專利名稱：一種多層金屬-氮化硅-金屬電容及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路中的電容，尤其涉及一種多層金屬-氮化硅-金屬電容及其制作方法。
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)。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?，F(xiàn)有技術(shù)中，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。例如，中國專利CN101577227A介紹了一種改進(jìn)鋁-氮化硅-鉭化物電容器性能的方法。等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition)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。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(nèi)殘留的硅氫鍵，從而有效地改善了電容器的性能。隨著尺寸的減少，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成為一個(gè)非常有吸引力的課題。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。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(nèi)實(shí)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(shí)際應(yīng)用中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)。但是，目前的金屬-氮化硅-金屬(MOM)電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性還
不盡如人意。因此，提供一種能夠改善金屬-氮化硅-金屬(MOM)電容器的擊穿電壓、漏電流等
各電特性的電容及其制作方法就顯得尤為重要了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)出一種新多層金屬-氮化硅-金屬電容及其制作方法，以提高層間和層內(nèi)電容器的電容，改善金屬-氮化硅-金屬(MOM) 電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性，并改善各器件間的電學(xué)均勻性。本發(fā)明公開一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其中，具有若干層低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，每一層混合層中包括
低k值介質(zhì)，所述低k值介質(zhì)的底部分布有若干高k值氮化硅區(qū)； 所述低k值介質(zhì)上具有第一金屬槽和若干第二金屬槽，所述第一金屬槽和第二金屬槽中均填充有金屬；
所述若干第二金屬槽底部接觸高k值氮化硅區(qū)。
上述的多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其中，至少一層的高k值氮化硅區(qū)與
其相鄰一層的高k值氮化硅區(qū)在豎直方向上重合。
上述的多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其中，所述第一金屬槽的深度與所述第二金屬槽的深度相同。上述的多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其中，所述金屬為銅。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還公開一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其中，在襯底上由下至上依次形成多層低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，每一層混合層形成包括
步驟1，沉積第一低k值介質(zhì)層； 步驟2，在所述第一低k值介質(zhì)層上制作溝槽； 步驟3，在所述溝槽中沉積高k值氮化硅； 步驟4，化學(xué)機(jī)械平坦化所述高k值氮化硅；
步驟5，沉積第二低k值介質(zhì)層覆蓋所述第一低k值介質(zhì)層和高k值氮化硅； 步驟6，在所述第二低k值介質(zhì)層中刻蝕形成第一金屬槽和第二金屬槽，所述第二金屬槽底部接觸所述高k值氮化硅；
步驟7，在所述第一金屬槽和第二金屬槽中填充金屬； 步驟8，化學(xué)機(jī)械平坦化所述金屬。上述的方法，其中，在步驟3中，所述沉積高k值氮化硅是過多次沉積薄層氮化硅相疊實(shí)現(xiàn)的，每層氮化硅的制備包括
步驟31，沉積薄層氮化硅；
步驟32，用含氧氣體處理所述薄層氮化硅，以減少氮化硅薄膜內(nèi)殘留的硅氫鍵。上述的方法，其中，所述含氧氣體至少包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳中一種。上述的方法，其中，所述每層薄層氮化硅的厚度取值范圍為1納米至10納米。上述的方法，其中，所述步驟32中，含氧氣體處理的氣體流量取值范圍為 2000至6000SCCm，其處理溫度取值范圍為300至600攝氏度。上述的方法，其中，所述步驟2中，包括如下 步驟21，旋涂光刻膠覆蓋所述第一低k值介質(zhì)層； 步驟22，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行曝光，以形成溝槽的圖形； 步驟23，刻蝕所述第一低k值介質(zhì)層形成溝槽。上述的方法，其中，所述步驟5中，包括如下 步驟51，旋涂光刻膠覆蓋所述第二低k值介質(zhì)層；CN 步驟22，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行曝光，以形成第一溝槽和第二溝槽的圖形； 步驟23，刻蝕所述第二低k值介質(zhì)層以分別形成第一溝槽和第二溝槽。上述的方法，其中，所述步驟6和步驟7中的金屬為銅。發(fā)明通過提高層間和層內(nèi)電容器的電介質(zhì)的k值，有效地提高層間和層內(nèi)電容器的電容。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，通過改善高k值氮化硅的性能，有效地改善金屬
-氮化硅-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(xué)均勻性。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中，為清楚明了， 放大了部分部件。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的，一種多層金屬-氮化硅-金屬電容中相鄰兩層混合層的剖視圖；以及
圖2至圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的，一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器中一層混合層的制作過程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。此處所描述的具體實(shí)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(hù)范圍。參考圖1示出的一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的示意圖，本發(fā)明的多層金屬-氮化硅-金屬電容具有若干層低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，圖1中，用虛線標(biāo)示出了兩層相鄰的混合層，如圖所示，每一層混合層中包括
低k值介質(zhì)11，低k值介質(zhì)11的底部分布有若干高k值氮化硅區(qū)12 ； 低k值介質(zhì)11上具有第一金屬槽301和若干第二金屬槽302，第一金屬槽 302和第二金屬槽302中均填充有金屬4 (結(jié)合參考圖7)； 若干第二金屬槽302底部接觸高k值氮化硅區(qū)12。在一個(gè)優(yōu)選例中，至少一層的高k值氮化硅區(qū)12與其相鄰一層的高k值氮化硅區(qū)12在豎直方向上重合，參考圖1，由于相鄰兩層混合層的底部都具有高k值氮化
硅區(qū)12，因此每一層混合層中的第二金屬槽302的頂部接觸其相鄰上層的高k值氮化硅區(qū)
12的底部。在又一個(gè)優(yōu)選例中，第一金屬槽301的深度與第二金屬槽302的深度相同。進(jìn)一步地，上述填充在第一金屬槽301和第二金屬槽302中的金屬4 (參考圖7)為銅。上述結(jié)構(gòu)的制備方法參考圖2至圖7，一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器中一層混合層的制作過程示意圖。本發(fā)明通過在襯底上由下至上依次形成多層低k 值介質(zhì)和氮化硅的混合層實(shí)現(xiàn)，每一層混合層的形成包括如下步驟
步驟1，沉積第一低k值介質(zhì)層101，參考圖2 ；步驟2，在第一低k值介質(zhì)層上制作溝槽，如圖3所示；
步驟3，在溝槽中沉積高k值氮化硅；
步驟4，化學(xué)機(jī)械平坦化高k值氮化硅，得到圖4所示的結(jié)構(gòu)；
步驟5，沉積第二低k值介質(zhì)層201覆蓋第一低k值介質(zhì)層101和高k值氮化硅
102 ；
步驟6，在第二低k值介質(zhì)層201中刻蝕形成第一金屬槽301和第二金屬槽302， 第二金屬槽302底部接觸高k值氮化硅102，如圖6所示，第一金屬槽301的底部接觸第一低k值介質(zhì)層101 ；
步驟7，在第一金屬槽301和第二金屬槽302中填充金屬4 ； 步驟8，化學(xué)機(jī)械平坦化金屬4，得到圖7所示的結(jié)構(gòu)。具體地，在步驟3中，沉積高k值氮化硅102是通過多次沉積薄層氮化硅相疊實(shí)現(xiàn)的，每層氮化硅的制備包括
步驟31，沉積薄層氮化硅；
步驟32，用含氧氣體處理薄層氮化硅，以減少氮化硅薄膜內(nèi)殘留的硅氫鍵。如此反復(fù)執(zhí)行步驟31和步驟32直至多層處理過的薄層氮化硅相疊后的厚度達(dá)到需要的氮化硅層的厚度，參考圖3和圖4，優(yōu)選地，多次沉積薄層氮化硅后相疊的高度要高出第一低k值介質(zhì)層101上溝槽的高度，以留出足夠的厚度進(jìn)行后續(xù)的化學(xué)機(jī)械平坦化制程。上述步驟中，含氧氣體至少包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳中一種，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。在一個(gè)優(yōu)選例中，每層薄層氮化硅的厚度取值范圍為1納米至10納米。在又一個(gè)優(yōu)選例中，步驟32中的含氧氣體處理的氣體流量取值范圍為2000 至6000SCCm，其處理溫度取值范圍為300至600攝氏度。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，溝槽的制作是現(xiàn)有技術(shù)，步驟2中，包括如下 步驟21，旋涂光刻膠覆蓋第一低k值介質(zhì)層101 ；
步驟22，對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，以形成溝槽的圖形； 步驟23，刻蝕第一低k值介質(zhì)層101形成溝槽。更為具體地，步驟5中，包括如下
步驟51，旋涂光刻膠覆蓋第二低k值介質(zhì)層201 ；
步驟22，對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，以形成第一溝槽和第二溝槽的圖形；
步驟23，刻蝕第二低k值介質(zhì)層以分別形成第一溝槽和第二溝槽。本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)可以實(shí)施上述的溝槽的制作，在此不予贅述。更進(jìn)一步地，步驟6和步驟7中的金屬4為銅。最后，將依次制作多層混合層后，就得到了本發(fā)明的多層金屬-氮化硅-金屬
電容器的結(jié)構(gòu)，第一低k值介質(zhì)層101和第二低k值介質(zhì)層201是為了方便區(qū)分制作順序而在附圖中標(biāo)示，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，第一低k值介質(zhì)層101和第二低k值介質(zhì)層201 是低k值介質(zhì)11的一部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所述變化例，這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)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(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其特征在于，具有若干層低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，每一層混合層中包括低k值介質(zhì)，所述低k值介質(zhì)的底部分布有若干高k值氮化硅區(qū)； 所述低k值介質(zhì)上具有第一金屬槽和若干第二金屬槽，所述第一金屬槽和第二金屬槽中均填充有金屬；所述若干第二金屬槽底部接觸高k值氮化硅區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其特征在于，至少一層的高 k值氮化硅區(qū)與其相鄰一層的高k值氮化硅區(qū)在豎直方向上重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其特征在于，所述第一金屬槽的深度與所述第二金屬槽的深度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其特征在于，所述金屬為銅。
5.一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于，在襯底上由下至上依次形成多層低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，每一層混合層形成包括步驟1，沉積第一低k值介質(zhì)層； 步驟2，在所述第一低k值介質(zhì)層上制作溝槽； 步驟3，在所述溝槽中沉積高k值氮化硅； 步驟4，化學(xué)機(jī)械平坦化所述高k值氮化硅；步驟5，沉積第二低k值介質(zhì)層覆蓋所述第一低k值介質(zhì)層和高k值氮化硅； 步驟6，在所述第二低k值介質(zhì)層中刻蝕形成第一金屬槽和第二金屬槽，所述第二金屬槽底部接觸所述高k值氮化硅；步驟7，在所述第一金屬槽和第二金屬槽中填充金屬； 步驟8，化學(xué)機(jī)械平坦化所述金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟3中，所述沉積高k值氮化硅是通過多次沉積薄層氮化硅相疊實(shí)現(xiàn)的，每層氮化硅的制備包括步驟31，沉積薄層氮化硅；步驟32，用含氧氣體處理所述薄層氮化硅，以減少氮化硅薄膜內(nèi)殘留的硅氫鍵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述含氧氣體至少包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳中一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述每層薄層氮化硅的厚度取值范圍為1 納米至10納米。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟32中，含氧氣體處理的氣體流量取值范圍為2000至6000SCCm，其處理溫度取值范圍為300至600攝氏度。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟2中，包括如下 步驟21，旋涂光刻膠覆蓋所述第一低k值介質(zhì)層；步驟22，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行曝光，以形成溝槽的圖形； 步驟23，刻蝕所述第一低k值介質(zhì)層形成溝槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟5中，包括如下 步驟51，旋涂光刻膠覆蓋所述第二低k值介質(zhì)層；步驟22，對(duì)所述光刻膠進(jìn)行曝光，以形成第一溝槽和第二溝槽的圖形；步驟23，刻蝕所述第二低k值介質(zhì)層以分別形成第一溝槽和第二溝槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟6和步驟7中的金屬為銅。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器，其特征在于，具有若干層低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層，每一層混合層中包括低k值介質(zhì)，所述低k值介質(zhì)的底部分布有若干高k值氮化硅區(qū)；所述低k值介質(zhì)上具有第一金屬槽和若干第二金屬槽，所述第一金屬槽和第二金屬槽中均填充有金屬；所述若干第二金屬槽底部接觸高k值氮化硅區(qū)。本發(fā)明通過提高層間和層內(nèi)電容器的電介質(zhì)的k值，有效地提高層間和層內(nèi)電容器的電容。通過改善高k值氮化硅的性能，有效地改善金屬-氮化硅-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(xué)均勻性。
文檔編號(hào)H01L27/08GK102446917SQ201110361149
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15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