ta2o5層、氧化硅層或氮化硅層。

11、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述第二子介質(zhì)層為氧化硅層、氮化硅層、hfo2層、zro2層、nb2o5、y2?o3層、la2o3層或al2o3層。

12、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述第一子介質(zhì)層的厚度與所述第二子介質(zhì)層的厚度的比值為在1/20至1/5之間；

13、所述第三子介質(zhì)層的厚度與所述第二子介質(zhì)層的厚度的比值為在1/20至1/5之間。

14、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述介質(zhì)層的總厚度在300埃至700埃之間。

15、本發(fā)明的第二方面提供了一種mim電容器的制備方法，用于制備所述的mim電容器，所述制備方法包括如下方法：

16、提供一襯底，在襯底上形成下極板金屬層；

17、采用第一沉積方法在所述下極板金屬層背離襯底的一側(cè)沉積第一子介質(zhì)層；

18、采用第二沉積方法在所述第一子介質(zhì)層背離所述下極板金屬層的一側(cè)沉積第二子介質(zhì)層；

19、采用第一沉積方法在所述第二子介質(zhì)層背離所述第一子介質(zhì)層的一側(cè)沉第三子介質(zhì)層；

20、在所述第三子介質(zhì)層背離所述第二子介質(zhì)層形成上極板金屬層。

21、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述第一沉積方法為原子層沉積方法；

22、所述第二沉積方法為化學(xué)氣相沉積方法。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的mim電容器的介質(zhì)層包括了多個(gè)子介質(zhì)層，且通過(guò)采用不同制備方法獲得多個(gè)子介質(zhì)層，從而改善各個(gè)子介質(zhì)層的膜質(zhì)，減少介質(zhì)的針孔狀缺陷，提高mim電容器的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種mim電容器，其特征在于，所述mim電容器包括下極板金屬層、介質(zhì)層和上極板金屬層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mim電容器，其特征在于，所述第一子介質(zhì)層和所述第三子介質(zhì)層采用原子層沉積制備方法獲得；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mim電容器，其特征在于，所述第一子介質(zhì)層的致密度大于所述第二子介質(zhì)層的致密度；以及

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mim電容器，其特征在于，所述第一子介質(zhì)層、所述第二子介質(zhì)層以及所述第三子介質(zhì)層為同一材質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mim電容器，其特征在于，所述第一子介質(zhì)層或所述第三子介質(zhì)層為tio2層、ta2o5層、摻ti的ta2o5層、摻nb的ta2o5層、氧化硅層或氮化硅層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mim電容器，其特征在于，所述第二子介質(zhì)層為氧化硅層、氮化硅層、hfo2層、zro2層、nb2o5、y2?o3層、la2o3層或al2o3層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mim電容器，其特征在于，所述第一子介質(zhì)層的厚度與所述第二子介質(zhì)層的厚度的比值為在1/20至1/5之間；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mim電容器，其特征在于，所述介質(zhì)層的總厚度在300埃至700埃之間。

9.一種mim電容器的制備方法，其特征在于，用于制備權(quán)利要求1至權(quán)利要求8中任意一項(xiàng)所述的mim電容器，所述制備方法包括如下方法：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述mim電容器的制備方法，其特征在于，所述第一沉積方法為原子層沉積方法；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種MIM電容器及制備方法，MIM電容器包括下極板金屬層、介質(zhì)層和上極板金屬層；介質(zhì)層至少包括依次層疊的第一子介質(zhì)層、第二子介質(zhì)層以及第三子介質(zhì)層；第一子介質(zhì)層和第三子介質(zhì)層的制備方法與第二子介質(zhì)層的制備方法不同。本發(fā)明通過(guò)把MIM電容器的介質(zhì)層從單一的化學(xué)氣相沉積薄膜調(diào)整為通過(guò)原子層沉積獲得頂層和底層的子介質(zhì)層，采用化學(xué)氣相沉積獲得中間子介質(zhì)層，從而實(shí)現(xiàn)可以精確控制頂層和底層的子介質(zhì)層的厚度，改善頂層和底層的子介質(zhì)層的均勻性和致密性，頂層和底層的子介質(zhì)層具有高致密度和無(wú)針孔的特性，同時(shí)頂層和底層的子介質(zhì)層與中間的子介質(zhì)層形成界面層，可以降低MIM電容器的漏電流從而提高其可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：陽(yáng)黎明,劉俊,李釗,黃永彬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海積塔半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8