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(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(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 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(guò)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(guò)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(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ー個(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(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。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)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(shí)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(guò)下述技術(shù)方案實(shí)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低介電常數(shù)介質(zhì)層；
在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層上制作ー開ロ；
采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進(jìn)行的方式，在所述開ロ中沉積氮化硅，形成氮化硅和低介電常數(shù)介質(zhì)的混合層；
刻蝕所述氮化硅層，在所述氮化硅層中形成第一金屬槽，并且在水平方向上減薄所述氮化娃層；采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進(jìn)行的方式，在所述氮化層的表面沉積氧化硅，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第二金屬槽進(jìn)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(qiáng)型化學(xué)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，在沉積氧化硅步驟中，采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)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，其在，在沉積氮化硅的步驟中，采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)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(jìn)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(jìn)行金屬填充エ藝步驟中包括進(jìn)行銅互連エ藝的銅的擴(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(guò)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(guò)采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法和含氧氣體處理方法循環(huán)進(jìn)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(xué)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2F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(shí)施例方式下面結(jié)合原理圖和具體操作實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。如圖I以及圖2A-2F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1，并在襯底I上沉積ー層低介電常數(shù)(低K值)介質(zhì)層2 ；
步驟S2 :在低介電常數(shù)介質(zhì)層2上制作ー開ロ 21 ；
步驟S3 :在該開ロ 21之中沉積氮化硅，在此步驟中，采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法和含氧氣體處理方 法循環(huán)進(jìn)行的方式，進(jìn)行氮化硅的沉積，即首先采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法沉積氮化硅，然后采用含氧氣體處理方法進(jìn)行處理，然后再進(jìn)行等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法沉積氮化硅，其后，再進(jìn)行含氧氣體處理，如此循環(huán)進(jìn)行，直至達(dá)到所需，在開ロ 21中填滿氮化硅。其中，氮化硅通過(guò)在等離子體反應(yīng)腔室中通過(guò)硅烷和氨氣，并且以N2作為載入氣體，進(jìn)行反應(yīng)生成氮化硅薄膜，形成氮化硅層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(dāng)開ロ 21中填滿氮化硅3之后，利用化學(xué)機(jī)械研磨エ藝，去除多余的氮化硅，在襯底I上形成了低介電常數(shù)介質(zhì)層I和氮化硅層3的混合層。步驟S4 :根據(jù)金屬-氧化物-金屬電容器的圖形，刻蝕氮化硅層3，在氮化硅層3中形成第一金屬槽31，該第一金屬槽31可以為多個(gè)均與排列在該氮化硅層3中的金屬槽，此步驟還包括在水平方向上減薄氮化硅層3，即減小該第一金屬槽31之間的氮化硅層3的覽度。步驟S5 :采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進(jìn)行的方式，在氮化硅層3的表面沉積ー層氧化硅層4，在此步驟中，等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積其反應(yīng)氣體包括硅烷和ー氧化ニ氮，其中，在進(jìn)行エ藝過(guò)程中，硅烷的流量在25sccm至600sccm，一氧化ニ氮的流量為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4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(guò)此方法，在氮化硅層3的表面上形成了ー層氧化硅層4，然后，刻蝕氧化硅層4，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 :刻蝕低介電常數(shù)介質(zhì)層2，在低介電常數(shù)介質(zhì)層2上形成第二金屬槽32 ；步驟S7 :向第一金屬槽31和第二金屬槽32進(jìn)行金屬填充エ藝，向第一金屬槽31和第ニ金屬槽32填充金屬5。在此步驟中，進(jìn)行金屬填充エ藝步驟中包括分別在第一金屬槽31和第二金屬槽32之中進(jìn)行銅互連エ藝的銅的擴(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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例，其只是作為范例。對(duì)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低介電常數(shù)介質(zhì)層； 在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層上制作一開口； 采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進(jìn)行的方式，在所述開口中沉積氮化硅，形成氮化硅層和低介電常數(shù)介質(zhì)層的混合層； 刻蝕所述氮化硅層，在所述氮化硅層中形成第一金屬槽，并且在水平方向上減薄所述氮化硅層； 采用沉積步驟和含氧氣體處理步驟循環(huán)進(jìn)行的方式，在所述氮化硅層中沉積氧化硅層，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(jìn)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(qiáng)型化學(xué)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中，采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)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(qiáng)型化學(xué)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(jìn)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(jìn)行金屬填充工藝步驟中包括進(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-金屬電容器的制作方法，其中提供襯底；在襯底上沉積一層低介電常數(shù)介質(zhì)層；在低介電常數(shù)介質(zhì)層上制作一開口；采用沉積和含氧氣體處理循環(huán)進(jìn)行的方式，在開口中沉積氮化硅，形成氮化硅和低介電常數(shù)介質(zhì)的混合層；刻蝕氮化硅層，在所述氮化硅層中形成第一金屬槽，并且減薄所述氮化硅層；采用沉積和含氧氣體處理循環(huán)進(jìn)行的方式，在開口中沉積氧化硅，且刻蝕氧化硅層去除水平方向上的氧化硅；刻蝕低介電常數(shù)介質(zhì)層，形成第二金屬槽；向第一金屬槽和第二金屬槽進(jìn)行金屬填充。本發(fā)明有效地提高了層內(nèi)電容器的電容，改善了電容器的擊穿電壓、漏電流等各電特性并提高了各器件間的電學(xué)均勻性。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102709154SQ201210110868
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17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