[發(fā)明專(zhuān)利]多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210116160.3
• 申請(qǐng)日: 2012-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102637599A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛智彪;胡友存;徐強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/334
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/334
• 代理公司: 上海新天專(zhuān)利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電容器，具體地，涉及一種多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法。

背景技術(shù)

電容器是集成電路中的重要組成單元，廣泛運(yùn)用于存儲(chǔ)器，微波，射頻，智能卡，高壓和濾波等芯片中。在芯片中廣為采用的電容器構(gòu)造是平行于硅片襯底的金屬-絕緣體-金屬（MIM）。其中金屬是制作工藝易與金屬互連工藝相兼容的銅、鋁等，絕緣體則是氮化硅、氧化硅等高介電常數(shù)(k)的電介質(zhì)材料。改進(jìn)高k電介質(zhì)材料的性能是提高電容器性能的主要方法之一。

等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法（PECVD，Plasma?Enhanced?Chemical?Vapor?Deposition）因其沉積溫度低而被廣泛用于金屬互連工藝中的薄膜沉積。高k值絕緣體氮化硅可以利用PECVD方法通過(guò)硅烷和氨氣在等離子環(huán)境下反應(yīng)生成。

高k值絕緣體氧化硅可以利用PECVD方法通過(guò)硅烷和一氧化二氮在等離子環(huán)境下反應(yīng)生成。

氮化硅薄膜中的硅氮鍵(Si-N)的穩(wěn)定性弱于氧化硅薄膜中的硅氧鍵(Si-O)。導(dǎo)致在高電壓下，氮化硅薄膜電容器的漏電流較大。中國(guó)專(zhuān)利CN101783286A介紹了一種改進(jìn)鋁-絕緣體-鉭化物MIM電容器性能的方法。通過(guò)PECVD在氮化硅層上覆蓋氧化硅層，提高了絕緣體薄膜中原子之間結(jié)合鍵的穩(wěn)定性，從而有效地改善了該MIM電容器的性能。

隨著芯片尺寸的減少，以及性能對(duì)大電容的需求，如何在有限的面積下獲得高密度的電容成為一個(gè)非常有吸引力的課題。隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，性能不斷提升的同時(shí)也伴隨著器件小型化，微型化的進(jìn)程。越來(lái)越先進(jìn)的制程，要求在盡可能小的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能多的器件，獲得盡可能高的性能。垂直于硅片襯底的金屬-氧化物-金屬(MOM)是一種在較小的芯片面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大電容的方法。其中的氧化物不僅僅局限于氧化硅，在實(shí)際應(yīng)用中包括氮化硅等高介電常數(shù)(k)的電介質(zhì)材料。MOM電容器制作工藝與金屬互連工藝的兼容性比較好，電容器兩級(jí)的外連可以和金屬互連工藝同步實(shí)現(xiàn)。

利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜和氧化硅薄膜內(nèi)會(huì)殘留大量的硅氫鍵（Si-H）。硅氫鍵使絕緣體薄膜內(nèi)存在較多電荷，降低了金屬-絕緣體-金屬M(fèi)OM電容器的性能。

因此，提供一種能夠更有效地改善絕緣體薄膜中原子之間結(jié)合鍵的穩(wěn)定性，進(jìn)一步改進(jìn)高k電介質(zhì)材料的性能和提高M(jìn)OM電容器的性能的電容器就顯得尤為重要了。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提高層間電容器的電容，改善金屬-多層絕緣體-金屬（MOM）電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性，以及各器件間的電學(xué)均勻性。

本發(fā)明公開(kāi)一種多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，在硅襯底上進(jìn)行，其特征在于，包括循環(huán)執(zhí)行如下步驟：

步驟1，制作多層絕緣體，所述多層絕緣體包括若干層高K值氧化硅薄膜，兩相鄰高K值氧化硅薄膜之間夾有一層高K值氮化硅薄膜；

步驟2，刻蝕去除部分所述多層絕緣體；

步驟3，沉淀低k值介質(zhì)層覆蓋所述步驟2中剩余的部分所述多層絕緣體；

步驟4，化學(xué)機(jī)械研磨所述低k值介質(zhì)層上表面；

步驟5，在位于所述多層絕緣體豎直上方的低k值介質(zhì)層中制作通孔，所述通孔底端接觸所述多層絕緣體的上表面，在所述低k值介質(zhì)層與所述多層絕緣體在豎直方向上無(wú)重疊的區(qū)域制作金屬槽；

步驟6，在所述通孔和金屬槽中填充金屬后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。

上述的方法，其中，所述高K值氧化硅薄膜通過(guò)多次循環(huán)執(zhí)行如下步驟形成：

步驟111，沉積氧化硅；

步驟112，提供含氧氣體處理所述沉積的氧化硅；

所述高K值氮化硅薄膜通過(guò)多次循環(huán)執(zhí)行如下步驟形成：

步驟121，沉積氮化硅；

步驟122，提供含氧氣體處理所述沉積的氮化硅。

上述的方法，其中，所述氧化硅利用PECVD方法通過(guò)硅烷和一氧化二氮在等離子環(huán)境下反應(yīng)生成；所述氮化硅利用PECVD方法通過(guò)硅烷和氨氣在等離子環(huán)境下反應(yīng)生成。

上述的方法，其中，所述含氧氣體包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳、和二氧化碳。

上述的方法，其中，所述步驟111中，氧化硅沉積厚度取值范圍為1納米至10納米，所述步驟121中，氮化硅沉積厚度取值范圍為1納米至10納米。

上述的方法，其中，所述含氧氣體處理過(guò)程中，氣體流量取值范圍為2000sccm至6000sccm，處理溫度取值范圍為300攝氏度至600攝氏度。