專利名稱：一種多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，特別是涉及一種多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法。
背景技術(shù)：
電容器是集成電路中常用的電子元器件，也是集成電路的重要組成單元，其可以被廣泛地應(yīng)用于存儲(chǔ)器，微波，射頻，智能卡，高壓和濾波等芯片中。目前，芯片中廣為采用的電容器是平行于硅片襯底的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。其中金屬通常采用與金屬互連工藝相兼容的銅、鋁等，絕緣體多為高介電常數(shù)(k)的電介質(zhì)材料氧化硅或氮化硅， 等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)因其沉積溫度低而被廣泛應(yīng)用于金屬互連工藝中的薄膜沉積。利用PECVD方法制作的氧化硅或氮化硅薄膜內(nèi)殘留大量的硅氫鍵(Si-H)，使其內(nèi)存在較多電荷，這導(dǎo)致該氧化硅或氮化硅薄膜在電性厚度方面的均勻性較差，而利用該氧化硅或氮化硅薄膜制作的MIM電容器在擊穿電壓、漏電流等各電特性方面也會(huì)相應(yīng)較差。此外，隨著超大規(guī)模集成電路集成度的不斷提高，器件特征尺寸不斷等比例縮小， 電路內(nèi)制作的電容器尺寸也相應(yīng)縮小，對(duì)電容制造的均勻性，一致性要求更為嚴(yán)格。并且隨著器件尺寸的減少，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也成為一個(gè)有吸引力的課題。公開號(hào)為CN101577227A的中國(guó)專利公開了一種改進(jìn)鋁-氮化硅-鉭化物電容器性能的方法，通過(guò)含氧氣體處理氮化硅薄膜，形成的氮化硅薄膜內(nèi)的電荷量較少，提高了氮化硅薄膜的電性厚度和物理厚度的均勻性，采用此方法形成的MIM電容在擊穿電壓，漏電流等各電特性方面有所改善，但并沒有獲得高密度的電容。因此，如何在有限面積下獲得高密度的電容仍是現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展中急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多層金屬-氧化物-金屬電容的形成方法，以在有限面積下獲得高密度的電容，并能有效地提高層內(nèi)電容器的電容，改善金屬-氧化物-金屬(MOM)電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性及其各器件間的電學(xué)均勻性。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，包括以下步驟步驟1，提供襯底；步驟2，通過(guò)等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積和含氧氣體處理兩步循環(huán)的方式形成氧化硅；步驟3，通過(guò)光刻和刻蝕去除一部分氧化硅，所保留的氧化硅用于后續(xù)形成多層金屬-氧化物-金屬電容；步驟4，在上述結(jié)構(gòu)表面形成預(yù)定厚度的低k值介質(zhì)層；
步驟5，通過(guò)光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)層中分別形成第一金屬槽和第二金屬槽，其中，第一金屬槽位于氧化硅上方且第一金屬槽的底部連通至氧化硅，第二金屬槽用于后續(xù)形成互連；步驟6，在第一、第二金屬槽內(nèi)填充金屬；重復(fù)步驟2 步驟6?？蛇x的，步驟4具體包括在上述結(jié)構(gòu)表面沉積低k值介質(zhì)層，并利用化學(xué)機(jī)械研磨去除氧化硅表面上方的多余低k值介質(zhì)層；在上述結(jié)構(gòu)表面再次沉積低k值介質(zhì)層至預(yù)定厚度?？蛇x的，步驟4具體包括在上述結(jié)構(gòu)表面沉積低k值介質(zhì)層，利用化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)低k值介質(zhì)層表面進(jìn)行平坦化，并在氧化硅上方保留預(yù)定厚度的低k值介質(zhì)層。較佳的，所述等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積采用的反應(yīng)氣體包括硅烷和一氧化二氮。較佳的，所述硅烷的流量在500sCCm至eOOsccm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，成膜速率在 1500納米/分鐘至5000納米/分鐘之間。 較佳的，所述含氧氣體處理所采用的含氧氣體包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳或二氧化碳。較佳的，所述含氧氣體處理所采用的含氧氣體流量在2000sCCm至eOOOsccm之間， 處理溫度在300攝氏度至600攝氏度之間。較佳的，所述通過(guò)等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積和含氧氣體處理兩步循環(huán)的方式形成氧化硅的過(guò)程中，每次沉積的氧化硅厚度為1納米至10納米。本發(fā)明通過(guò)形成低k值介質(zhì)和高k值氧化硅的混合層，接著進(jìn)行傳統(tǒng)工藝的光刻蝕刻，在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多層MOM結(jié)構(gòu)，在其他區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低k值互連，其中，高k氧化硅的形成采用PECVD沉積和含氧氣體處理循環(huán)進(jìn)行的方式，能有效去除氧化硅中的硅氫鍵。與傳統(tǒng)的單一 k值介質(zhì)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明既能有效提高層內(nèi)電容器的電容，又改善了 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。通過(guò)采用垂直電容結(jié)構(gòu)，還能有效提高電容器密度，從而在較小的芯片面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大電容。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例形成多層MOM電容的方法流程圖；圖2A 2J為本發(fā)明實(shí)施例形成多層MOM電容的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明提出一種制作多層金屬-氧化物-金屬(MOM)電容器的工藝方法。請(qǐng)參照?qǐng)D1，為本發(fā)明制備多層MOM電容器的方法流程圖。
步驟201 提供襯底1 ；本實(shí)施例中所提供的襯底1可以為單純的硅襯底，也可以為表面已形成半導(dǎo)體器件的硅襯底。步驟202 如圖2A所示，在襯底1上沉積高k值的氧化物，本發(fā)明中優(yōu)選采用氧化硅2。為了改善傳統(tǒng)PECVD方法制作的氧化硅薄膜在電性厚度方面的均勻性，本發(fā)明中采用 PECVD法沉積氧化硅與含氧氣體處理循環(huán)進(jìn)行的方式，即沉積一層氧化硅后，隨后進(jìn)行含氧氣體處理，然后再次沉積氧化硅，再進(jìn)行含氧氣體處理，如此循環(huán)；每次沉積的氧化硅厚度為1納米至10納米，一直到沉積的氧化硅2達(dá)到工藝中需要的厚度為止。其中，PECVD采用的反應(yīng)氣體為硅烷與一氧化二氮，反應(yīng)的工藝條件為硅烷的流量在500sccm至600sccm之間，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；含氧氣體處理所采用的含氧氣體包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳或二氧化碳，含氧氣體的流量在2000至6000SCCm之間，處理溫度在300至600攝氏度之間。通過(guò)沉積一薄層的氧化硅并緊接著對(duì)其進(jìn)行含氧氣體處理，可以充分地去除氧化硅薄膜內(nèi)的硅氫鍵Si-H，如此循環(huán)，可以獲得電性厚度均勻性良好的氧化硅。步驟203 如圖2B所示，通過(guò)光刻和刻蝕去除襯底1上的一部分氧化硅2，所保留的氧化硅2用于后續(xù)形成多層金屬-氧化物-金屬電容。步驟204 在上述結(jié)構(gòu)表面形成預(yù)定厚度的低k值介質(zhì)層3，所述低k值介質(zhì)層3 采用化學(xué)氣相沉積或旋轉(zhuǎn)涂覆工藝形成，介電常數(shù)為2 3。沉積低k值介質(zhì)層3的步驟可以通過(guò)兩種方式來(lái)完成第一種方式先在圖2B所示的結(jié)構(gòu)表面沉積低k值介質(zhì)層，并以高k值氧化硅2 為研磨停止層，利用化學(xué)機(jī)械研磨去除氧化硅2表面上方多余的低k值介質(zhì)層，形成低k值介質(zhì)和氧化硅的混合層；然后，在混合層上再次沉積低k值介質(zhì)層至預(yù)定厚度，形成圖2C所示的結(jié)構(gòu)；第二種方式在圖2B所示的結(jié)構(gòu)表面沉積低k值介質(zhì)層，利用化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)低 k值介質(zhì)層表面進(jìn)行平坦化，并在氧化硅2上方保留預(yù)定厚度的低k值介質(zhì)層3，形成圖2C 所示的結(jié)構(gòu)。步驟205 如圖2D所示，在低k值介質(zhì)層3中分別形成第一金屬槽如和第二金屬槽4b，其中，第一金屬槽如位于氧化硅2上方并連通至氧化硅2表面，用于后續(xù)形成多層 MOM電容的電容極板。第一金屬槽如可以均勻開設(shè)多個(gè)，且第一金屬槽如的深度等于氧化硅2表面上方低k值介質(zhì)層的厚度，即第一金屬槽如的底部暴露出氧化硅2。第二金屬槽 4b用于后續(xù)形成互連，其深度可以與第一金屬槽如相同，也可以根據(jù)實(shí)際工藝需求對(duì)第二金屬槽4b的個(gè)數(shù)、大小、深度進(jìn)行調(diào)整。步驟206 如圖2E所示，在金屬槽中填充金屬5，即在第一、第二金屬槽內(nèi)進(jìn)行銅互連工藝的銅的擴(kuò)散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學(xué)機(jī)械研磨等工藝步驟，完成銅填充。接著，重復(fù)步驟202至206，具體包括如圖2F所示，在圖2E所示的結(jié)構(gòu)表面采用 PECVD法與含氧氣體處理循環(huán)進(jìn)行的方式沉積氧化硅2 ；如圖2G所示，去除一部分氧化硅 2，保留的氧化硅2用于后續(xù)形成多層MOM電容；如圖2H所示，在氧化硅2表面上方沉積預(yù)定厚度的低k值介質(zhì)層3，如圖21所示，在低k值介質(zhì)層3中分別形成第一、第二金屬槽6a， 6b，其中第一金屬槽6a用于后續(xù)形成電容極板，且與金屬槽如的位置相對(duì)應(yīng)，第二金屬槽6b用于形成互連；如圖2J所示，在金屬槽6a、6b中填入金屬5，從而在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多層MOM電容結(jié)構(gòu)，在其他區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低k值互連。當(dāng)然，也可以根據(jù)需要再次或多次重復(fù)步驟202至206直至達(dá)到所需的MOM電容層數(shù)。本發(fā)明在利用示意圖詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，提供襯底；步驟2，通過(guò)等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積和含氧氣體處理兩步循環(huán)的方式形成氧化娃；步驟3，通過(guò)光刻和刻蝕去除一部分氧化硅，所保留的氧化硅用于后續(xù)形成多層金屬-氧化物-金屬電容；步驟4，在上述結(jié)構(gòu)表面形成預(yù)定厚度的低k值介質(zhì)層；步驟5，通過(guò)光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)層中分別形成第一金屬槽和第二金屬槽，其中， 第一金屬槽位于氧化硅上方且第一金屬槽的底部連通至氧化硅，第二金屬槽用于后續(xù)形成互連；步驟6，在第一、第二金屬槽內(nèi)填充金屬；重復(fù)步驟2 步驟6。
2.如權(quán)利要求1所述的多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，所述步驟4具體包括在上述結(jié)構(gòu)表面沉積低k值介質(zhì)層，并利用化學(xué)機(jī)械研磨去除氧化硅表面上方的多余低k值介質(zhì)層；在上述結(jié)構(gòu)表面再次沉積低k值介質(zhì)層至預(yù)定厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，所述步驟4具體包括在上述結(jié)構(gòu)表面沉積低k值介質(zhì)層，利用化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)低k值介質(zhì)層表面進(jìn)行平坦化，并在氧化硅上方保留預(yù)定厚度的低k值介質(zhì)層。
4.如權(quán)利要求1所述的多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，所述等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積采用的反應(yīng)氣體包括硅烷和一氧化二氮。
5.如權(quán)利要求4所述的多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，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，成膜速率在1500納米/分鐘至5000 納米/分鐘之間。
6.如權(quán)利要求1所述的多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，所述含氧氣體處理所采用的含氧氣體包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳或二氧化碳。
7.如權(quán)利要求1所述的多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，所述含氧氣體處理所采用的含氧氣體流量在2000SCCm至6000SCCm之間，處理溫度在300攝氏度至600攝氏度之間。
8.如權(quán)利要求1所述的多層金屬-氧化物-金屬電容的制作方法，其特征在于，所述通過(guò)等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積和含氧氣體處理兩步循環(huán)的方式形成氧化硅的過(guò)程中，每次沉積的氧化硅厚度為1納米至10納米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多層金屬-氧化物-金屬(MOM)電容的制作方法。通過(guò)形成低k值介質(zhì)和高k氧化硅的混合層，再利用傳統(tǒng)工藝的光刻刻蝕在低k值介質(zhì)中形成金屬槽并填充金屬，重復(fù)上述步驟形成多層金屬-氧化物-金屬電容，在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了MOM電容結(jié)構(gòu)，在其他區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了低k介質(zhì)的互連，其中，高k氧化硅的形成采用PECVD沉積和含氧氣體處理循環(huán)進(jìn)行的方式，能有效去除氧化硅中的硅氫鍵。與傳統(tǒng)的單一k值介質(zhì)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明既能有效提高層內(nèi)電容器的電容，又改善了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。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102437023SQ20111039174
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者徐強(qiáng), 毛智彪, 胡友存 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司