專利名稱：金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路電容器制造領(lǐng)域，且特別涉及一種金屬-絕緣體-金屬電容 器的制造方法。
背景技術(shù)：
電容器常用于如射頻IC(RFIC)或者單片微波IC(MMIC)等集成電路中作為電子 無源元件。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，電容器作為集成電路中必要元件之一，在電路中 扮演電壓調(diào)整、濾波等功能，因此電容器已成為重要的集成電路電子元件。在半導(dǎo)體集 成電路中，常見的電容器類型有多晶硅-絕緣體_多晶硅電容器、金屬_絕緣體-金屬 (metal-insulator-metal, MIM)電容器等等。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，器件特征尺寸 不斷縮小，元件之間的高性能、高密度的連接不僅在單個(gè)互連層中互連，而且要在多層之間 進(jìn)行互連。因此，器件之間的連接大量采用多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)互連金屬層互相堆疊， 并且層間絕緣層置于其間，然后再層間絕緣層中形成互連溝槽和連接孔，并用導(dǎo)電材料例 如銅、鎢填充所述互連溝槽和連接孔，以形成互連多層金屬層的互連金屬導(dǎo)線。在高端工藝 中，由于互連層為金屬互連結(jié)構(gòu)，多層互連結(jié)構(gòu)的各個(gè)金屬層和層間電介質(zhì)也構(gòu)成了許多 電容，這些電容中即包括在形成多層互連結(jié)構(gòu)時(shí)形成的金屬引線之間、金屬層與層間電介 質(zhì)之間的雜散電容，也包括互連金屬和絕緣層之間形成的電容。由于互連層的導(dǎo)體為金屬 結(jié)構(gòu)，因此在互連層之間形成的電容主要采用具有金屬_絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)的MIM電容器。 因?yàn)榻饘賍絕緣體_金屬電容器具有較低的接點(diǎn)阻抗，故其RC值較低，常用于要求高速的 集成電路中，其也常見于類比電路、混合電路等不同應(yīng)用中。圖IA和圖IB所示為現(xiàn)有技術(shù)中配合銅制程制造金屬-絕緣體-金屬電容器的方 法示意圖。圖IA中所顯示的結(jié)構(gòu)系形成有金屬導(dǎo)電層且經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨法平坦化后的 鑲嵌結(jié)構(gòu)，其中，第一介電層10中的溝槽20由銅填滿，作為導(dǎo)線及金屬_絕緣體_金屬電 容器的下電極層。以諸如電漿增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，在嵌刻結(jié)構(gòu)表面上，沉積第二 介電層30以作為金屬-絕緣體-金屬電容器的介電質(zhì)，接著，以物理氣相沉積法(PVD)在 第二介電層30上沉積諸如鋁等金屬，以作為上電極層40，最后，如圖IB所示，以微影法蝕刻 移除金屬_絕緣體_金屬電容器區(qū)以外的上電極層40，而形成所需的金屬-絕緣體-金屬 電容器。金屬-絕緣體-金屬電容器的電氣性能取決于作為絕緣體的介電層的質(zhì)量，現(xiàn)有 技術(shù)的介電層通常使用氧化氮或者氮化硅。以氮化硅為例，其相對于以氧化硅作為介電層 具有更高的介電系數(shù)，但是由于其較高的電壓限制，使得采用常規(guī)氣相沉積氮化硅層的MIM 電容器的電氣性能依然不能讓人滿意，其電容值/單位面積之值較低，泄漏電流較大并且 崩潰電壓值較小。產(chǎn)生上述缺陷的主要原因是當(dāng)電容介電層薄膜沉積的薄膜質(zhì)量不好時(shí)， 將直接導(dǎo)致電容崩潰電壓過低，降低電容器件的可靠性；電容的上電極層在蝕刻過程中過 蝕刻工藝(蝕刻氣體以及蝕刻時(shí)間)是否恰當(dāng)。其直接關(guān)系到電容的泄漏電流的大小，很 容易造成電容的泄漏電流過大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，制成的電容器具有良好 的電氣性能，電容值較高，泄漏電流較小并且崩潰電壓值較高。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，包括 下列步驟在第一金屬層上化學(xué)氣相沉積介電層；在所述介電層上物理氣相沉積第二金屬層；蝕刻去除電容區(qū)以外的第二金屬層和部分介電層，所述化學(xué)氣相沉積使用SiH4，NH3和N2的混合氣體，其中NH3和SiH4的流量比例 為12 1 12. 4 1，N2和NH3的流量比例為0. 4 0. 6 1?？蛇x的，所述SiH4的流量為200 300標(biāo)況毫升每分?？蛇x的，所述化學(xué)氣相沉積處理的溫度為350 400攝氏度。可選的，所述介電層為SiN層。可選的，所述SiN層的厚度為625埃?？蛇x的，蝕刻去除電容區(qū)以外的部分介電層的厚度為100 400埃。可選的，該方法包括在第一金屬層和介電層之間化學(xué)氣相沉積第一阻礙金屬層， 在介電層和第二金屬層之間化學(xué)氣相沉積第二阻礙金屬層?？蛇x的，所述第一阻礙金屬層和第二阻礙金屬層為Ti或TiN層?？蛇x的，所述第一阻礙金屬層的厚度為50 500埃，所述第二阻礙金屬層的厚度 為200 250埃?？蛇x的，該方法包括在第二金屬層上化學(xué)氣相沉積第三阻礙金屬層?？蛇x的，所述第三阻礙金屬層為Ti或TiN層。可選的，所述第三阻礙金屬層的厚度為50 500埃?？蛇x的，所述第一金屬層為銅金屬層，所述第二金屬層為鋁金屬層?？蛇x的，所述第一金屬層的厚度為4000 6000埃，所述第二金屬層的厚度為 1000 1600 埃。本發(fā)明提出的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，在化學(xué)氣相沉積介電層處 理制程中使用SiH4，NH3和N2的混合氣體，并限定它們之間的流量比例，最終制成的電容器 具有良好的電氣性能，電容值較高，泄漏電流較小并且崩潰電壓值較高。本發(fā)明提出的金屬-絕緣體_金屬電容器的制造方法，在作為介電層的SiN層上 下各沉積一層Ti或TiN層作為阻礙金屬層，Ti或TiN層不僅防止金屬離子在高溫制程中 擴(kuò)散到硅離子中，也可作為銅和鋁金屬層與SiN層之間的附著層，并且可以釋放壓力。鋁金 屬層上沉積的Ti或TiN層作為其上過孔蝕刻的阻擋層并防止過孔穿通。


圖IA和圖IB所示為現(xiàn)有技術(shù)中配合銅制程制造金屬-絕緣體-金屬電容器的方 法示意圖。圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的制造金屬_絕緣體_金屬電容器的方法流程圖。
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圖3A和圖3B所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬_絕緣體_金屬電容器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電容值與SiN厚度曲線圖。圖5所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的MIM電容的電流和電壓曲線圖
具體實(shí)施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所

如下。本發(fā)明提出一種金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，制成的電容器具有良好 的電氣性能，電容值較高，泄漏電流較小并且崩潰電壓值較高。請參考圖2，圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的制造金屬-絕緣體-金屬電容器的方 法流程圖。本發(fā)明提出一種金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，包括下列步驟步驟SlOO 在第一金屬層上化學(xué)氣相沉積第一阻礙金屬層；步驟S200 在第一阻礙金屬層上化學(xué)氣相沉積介電層；步驟S300 在介電層上化學(xué)氣相沉積第二阻礙金屬層；步驟S400 在所述第二阻礙金屬層上物理氣相沉積第二金屬層；步驟S500 在第二金屬層上化學(xué)氣相沉積第三阻礙金屬層；步驟S600 蝕刻去除電容區(qū)以外的第三阻礙金屬層、第二金屬層、第二阻礙金屬 層和部分介電層。其中，所述化學(xué)氣相沉積處理使用SiH4, NH3和N2的混合氣體，其中NH3和SiH4的 流量比例為12 1 12.4 1，其比現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)氣相沉積工藝的比例值略高，N2*NH3 的流量比例為0.4 0.6 1設(shè)定在合適的范圍以實(shí)現(xiàn)化學(xué)氣相沉積工藝的正常進(jìn)行，所 述SiH4的流量為200 300標(biāo)況毫升每分，所述化學(xué)氣相沉積處理的溫度為350 400攝 氏度，以保證介電層沉積的質(zhì)量和均勻性之間的平衡，使得介電層達(dá)到較高的性能。本發(fā)明 較佳實(shí)施例提出的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，在化學(xué)氣相沉積介電層處理制 程中使用SiH4，NH3和N2的混合氣體，并限定它們之間的流量比例，從而能夠得到較高質(zhì)量 的介電層，并使得MIM電容的絕緣體具有較低的壓力負(fù)荷，最終制成的電容器具有良好的 電氣性能，電容值較高，泄漏電流較小并且崩潰電壓值較高。再請參考圖3和圖3B，圖3A和圖3B所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬-絕緣體-金 屬電容器結(jié)構(gòu)示意圖。從圖3A中可以看出，本發(fā)明較佳實(shí)施例的第一金屬層100為銅金屬 層，厚度為4000 6000埃。在該銅金屬層上化學(xué)氣相沉積第一阻礙金屬層200，第一阻礙 金屬層200可為Ti或TiN層，厚度為50 500埃，然后在Ti或TiN層200上化學(xué)氣相沉積 介質(zhì)層300，介質(zhì)層300可為SiN層，其厚度為625埃，接著在所述SiN層300上化學(xué)氣相沉 積第二阻礙金屬層400，第二阻礙金屬層400同樣為Ti或TiN層，厚度為200 250埃，該 第一阻礙金屬層200和第二阻礙金屬層400的兩層Ti或TiN層，不僅用于防止金屬離子， 例如是銅離子或者鋁離子，在高溫制程中擴(kuò)散到硅離子中破壞電容結(jié)構(gòu)，也可作為銅金屬 層和鋁金屬層與SiN層之間的附著層，并且可以釋放它們之間的壓力。然后在第二阻礙金 屬層400的Ti或TiN層上物理氣相沉積第二金屬層500，其可為鋁金屬層，厚度為1000 1600埃。最后，在鋁金屬層500上化學(xué)氣相沉積第三阻礙金屬層600，其可為Ti或TiN層， 厚度為50 500埃，作為其上過孔蝕刻的阻擋層，該過孔為盲孔，用于表層線路和下面的內(nèi) 層線路的連接，Ti或TiN層600可防止過孔穿通。
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再請參考圖3B，從圖中可以看出本發(fā)明較佳實(shí)施例蝕刻去除電容區(qū)以外的第二金 屬層500和部分介電層300，包括第二金屬層500上的第三阻礙金屬層600和介電層300上 的第二阻礙金屬層400，而對于電容區(qū)以外的介電層300，蝕刻的厚度為100 400埃，電容 區(qū)的介電層300厚度保持為625埃，最終得到本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬_絕緣體_金屬電 容器。根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，制成的電容器 經(jīng)過測試設(shè)備進(jìn)行測試，例如采用Agilent 4072以及Keithely 4200測試設(shè)備，請參考圖 4，圖4所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電容值與SiN厚度曲線圖，經(jīng)過測試當(dāng)SIN厚度為625 埃時(shí)精確達(dá)到電容目標(biāo)值，得出其電容值為0. 99fF/um2,基本保持在IfF/um2左右，滿足工 藝需要。再請參考圖5，圖5所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的MIM電容的電流和電壓曲線圖，經(jīng) 過測試得出電容器的泄漏電流保持在3. 7fA/um2左右，可見其具有極小的泄漏電流，而崩潰 電壓保持在6IV左右，具有較大的崩潰電壓，可見經(jīng)過測試的金屬_絕緣體_金屬電容器具 有極高的可靠性。本發(fā)明僅需對金屬_絕緣體_金屬電容器的制造工藝中的化學(xué)氣相沉積 處理進(jìn)行改進(jìn)，操作簡單，同時(shí)最終制成的電容器具有良好的電氣性能，電容值較高，泄漏 電流較小并且崩潰電壓值較高。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種金屬 絕緣體 金屬電容器的制造方法，包括下列步驟在第一金屬層上化學(xué)氣相沉積介電層；在所述介電層上物理氣相沉積第二金屬層；蝕刻去除電容區(qū)以外的第二金屬層和部分介電層，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積使用SiH4，NH3和N2的混合氣體，其中NH3和SiH4的流量比例為12∶1～12.4∶1，N2和NH3的流量比例為0.4～0.6∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述 SiH4的流量為200 300標(biāo)況毫升每分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述化 學(xué)氣相沉積處理的溫度為350 400攝氏度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述介 電層為SiN層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述 SiN層的厚度為625埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，其特征在于，蝕刻去 除電容區(qū)以外的部分介電層的厚度為100 400埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，其特征在于，該方法 包括在第一金屬層和介電層之間化學(xué)氣相沉積第一阻礙金屬層，在介電層和第二金屬層之 間化學(xué)氣相沉積第二阻礙金屬層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述第 一阻礙金屬層和第二阻礙金屬層為Ti或TiN層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述第 一阻礙金屬層的厚度為50 500埃，所述第二阻礙金屬層的厚度為200 250埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，其特征在于，該方 法包括在第二金屬層上化學(xué)氣相沉積第三阻礙金屬層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述 第三阻礙金屬層為Ti或TiN層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述 第三阻礙金屬層的厚度為50 500埃。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述 第一金屬層為銅金屬層，所述第二金屬層為鋁金屬層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬_絕緣體_金屬電容器的制造方法，其特征在于，所述 第一金屬層的厚度為4000 6000埃，所述第二金屬層的厚度為1000 1600埃。
全文摘要
本發(fā)明提出一種金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，包括下列步驟在第一金屬層上化學(xué)氣相沉積介電層；在所述介電層上物理氣相沉積第二金屬層；蝕刻去除電容區(qū)以外的第二金屬層和部分介電層，所述化學(xué)氣相沉積使用SiH4，NH3和N2的混合氣體，其中NH3和SiH4的流量比例為12∶1～12.4∶1，N2和NH3的流量比例為0.4～0.6∶1。本發(fā)明提出的金屬-絕緣體-金屬電容器的制造方法，制成的電容器具有良好的電氣性能，電容值較高，泄漏電流較小并且崩潰電壓值較高。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101958235SQ200910054930
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者王光超, 鄔瑞彬, 郭豐, 郭啟森 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;成都成芯半導(dǎo)體制造有限公司