一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，包括：在基板上涂光刻膠，并對光刻膠進行光刻、顯影，在基板上形成下極板圖形；在形成下極板圖形的基板上蒸發(fā)多層金屬，形成金屬-介質(zhì)-金屬電容的下極板；在形成下極板的基板上淀積介質(zhì)層；在淀積有介質(zhì)層的基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成開孔；然后刻蝕去除開孔處的介質(zhì)層，并將基片放入丙酮溶液中，去除光刻膠；在基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成上極板圖形，然后在基片表面濺射起鍍層；對濺射起鍍層的基片整片涂覆光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，形成上極板圖形以及壓點圖形；然后將基片放入電鍍液中進行電鍍，并將電鍍完成的基片放入丙酮溶液中剝離，形成空氣橋圖形、電容上極板以及壓點。
【專利說明】—種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體無源元件制作【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的制作方法，該制作工藝可應用于任何基板，能夠改善金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)電容的質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002]在微波單片集成電路(MMIC)中，大量無源器件與有源器件集成在同一芯片上，這是MMIC電路有別于傳統(tǒng)集成電路的重要標志之一。在MMIC設(shè)計中，無源器件常應用于匹配網(wǎng)絡(luò)、直流偏置網(wǎng)絡(luò)、相位變換以及濾波器等多種子電路中，而作為無源器件中的電容的質(zhì)量將直接影響著整個MMIC電路的可靠性。在微波領(lǐng)域中，電容多采用覆蓋電容即金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的單位面積電容值大，能有效縮小芯片面積，在MMIC中廣泛應用于低阻抗匹配電路、旁路和隔直電路。
[0003]目前現(xiàn)有工藝流程中，制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的主要工藝流程如下:
[0004]步驟1:在基板上涂光刻膠，采用正膠工藝，光刻膠厚度控制在I μ m-1.5 μ m之間，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影、形成下極板圖形，此時下極板圖形處無光刻膠，其余部分含有光刻膠，如圖1(a)示意圖所示；
[0005]步驟2:將帶有光刻膠形成圖形的基片放入蒸發(fā)機，蒸發(fā)順序為金屬粘附層/金屬金Au，厚度根據(jù)實際需要制定，蒸發(fā)完畢后，將整片放入剝離液中，通常采用丙酮溶液，由于下極板圖形外圍光刻膠的存在，隨著丙酮的進入，光刻膠上的金屬被剝離，而電容下極板處的金屬留下，經(jīng)過清洗吹干，進入下一個步驟，如圖1(b)、圖1(c)過程所示；
[0006]步驟3:將完成的片子整片放入等離子增強化學氣相沉積(PECVD)設(shè)備，采用等離子增強化學氣相沉積法生長介質(zhì)，介質(zhì)通常采用SiO2或Si3N4,生長速率控制在20-40nm /min,如圖1 (d)所示；
[0007]步驟4:將生長有介質(zhì)的基片全片勻膠，采用正膠，厚度在I μ m-1.5 μ m，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影、形成孔的圖形，即孔的圖形處沒有光刻膠，并利用干法刻蝕的方法去除開孔處的介質(zhì)層，通常采用離子刻蝕設(shè)備(RIE)，刻蝕速率控制在60-90nm / min，確定刻蝕干凈后，將片子放入丙酮中，去除孔以外圖形處的光刻膠如圖1 (e)、圖1 (f)所示；
[0008]步驟5:將清洗干凈的片子涂正膠光刻膠，厚度在2.5 μ m-3 μ m之間，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影、形成上極板圖形，如圖1(g)；
[0009]步驟6:將光刻好的片子放入濺射的儀器，整片濺射起鍍層，如圖1所示，⑤為起鍍層，此時片子的全片覆蓋起鍍層，起鍍層的金屬通常采用Ti / Au，厚度30nm / 80nm如圖1 (h)所示；
[0010]步驟7:將濺射好的片子整片涂覆光刻膠，建議采用正膠，厚度控制在3 μ m，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影、形成上極板圖形以及壓點圖形，如圖l(i)所
不；；[0011]步驟8:將光刻完畢的片子放入電鍍液中進行電鍍，控制電鍍的導通電阻在3歐姆以下，電鍍的電流控制在2.5X 10_2 / mm2,電鍍的速率為0.08-0.1lym / min,電鍍層厚度為2.5 μ m,完成電鍍?nèi)鐖D1(.j)所示；
[0012]步驟9:將電鍍完成的片子放入丙酮中，由于光刻膠的存在，濺射在光刻膠位置上的起鍍層隨著光刻膠的溶解而玻璃，最終形成了空氣橋圖形、電容上極板以及壓點，如圖1 (k)所示。
[0013]圖2示出了傳統(tǒng)工藝制作的金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的剖面圖。
[0014]然而，這種方法中有一些缺陷:首先在下極板金屬金之上，直接淀積介質(zhì)層，由于金和介質(zhì)的黏附性不好，影響了金屬下極板的表面狀況，介質(zhì)直接淀積在這樣的表面上會影響介質(zhì)層的生長，從而降低介質(zhì)的致密性，降低介質(zhì)層的質(zhì)量，致使電容的漏電較大，品質(zhì)因數(shù)Q值降低，擊穿電壓不高。其次，為了提高電容的質(zhì)量，一般使用改善介質(zhì)層的方法，例如加厚介質(zhì)層，使用不同的淀積方法，但是對加厚介質(zhì)層會降低單位電容值，增大芯片面積，采用不同的淀積介質(zhì)方法會大大提高芯片制作成本，增加工藝復雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015](一)要解決的技術(shù)問題
[0016]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，以改善電容介質(zhì)層與金屬下極板的黏附性，優(yōu)化電容下極板表面狀況，提高電容介質(zhì)層的生長質(zhì)量，提高金屬-介質(zhì)-金屬電容直流及微波特性。
[0017](二)技術(shù)方案
[0018]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，該方法包括:
[0019]步驟1:在基板上涂光刻膠，并對光刻膠進行光刻、顯影，在基板上形成下極板圖形；
[0020]步驟2:在形成下極板圖形的基板上蒸發(fā)多層金屬，形成金屬-介質(zhì)-金屬電容的下極板；
[0021]步驟3:在形成下極板的基板上淀積介質(zhì)層；
[0022]步驟4:在淀積有介質(zhì)層的基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成開孔；然后刻蝕去除開孔處的介質(zhì)層，并將基片放入丙酮溶液中，去除光刻膠；
[0023]步驟5:在基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成上極板圖形，然后在基片表面濺射起鍍層；
[0024]步驟6:對濺射起鍍層的基片整片涂覆光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，形成上極板圖形以及壓點圖形；然后將基片放入電鍍液中進行電鍍，并將電鍍完成的基片放入丙酮溶液中剝離，形成空氣橋圖形、電容上極板以及壓點。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明提供的金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的制作方法，通過改善下極板金屬的制作方法有效的提高了下極板金屬和介質(zhì)的黏附性，同時優(yōu)化了下極板的表面狀況，更有利于介質(zhì)層的生長，從而有效提高了介質(zhì)的質(zhì)量，使得電容在耐高壓，減小漏電流，品質(zhì)因數(shù)Q值方面得到了很大的改善，該發(fā)明的工藝方法簡單，成本低，重復性很好，得到的電容器件的特性較之傳統(tǒng)工藝有很大提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1 (a)至圖1 (k)是現(xiàn)有制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的工藝流程示意圖。
[0028]圖2是傳統(tǒng)工藝制作的金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的剖面圖。
[0029]圖3是對傳統(tǒng)工藝制作的金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容進行微波電容測試的示意圖。
[0030]圖4是對傳統(tǒng)工藝制作的金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容進行微波電容品質(zhì)因數(shù)Q值測試的示意圖。
[0031]圖5(a)至圖5(k)是依照本發(fā)明實施例的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的工藝流程示意圖。
[0032]圖6是依照本發(fā)明實施例的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作版圖的示意圖。
[0033]圖7是依照本發(fā)明實施例的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的剖面圖。
[0034]圖8是對依照本發(fā)明實施例的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容進行微波電容測試的示意圖。
[0035]圖9是對依照本發(fā)明實施例的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容進行微波電容品質(zhì)因數(shù)Q值測試的示意圖。
[0036]圖10是采用新工藝(本發(fā)明)與傳統(tǒng)工藝制作200X200 μ m2金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的直流漏電比較的示意圖。
[0037]附圖標記
[0038]I氮化鋁(AlN)基板；
[0039]2金屬層(本發(fā)明采用鈦(Ti)層)；
[0040]3下極板金屬(蒸發(fā)金Au)；
[0041]4介質(zhì)層(氮化硅Si3N4)；
[0042]5起鍍層金屬；
[0043]6上極板(電鍍金Au)；
[0044]7空氣橋連接上極板；
[0045]8 金(Au)層；
[0046]9光刻膠
【具體實施方式】
[0047]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0048]本發(fā)明提供的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，可以應用于任何基板上金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)電容的制作，該方法采用多層金屬制作電容下極板，在蒸發(fā)下極板時，采用鈦/金/鈦多層結(jié)構(gòu)，然后再淀積介質(zhì)層，以此達到改善介質(zhì)與金屬的黏附性，優(yōu)化金屬下極板的表面狀況，從而有利于介質(zhì)層的生長，提高金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容微波及直流性能。能夠全面提高電容性能。現(xiàn)結(jié)合制作工藝對本發(fā)明做以詳細描述:[0049]如圖5 (a)至圖5 (k)所示，圖5 (a)至圖5 (k)是本發(fā)明提供的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的工藝流程示意圖，該方法包括以下步驟:
[0050]步驟1:在基板上涂光刻膠，并對光刻膠進行光刻、顯影，在基板上形成下極板圖形；
[0051]由于本實施例采用的是氮化鋁基板，平整度在土 150人。第一步如同傳統(tǒng)工藝，在基板上涂光刻膠，采用正膠工藝，光刻膠厚度控制在I μ m-l.5 μ m之間，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影、形成下極板圖形，此時下極板圖形處無光刻膠，其余部分含有光刻膠，如圖5(a)所示；
[0052]步驟2:在形成下極板圖形的基板上蒸發(fā)多層金屬，形成金屬-介質(zhì)-金屬電容的下極板；
[0053]將帶有光刻膠形成圖形的基片放入蒸發(fā)機，蒸發(fā)順序為金屬粘附層/金屬金Au /金屬粘附層，厚度根據(jù)實際需要制定，蒸發(fā)完畢后，將整片放入剝離液中，通常采用丙酮溶液，由于下極板圖形外圍光刻膠的存在，隨著丙酮的進入，光刻膠上的金屬被剝離，而電容下極板處的金屬留下，經(jīng)過清洗吹干，形成金屬-介質(zhì)-金屬電容的下極板，然后進入下一個步驟，如圖5(b)、圖5(c)所示；
[0054]下極板與即將淀積的介質(zhì)層之間的黏附性也需要考慮，同時，由于介質(zhì)直接淀積在下極板表面之上，良好的表面狀況是優(yōu)質(zhì)生長介質(zhì)的保障，基于這三點，下極板選用金屬A / Au /金屬B復合層來進行制作，這里的金屬A層、金屬B層可以選用鈦金屬，鎳金屬等黏附性強的金屬，本實施例中選用了鈦/金/鈦(200 Α/1μηι/200Α)或者Ti / Au /Ni (200 A/1 μ m/200Α),來進行。
[0055]步驟3:在形成下極板的基板上淀積介質(zhì)層；
[0056]將形成下極板的基板整片放入等離子增強化學氣相沉積(PECVD)設(shè)備，采用等離子增強化學氣相沉積法生長介質(zhì)，介質(zhì)通常采用SiO2, Si3N4，生長速率控制在20-40nm /min，厚度控制在1000-3000 A，如圖5(d)所示；
[0057]步驟4:在淀積有介質(zhì)層的基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成開孔；然后刻蝕去除開孔處的介質(zhì)層，并將基片放入丙酮溶液中，去除光刻膠；
[0058]將生長有介質(zhì)的基片全片勻膠，采用正膠，厚度在I μ m-l.5 μ m，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成開孔，即開孔處沒有光刻膠，如圖5(e)所示；然后利用干法刻蝕的方法去除開孔處的介質(zhì)層，通常采用離子刻蝕設(shè)備(RIE)，刻蝕速率控制在60-90nm / min,確定刻蝕干凈后,將片子放入丙酮溶液中，去除剩余的光刻膠,如圖5(f)所示；
[0059]步驟5:在基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成上極板圖形，然后在基片表面濺射起鍍層；
[0060]將清洗干凈的片子涂正性光刻膠，厚度在2.5 μ m-3 μ m之間，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影、形成上極板圖形，如圖5(g)所示；將光刻好的片子放入濺射的儀器，整片濺射起鍍層，⑤為起鍍層，此時片子的全片覆蓋起鍍層，起鍍層的金屬通常采用Ti / Au,厚度30nm/ 80nm如圖5 (h)所示；
[0061]步驟6:對濺射起鍍層的基片整片涂覆光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，形成上極板圖形以及壓點圖形；然后將基片放入電鍍液中進行電鍍，并將電鍍完成的基片放入丙酮溶液中剝離，形成空氣橋圖形、電容上極板以及壓點；
[0062]對濺射起鍍層的基片整片涂覆光刻膠，一般采用正膠，厚度控制在3 μ m，采用接觸式光刻機MA6對光刻膠進行光刻、顯影、形成上極板圖形以及壓點圖形，如圖5(i)所示；將光刻完畢的片子放入電鍍液中，進行電鍍，控制電鍍的導通電阻在3歐姆以下，電鍍的電流控制在2.5X10_2 / mm2，電鍍的速率為0.08-0.1lym / min，電鍍層厚度為2.5 μ m，完成電鍍?nèi)鐖D5(.j)所示；將電鍍完成的基片放入丙酮溶液中，由于光刻膠的存在，電鍍在光刻膠位置上的電鍍層隨著光刻膠的溶解而剝離，最終形成了空氣橋圖形、電容上極板以及壓點，如圖5(k)所示。上極板金屬也是與介質(zhì)層緊密相連，這里選用鈦/金作為上極板，以改善電容上極板與介質(zhì)的黏附性。
[0063]圖6示出了依照本發(fā)明實施例的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作版圖的示意圖，圖7示出了依照本發(fā)明實施例的制作金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的剖面圖。
[0064]步驟7:測試分析
[0065]表1:不同工藝下微波測試結(jié)果對比表
[0066]
【權(quán)利要求】
1.一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，該方法包括: 步驟1:在基板上涂光刻膠，并對光刻膠進行光刻、顯影，在基板上形成下極板圖形； 步驟2:在形成下極板圖形的基板上蒸發(fā)多層金屬，形成金屬-介質(zhì)-金屬電容的下極板； 步驟3:在形成下極板的基板上淀積介質(zhì)層； 步驟4:在淀積有介質(zhì)層的基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成開孔；然后刻蝕去除開孔處的介質(zhì)層，并將基片放入丙酮溶液中，去除光刻膠； 步驟5:在基片上全片勻光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，在光刻膠上形成上極板圖形，然后在基片表面濺射起鍍層； 步驟6:對濺射起鍍層的基片整片涂覆光刻膠，對光刻膠進行光刻、顯影，形成上極板圖形以及壓點圖形；然后將基片放入電鍍液中進行電鍍，并將電鍍完成的基片放入丙酮溶液中剝離，形成空氣橋圖形、電容上極板以及壓點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟I中所述基板采用氮化鋁基板，平整度在土 150A,。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟2中所述在形成下極板圖形的基板上蒸發(fā)多層金屬，是將帶有光刻膠形成下極板圖形的基片放入蒸發(fā)機，蒸發(fā)順序為金屬粘附層/金屬金Au /金屬粘附層，蒸發(fā)完畢后，將整片放入剝離液中，采用丙酮溶液，將光刻膠上的金屬剝離，而電容下極板處的金屬留下，經(jīng)過清洗吹干，形成金屬-介質(zhì)-金屬電容的下極板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟3中所述在形成下極板的基板上淀積介質(zhì)層，是將形成下極板的基板整片放入等離子增強化學氣相沉積設(shè)備，采用等離子增強化學氣相沉積法生長介質(zhì)層，介質(zhì)層采用SiO2或Si3N4,生長速率控制在20-40nm / min，介質(zhì)層厚度控制在丨000-3000 A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟4中所述在淀積有介質(zhì)層的基片上全片勻光刻膠，采用正膠，厚度在I μ m-l.5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟4中所述刻蝕去除開孔處的介質(zhì)層，是利用干法刻蝕的方法去除開孔處的介質(zhì)層，采用離子刻蝕設(shè)備，刻蝕速率控制在60-90nm / min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟5中所述在基片上全片勻光刻膠，采用正膠，厚度在2.5 μ m-3 μ m之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟5中所述在基片表面濺射起鍍層，是將光刻好的基片放入濺射的儀器，整片濺射起鍍層，起鍍層的金屬采用Ti / Au,厚度30nm / 80nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟6中所述對濺射起鍍層的基片整片涂覆光刻膠，采用正膠，厚度控制在3 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)電容的制作方法，其特征在于，步驟6中所述將基片放入電鍍液中進行電鍍，電鍍的導通電阻在3歐姆以下，電鍍的電流控制在2.5X10-2 / mm2，電鍍的速率為0.08-0.11 μ m / min，電鍍層厚度為2.5 μ m。
【文檔編號】H01L21/02GK103928301SQ201410156492
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】陳曉娟, 袁婷婷, 羅衛(wèi)軍, 和致經(jīng), 劉新宇 申請人:中國科學院微電子研究所