[發明專利]多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法

無效

• 申請號: 201210293348.5
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102779735A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 毛智彪;周軍;張月雨;王丹
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 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: 陸花

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法。

背景技術

電容器是集成電路中的重要組成單元，廣泛運用于存儲器、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造是平行于硅片襯底的金屬-絕緣體-金屬（MIM，Metal-Insulator-Metal）電容器。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(k)的電介質材料。改進高k電介質材料的性能是提高電容器性能的主要方法之一。

等離子體增強型化學氣相沉積方法（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。利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜內殘留大量的硅氫鍵（Si-H），使其內存在較多電荷，這導致該氮化硅薄膜在電性厚度方面的均勻性較差，而利用該氮化硅薄膜制作的MIM電容器在擊穿電壓、漏電流等各電特性方面也會相應較差。中國專利CN101577227A介紹了一種改進鋁-氮化硅-鉭化物電容器性能的方法，通過含氧氣體處理該氮化硅薄膜，可以有效地減少氮化硅薄膜內殘留的硅氫鍵，從而有效地改善了電容器的性能。

然而，隨著半導體集成電路制造技術的不斷進步，性能不斷提升的同時也伴隨著器件小型化，微型化的進程。越來越先進的制程，要求在盡可能小的區域內實現盡可能多的器件，獲得盡可能高的性能。因此，如何在有限的面積下獲得高密度的電容成為一個非常有吸引力的課題。而上述中國專利CN101577227A中并沒有獲得高密度的電容。

垂直于硅片襯底的金屬-氧化物-金屬(MOM，Metal-Oxide-Metal)電容器由于能在較小的芯片面積內實現較大電容而成為目前研究的熱點。其中的氧化物通常為氧化硅，但在實際應用中也可包括氮化硅等高介電常數(k)的電介質材料。MOM電容器制作工藝與金屬互連工藝的兼容性比較好，電容器兩級的外連可以和金屬互連工藝同步實現。不過，利用PECVD制作氧化硅薄膜也會有大量的硅氫鍵（Si-H）殘留在氧化硅薄膜中，從而影響MOM電容器的性能。

中國專利CN111654.1介紹了一種制作MOM電容器的工藝方法。其中的氧化硅采用傳統的PECVD工藝制作。大量的硅氫鍵（Si-H）殘留在氧化硅薄膜中。雖然該制作方法對傳統PECVD工藝制作的氧化硅進行了含氧氣體處理，以減少氧化硅薄膜中殘留的硅氫鍵。然而，該方法制備的氧化硅薄膜中仍然殘留有大量的硅氫鍵（Si-H），不能滿足高性能MOM電容器的需求。

因此，有必要進一步改進高k電介質材料的性能和提高MOM電容器的性能，從而滿足不斷微型化的芯片對高性能電容器的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，以改進MOM電容器的性能。

為解決上述問題，本發明提出一種多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，包括如下步驟：

步驟1，提供襯底；

步驟2，通過等離子體增強化學氣相沉積和含氮氣體處理兩步循環的方式在所述襯底上形成氧化硅層；

步驟3，對所述氧化硅層進行光刻及刻蝕，去除MOM電容區域之外的氧化硅層；

步驟4，沉積低K值介質層，所述低K值介質層覆蓋所述襯底及所述MOM電容區域的氧化硅層，并用化學機械研磨去除高出MOM電容區域的氧化硅層的多余的低k值介質層，形成低k值介質層和氧化硅層的混合層；

步驟5，在所述低k值介質層和氧化硅層的混合層上再沉積低K值介質層；

步驟6，對所述低k值介質層進行光刻及刻蝕，在所述低K值介質層中形成互連金屬槽及電容金屬槽，其中，電容金屬槽位于氧化硅層上方且電容金屬槽的底部連通至氧化硅層，互連金屬槽用于后續形成互連；

步驟7，在所述互連金屬槽及電容金屬槽中填充金屬；

重復步驟2至步驟7。

可選的，所述等離子體增強化學氣相沉積采用的反應氣體包括硅烷和一氧化二氮。

可選的，所述硅烷的流量在500sccm至600sccm之間，所述一氧化二氮的流量在9000sccm至15000sccm之間，硅烷與一氧化二氮的流量比為1:15至1:30之間，成膜速率在1500納米/分鐘至5000納米/分鐘之間。

可選的，所述含氮氣體包括一氧化氮、一氧化二氮或氮氣。