專利名稱：一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造中一種電容的制造方法，特別涉及一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著將標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)應(yīng)用于模擬與射頻互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(RFCMOS)集成電路領(lǐng)域中的趨勢(shì)，越來(lái)越多的被動(dòng)組件應(yīng)運(yùn)而生。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(MM)。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。由于利用互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)制作的組件具有良好的效能且容易制作， 所以金屬一絕緣層一金屬(Metal—Insulator一Metal, MIM)電容被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體元件的設(shè)計(jì)上。由于此種金屬電容器具有較低的電阻值(resistance)以及較小的寄生電容 (parasitic capacitance),而且沒(méi)有耗盡層感應(yīng)電壓(induced voltage)偏移的問(wèn)題，因此目前多采用MIM構(gòu)造作為金屬電容器的主要結(jié)構(gòu)，尤其是具有低電阻的銅電極的MM電容器更是目前研究的重點(diǎn)方向。中國(guó)專利CNlO 1577227A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 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(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。金屬一絕緣層一金屬(Metal—Insulator一Metal, MIM)電容器為可增加電容值的電容器結(jié)構(gòu)之一，其最簡(jiǎn)單的構(gòu)造是將水平方向平行的金屬板疊成數(shù)層，以介電層間隔于各金屬層之間，經(jīng)由介電層連接的兩個(gè)金屬板即成為電容器的兩極。將金屬板垂直堆疊的構(gòu)成簡(jiǎn)單，與僅提供兩個(gè)導(dǎo)電表面的情形相比，可提供較大的單位面積電容值。然而盡管構(gòu)成簡(jiǎn)單，形成多層的MM電容常常需要很多額外的工藝步驟，而增加了許多制造成本上的負(fù)擔(dān)。金屬一氧化物一金屬(Metal—Oxide—Metal, MOM)電容器為可增加電容值的的另一電容器結(jié)構(gòu)，其通常包含導(dǎo)電性板狀物，其為介電質(zhì)所分割而成為電容器的兩極。MOM 電容器的好處在于其可以使用現(xiàn)有的工藝來(lái)完成。例如，用于銅內(nèi)連線的金屬化工藝的雙鑲嵌工藝可用來(lái)形成內(nèi)填銅的介層窗(via)與溝槽的堆疊結(jié)構(gòu)，其中被氧化物介電質(zhì)所分隔的兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)填銅的介層窗和溝槽，則形成一電容器。相較于傳統(tǒng)的電容器，MOM電容器可有效地提供較大的單位面積電容值。
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(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。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)。相比于MM電容器，MOM可以提高單位面積內(nèi)的電容。改進(jìn)高k電介質(zhì)材料的性能也可以進(jìn)一步提高M(jìn)OM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。中國(guó)專利CN200810186404提供一種金屬-氧化物-金屬電容結(jié)構(gòu)。此電容結(jié)構(gòu)包括一介電層、一第一網(wǎng)狀金屬層以及一第二網(wǎng)狀金屬層。第一及第二網(wǎng)狀金屬層嵌入于介電層，且第二網(wǎng)狀金屬層平行堆疊于第一網(wǎng)狀金屬層上方。每一網(wǎng)狀金屬層具有排列成一陣列的多個(gè)開(kāi)口。第一網(wǎng)狀金屬層中的網(wǎng)交點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)第二網(wǎng)狀金屬層中的開(kāi)口，且第二網(wǎng)狀金屬層中的網(wǎng)交點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于第一網(wǎng)狀金屬層中的開(kāi)口。本發(fā)明所述的金屬-氧化物-金屬電容結(jié)構(gòu)，可有效改善制程梯度變異及線性度，而進(jìn)一步提升集成電路的效能。中國(guó)專利CN200610094199提供一種集成電路的電容器結(jié)構(gòu)及其制造方法，包含 一第一板狀物層，包含一系列相互交叉(interdigitated)的第一板狀物；一第一介電層， 覆蓋于該第一板狀物層上；一第一延伸層，在該第一介電層上，包含一系列相互交叉的第一延伸板，各個(gè)該第一延伸板分別配置于各個(gè)該第一板狀物上方；一系列的第一導(dǎo)通層，分別連接于各個(gè)該第一延伸板上；以及一第二板狀物層，包含一系列相互交叉的第二板狀物，各個(gè)該第二板狀物分別連接于各個(gè)該第一導(dǎo)通層上；其中相連的第一延伸板、第一導(dǎo)通層、及第二板狀物的極性與相對(duì)應(yīng)的第一板狀物的極性互異。本發(fā)明可有效地結(jié)合MOM電容器與 MIM電容器，并還可改善對(duì)準(zhǔn)誤差所造成的影響。中國(guó)專利CN200610071511涉及一種電容結(jié)構(gòu)，其包括一基底、一第一金屬層、一
蝕刻終止層、一連接層、一第二金屬層與一絕緣層。第一金屬層配置于基底中。蝕刻終止層配置于基底上，其中蝕刻終止層具有一開(kāi)口，此開(kāi)口暴露出部分第一金屬層。連接層配置于開(kāi)口與部分蝕刻終止層的表面。第二金屬層配置于連接層上。絕緣層配置于第二金屬層與連接層之間。
為了有效地提高層內(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，以及各器件間的電學(xué)均勻性。本發(fā)明提供一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，本方法特別適合制作有單層MOM電容器的器件。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，本發(fā)明通過(guò)提高層內(nèi)電容器的電介質(zhì)的k值，有效地提高層內(nèi)電容器的電容，非常適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明提供一種金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，其步驟如下
1)在硅片襯底上首先利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜；
2)通過(guò)光刻和刻蝕去除非MOM區(qū)域的氮化硅；
3)沉積低k值介質(zhì)層；
4)化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層；
5)完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化娃中形成金屬槽；
6)完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充；
7)重復(fù)步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)
所述步驟(I)中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成。所述步驟(I)中氮化硅沉積中所使用的含氧氣體為一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳中的一種或數(shù)種。所述步驟(I)中氮化硅沉積中每次氮化硅沉積厚度為I納米至10納米。所述步驟(I)中氮化娃沉積中含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm之間。所述步驟(I)中氮化硅沉積中含氧氣體處理的處理溫度在300至600攝氏度之間。本發(fā)明提出一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，通過(guò)提高層內(nèi)電容器的電介質(zhì)的k值，有效地提高層內(nèi)電容器的電容。通過(guò)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。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說(shuō)明和闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區(qū)域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。圖3繪示完成沉積低k值介質(zhì)和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。圖6繪示多層MOM電容器的剖面示意圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1.低k值介質(zhì),2.氮化娃,3.填充金屬。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，詳細(xì)說(shuō)明如下。本發(fā)明的不同實(shí)施例將詳述如下，以實(shí)施本發(fā)明的不同的技術(shù)特征，可理解的是， 以下所述的特定實(shí)施例的單元和配置用以簡(jiǎn)化本發(fā)明，其僅為范例而不限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例一
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成，所使用的含氧氣體為一氧化氮，含氧氣體處理的氣體流量為3000SCCm，處理溫度為400攝氏度，每次氮化硅沉積厚度為2納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過(guò)光刻和刻蝕去除非MOM區(qū)域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區(qū)域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質(zhì)層，并用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)層，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層。圖3繪示完成沉積低k值介質(zhì)和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和 MOM電容器的金屬填充，圖5繪不完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM 電容器的剖面示意圖。重復(fù)步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM 電容器的剖面示意圖。實(shí)施二
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成，所使用的含氧氣體為一氧化二氮，含氧氣體處理的氣體流量為4000SCCm，處理溫度為500攝氏度， 每次氮化硅沉積厚度為4納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過(guò)光刻和刻蝕去除非MOM區(qū)域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區(qū)域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質(zhì)層，并用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)層，以高k值介質(zhì)為研磨停止層， 形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層。再沉積低k值介質(zhì)至所需厚度。圖3繪示完成沉積低 k值介質(zhì)和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。 完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充，圖 5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。重復(fù)步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM電容器的剖面示意圖。實(shí)施三
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成，所使用的含氧氣體為一氧化碳，含氧氣體處理的氣體流量為5000sCCm，處理溫度為300攝氏度，每次氮化硅沉積厚度為5納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過(guò)光刻和刻蝕去除非MOM區(qū)域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區(qū)域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質(zhì)層，并用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)層，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層。圖3繪示完成沉積低k值介質(zhì)和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和 MOM電容器的金屬填充，圖5繪不完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM 電容器的剖面示意圖。重復(fù)步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM 電容器的剖面示意圖。實(shí)施四
首先在硅片襯底上首先利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜，其中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成，所使用的含氧氣體為二氧化碳，含氧氣體處理的氣體流量為eOOOsccm，處理溫度為600攝氏度，每次氮化硅沉積厚度為10納米，采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)達(dá)成最終所需氮化硅厚度，圖I繪示氮化硅薄膜層的剖面示意圖。然后通過(guò)光刻和刻蝕去除非MOM區(qū)域的氮化硅，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非MOM電容區(qū)域的氮化硅薄膜的剖面示意圖。沉積低k值介質(zhì)層，并用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)層，以高k值介質(zhì)為研磨停止層，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層。再沉積低k值介質(zhì)至所需厚度。圖3繪示完成沉積低k 值介質(zhì)和化學(xué)機(jī)械研磨去除多余低k值介質(zhì)后低k值介質(zhì)和氮化硅混合層的剖面示意圖。 完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)中形成金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬槽的剖面示意圖。完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充，圖 5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后導(dǎo)線金屬和MOM電容器的剖面示意圖。重復(fù)步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器，圖6繪示多層MOM電容器的剖面示意圖。通過(guò)說(shuō)明和附圖，給出了具體實(shí)施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多層金屬-氮化硅-金屬電容器的制作方法，其特征在于其具有以下步驟1)在硅片襯底上首先利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜；2)通過(guò)光刻和刻蝕去除非MOM區(qū)域的氮化硅；3)沉積低k值介質(zhì)層；4)化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層；5)完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化娃中形成金屬槽；6)完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充；7)重復(fù)步驟(I)至步驟(6)，形成多層MOM電容器。
2.如權(quán)利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積采用沉積氮化硅-含氧氣體處理的兩步循環(huán)方式完成。
3.如權(quán)利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積中所使用的含氧氣體為一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳和二氧化碳中的一種或數(shù)種。
4.如權(quán)利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積中每次氮化硅沉積厚度為I納米至10納米。
5.如權(quán)利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化娃沉積中含氧氣體處理的氣體流量在2000至6000sccm之間。
6.如權(quán)利要求I所述的一種多層金屬-氮化娃-金屬電容器的制作方法，其特征在于 所述步驟(I)中氮化硅沉積中含氧氣體處理的處理溫度在300至600攝氏度之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多層金屬-氮化硅-金屬電容的制造方法，其步驟包括1)在硅片襯底上首先利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉積高k值氮化硅薄膜；2)通過(guò)光刻和刻蝕去除非MOM區(qū)域的氮化硅；3)沉積低k值介質(zhì)層；4)化學(xué)機(jī)械研磨去除多余氮化硅，形成低k值介質(zhì)和氮化硅的混合層；5)完成光刻和刻蝕在低k值介質(zhì)和氮化硅中形成金屬槽；6)完成金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨后形成導(dǎo)線和MOM電容器的金屬填充；7)重復(fù)步驟(1)至步驟(6)，形成多層MOM電容器。本發(fā)明有效地提高層內(nèi)電容器的電容，并能有效地改善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，非常適于實(shí)用。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102592968SQ20111036115
公開(kāi)日2012年7月18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