專利名稱：多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法
技術領域：
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：
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)。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 VaporDeposition)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方法通過硅烷和氨氣在等離子環(huán)境下反應生成。高k值絕緣體氧化硅可以利用PECVD方法通過硅烷和一氧化二氮在等離子環(huán)境下反應生成。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-Ο)。導致在高電壓下，氮化硅薄膜電容器的漏電流較大。中國專利CN101783286A介紹了一種改進鋁-絕緣體-鉭化物MM電容器性能的方法。通過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非常有吸引力的課題。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(qū)域內實現(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實現(xiàn)較大電容的方法。其中的氧化物不僅僅局限于氧化硅，在實際應用中包括氮化硅等高介電常數(shù)(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(xiàn)。利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜和氧化硅薄膜內會殘留大量的硅氫鍵(Si-H)。硅氫鍵使絕緣體薄膜內存在較多電荷，降低了金屬-絕緣體-金屬MOM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合鍵的穩(wěn)定性，進一步改進高k電介質材料的性能和提高MOM電容器的性能的電容器就顯得尤為重要了。
發(fā)明內容
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均勻性。本發(fā)明公開一種多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，在娃襯底上進行，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ー層高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值介質層覆蓋所述步驟2中剰余的部分所述多層絕緣體；
步驟4，化學機械研磨所述低k值介質層上表面；
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值介質層與所述多層絕緣體在豎直方向上無重疊的區(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行化學機械研磨。上述的方法，其中，所述高K值氧化硅薄膜通過多次循環(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方法通過硅烷和ー氧化ニ氮在等離子環(huán)境下反應生成；所述氮化硅利用PECVD方法通過硅烷和氨氣在等離子環(huán)境下反應生成。上述的方法，其中，所述含氧氣體包括一氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳、和ニ氧化碳。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I納米至10納米，所述步驟121中，氮化硅沉積厚度取值范圍為I納米至10納米。上述的方法，其中，所述含氧氣體處理過程中，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。上述的方法,其中，所述反應氣體娃燒的流量取值范圍為25sccm至600sccm,所述反應氣體ー氧化ニ氮的流量取值范圍為9000sccm至20000sccm,娃燒與ー氧化ニ氮的流量比取值范圍為I : 15至I :800，成膜速率取值范圍為10納米/分鐘至5000納米/分鐘。上述的方法，其中，在所述步驟5中，所述金屬槽與所述多層絕緣體在水平方向上
無重疊。上述的方法，其中，在所述步驟5中，所述通孔和金屬槽的制作包括光刻后刻蝕的步驟，所述通孔的刻蝕止于所述多層絕緣體上表面。上述的方法，其中，步驟6中包括沉積銅的擴散阻擋層。本發(fā)明通過改進PECVDエ藝，更有效地改善絕緣體薄膜中原子之間結合鍵的穩(wěn)定性，進ー步改進高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。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主在附圖中，為清楚明了，放大了部分部件，對于相同部件，僅標示其中部分，本領域技術人員可以結合具體實施方式
部分理解。圖I至圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的，一種多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法的各個步驟的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施方式
僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明的多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法在硅襯底100上進行，具體地，參考圖I至圖5，先執(zhí)行步驟1，制作多層絕緣體2，所述多層絕緣體2包括若干層高K值氧化硅薄膜21，兩相鄰高K值氧化硅薄膜21之間夾有一層高K值氮化硅薄膜22，如圖I所示；步驟2，刻蝕去除部分所述多層絕緣體2，得到圖2中的位于電容區(qū)的剩余多層絕緣體2 ;步驟3，沉淀低k值介質層I覆蓋所述步驟2中剩余的部分所述多層絕緣體2 ;步驟4， 化學機械研磨所述低k值介質層I上表面，見圖3 ;步驟5，在位于所述多層絕緣體2豎直上方的低k值介質層I中制作通孔102，所述通孔102底端接觸所述多層絕緣體2的上表面，在所述低k值介質層I與所述多層絕緣體2在豎直方向上無重疊的區(qū)域制作金屬槽101 ；步驟6，在所述通孔102和金屬槽101中填充金屬3后進行化學機械研磨。所述金屬3采用銅。然后循環(huán)執(zhí)行上述步驟，就能得到如圖6所示的多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器。更為具體地，其中，所述高K值氧化硅薄膜21通過多次循環(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22通過多次循環(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。其中，所述氧化硅利用PECVD方法通過硅烷和一氧化二氮在等離子環(huán)境下反應生成；所述氮化硅利用PECVD方法通過硅烷和氨氣在等離子環(huán)境下反應生成。進一步地，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。在一個具體實施例中，所述步驟111中，氧化硅沉積厚度取值范圍為I納米至10納米，所述步驟121中，氮化硅沉積厚度取值范圍為I納米至10納米。在一個優(yōu)選例中，所述含氧氣體處理過程中，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。更為優(yōu)選地,所述反應氣體娃燒的流量取值范圍為25sccm至600sccm,所述反應氣體一氧化二氮的流量取值范圍為9000sccm至20000sccm,娃燒與一氧化二氮的流量比取值范圍為I :15至I :800，成膜速率取值范圍為10納米/分鐘至5000納米/分鐘。結合參考圖4，在所述步驟5中，所述金屬槽101與所述多層絕緣體2在水平方向
上無重疊。本領域技術人員理解，在所述步驟5中，所述通孔102和金屬槽101的制作包括光刻后刻蝕的步驟，所述通孔102的刻蝕止于所述多層絕緣體2上表面，如圖4所示。更進一步地，步驟6中包括沉積銅的擴散阻擋層。本領域技術人員結合現(xiàn)有技術可以完成銅互連，其中，銅互連工藝的光刻、刻蝕、銅的擴散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學機械研磨等エ藝均為現(xiàn)有技術，在此不予贅述。本領域技術人員結合現(xiàn)有技術以及上述實施例可以實現(xiàn)所述變化例，這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質內容，在此不予贅述。以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述掲示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質內容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。權利要求
1.一種多層金屬-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，化學機械研磨所述低k值介質層上表面； 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值介質層與所述多層絕緣體在豎直方向上無重疊的區(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行化學機械研磨。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述高K值氧化硅薄膜通過多次循環(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。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化硅利用PECVD方法通過硅烷和一氧化二氮在等離子環(huán)境下反應生成；所述氮化硅利用PECVD方法通過硅烷和氨氣在等離子環(huán)境下反應生成。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，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。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟111中，氧化硅沉積厚度取值范圍為I納米至10納米，所述步驟121中，氮化硅沉積厚度取值范圍為I納米至10納米。
6.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述含氧氣體處理過程中，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。
7.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述反應氣體硅烷的流量取值范圍為25sccm至600sccm,所述反應氣體一氧化二氮的流量取值范圍為9000sccm至20000sccm,娃烷與一氧化二氮的流量比取值范圍為I :15至I :800，成膜速率取值范圍為10納米/分鐘至5000納米/分鐘。
8.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟5中，所述金屬槽與所述多層絕緣體在水平方向上無重疊。
9.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟5中，所述通孔和金屬槽的制作包括光刻后刻蝕的步驟，所述通孔的刻蝕止于所述多層絕緣體上表面。
10.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟6中包括沉積銅的擴散阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多層金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，在硅襯底上進行，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，化學機械研磨所述低k值介質層上表面；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值介質層與所述多層絕緣體在豎直方向上無重疊的區(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行化學機械研磨。以改善電容器性能。
文檔編號H01L21/334GK102637599SQ201210116160
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權日2012年4月20日
發(fā)明者徐強, 毛智彪, 胡友存 申請人:上海華力微電子有限公司