專利名稱：多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)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(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,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(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。利用PECVD方法制作的氮化硅薄膜內(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MM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。中國(guó)專利CN101577227A介紹了一種改進(jìn)鋁-氮化硅-鉭化物電容器性能的方法，通過(guò)含氧氣體處理該氮化硅薄膜，可以有效地減少氮化硅薄膜內(nèi)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(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。因此，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。而上述中國(guó)專利CN101577227A中并沒有獲得高密度的電容。垂直于娃片襯底的金屬-氧化物-金屬(MOM,Metal-Oxide-Metal)電容器由于能在較小的芯片面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大電容而成為目前研究的熱點(diǎn)。其中的氧化物通常為氧化硅，但在實(shí)際應(yīng)用中也可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)。不過(guò)，利用PECVD制作氧化硅薄膜也會(huì)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(guó)專利CN111654. I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(tǒng)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(duì)傳統(tǒng)PECVD工藝制作的氧化硅進(jìn)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(jìn)一步改進(jìn)聞k電介質(zhì)材料的性能和提聞MOM電容器的性能，從而滿足不斷微型化的芯片對(duì)高性能電容器的要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多層金屬-氧化娃-金屬電容器的制作方法，以改進(jìn)MOM電容器的性能。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)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I，提供襯底；步驟2，在所述襯底上沉積低K值介質(zhì)層；步驟3，對(duì)所述低K值介質(zhì)層進(jìn)行光刻及刻蝕，在其上形成MOM電容器槽；步驟4，通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和含氮?dú)怏w處理兩步循環(huán)的方式在所述MOM電容器槽中形成氧化硅；
步驟5，對(duì)所述低K值介質(zhì)層及所述氧化硅進(jìn)行光刻及刻蝕，分別在所述低K值介質(zhì)層及所述氧化硅中形成互連金屬槽及電容金屬槽；步驟6，在所述互連金屬槽及電容金屬槽中填充金屬；重復(fù)步驟2至步驟6?？蛇x的，所述等離子體增強(qiáng)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。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,娃燒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?dú)怏w包括一氧化氮、一氧化二氮或氮?dú)?。并且?yōu)選地為氮?dú)狻？蛇x的,所述含氮?dú)怏w處理所采用的含氮?dú)怏w流量在2000sccm至6000sccm之間，處理溫度在300攝氏度至600攝氏度之間。可選的，所述通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和含氮?dú)怏w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I納米至10納米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)先形成低k值介質(zhì)和高k值氧化硅的混合層；再利用傳統(tǒng)工藝的光刻蝕刻分別在低K值介質(zhì)及高k值氧化硅中形成互連金屬槽及電容金屬槽，并在槽中填充金屬；重復(fù)上述步驟在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了多層MOM電容結(jié)構(gòu)，在其他區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低k值互連。其中，高k值氧化硅的形成采用PECVD沉積和含氮?dú)怏w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I為本發(fā)明實(shí)施例形成多層MOM電容的方法流程圖；圖2A 圖2F為本發(fā)明實(shí)施例形成多層MOM電容的方法的各步驟對(duì)應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種多層金屬-氧化娃-金屬電容器的制作方法，該方法通過(guò)先形成低k值介質(zhì)和高k值氧化硅的混合層；再利用傳統(tǒng)工藝的光刻蝕刻分別在低K值介質(zhì)及高k值氧化硅中形成互連金屬槽及電容金屬槽，并在槽中填充金屬；重復(fù)上述步驟在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了多層MOM電容結(jié)構(gòu)，在其他區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低k值互連。其中，高k值氧化硅的形成采用PECVD沉積和含氮?dú)怏w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。請(qǐng)參考圖I以及圖2A至圖2F，其中，圖I為本發(fā)明實(shí)施例形成多層MOM電容的方 法流程圖，圖2A 圖2F為本發(fā)明實(shí)施例形成多層MOM電容的方法的各步驟對(duì)應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖I以及圖2A至圖2F，本發(fā)明提供的多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，包括如下步驟步驟I :提供襯底101 ;本實(shí)施例中所提供的襯底101可以為單純的硅襯底，也可以為表面已形成半導(dǎo)體器件的娃襯底；步驟2，在所述襯底101上沉積低K值介質(zhì)層102，如圖2A所示；所述低k值介質(zhì)層102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 ;步驟3，對(duì)所述低K值介質(zhì)層102進(jìn)行光刻及刻蝕，在其上形成MOM電容器槽200，如圖2B所示；所述MOM電容器槽200的底部暴露出襯底101表面；步驟4，通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和含氮?dú)怏w處理兩步循環(huán)的方式在所述MOM電容器槽200中形成氧化硅103，如圖2C所示；具體地，先通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和含氮?dú)怏w處理兩步循環(huán)的方式形成氧化硅103，所述氧化硅103覆蓋所述低K值介質(zhì)102層及所述MOM電容器槽200 ;然后用化學(xué)機(jī)械研磨去除露出在所述MOM電容器槽200外的多余的氧化硅103 ；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法沉積氧化硅與含氮?dú)怏w處理循環(huán)進(jìn)行的方式，即沉積一層氧化硅后，隨后進(jìn)行含氮?dú)怏w處理，然后再次沉積氧化硅，再進(jìn)行含氮?dú)怏w處理，如此循環(huán)；每次沉積的氧化硅厚度為I納米至10納米，一直到沉積的氧化硅103達(dá)到工藝中需要的厚度為止，然后通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨去除低k值介質(zhì)層102表面上方多余的氧化硅，形成低k值介質(zhì)和氧化硅的混合層。其中，PECVD采用的反應(yīng)氣體包括硅烷和一氧化二氮，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，娃燒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；含氮?dú)怏w包括一氧化氮、一氧化二氮或氮?dú)?；并且?yōu)選地為氮?dú)?；含氮?dú)怏w處理所采用的含氮?dú)怏w流量在2000SCCm至6000SCCm之間，處理溫度在300攝氏度至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)行含氮?dú)怏w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5，對(duì)所述低K值介質(zhì)層102及所述氧化硅103進(jìn)行光刻及刻蝕，分別在所述低K值介質(zhì)層102及所述氧化硅103中形成互連金屬槽300及電容金屬槽400，如圖2D所示；其中，電容金屬槽400用于后續(xù)形成多層MOM電容的電容極板；電容金屬槽400可以均勻開設(shè)多個(gè)，且電容金屬槽400的深度小于氧化硅的厚度。互連金屬槽300用于后續(xù)形成互連，其深度可以與電容金屬槽400相同，也可以根據(jù)實(shí)際工藝需求對(duì)互連金屬槽300的個(gè)數(shù)、大小、深度進(jìn)行調(diào)整。步驟6，在所述互連金屬槽300及電容金屬槽400中填充金屬；該步驟完成后的器件結(jié)構(gòu)如圖2E所示；具體地，該步驟包括在互連金屬槽300及電容金屬槽400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2至步驟6，在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多層MOM電容結(jié)構(gòu)，如圖2F所示；具體地，包括以下步驟首先在圖2E所示的結(jié)構(gòu)表面沉積低K值介質(zhì)層；接著對(duì)所述低K值介質(zhì)層進(jìn)行光刻及刻蝕，在其上形成MOM電容器槽；然后通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和含氮?dú)怏w處理兩步循環(huán)的方式形成氧化硅，所述氧化硅覆蓋所述低K值介質(zhì)層及所述MOM電容器槽；并用化學(xué)機(jī)械研磨去除露出在所述MOM電容器槽外的多余的氧化硅；接下來(lái)對(duì)所述低K值介質(zhì)層及所述氧化硅進(jìn)行光刻及刻蝕，分別在所述低K值介質(zhì)層及所述氧化硅中形成互連金屬槽及電容金屬槽，其中，電容金屬槽用于后續(xù)形成電容極板，且與圖2D中的電容金屬槽的位置相對(duì)應(yīng)，互連金屬槽用于形成互連；最后在互連金屬槽及電容金屬槽中填充金屬，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2至6直至達(dá)到所需的MOM電容層數(shù)。綜上所述，本發(fā)明提供了一種多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，該方法通過(guò)先形成低k值介質(zhì)和高k值氧化硅的混合層；再利用傳統(tǒng)工藝的光刻蝕刻分別在低K值介質(zhì)及高k值氧化硅中形成互連金屬槽及電容金屬槽，并在槽中填充金屬；重復(fù)上述步驟在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了多層MOM電容結(jié)構(gòu)，在其他區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低k值互連。其中，高k值氧化硅的形成采用PECVD沉積和含氮?dú)怏w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。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)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-氧化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟I，提供襯底； 步驟2，在所述襯底上沉積低K值介質(zhì)層； 步驟3，對(duì)所述低K值介質(zhì)層進(jìn)行光刻及刻蝕，在其上形成MOM電容器槽； 步驟4，通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和含氮?dú)怏w處理兩步循環(huán)的方式在所述MOM電容器槽中形成氧化硅； 步驟5，對(duì)所述低K值介質(zhì)層及所述氧化硅進(jìn)行光刻及刻蝕，分別在所述低K值介質(zhì)層及所述氧化硅中形成互連金屬槽及電容金屬槽； 步驟6，在所述互連金屬槽及電容金屬槽中填充金屬； 重復(fù)步驟2至步驟6。
2.如權(quán)利要求I所述的多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于，所述等離子體增強(qiáng)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。
3.如權(quán)利要求2所述的多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于，所述娃燒的流量在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。
4.如權(quán)利要求I所述的多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于，所述含氮?dú)怏w包括一氧化氮、一氧化二氮或氮?dú)狻?br> 5.如權(quán)利要求I所述的多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于，所述含氮?dú)怏w處理所采用的含氮?dú)怏w流量在2000sccm至6000sccm之間，處理溫度在300攝氏度至600攝氏度之間。
6.如權(quán)利要求I所述的多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于，所述通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和含氮?dú)怏w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I納米至10納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層金屬-氧化硅-金屬電容器的制作方法，該方法通過(guò)先形成低k值介質(zhì)和高k值氧化硅的混合層；再利用傳統(tǒng)工藝的光刻蝕刻分別在低K值介質(zhì)及高k值氧化硅中形成互連金屬槽及電容金屬槽，并在槽中填充金屬；重復(fù)上述步驟在高k值氧化硅區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了多層MOM電容結(jié)構(gòu)，在其他區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低k值互連。其中，高k值氧化硅的形成采用PECVD沉積和含氮?dú)怏w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)H01L21/02GK102779731SQ20121029263
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者周軍, 張?jiān)掠? 毛智彪, 王丹 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司