CN102683174A - 一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，包括以下步骤：提供一衬底，所述衬底的前段部分为晶体管制作区域，后段部分为金属互连区域；在所述衬底上制作下电极，在所述下电极表面沉积一层介电质薄膜，在所述介电质薄膜中加入有机成孔剂；对所述介电质薄膜进行紫外光照射；在所述介电质薄膜上制备上电极。采用该方法制备的电容介电质薄膜，薄膜的应力增加，薄膜质量好，从而将该经过紫外光照射后的含有有机成孔剂的氮化硅薄膜作为MIM电容介电质薄膜，能够很好的提高其电学性能。

Description

一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法
技术领域
本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法。
背景技术
随着半导体集成电路制造技术的不断进步，半导体的性能不断提升的同时，半导体也向着小型化，微型化的方向发展，而器件中包含的例如金属-绝缘体-金属（MIM，Metal-Insulator-Metal）电容器则是集成电路中的重要组成单元并有着广泛的应用。
在现有的集成电路电容中，MIM电容器已经逐渐成为了射频集成电路的主流。MIM 中所沉积的介质薄膜层大多由等离子体化学气相沉积法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor）技术所生成，由于其沉积温度较低，而被广泛用于高介电质氮化硅薄膜的制备。由于氮化硅薄膜的性质直接决定了MIM电容的性能，因此对于该层薄膜的性能要求比较高。因此需要进一步制备高性能的氮化硅薄膜做为MIM中介电质薄膜。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法。采用该方法制备的电容介电质薄膜，其薄膜质量较好，可以提高该MIM电容器的电学性能。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，包括以下步骤：
提供一衬底，所述衬底的前段部分为晶体管制作区域，后段部分为金属互连区域；
在所述衬底上制作下电极， 
在所述下电极表面沉积一层介电质薄膜，在所述介电质薄膜中加入有机成孔剂；
对所述介电质薄膜进行紫外光照射；
在所述介电质薄膜上制备上电极。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，所述下电极或/和上电极可以是铝、铜或氮化钽中的任一金属电极。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，所述介电质薄膜为氮化硅薄膜。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，所述氮化硅薄膜的沉积温度为300℃-500℃。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，所述氮化硅薄膜的沉积厚度为100-1000 ?。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，所述氮化硅薄膜的反应气体为SiH4、 NH3和稀释气体。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，所述有机成孔剂为降冰片二烯或α-松油烯。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，在对所述介电质薄膜进行紫外光照射的步骤中，所述紫外光照射的波长范围320-400nm，照射温度范围为300℃-500℃，照射时间为2-7min。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，重复循环执行在所述下电极表面沉积一层介电质薄膜的步骤和对所述介电质薄膜进行紫外光照射步骤。
上述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其中，重复循环执行在所述下电极表面沉积一层介电质薄膜的步骤和对所述介电质薄膜进行紫外光照射步骤的次数为3-10次。
与已有技术相比，本发明的有益效果在于：
在本发明在制作MIM电容器的过程中，通过在完成加入有机成孔剂的电容介电质薄膜氮化硅薄膜的沉积步骤之后，对该电容介电质薄膜进行紫外光照射。通过对薄膜的红外谱图对比观察发现，氮化硅薄膜在经过紫外光的照射后，其薄膜中的Si-H以及N-H键减少，并且增加了薄膜的浓度，该薄膜在紫外光照射以后，薄膜的应力增加，薄膜质量好。从而将经过紫外光照射后的含有有机成孔剂的 氮化硅薄膜作为MIM电容介电质薄膜，能够很好的提高其电学性能。
附图说明
图1是本发明的一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法流程图；
图2是本发明的一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法中的介电质薄膜即氮化硅薄膜和现有技术中的MIM氮化硅薄膜的红外光谱图。
具体实施方式
下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。
如图1中所示，一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：提供一衬底，其中，该衬底的前段部分为晶体管制作区域，后段部分为金属互连区域，在衬底上制作下电极；
在该步骤中，该下电极可以是铝、铜或氮化钽中任一金属物质制作的金属电极。
步骤S2：在下电极表面沉积一层介电质薄膜，并且在该介电质薄膜中加入有机成孔剂；
在本发明的一个实施例中，该介电质薄膜为氮化硅薄膜，利用SiH4、 NH3和稀释气体反应生成氮化硅薄膜，并且在该氮化硅薄膜中掺入有机成孔剂，该有机成孔剂可以是降冰片二烯或α-松油烯等。
在该步骤中，在下电极表面淀积氮化硅薄膜，其中，该淀积工艺中，淀积温度的取值范围为300℃-500℃，淀积的氮化硅薄膜的厚度为100-1000?。
步骤S3：对该氮化硅薄膜进行紫外光照射；
在该步骤中，采用波长范围为320-400nm的紫外光对该氮化硅薄膜进行照射，其中，照射温度的取值范围为照射温度范围为300℃-500℃，照射时间为2-7min。
在本发明的一个实施例中，按照步骤S2和步骤S3的执行顺序进行一次氮化硅薄膜的淀积，然后对该氮化硅薄膜进行紫外光照射，从而完成淀积氮化硅薄膜和紫外光照射的步骤，进入下一步骤。
在本发明的一个实施例中，分多次循环执行步骤S2和步骤S3，即第一次在下电极上淀积一层第一层的氮化硅薄膜，然后对该氮化硅薄膜进行紫外光照射后；再在该第一层氮化硅薄膜上进行第二层氮化硅薄膜的淀积，然后在对该第二层氮化硅薄膜进行紫外光照射。如此循环进行氮化硅薄膜淀积步骤和紫外光照射步骤直至到达需求。例如，重复3-10次循环执行步骤S2和步骤S3。
步骤S4：在该氮化硅薄膜上制备上电极。
进一步地，在制备好的下电极、介质膜和上电极的结构上制作MIM电容器的其他步骤，从而完成MIM电容器的制作。
参看图2表示的本发明的一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法中的介电质薄膜即氮化硅薄膜和现有技术中的MIM氮化硅薄膜的红外光谱图，其中，曲线1代表的是现有技术中的氮化硅薄膜，曲线2表示的是使用本发明方法的经过紫外光照射的氮化硅薄膜。由图2中可以看出，A点代表的是氮化硅薄膜中的N-H键，B点代表的是氮化硅薄膜中的Si-H键, C点代表的是Si-N键，利用本发明的一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法的MIM电容器的介电质薄膜的N-H键和Si-H键的含量减少，而Si-N键的含量增加，提高了介电质薄膜性能。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，所述衬底的前段部分为晶体管制作区域，后段部分为金属互连区域；
在所述衬底上制作下电极， 
在所述下电极表面沉积一层介电质薄膜，在所述介电质薄膜中加入有机成孔剂；
对所述介电质薄膜进行紫外光照射；
在所述介电质薄膜上制备上电极。
2.根据权利要求1所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，所述下电极或/和上电极可以是铝、铜或氮化钽中的任一金属电极。
3.根据权利要求1所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，所述介电质薄膜为氮化硅薄膜。
4.根据权利要求3所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜的沉积温度为300℃-500℃。
5.根据权利要求3所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜的沉积厚度为100-1000 ?。
6.根据权利要求3所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜的反应气体为SiH4、 NH3和稀释气体。
7.根据权利要求1所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，所述有机成孔剂为降冰片二烯或α-松油烯。
8.根据权利要求1所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，在对所述介电质薄膜进行紫外光照射的步骤中，所述紫外光照射的波长范围320-400nm，照射温度范围为300℃-500℃，照射时间为2-7min。
9.根据权利要求1所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，重复循环执行在所述下电极表面沉积一层介电质薄膜的步骤和对所述介电质薄膜进行紫外光照射步骤。
10.根据权利要求7所述的提高金属-绝缘体-金属电容器介电质质量的方法，其特征在于，重复循环执行在所述下电极表面沉积一层介电质薄膜的步骤和对所述介电质薄膜进行紫外光照射步骤的次数为3-10次。
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