專利名稱：一種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，尤其涉及ー種金屬-多層絕緣體-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(gòu)造是平行于硅片襯底的金屬-絕緣體-金屬(MIM)。其中金屬是制作エ藝易與金屬互連エ藝相兼容的銅、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エ藝中的薄膜沉積。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(yīng)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ニ氮在等離子環(huán)境下反應(yīng)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(dǎo)致在高電壓下，氮化硅薄膜電容器的漏電流較大。并且，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ー個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(nèi)實現(xiàn)盡可能多的器件，獲得盡可能高的性能。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的是提供ー種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法。該方法垂直于娃片襯底的金屬-氧化物-金屬(MOM)是ー種在較小的芯片面積內(nèi)實現(xiàn)較大電容的方法，并且利用PECVD沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)制作金屬-氮化硅-金屬MOM電容器的エ藝方法，有效地減少了殘留在氧化硅薄膜中的硅氫鍵(Si-H)，提高了金屬-氧化硅-金屬MOM電容器的性能。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的
ー種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，包括以下步驟
提供一襯底；
在所述襯底上沉積ー層第一低介電常數(shù)介質(zhì)層，所述第一低介電常數(shù)介質(zhì)層包括金屬-氧化物-金屬制作區(qū)域和非金屬-氧化物-金屬制作區(qū)域；
采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進行的方式，在所述第一低介電常數(shù)(低K值)介質(zhì)層上沉積ー層氮化硅層，所述氮化硅層包括金屬-氧化物-金屬區(qū)域的第一氮化硅層和非金屬-氧化物-金屬區(qū)域的第二氮化硅層；
刻蝕去除所述第二氮化硅層；在所述非金屬-氧化物-金屬區(qū)域的上方再沉積ー層第二低介電常數(shù)(低K值)介質(zhì)
層；
在所述第一氮化硅層上進行光刻圖案化工藝，在所述第一氮化硅層中形成第一金屬槽，并且對所述第一氮化硅層進行刻蝕，在水平方向上減薄所述第一氮化硅層；
采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進行的方式，在所述第一氮化硅層表面沉積ー層氧化硅層，并且刻蝕所述氧化硅層去除水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)；
刻蝕所述第二低介電常數(shù)(低K值)介質(zhì)層，形成第二金屬槽；
向所述第一金屬槽和所述第二金屬槽進行金屬填充エ藝 。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，所述含氧氣體包括ー氧
化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環(huán)方式中，含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm,處理溫度為300 °C 至 600 °C。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環(huán)方式中，所述沉積步驟采用等離子體增強型化學氣相沉積エ藝。 上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在沉積氧化硅的步驟的采用等離子體增強型化學氣相沉積エ藝中，其反應(yīng)氣體包括硅烷和ー氧化ニ氮，其中，所述娃燒的流量在25sccm至600sccm,所述一氧化ニ氮的流量為9000sccm-20000sccm,所述娃烷和所述ー氧化ニ氮的流量之比的取值范圍為1:15至1:800，成膜速率為10納米/分鐘至5000納米/分鐘。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在沉積氮化硅的步驟中，采用等離子體增強型化學氣相沉積エ藝，其反應(yīng)氣體包括硅烷和氨氣，在等離子體環(huán)境中進行反應(yīng)生成氮化娃薄膜。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環(huán)方式中，毎次氮化硅或氧化硅的沉積厚度為I納米至10納米。上述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其中，進行金屬填充エ藝步驟中包括進行銅互連エ藝的銅的擴散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學機械研磨エ藝步驟。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明通過制作金屬-氧化物-金屬電容器，在氮化硅層上覆蓋氧化氧化硅層，提高了絕緣體薄膜中原子之間結(jié)合鍵的穩(wěn)定性，并且，通過采用等離子體增強型化學氣相沉積法和含氧氣體處理方法循環(huán)進行的方法，有效地減少了殘留在氮化硅薄膜中的硅氫鍵。從而有效地提高了層內(nèi)電容器的電容，并且有效地改善金屬-絕緣體-金屬電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性，提高了各器件間的電學均勻性。
圖I是本發(fā)明的金屬-多層絕緣體-金屬電容器制作方法的流程示意框圖。圖2A-圖2H分別是本發(fā)明的金屬-多層絕緣體-金屬電容器制作方法的エ藝步驟分解狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合原理圖和具體操作實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如圖I以及圖2A-2H中所示，本發(fā)明的ー種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法具體包括下列步驟
步驟SI :提供一村底I，并在襯底I上沉積ー層第一低介電常數(shù)(低K值)介質(zhì)層2，該第一低介電常數(shù)介質(zhì)層2表面包括金屬-氧化物-金屬(MOM)區(qū)域21和非金屬-氧化物-金屬(非Μ0Μ)區(qū)域22 ；
步驟S2 :在第一低介電常數(shù)層2的表面沉積ー層氮化娃層3,該氮化娃層3包括在第一氮化硅層31，其位于金屬-氧化物-金屬(MOM)區(qū)域21以及第ニ氮化硅層32，其位于非金屬-氧化物-金屬(非Μ0Μ)區(qū)域。在此步驟中，采用等離子體增強型化學氣相沉積方法和含氧氣體處理方法循環(huán)進行的方式，進行氮化硅3的沉積，即首先采用等離子體增強型化學氣相沉積方法沉積氮化硅3，然后采用含氧氣體處理方法進行處理，然后再進行等離子體 增強型化學氣相沉積方法沉積氮化硅3，其后，再進行含氧氣體處理，如此循環(huán)進行，直至達到所需要的氮化硅層3，氮化硅層3通過在等離子體反應(yīng)腔室中通過硅烷和氨氣，并且以N2作為載入氣體，進行反應(yīng)生成氮化硅，形成該氮化硅層3。在含氧氣體處理方法中，含氧氣體包括一氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳，含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm，處理溫度為300°C至600°C。當沉積氮化硅層3之后，可以利用化學機械研磨エ藝，去除多余的氮化硅。步驟S3 :刻蝕去除第二氮化硅層32，裸露出位于非金屬-氧化物-金屬(非Μ0Μ)區(qū)域的第一介電常數(shù)介質(zhì)層22 ；
步驟S4 :在非金屬-氧化物-金屬區(qū)域的上方，即在該第一介電常數(shù)介質(zhì)層22上方再沉積ー層第二低介電常數(shù)介質(zhì)層4 ；
步驟S5 :根據(jù)金屬-氧化物-金屬電容器的圖形，刻蝕第一氮化硅層31，在第一氮化硅31中形成第一金屬槽311，該第一金屬槽311可以為多個均與排列在該第一氮化硅層31中的金屬槽，此步驟還包括在水平方向上減薄第一氮化硅層31，即減小該第一金屬槽311之間的第一氮化娃層31的寬度。步驟S6 :采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進行的方式，在第一氮化硅層31表面沉積ー層氧化硅層5，在此步驟中，等離子體增強型化學氣相沉積其反應(yīng)氣體包括硅烷和ー氧化ニ氮，其中，在進行エ藝過程中，硅烷的流量在25sccm至600sccm，ー氧化ニ氮的流量為9000SCCm-20000SCCm，并且硅烷和所述ー氧化ニ氮的流量之比的取值范圍為1:15至1:800，成膜速率為10納米/分鐘至5000納米/分鐘，每次氧化硅的沉積厚度為I納米至10納米。在含氧氣體處理方法中，含氧氣體包括一氧化氮、ー氧化ニ氮、一氧化碳和ニ氧化碳含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm，處理溫度為300°C至600°C。通過此方法，在第一層氮化層31的每個方向的表面沉積了ー層氧化硅層5，然后，刻蝕氧化硅，從而去除水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)；
步驟S6 :刻蝕第二低介電常數(shù)介質(zhì)層4，在第二低介電常數(shù)介質(zhì)層4上形成第二金屬槽
41 ；步驟S7 向第一金屬槽311和第二金屬槽41進行金屬填充エ藝，向第一金屬槽311和第二金屬槽41填充金屬6。在此步驟中，進行金屬填充エ藝步驟中包括分別在第一金屬槽311和第二金屬槽41之中進行銅互連エ藝的銅的擴散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學機械研磨エ藝步驟，從而完成了銅互連和金屬-多層絕緣體-金屬(MOM)電容器的制作。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例，其只是作為范例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何等同修改和替代也都在本發(fā)明 的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 提供一襯底； 在所述襯底上沉積一層第一低介電常數(shù)介質(zhì)層，所述第一低介電常數(shù)介質(zhì)層包括金屬-氧化物-金屬制作區(qū)域和非金屬-氧化物-金屬制作區(qū)域； 采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進行的方式，在所述第一低介電常數(shù)介質(zhì)層上沉積一層氮化硅層，所述氮化硅層包括金屬-氧化物-金屬區(qū)域的第一氮化硅層和非金屬-氧化物-金屬區(qū)域的第二氮化硅層； 刻蝕去除所述第二氮化硅層； 在所述非金屬-氧化物-金屬區(qū)域的上方再沉積一層第二低介電常數(shù)介質(zhì)層； 在所述第一氮化硅層上進行光刻圖案化工藝，在所述第一氮化硅層中形成第一金屬槽，并且對所述第一氮化硅層進行刻蝕，在水平方向上減薄所述第一氮化硅層； 采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進行的方式，在所述第一氮化硅層表面沉積一層氧化硅層，并且刻蝕所述氧化硅層去除水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)； 刻蝕所述第二低介電常數(shù)介質(zhì)層，形成第二金屬槽； 向所述第一金屬槽和所述第二金屬槽進行金屬填充工藝。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，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。
3.如權(quán)利要求I所述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其特征在于，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環(huán)方式中，含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm,處理溫度為 300°C至 600°C。
4.如權(quán)利要求I所述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其特征在于，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環(huán)方式中，所述沉積步驟采用等離子體增強型化學氣相沉積工藝。
5.如權(quán)利要求4所述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其特征在于，在沉積氧化硅的步驟的采用等離子體增強型化學氣相沉積工藝中，其反應(yīng)氣體包括硅燒和一氧化二氮，其中，所述娃燒的流量在25sccm至600sccm,所述一氧化二氮的流量為9000sccm-20000sccm，所述硅烷和所述一氧化二氮的流量之比的取值范圍為1:15至I 800，成膜速率為10納米/分鐘至5000納米/分鐘。
6.如權(quán)利要求I所述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其特征在于，在沉積氮化硅的步驟中，采用等離子體增強型化學氣相沉積工藝，其反應(yīng)氣體包括硅烷和氨氣，在等離子體環(huán)境中進行反應(yīng)生成氮化硅薄膜。
7.如權(quán)利要求I所述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其特征在于，在所述沉積步驟和含氧氣體處理步驟的循環(huán)方式中，每次氮化硅或氧化硅的沉積厚度為I納米至10納米。
8.如權(quán)利要求I所述的金屬-多層絕緣體-金屬電容器的制作方法，其特征在于，進行金屬填充工藝步驟中包括進行銅互連工藝的銅的擴散阻擋層沉積、銅電鍍、銅金屬層化學機械研磨工藝步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬-多層絕緣體-金屬電容器(MOM)的制作方法，其中在襯底上沉積第一低K值介質(zhì)層；采用沉積和含氧氣體處理循環(huán)方式，在第一低K值介質(zhì)層上沉積氮化硅層，其包括MOM區(qū)域的第一氮化硅層和非MOM區(qū)域的第二氮化硅層；刻蝕第二氮化硅層；在非MOM區(qū)域的上方沉積第二低K值介質(zhì)層；光刻第一氮化硅層，形成第一金屬槽，并且減薄第一氮化硅層；采用沉積和含氧氣體處理循環(huán)方式，在第一氮化硅層表面沉積氧化硅層，并且刻蝕水平方向上的氧化硅，形成氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)；刻蝕第二低K值介質(zhì)層，形成第二金屬槽；向第一金屬槽和第二金屬槽進行金屬填充工藝。本發(fā)明改善了電容器的各電特性并提高了電學均勻性。
文檔編號H01L21/02GK102856161SQ20121011086
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者毛智彪, 胡友存, 徐強 申請人:上海華力微電子有限公司