[發明專利]改善MIM電容器制作中電弧放電缺陷的方法

有效

• 申請號: 201110457616.8
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103187241A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 韓亮;張冠群;李志超;張繼偉
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 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

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種改善MIM電容器制作中電弧放電缺陷的方法。

背景技術

金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal，MIM)電容器，具有較低的RC值以及能保持較穩定的工作電壓等優點，在超大規模集成電路(VLSI，Very?Large?Scale?Integratedcircuites)中得到廣泛應用。

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，然后在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1所示為現有技術中配合銅制程制造的一種MIM電容器的結構示意圖，該MIM電容器包括：作為MIM電容器的下電極層(或下極板)的第二互連金屬層141、極間介電質(PEOX)以及上電極層(或上極板)142。該電容器的形成過程包括：首先，在第一互連金屬層(即M1)10上方形成金屬層間介質層(IMD)11，在金屬層間介質層11中形成光刻標記溝槽(即V1)12，如Zero?Mark(零-標記)、SPM?mark(精細對準標記)、OVL?mark(overlay?mark，疊對精準測量標記)、套刻測量標記以及其他光刻工藝中的常用標記，在光刻標記溝槽12中一般采用金屬鎢來形成標記填充層13；然后，在金屬層間介質層11和光刻標記溝槽12上方通過銅電鍍(ECP)形成第二互連金屬層(即M2)141，第二互連金屬層141作為MIM電容器的下電極層(或下極板)；接著，以諸如電漿增強化學氣相沉積法(PECVD)，在第二互連金屬層141表面上，沉積絕緣介電層143以作為MIM電容器的極間介電質；然后，以物理氣相沉積法(PVD)在絕緣介電層143上沉積諸如鋁等金屬，以作為MIM電容器的上電極層(或上極板)142，從而形成所需的金屬-絕緣體-金屬電容器。

由于上述的MIM電容器的有些部分是在SPM?mark、OVL?mark等光刻標記溝槽結構上形成的，而SPM/OVL?mark等光刻標記溝槽的寬度遠大于正常的通孔(Via)，采用金屬鎢向光刻標記溝槽淀積過程中，無法將該光刻標記溝槽填滿，出現帶有尖角15的結構。同時由于隨著器件特征尺寸不斷縮小，上述的MIM電容器的絕緣介電層143也變得較薄，甚至其厚度已小于所以在PVD淀積諸如鋁等金屬形成上電極層(或上極板)142(MIM?top?metal)的過程中極易在尖角15處發生尖端放電，破壞絕緣介電層143形成如圖2所示電弧放電缺陷(arcing?defect)。

實驗表明MIM電容器的電弧放電缺陷產生率(MIM?arcing?suffer?ratio)為10～15％，一批晶圓生產中，具有電弧放電缺陷的晶圓比(wafer?hit?ratio)為5％～8％，此類晶圓的失敗率(kill?ratio)為30％～50％。由此可見，MIM電容器的電弧放電缺陷嚴重影響了半導體集成電路的良率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改善MIM電容器制作中電弧放電缺陷的方法，能夠避免現有技術中的MIM電容器的電弧放電缺陷，提高半導體集成電路的成品率。

為解決上述問題，本發明提出一種改善MIM電容器制作中電弧放電缺陷的方法，包括：

提供半導體襯底，在所述半導體襯底上沉積金屬層間介質層；

在所述金屬層間介質層中形成光刻標記溝槽；

在所述光刻標記溝槽中依次沉積光刻標記層以及導電層，并平坦化至所述金屬層間介質層；

在所述金屬層間介質層、光刻標記層以及導電層上方依次沉積下電極層、極間介電質層以及上電極層，形成MIM電容器。

進一步的，所述半導體襯底為多層互連結構，包含互連層M_x-1。