CN101783286B - 结构为金属-绝缘体-金属的电容器制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构为金属-绝缘体-金属的电容器制造方法，包括先沉积下电极板、再制造电介质层和最后沉积上电极板，制造电介质层的方法为：沉积SiN层后，沉积SiO2层。本发明提供的方法能够提高MIM电容器的性能参数。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种结构为金属-绝缘体-金属的电容器(MIM，Metal-Insulator-Metal)制造方法。
背景技术
电容器作为存储电荷、耦合以及滤波器件被广泛应用在半导体集成电路中。通常为了改善射频(RF，Radio Frequency)集成电路或混合信号集成电路的性能，需要采用大容量的电容器。随着半导体技术进入90纳米(nm)工艺节点，集成电路中的器件特征尺寸不断减小，器件之间的高性能、高密度的连接不仅在单个互连层中互连，而且要在多层之间进行互连。因此，器件之间的连接大量采用多层互连结构，其中多个互连金属层互相堆叠，且层间绝缘膜中形成互连沟槽和连接孔，并用导电材料如铜(Cu)或钨(W)填充所述互连沟槽和连接孔，以形成互连多层金属层的互连金属导线。
在高端工艺中，由于互连层为金属互连结构，多层互连结构的各个金属层和层间电介质也构成了许多电容，这些电容中即包括在形成多层互连结构时形成的金属引线之间、金属层和层间电介质之间的杂散电容，也包括互连金属和绝缘层之间形成的电容。由于互连层的导体为金属结构，因此在互连层之间形成的电容主要采用结构为MIM的电容器(以下简称为MIM电容器)。
MIM电容器在集成电路中通常位于器件多层结构的上层，其结构更接近于典型意义的电容器，即金属电极板之间具有电介质的电容器。图1为现有技术说明MIM电容器结构的剖面示意图，如图1所示，器件的绝缘层100表面的金属层101、电介质层102及金属层103构成了MIM电容器110。其中，金属层101作为MIM电容器的下电极板，其材料为铜，利用电化学沉积(ECP)方法沉积形成，也可以是采用物理气相沉积(PVD)方法形成的铝。电介质层102作为MIM电容器的电介质，其材料为氮化硅(SiN)等高价电常数材料；金属层103作为MIM电容器的上电极板，其材料可以为铜，为了提高MIM电容器的容量，上电极板的材料优选为金属钽(Ta)或氮化钽(TaN)。MIM电容器的上电极板103通过形成于层间介电层(ILD)120中的金属连接孔140连接至上层互连线路，与其他器件形成电连接，MIM电容器的下电极板101通过形成于层间介电层(ILD)120中的金属连接孔130连接至上层互连线路，与其他器件形成电连接。
在制造MIM电容器的过程中，其中的电介质层102是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积SiN实现的，具体地，就是在放入器件的反应室中通入硅烷(SiH4)和氮化氢(NH3)，SiH4和NH3发生化学反应，生成SiN后沉积在金属层101中，生成的氢气被抽出反应室。
但是，由于生成的SiN的Si-N之间的结合键本身固有的不稳定性，具有含有SiN的电介质层102的MIM电容器的性能参数会降低，比如会影响电压电容曲线(VCC，Voltage capacitor curve)系数以及在高电压下的漏电流较高等。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种结构为MIM的电容器制造方法，该方法能够提高MIM电容器的性能参数。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：
一种结构为金属-绝缘体-金属的电容器制造方法，包括先沉积下电极板、再制造电介质层和最后沉积上电极板，制造电介质层的方法为：
沉积SiN层后，沉积SiO2层。
所述沉积SiN层的厚度为电介质层厚度。
所述沉积SiN层后，沉积SiO2层的过程为：
a、沉积厚度为电介质层厚度除以设定重复次数的SiN层后，沉积SiO2层；
b、重复执行步骤a设定的重复次数。
所述设定重复次数为二次或三次。
所述沉积SiN层的过程为：
在器件的反应室中通入硅烷和氮化氢，沉积得到SiN层；
所述沉积SiO2层的过程为：在器件的反应室中通入氧化二氮，和未与氮化氢反应的硅烷反应，沉积得到SiO2层。
所述分别通入硅烷和氮化氢的流量由沉积得到SiN层的厚度确定；
所述通入一氧化二氮由沉积得到SiO2层的厚度确定。
由上述技术方案可见，为了克服由于用于制造电介质层的SiN的Si-N之间的结合键自身的不稳定性而造成MIM电容器的性能降低，本发明在制造MIM电容器的电介质层时，在SiN层沉积一层二氧化硅(SiO2)，由于SiO2层的Si-O之间的结合键相比Si-N之间的结合键更稳定，所以可以提高最终形成MIM电容器的性能参数。
附图说明
图1为现有技术说明MIM电容器结构的剖面示意图；
图2为本发明提供的制造MIM电容器中的电介质层的方法流程图；
图3a～3c为制造本发明MIM电容器的剖面结构图；
图4为现有技术和本发明制造MIM电容器的VCC曲线的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
为了克服由于用于制造电介质层的SiN的Si-N之间的结合键自身的不稳定性而造成MIM电容器的性能降低，本发明在制造电介质层时，在SiN层沉积一层SiO2，该SiO2层的Si-O之间的结合键相比Si-N之间的结合键更稳定，且SiO2层在SiN层之上，可以覆盖住结合键稳定性不高的SiN层，提高了所制造电介质层中原子之间的结合键稳定性，从而提高了具有该电介质层的MIM电容器的性能参数。
结合图3a～3c所示的制造本发明MIM电容器的剖面结构图，详细说明图2所示的本发明提供的制造MIM电容器的方法流程图，其具体步骤为：
步骤201、在器件的绝缘层100上沉积金属层101作为MIM电容器的下电极板，如图3a所示的金属层101；
在本步骤中，可以采用现有技术的ECP方法沉积铜作为MIM电容器的下电极板，或者采用现有技术的PVD方法沉积铝作为MIM电容器的下电极板；
步骤202、在金属层101上，采用PECVD方法沉积了SiN层302后，再沉积SiO2层303，SiN层302和SiO2层303构成了电介质层304，如图3b所示；
在本步骤中，具体采用PECVD沉积了SiN层302后，再沉积SiO2层303的过程为：在放入器件的反应室内通入设定流量的SiH4和NH3后，再通入设定流量的一氧化二氮(N2O)，SiH4和NH3先发生化学反应，沉积得到设定厚度的SiN层302，然后反应室中未和NH3反应的SiH4和N2O进行化学反应，沉积得到薄薄的SiO2层303，覆盖在先沉积得到的SiN层302上；
在本步骤中，在反应室通入N2O就是为了形成很薄的SiO2层303，覆盖在先沉积得到的SiN层302，所以沉积得到的SiO2层303的厚度相对于SiN层302可以忽略不计；
在本步骤中，通入SiH4和NH3的设定流量根据要沉积得到的SiN层302的厚度确定；通入N2O的设定流量根据要沉积得到的SiO2层303的厚度确定；
步骤203、在电介质层304上，沉积金属钽Ta或氮化钽TaN作为MIM电容器的上电极板103，如图3c所示。
在步骤202中，采用PECVD方法沉积了SiN层后，再沉积SiO2层的过程也可以分为至少两次重复沉积，比如二次或三次重复沉积。
具体地，当分为两次重复沉积时，就先再反应室中通入SiH4和NH3用于沉积二分之一设定厚度的SiN层，然后再通入N2O用于沉积SiO2层；然后重复这一过程，最终形成电介质层304；当分为三次重复沉积时，就是先在反应室中通入SiH4和NH3用于沉积三分之一设定厚度的SiN层，然后再通入N2O用于沉积SiO2层；然后重复这一过程三次，最终形成电介质层304。这样，比采用一次沉积SiN层，再沉积SiO2层制造电介质层相比，效果更好。
在本发明中，采用通入N2O与未和NH3反应的SiH4进行化学反应沉积SiO2层的过程中，还可以在反应室中通入氦气(He)，用于降低器件的温度，避免损伤金属层101。
图4为现有技术和本发明制造MIM电容器的VCC曲线的示意图，其中，横坐标表示电压，纵坐标表示电容，拟合出的曲线为二次项曲线，二次项系数表示为VC2，一次项系数表示为VC1，图中黑色的园点表示现有技术制造MIM电容器的电容，黑色的方点表示本发明制造MIM电容器的电容。现有技术和本发明制造MIM电容器的VCC系数的比较结果如表一所示：
表一
从表一可以看出，本发明实施例提供的制造MIM电容器的方法比现有技术制造MIM电容器的方法来说，VCC系数更低，在电压变化的情况下，可以得到更加稳定的电容量。
综上，采用本发明提供的方法制造MIM电容器时，制造电介质层采用在SiN的表面沉积一层SiO2，该SiO2层的Si-O之间的结合键相比Si-N之间的结合键更稳定，且SiO2层在SiN层之上，可以覆盖住结合键稳定性不高的SiN层，提高了所制造电介质层中原子之间的结合键稳定性，从而提高了具有该电介质层的MIM电容器的性能，即图4所示的VCC系数变小及在高电压下可以得到的漏电流较低等。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种结构为金属-绝缘体-金属的电容器制造方法，包括先沉积下电极板、再制造电介质层和最后沉积上电极板，其特征在于，制造电介质层的方法为：
沉积SiN层后，沉积SiO2层；
所述沉积SiN层后，沉积SiO2层的过程为：
a、沉积厚度小于电介质层厚度除以设定重复次数的SiN层后，沉积SiO2层；
b、重复执行步骤a设定的重复次数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积SiN层的厚度小于电介质层厚度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定重复次数为二次或三次。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沉积SiN层的过程为：
在器件的反应室中通入硅烷和氮化氢，沉积得到SiN层；
所述沉积SiO2层的过程为：在器件的反应室中通入一氧化二氮，和未与氮化氢反应的硅烷反应，沉积得到SiO2层。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分别通入硅烷和氮化氢的流量由沉积得到SiN层的厚度确定；
所述通入一氧化二氮由沉积得到SiO2层的厚度确定。
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