本发明涉及半导体制造,尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
背景技术:
1、电容器是在超大规模集成电路中常用的无源元件,主要包括多晶硅-绝缘体-多晶硅(pip,polysilicon-insulator-polysilicon)电容器、金属-绝缘体-硅(mis,metal–insulator-silicon)电容器和金属-绝缘体-金属(mim,metal-insulator-metal)电容器等。
2、随着无线通讯技术的快速发展,人们强烈希望将适合于芯上系统(soc)的高性能解耦和旁路电容植入到集成电路的铜互连末端工艺中,以获得功能强劲的射频系统。这就进一步要求植入的电容应具有高电容密度、理想的电压线性值、精确的电容值控制以及高可靠性等;传统的pip结构、mis结构以及mos结构已经难以满足性能需求。
3、由于mim电容器对晶体管造成的干扰小,且可以提供较好的线性度(linearity)和对称度(symmetry),因此采用mim电容器将是射频和模拟/混合信号集成电路发展趋势。
4、然而,mim电容器在形成过程中仍存在诸多问题。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是提供一种半导体结构及其形成方法,以提升最终形成的半导体结构的可靠性。
2、为解决上述问题,本发明提供一种半导体结构的形成方法,包括:提供衬底;在所述衬底上形成第一介质层,所述第一介质层内具有电容凹槽;在所述电容凹槽内形成电容结构,所述电容结构包括位于所述电容凹槽的侧壁和底部表面的第一电极层,位于所述第一电极层上的绝缘层,位于所述绝缘层上的第二电极层,所述第二电极层填充满所述电容凹槽,且所述第二电极层的顶部表面与所述第一介质层的顶部表面齐平;在所述第一介质层和所述电容结构上形成第二介质层。
3、可选的,在所述电容凹槽内形成电容结构的方法包括:在所述电容凹槽的侧壁和底部表面、以及所述第一介质层的顶部表面形成第一电极材料层;在所述第一电极材料层上形成绝缘材料层;在所述绝缘材料层上形成第二电极材料层;对所述第二电极材料层、绝缘材料层、第一电极材料层进行第一研磨处理,直至暴露出所述第一介质层的顶部表面为止,使得所述第一电极材料层形成初始第一电极层,所述绝缘材料层形成初始绝缘层,所述第二电极材料层形成初始第二电极层;对所述初始第一电极层、初始绝缘层、初始第二电极层以及第一介质层进行第二研磨处理,直至暴露出位于所述电容凹槽内的所述初始第二电极层的顶部表面为止,使得所述初始第一电极层形成所述第一电极层,所述初始绝缘层形成所述绝缘层,所述初始第二电极层形成所述第二电极层。
4、可选的,所述第一研磨处理包括:第一化学机械研磨工艺。
5、可选的,所述第一化学机械研磨工艺的工艺参数包括:研磨溶液包括:氧化硅溶液和双氧水;研磨头转速100转/秒-110转/秒;研磨时间50秒~100秒。
6、可选的,所述第二研磨处理包括:第二化学机械研磨工艺。
7、可选的,所述第二化学机械研磨工艺的工艺参数包括:研磨溶液包括:氧化硅溶液和双氧水;研磨头转速100转/秒-110转/秒;研磨时间50秒~100秒。
8、可选的,所述第一电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
9、可选的,所述第二电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
10、可选的,所述绝缘层的材料包括:高k介质材料;所述高k介质材料包括:铜、铝或钽合金。
11、可选的,在形成所述第二介质层之后,还包括:在所述第二介质层内形成若干第一导电插塞和若干第二导电插塞,若干所述第一导电插塞分别与所述第一电极层连接,若干所述第二导电插塞分别与所述第二电极层连接。
12、相应的,本发明技术方案中还提供一种半导体结构,包括:提供衬底;位于所述衬底上的第一介质层,所述第一介质层内具有电容凹槽;位于所述电容凹槽内的电容结构,所述电容结构包括位于所述电容凹槽的侧壁和底部表面的第一电极层,位于所述第一电极层上的绝缘层,位于所述绝缘层上的第二电极层,所述第二电极层填充满所述电容凹槽,且所述第二电极层的顶部表面与所述第一介质层的顶部表面齐平;位于所述第一介质层和所述电容结构上的第二介质层。
13、可选的,所述第一电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
14、可选的,所述第二电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
15、可选的,所述绝缘层的材料包括:高k介质材料;所述高k介质材料包括:硅氧化物或硅氮化物。
16、可选的,还包括:在所述第二介质层内形成若干第一导电插塞和若干第二导电插塞,若干所述第一导电插塞分别与所述第一电极层连接,若干所述第二导电插塞分别与所述第二电极层连接。
17、与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
18、本发明的技术方案的半导体结构的形成方法中,由于所述电容结构形成在所述第一介质层的电容凹槽内,且所述电容结构的顶部表面与所述第一介质层的顶部表面齐平,使得所述第二介质层会在所述第一介质层和所述电容结构提供的平坦界面上形成,以提升所述第二介质层顶部表面的平坦度,进而提升后续形成在所述第二介质层上的膜层的平坦度,以提升后续工艺中光刻工艺的对准精度,使得最终形成的半导体结构的可靠性提升。
19、本发明的技术方案的半导体结构中,由于所述电容结构位于所述第一介质层的电容凹槽内,且所述电容结构的顶部表面与所述第一介质层的顶部表面齐平,使得所述第二介质层会在所述第一介质层和所述电容结构提供的平坦界面上形成,以提升所述第二介质层顶部表面的平坦度,进而提升后续形成在所述第二介质层上的膜层的平坦度,以提升后续工艺中光刻工艺的对准精度,使得最终形成的半导体结构的可靠性提升。
1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:
2.如权利要求1所述半导体结构的形成方法,其特征在于,在所述电容凹槽内形成电容结构的方法包括:在所述电容凹槽的侧壁和底部表面、以及所述第一介质层的顶部表面形成第一电极材料层;在所述第一电极材料层上形成绝缘材料层;在所述绝缘材料层上形成第二电极材料层;对所述第二电极材料层、绝缘材料层、第一电极材料层进行第一研磨处理,直至暴露出所述第一介质层的顶部表面为止,使得所述第一电极材料层形成初始第一电极层,所述绝缘材料层形成初始绝缘层,所述第二电极材料层形成初始第二电极层;对所述初始第一电极层、初始绝缘层、初始第二电极层以及第一介质层进行第二研磨处理,直至暴露出位于所述电容凹槽内的所述初始第二电极层的顶部表面为止,使得所述初始第一电极层形成所述第一电极层,所述初始绝缘层形成所述绝缘层,所述初始第二电极层形成所述第二电极层。
3.如权利要求2所述半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一研磨处理包括:第一化学机械研磨工艺。
4.如权利要求3所述半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一化学机械研磨工艺的工艺参数包括:研磨溶液包括:氧化硅溶液和双氧水;研磨头转速100转/秒-110转/秒;研磨时间50秒~100秒。
5.如权利要求2所述半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第二研磨处理包括:第二化学机械研磨工艺。
6.如权利要求5所述半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第二化学机械研磨工艺的工艺参数包括:研磨溶液包括:氧化硅溶液和双氧水;研磨头转速100转/秒-110转/秒;研磨时间50秒~100秒。
7.如权利要求1所述半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
8.如权利要求1所述半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第二电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
9.如权利要求1所述半导体结构的形成方法,其特征在于,所述绝缘层的材料包括:高k介质材料;所述高k介质材料包括:硅氧化物或硅氮化物。
10.如权利要求1所述半导体结构的形成方法,其特征在于,在形成所述第二介质层之后,还包括:在所述第二介质层内形成若干第一导电插塞和若干第二导电插塞,若干所述第一导电插塞分别与所述第一电极层连接,若干所述第二导电插塞分别与所述第二电极层连接。
11.一种半导体结构,其特征在于,包括:
12.如权利要求11所述半导体结构,其特征在于,所述第一电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
13.如权利要求11所述半导体结构,其特征在于,所述第二电极层的材料包括:金属;所述金属包括:铜、铝或钽合金。
14.如权利要求11所述半导体结构,其特征在于,所述绝缘层的材料包括:高k介质材料;所述高k介质材料包括:硅氧化物或硅氮化物。
15.如权利要求11所述半导体结构,其特征在于,还包括:在所述第二介质层内形成若干第一导电插塞和若干第二导电插塞,若干所述第一导电插塞分别与所述第一电极层连接,若干所述第二导电插塞分别与所述第二电极层连接。