CN102655078A

CN102655078A - 多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法

Info

Publication number: CN102655078A
Application number: CN2012101095796A
Authority: CN
Inventors: 毛智彪; 胡友存; 徐强
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-09-05

Abstract

本发明公开一种多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，在硅衬底上进行，其特征在于，包括循环执行如下步骤：步骤1，沉淀低k值介质层；步骤2，光刻并刻蚀去除部分所述低k值介质层形成电容槽，所述电容槽底部接触所述低k值介质层底部；步骤3，在所述电容槽中沉淀高K值氧化硅；步骤4，化学机械研磨所述低k值介质层和所述高K值氧化硅的上表面；步骤5，在所述低k值介质层和所述高K值氧化硅上制作金属槽；步骤6，在所述金属槽中填充金属后进行化学机械研磨。本发明有效地提高层间和层内电容器的电容；改善金属-氧化硅-金属（MOM）电容器的击穿电压、漏电流等各电特性；改善各器件间的电学均匀性。

Description

多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法

技术领域

本发明涉及电容器，具体地，涉及一种多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法。

背景技术

电容器是集成电路中的重要组成单元，广泛运用于存储器，微波，射频，智能卡，高压和滤波等芯片中。在芯片中广为采用的电容器构造是平行于硅片衬底的金属-绝缘体-金属（MIM）。其中金属是制作工艺易与金属互连工艺相兼容的铜、铝等，绝缘体则是氮化硅、氧化硅等高介电常数(k)的电介质材料。改进高k电介质材料的性能是提高电容器性能的主要方法之一。

等离子体增强型化学气相沉积方法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）因其沉积温度低而被广泛用于金属互连工艺中的薄膜沉积。利用PECVD方法制作的氧化硅薄膜内残留大量的硅氢键（Si-H），使其内存在较多电荷，这导致该氮化硅薄膜在电性厚度方面的均匀性较差，而利用该氧化硅薄膜制作的MIM电容器在击穿电压、漏电流等各电特性方面也会相应较差。

中国专利CN101736314A介绍了一种改进铝-氮化硅-钽化物MIM电容器性能的方法。通过改进的PECVD制作氧化硅薄膜有效地减少氮化硅薄膜内残留的硅氢键（Si-H），从而有效地改善了该MIM电容器的性能。

随着尺寸的减少，以及性能对大电容的需求，如何在有限的面积下获得高密度的电容成为一个非常有吸引力的课题。随着半导体集成电路制造技术的不断进步，性能不断提升的同时也伴随着器件小型化，微型化的进程。越来越先进的制程，要求在尽可能小的区域内实现尽可能多的器件，获得尽可能高的性能。

垂直于硅片衬底的金属-氧化物-金属(MOM)是一种在较小的芯片面积内实现较大电容的方法。MOM电容器制作工艺与金属互连工艺的兼容性比较好，电容器两级的外连可以和金属互连工艺同步实现。

因此，提供一种能够有效地提高层间和层内电容器的电容；改善金属-氧化硅-金属（MOM）电容器的击穿电压、漏电流等各电特性；改善各器件间的电学均匀性的MOM电容器就显得尤为重要了。

发明内容

本发明的目的是提高层间电容器的电容，改善金属-氧化硅-金属（MOM）电容器的击穿电压、漏电流等各电特性，以及各器件间的电学均匀性。

本发明公开一种多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，在硅衬底上进行，其中，包括循环执行如下步骤：

步骤1，沉淀低k值介质层；

步骤2，光刻并刻蚀去除部分所述低k值介质层形成电容槽，所述电容槽底部接触所述低k值介质层底部；

步骤3，在所述电容槽中沉淀高K值氧化硅；

步骤4，化学机械研磨所述低k值介质层和所述高K值氧化硅的上表面；

步骤5，在所述低k值介质层和所述高K值氧化硅上制作金属槽；

步骤6，在所述金属槽中填充金属后进行化学机械研磨。

上述的方法，其中，所述高K值氧化硅通过多次循环执行如下步骤形成：

步骤111，沉积氧化硅；

步骤112，提供含氧气体处理所述沉积的氧化硅。

上述的方法，其中，所述氧化硅利用PECVD方法通过硅烷和一氧化二氮在等离子环境下反应生成。

上述的方法，其中，所述含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳、和二氧化碳。

上述的方法，其中，所述步骤111中，氧化硅沉积厚度取值范围为1纳米至10纳米。

上述的方法，其中，所述含氧气体处理过程中，气体流量取值范围为2000sccm至6000sccm，处理温度取值范围为300摄氏度至600摄氏度。

上述的方法，其中，所述反应气体硅烷的流量取值范围为25sccm至80sccm，所述反应气体一氧化二氮的流量取值范围为10000sccm至20000sccm，硅烷与一氧化二氮的流量比取值范围为1：125至1：800，成膜速率小于100纳米/分钟。

上述的方法，其中，在所述步骤5中，所述金属槽的制作包括光刻后刻蚀的步骤。

上述的方法，其中，步骤6中包括沉积铜的扩散阻挡层。

本发明通过改进PECVD工艺，更有效地提高层间和层内电容器的电容；改善金属-氧化硅-金属（MOM）电容器的击穿电压、漏电流等各电特性；改善各器件间的电学均匀性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚明了，放大了部分部件，对于相同部件，仅标示其中部分，本领域技术人员可以结合具体实施方式部分理解。

图1至图6示出了根据本发明的，一种多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法的各个步骤的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

结合参考图1至图6所示的多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，在硅衬底100上进行，其中，包括循环执行如下步骤：步骤1，如图1所示，沉淀低k值介质层1；步骤2，光刻并刻蚀去除部分所述低k值介质层1形成电容槽20，所述电容槽20底部接触所述低k值介质层1底部，这样的电容槽20作为电容区，为后续的氧化硅填充做准备；步骤3，在所述电容槽20中沉淀高K值氧化硅2；步骤4，化学机械研磨所述低k值介质层1和所述高K值氧化硅2的上表面，如图3所示；步骤5，在所述低k值介质层1和所述高K值氧化硅2上制作金属槽101，如图4所示；步骤6，在所述金属槽101中填充金属3后进行化学机械研磨，得到如图5所示的结构。所述金属3采用铜。

在一个具体实施例中，所述高K值氧化硅2通过多次循环执行如下步骤形成：步骤111，沉积氧化硅；步骤112，提供含氧气体处理所述沉积的氧化硅。

具体地，所述氧化硅利用PECVD方法通过硅烷和一氧化二氮在等离子环境下反应生成。

更为具体地，所述含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳、和二氧化碳。

其中，所述步骤111中，氧化硅沉积厚度取值范围为1纳米至10纳米。

优选地，所述含氧气体处理过程中，气体流量取值范围为2000sccm至6000sccm，处理温度取值范围为300摄氏度至600摄氏度。

更为优选地，所述反应气体硅烷的流量取值范围为25sccm至80sccm，所述反应气体一氧化二氮的流量取值范围为10000sccm至20000sccm，硅烷与一氧化二氮的流量比取值范围为1：125至1：800，成膜速率小于100纳米/分钟。

本领域技术人员理解，在所述步骤5中，所述金属槽101的制作包括光刻后刻蚀的步骤。其中如图4所示，位于MOM电容区域的金属槽101的数量为3个，位于非MOM电容区域的金属槽101的数量为1个。

步骤6中包括沉积铜的扩散阻挡层。本领域技术人员结合现有技术可以完成铜互连，其中，铜互连工艺的光刻、刻蚀、铜的扩散阻挡层沉积、铜电镀、铜金属层化学机械研磨等工艺均为现有技术，在此不予赘述。

本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种多层金属-氧化硅-金属电容器的制作方法，在硅衬底上进行，其特征在于，包括循环执行如下步骤：

步骤1，沉淀低k值介质层；

步骤3，在所述电容槽中沉淀高K值氧化硅；

步骤6，在所述金属槽中填充金属后进行化学机械研磨。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高K值氧化硅通过多次循环执行如下步骤形成：

步骤111，沉积氧化硅；

步骤112，提供含氧气体处理所述沉积的氧化硅。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化硅利用PECVD方法通过硅烷和一氧化二氮在等离子环境下反应生成。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含氧气体包括一氧化氮、一氧化二氮、一氧化碳、和二氧化碳。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤111中，氧化硅沉积厚度取值范围为1纳米至10纳米。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含氧气体处理过程中，气体流量取值范围为2000sccm至6000sccm，处理温度取值范围为300摄氏度至600摄氏度。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反应气体硅烷的流量取值范围为25sccm至80sccm，所述反应气体一氧化二氮的流量取值范围为10000sccm至20000sccm，硅烷与一氧化二氮的流量比取值范围为1：125至1：800，成膜速率小于100纳米/分钟。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤5中，所述金属槽的制作包括光刻后刻蚀的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6中包括沉积铜的扩散阻挡层。