一种电容器、芯片及电容器的制备方法与流程

1.本发明涉及芯片、器件、半导体技术领域，具体地涉及一种电容器、芯片及电容器的制备方法。


背景技术：

2.电容器是在超大规模集成电路中常用的无源元件，其主要包括多晶硅
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绝缘体-多晶硅(pip)、金属-绝缘体-硅(mis) 和金属-绝缘体-金属(mim) 等。其中，由于mim 电容器对晶体管造成的干扰最小，且可以提供较好的线性度和对称度，因此得到了更加广泛的应用，特别是混合信号和射频领域。
3.在mim电容器中，中间绝缘体通常使用二氧化硅或氮化硅等电介质材料制成。随着产品电容密度越来越大，绝缘体的厚度整体在变薄，但是，mim 电容器的击穿电压以及经时击穿(tddb，又称与时间相关电介质击穿) 往往不能同时满足要求，使得mim 电容器的电性能不达标。因此mim 电容器存在能同时满足击穿电压以及经时击穿要求的缺陷。
4.cn105448886 a将mim电容器的绝缘层设置成层叠的电介质，使得绝缘层具有多个不同折射率的膜层，其中包括高折射率的膜层以及低折射率的膜层，高折射率的膜层用来提高经时击穿的时间，低折射率的膜层用来提高击穿电压，从而可以使得层叠电介质同时满足击穿电压以及经时击穿的要求。但在实际使用中，大面积mim电容器的击穿电压和经时击穿电性能仍然不是十分理想。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种具有较高击穿电压和经时击穿性能的电容器及电容器的制备方法。
6.本发明的发明人对现有技术的mim电容器进行研究后发现，造成击穿电压和经时击穿电性能较低的原因在于：大面积mim电容器的绝缘层在化学机械研磨(cmp)工艺中会导致每个膜层表面的平整度下降以及表面缺陷增加，同时各膜层表面平坦化的结构也会导致两两之间高低折射率耦合效应降低，从而导致电容器的击穿电压和经时击穿电性能较低。
7.在上述研究的基础上，为了至少部分地解决现有电容器的上述问题，本发明提供了一种电容器，包括：第一电极、层叠电介质及第二电极，所述层叠电介质位于所述第一电极和所述第二电极之间；所述层叠电介质包括两层以上电介质膜，相邻两层电介质膜的折射率不同，相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。
8.可选的，相邻两层电介质膜相接触的表面是凹凸配合的。
9.可选的，所述层叠电介质包括第一电介质膜和第二电介质膜；所述第一电介质膜和第二电介质膜的折射率不同；所述第一电介质膜、第二电介质膜凹凸层叠后设置于所述第一电极和第二电极之间。
10.可选的，所述层叠电介质包括第一电介质膜、第二电介质膜及第三电介质膜；所述第一电介质膜和第二电介质膜的折射率不同，所述第二电介质膜和第三电介质膜的折射率
不同；所述第一电介质膜、第二电介质膜及第三电介质膜依次凹凸层叠后设置于所述第一电极和第二电极之间。
11.可选的，相邻两层电介质膜的折射率的差值不小于0.1。
12.可选的，电介质膜的材料选自由以下材料组成的组中：纯氧化硅、掺杂质元素的氧化硅、纯氮化硅、掺杂质元素的氮化硅、氧化铪和氧化铝。
13.可选的，所述第一电极和第二电极的材料均为金属，该金属为选自铜、铝、金、银和钨中的一种或多种。
14.相应的，本发明实施例还提供一种电容器的制备方法，包括提供第一电极、层叠电介质及第二电极，所述层叠电介质位于所述第一电极和所述第二电极之间；所述层叠电介质包括两层以上电介质膜，相邻两层电介质膜的折射率不同，相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。
15.可选的，相邻两层电介质膜相接触的表面是凹凸配合的。
16.可选的，所述电介质膜采用化学气相沉积法制备；所述化学气相沉积工艺的反应源包括硅源和氧源；所述硅源为硅烷含硅气体，所述氧源为氧气含硅气体。
17.可选的，相邻两层电介质膜的折射率的差值不小于0.1。
18.相应的，本发明实施例还提供一种芯片，该芯片包括上述所述的电容器。
19.本发明提供的一种电容器包括：第一电极、层叠电介质及第二电极，所述层叠电介质位于所述第一电极和所述第二电极之间；所述层叠电介质包括两层以上电介质膜，相邻两层电介质膜的折射率不同，相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。该电容器提高了各个电介质膜的表面平整度、降低了缺陷数量，而且提高了不同折射率电介质膜的耦合性，提升了层叠电介质的击穿电压和经时击穿性能，从而大幅度提高了电容器的电性能。
20.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
21.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：图1是本发明的一种实施方式的电容器的结构示意图；图2为本发明的电容器的制备方法流程图；图3-图6是本发明的一种实施方式的电容器的制备方法示意图；图7是本发明的另一种实施方式的电容器的结构示意图。
22.附图标记说明100-第一电极；200-第二电极；300-层叠电介质；121-第一电介质膜；122-第二电介质膜；n-第n电介质膜；n-1-第（n-1）电介质膜。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
24.本发明提供的电容器，包括：第一电极、层叠电介质及第二电极，所述层叠电介质位于所述第一电极和所述第二电极之间；所述层叠电介质包括两层以上电介质膜，相邻两层电介质膜的折射率不同，相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。
25.图1是本发明的一种实施方式的电容器的结构示意图，如图1所示，电容器包括第一电极100、层叠电介质300及第二电极200，所述层叠电介质300位于所述第一电极100和所述第二电极200之间。所述第一电极和第二电极的材料均为金属，该金属为选自铜、铝、金、银和钨中的一种或多种。电介质膜的材料选自由以下材料组成的组中：纯氧化硅、掺杂质元素的氧化硅、纯氮化硅、掺杂质元素的氮化硅、氧化铪和氧化铝。
26.所述层叠电介质包括两层以上电介质膜，相邻两层电介质膜的折射率不同，相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合，例如所述层叠电介质包括五层电介质膜，其包括四对相邻的电介质膜，其中一个或两个或三个相邻的电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。按照一种优选的实施方式，任意相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。例如所述层叠电介质包括五层电介质膜，其包括四对相邻的电介质膜，四对相邻的电介质膜接触的表面是均是非平坦的并且彼此配合。优选的，所述非平坦并彼此配合为凹凸配合，即相邻两层电介质膜相接触的表面是凹凸配合的，现有的平坦化结构在磨平时的平整度差会使上下层界面的接触度下降，从而导致两两之间高低折射率耦合效应降低，而本技术提出一种凹凸型配合，其中，凹凸的深度要有一定的大小，可选的，凹凸的深度与电介质膜的厚度关系为1:1.5~1:3范围，所述凹凸的深度小于电介质膜厚度。所述相邻两层电介质膜的折射率不同，例如所述层叠电介质包括五层电介质膜，其包括四对相邻的电介质膜，其中一个或两个或三个相邻的电介质膜的折射率不同。按照一种优选的实施方式，任意相邻两层电介质膜的折射率不同，例如所述层叠电介质包括五层电介质膜，其包括四对相邻的电介质膜，四对相邻的电介质膜的折射率均不同。相邻两层电介质膜的折射率的差值不小于0.1。不同的电介质膜对应的折射率范围不一样，譬如纯sio2的折射率为1.46左右，sio2不同掺杂下的折射率范围为1.0~2.0。纯si3n4的折射率为2左右，si3n4不同掺杂下的折射率范围为1.0~3.0。同一种电介质膜上下两层间的折射率差值不小于0.1。按照一种具体实施方式，所述层叠电介质包括第一电介质膜和第二电介质膜；所述第一电介质膜和第二电介质膜的折射率不同；所述第一电介质膜、第二电介质膜凹凸层叠后设置于所述第一电极和第二电极之间。
27.按照另一种具体的实施方式，所述层叠电介质包括第一电介质膜、第二电介质膜及第三电介质膜；所述第一电介质膜和第二电介质膜的折射率不同，所述第二电介质膜和第三电介质膜的折射率不同；所述第一电介质膜、第二电介质膜及第三电介质膜依次凹凸层叠后设置于所述第一电极和第二电极之间。
28.图2为本发明的电容器的制备方法流程图，所述电容器的制备方法包括提供第一电极、层叠电介质及第二电极，所述层叠电介质位于所述第一电极和所述第二电极之间；所述层叠电介质包括两层以上电介质膜，相邻两层电介质膜的折射率不同，相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。
的击穿电压，所述第二电介质膜122 可以提高所述层叠电介质120 的经时击穿，从而使得所述层叠电介质120 同时满足击穿电压以及经时击穿的要求。
36.本发明通过提出一种特殊的电容器的结构设计和制备方法，所述电容器包括：第一电极、层叠电介质及第二电极，所述层叠电介质位于所述第一电极和所述第二电极之间；所述层叠电介质包括两层以上电介质膜，相邻两层电介质膜的折射率不同，相邻两层电介质膜相接触的表面是非平坦的并且彼此配合。该电容器提高了各个电介质膜的表面平整度、降低了缺陷数量，而且提高了不同折射率电介质膜的耦合性，提升了层叠电介质的击穿电压和经时击穿性能，从而大幅度提高了电容器的电性能。
37.本发明设计和制备由多个折射率大小不同的电介质膜依次成凹凸型间隔层叠设置而形成的电容器器件。对于凹凸型的光栅结构，cmp机械应力能被均匀释放，避免蝶形效应，因此平整度能提高。膜层与膜层之间的接触性更好，耦合性更强。相比于现有技术，本发明不仅可以实现低折射率电介质膜用于提高电介质击穿电压和高折射率提高电介质经时击穿的特点，同时还通过特殊的凹凸型间隔层叠电介质提高各个电介质膜的表面平整度、降低缺陷数量，利用凹凸型间隔层叠电介质不同折射率电介质膜的高耦合特性，进一步提高层叠电介质的击穿电压和经时击穿性能，最终使高电容器性能大幅度提升。
38.以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
39.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
40.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
41.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。