[發明專利]金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法

無效

• 申請號: 200910054930.4
• 申請日: 2009-07-16
• 公開（公告）號: CN101958235A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 郭豐;鄔瑞彬;郭啟森;王光超
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;成都成芯半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C23C16/44
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及集成電路電容器制造領域，且特別涉及一種金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法。

背景技術

電容器常用于如射頻IC(RFIC)或者單片微波IC(MMIC)等集成電路中作為電子無源元件。隨著集成電路技術的發展，電容器作為集成電路中必要元件之一，在電路中扮演電壓調整、濾波等功能，因此電容器已成為重要的集成電路電子元件。在半導體集成電路中，常見的電容器類型有多晶硅-絕緣體-多晶硅電容器、金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal，MIM)電容器等等。隨著半導體技術的迅猛發展，器件特征尺寸不斷縮小，元件之間的高性能、高密度的連接不僅在單個互連層中互連，而且要在多層之間進行互連。因此，器件之間的連接大量采用多層互連結構，其中多個互連金屬層互相堆疊，并且層間絕緣層置于其間，然后再層間絕緣層中形成互連溝槽和連接孔，并用導電材料例如銅、鎢填充所述互連溝槽和連接孔，以形成互連多層金屬層的互連金屬導線。在高端工藝中，由于互連層為金屬互連結構，多層互連結構的各個金屬層和層間電介質也構成了許多電容，這些電容中即包括在形成多層互連結構時形成的金屬引線之間、金屬層與層間電介質之間的雜散電容，也包括互連金屬和絕緣層之間形成的電容。由于互連層的導體為金屬結構，因此在互連層之間形成的電容主要采用具有金屬-絕緣體-金屬結構的MIM電容器。因為金屬-絕緣體-金屬電容器具有較低的接點阻抗，故其RC值較低，常用于要求高速的集成電路中，其也常見于類比電路、混合電路等不同應用中。

圖1A和圖1B所示為現有技術中配合銅制程制造金屬-絕緣體-金屬電容器的方法示意圖。圖1A中所顯示的結構系形成有金屬導電層且經過化學機械研磨法平坦化后的鑲嵌結構，其中，第一介電層10中的溝槽20由銅填滿，作為導線及金屬-絕緣體-金屬電容器的下電極層。以諸如電漿增強化學氣相沉積法(PECVD)，在嵌刻結構表面上，沉積第二介電層30以作為金屬-絕緣體-金屬電容器的介電質，接著，以物理氣相沉積法(PVD)在第二介電層30上沉積諸如鋁等金屬，以作為上電極層40，最后，如圖1B所示，以微影法蝕刻移除金屬-絕緣體-金屬電容器區以外的上電極層40，而形成所需的金屬-絕緣體-金屬電容器。

金屬-絕緣體-金屬電容器的電氣性能取決于作為絕緣體的介電層的質量，現有技術的介電層通常使用氧化氮或者氮化硅。以氮化硅為例，其相對于以氧化硅作為介電層具有更高的介電系數，但是由于其較高的電壓限制，使得采用常規氣相沉積氮化硅層的MIM電容器的電氣性能依然不能讓人滿意，其電容值/單位面積之值較低，泄漏電流較大并且崩潰電壓值較小。產生上述缺陷的主要原因是：當電容介電層薄膜沉積的薄膜質量不好時，將直接導致電容崩潰電壓過低，降低電容器件的可靠性；電容的上電極層在蝕刻過程中過蝕刻工藝(蝕刻氣體以及蝕刻時間)是否恰當。其直接關系到電容的泄漏電流的大小，很容易造成電容的泄漏電流過大。

發明內容

本發明提出一種金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，制成的電容器具有良好的電氣性能，電容值較高，泄漏電流較小并且崩潰電壓值較高。

為了達到上述目的，本發明提出一種金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，包括下列步驟：

在第一金屬層上化學氣相沉積介電層；

在所述介電層上物理氣相沉積第二金屬層；

蝕刻去除電容區以外的第二金屬層和部分介電層，

所述化學氣相沉積使用SiH4，NH3和N2的混合氣體，其中NH3和SiH4的流量比例為12∶1～12.4∶1，N2和NH3的流量比例為0.4～0.6∶1。

可選的，所述SiH4的流量為200～300標況毫升每分。

可選的，所述化學氣相沉積處理的溫度為350～400攝氏度。

可選的，所述介電層為SiN層。

可選的，所述SiN層的厚度為625埃。

可選的，蝕刻去除電容區以外的部分介電層的厚度為100～400埃。

可選的，該方法包括在第一金屬層和介電層之間化學氣相沉積第一阻礙金屬層，在介電層和第二金屬層之間化學氣相沉積第二阻礙金屬層。

可選的，所述第一阻礙金屬層和第二阻礙金屬層為Ti或TiN層。

可選的，所述第一阻礙金屬層的厚度為50～500埃，所述第二阻礙金屬層的厚度為200～250埃。

可選的，該方法包括在第二金屬層上化學氣相沉積第三阻礙金屬層。

可選的，所述第三阻礙金屬層為Ti或TiN層。

可選的，所述第三阻礙金屬層的厚度為50～500埃。